JP7393737B2 - 画像検査装置及び画像検査方法 - Google Patents

Description

本発明は、画像検査装置及び画像検査方法に関する。

従来、光源から物体に光を照射して像を投影し、投影した像を撮影することにより得られた画像を用いて物体の形状の計測を行う技術が知られている。例えば、特許文献１には、物体面に格子像を投影し、格子像における特定の周波数成分の位相を求め、その位相を用いて物体面の位置を計測する技術が記載されている。

国際公開第２０１６／００１９８５号

位相シフト法を用いる方法も知られているが、位相シフト法では複数の画像を撮影する必要がある。一方、特許文献１に記載の技術では、１枚の画像で物体の形状を計測することができるため、複数の画像を撮影する必要がある位相シフト法に比べて、計測にかかる時間が短縮される。

しかしながら、特許文献１に記載の技術では、物体の表面に投影される格子像のピッチが均一であることが前提となっている。このため、特許文献１に記載の技術では、像を投影する光源あるいは像を撮影するためのカメラなど、計測に用いられる装置の配置の自由度が低い。

そこで、本発明は、１枚の画像の撮影による対象物の検査に用いられる装置を、より自由に配置することを可能とする画像検査装置及び画像検査方法を提供することを目的とする。

本発明の一態様に係る画像検査装置は、均一なピッチを有する縞パターンの光を対象物に照射し、縞パターンの画像を対象物に投影する投影部と、対象物に投影された縞パターンの画像を撮影する撮影部と、画像に含まれる縞パターンから抽出される画像特徴に基づいて、対象物の形状情報を算出する形状情報算出部と、形状情報に基づき対象物を検査する検査部と、を備え、画像に含まれる縞パターンは、不均一なピッチを有する。

この態様によれば、１枚の画像の撮影により対象物を検査することができる。また、対象物に投影される縞パターンのピッチが不均一な状態を維持したまま、投影部及び撮影部の配置を適宜変更することができる。このため、均一なピッチを有する縞パターンの画像が対象物に投影される場合よりも、対象物の検査に用いられる装置の配置がより自由になる。

上記態様において、検査部は、対象物における異常の位置を検出してもよい。

この態様によれば、より詳細に対象物を検査することが可能となる。

上記態様において、形状情報算出部は、縞パターンの画像における複数の位置の各々に対応する形状情報を算出し、算出した形状情報を二次元でマッピングすることにより第１形状画像を生成してもよい。

この態様によれば、形状情報を用いることにより、より適切な検査を行うことが可能になる。

上記態様において、検査部は、特定の物品の形状を二次元で表現した第２形状画像と、第１形状画像とに基づき、対象物の異常を検出してもよい。

この態様によれば、より適切に対象物を検査することができる。

上記態様において、第１形状画像及び第２形状画像の位置ずれを補正する補正部を、さらに備えしてもよい。

この態様によれば、補正前の第１形状画像及び第２形状画像に位置ずれがある場合にも、検査部は、適切に対象物を検査することが可能になる。

上記態様において、検査部は、第１形状画像に含まれる形状情報を閾値と比較して２値化し、第１形状画像における２値のうちのいずれかに対応する面積に基づいて、対象物を検査してもよい。

この態様によれば、検査部は、より適切に対象物を検査することが可能となる。

上記態様において、投影部は、拡散光を照射する平板状の照明であり、縞パターンの光を対象物に照射してもよい。

この態様によれば、より簡便に縞パターンの光を照射することが可能になる。

上記態様において、投影部は、縞の方向が互いに異なる複数の縞パターンの光を対象物に照射し、撮影部は、複数の縞パターンのそれぞれの画像を撮影し、形状情報算出部は、複数の縞パターンのそれぞれの画像について形状情報を算出して、算出した複数の縞パターンの形状情報を合成し、検査部は、合成された形状情報に基づき対象物を検査してもよい。

この態様によれば、検査部は、複数の縞パターンの画像に基づく形状情報を用いることができるため、より適切な対象物の検査を行うことができる。

本発明の他の態様に係る画像検査方法は、均一なピッチを有する縞パターンの光を対象物に照射し、縞パターンの画像を対象物に投影することと、対象物に投影された縞パターンの画像を撮影することと、画像における縞パターンから抽出される画像特徴に基づいて、対象物の形状情報を算出することと、形状情報に基づき対象物を検査することと、を含み、画像に含まれる縞パターンは、不均一なピッチを有する。

この態様によれば、１枚の画像の撮影により対象物を検査することができる。また、対象物に投影される縞パターンのピッチが不均一な状態を維持したまま、投影部及び撮影部の配置を適宜変更することができる。このため、均一なピッチを有する縞パターンの画像が対象物に投影される場合よりも、対象物の検査に用いられる装置の配置がより自由になる。

本発明によれば、１枚の画像の撮影による対象物の検査に用いられる装置を、より自由に配置することを可能とする画像検査装置及び画像検査方法を提供することができる。

本発明の一実施形態に係る画像検査装置の構成を示す図である。 撮影部が撮影する縞パターンの画像の一例を示す図である。 処理部の構成の一例を示す機能ブロック図である。 本発明の一実施形態に係る形状情報算出部の構成を示す機能ブロック図である。 ピッチ推定部が図２に示した画像にピッチ推定処理を行うことにより生成した、ピッチ分布画像を示す図である。 位相算出部が図５に示したピッチ分布画像を用いて生成した、位相分布を示す第１位相画像を示す図である。 位相接続部が図６に示した第１位相画像の位相を接続することにより生成される、第２位相画像を示す図である。 角度算出部が形状情報を算出する方法について説明するための図である。 画像生成部が算出された角度Ψを二次元でマッピングすることにより生成した形状画像を示す図である。 検査部が図９に示した形状画像に含まれる角度Ψを２値化することにより生成した、２値画像を示す図である。 本実施形態に係る処理部の物理的構成を示す図である。 本実施形態に係る画像検査装置の処理を示すフローチャートである。 図１２に示す処理におけるステップＳ１７０の形状情報算出処理を示すフローチャートである。 図１２に示す処理におけるステップＳ１９０の検査処理を示すフローチャートである。 第２実施形態に係る処理部の構成を示す機能ブロック図である。 差分値Δφを二次元でマッピングすることにより得られる差分画像である。 第３実施形態に係る画像検査装置の構成を示す図である。

添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について説明する。

［第１実施形態］
図１は、第１実施形態に係る画像検査装置１の構成を示す図である。図１に示すように、第１実施形態に係る画像検査装置１は、主として、投影部１０、撮影部２０及び処理部３０を備える。

投影部１０は、光を照射する各種の公知の照明である。第１実施形態では、投影部１０は、拡散光を照射する平板状の照明である。投影部１０は、均一なピッチを有する縞パターンの光を対象物４０に照射し、縞パターンの画像を対象物４０に投影する。本実施形態では、投影部１０は、正弦波の縞パターンの光を照射するものとして説明するが、これに限定されるものではない。また、縞パターンのピッチは、対象物４０などに応じて適宜変更することができる。

対象物４０は、検査の対象となる物品であり、例えばガラスなどであって良い。また、対象物４０の表面には、欠陥以外の急峻な凹凸が含まれず、模様などが付されていないことが好ましい。

投影部１０は、平板の面に対して垂直な方向（矢印１４の方向）に光を照射する。このとき、投影部１０の面に平行な方向（矢印１２の方向）と対象物４０の表面に接する方向（矢印４１の方向）が平行であるとき、対象物４０の表面には均一なピッチを有する縞パターンの画像が投影される。本実施形態では、矢印１２の方向が、矢印４１の方向に対して傾いているため、対象物４０に投影される縞パターンは、不均一なピッチを有している。

撮影部２０は、画像を撮影する各種の公知のカメラで構成されている。撮影部２０は、対象物４０に投影された縞パターンの画像を撮影する。撮影部２０は、撮影した画像のデータ（以下、「画像データ」と称する。）を処理部３０に伝達する。

図２は、撮影部２０が撮影する縞パターンの画像の一例を示す図である。図２に示す画像５００に含まれる縞パターンは、矢印５０２で示された方向に変化している。また、縞パターンのピッチは不均一となっている。具体的には、矢印５０２の方向に進むにつれて、ピッチが大きくなっている。例えば、左側の矢印５０６で示されたピッチよりも、右側の矢印５０８で示されたピッチの方が大きくなっている。

また、対象物の表面において、破線で囲まれた領域５０４に線状のへこみがある。本実施形態では、このへこみが対象物の欠陥であるものとして説明する。

処理部３０は、撮影部２０が取得した画像データを用いて形状情報を算出し、形状情報に基づき対象物４０を検査する。処理部３０の機能については、図３を参照して詳細に説明する。

図３は、処理部３０の構成の一例を示す機能ブロック図である。図３に示すように、処理部３０は、画像取得部３１０、形状情報算出部３２０、検査部３３０及び記憶部３４０を備える。

画像取得部３１０は、撮影部２０から画像データを取得する。画像取得部３１０は、取得した画像データを形状情報算出部３２０及び記憶部３４０に伝達する。

形状情報算出部３２０は、画像に含まれる縞パターンから抽出される画像特徴に基づいて、対象物４０の形状情報を算出する。形状情報は、対象物４０の表面の形状に関する情報である。また、第１実施形態において、画像特徴は、対象物の画像に含まれる縞パターンの位相である。図４を参照して、形状情報算出部３２０の機能についてより詳細に説明する。

図４は、第１実施形態に係る形状情報算出部３２０の構成を示す機能ブロック図である。図４に示すように、形状情報算出部３２０は、ピッチ推定部３２２、位相算出部３２４、位相接続部３２６、角度算出部３２８及び画像生成部３２９を備える。

ピッチ推定部３２２は、画像に含まれる複数の画素の各々に対応するピッチを推定するピッチ推定処理を行う。具体的には、ピッチ推定部３２２は、まず、複数の画素の１つを抽出する。ピッチ推定部３２２は、抽出した画素を中心として、縞パターンが変化する方向（例えば、図２に示す画像５００では左右の方向）に複数の画素が並んだ画素群を抽出する。ピッチ推定部３２２は、この画素群の画素値により表現された縞のピッチを、抽出した画素に対応するピッチとして推定する。このとき、ピッチ推定部３２２は、ピッチが異なる複数の正弦波の各々と画素群との相関係数を算出する。ピッチ推定部３２２は、算出した相関係数に応じて、画素群の画素値により表現された縞のピッチを、複数の正弦波のいずれかのピッチとして推定する。ピッチ推定部３２２は、このようなピッチ推定処理を複数の画素の各々について行うことで、画像のピッチ分布を生成する。

図５は、ピッチ推定部３２２が図２に示した画像５００にピッチ推定処理を行うことにより生成した、ピッチ分布画像５１０を示す図である。ピッチ分布画像５１０では、ピッチが大きいほど画素が白くなっている。したがって、右側ほどピッチが大きくなっている。

位相算出部３２４は、画像に含まれる画素に対応する位相を算出する位相算出処理を行う。具体的には、位相算出部３２４は、ピッチ分布画像５１０に含まれる複数の画素の１つを抽出する。位相算出部３２４は、さらに、抽出した画素に対応する推定されたピッチに応じた数の画素が縞パターンの変化する方向に並んだ画素群を抽出する。位相算出部３２４は、抽出した画素群に対して画素値を離散フーリエ変換することで得られる所定の周波数成分（例えば基本周波数）の位相を算出する。位相算出部３２４は、複数の画素の各々について、位相算出処理を行うことにより、位相分布を生成する。

図６は、位相算出部３２４が図５に示したピッチ分布画像５１０を用いて生成した、位相分布を示す第１位相画像５２０を示す図である。第１位相画像５２０における色の濃さは位相の大きさ（－π～＋π）を示している。図６に示すように、左右の方向（すなわち、縞パターンの変化する方向）に沿って移動すると、黒い部分（位相：－π）と白い部分（位相：＋π）との間には境界が生じている。

位相接続部３２６は、第１位相画像５２０における位相の境界を接続する。より具体的には、位相接続部３２６は、位相が＋πから－πに変化する度に、＋２πだけ位相を足すことにより、位相が不連続となっている境界を接続する。これにより、位相が連続的にマッピングされた第２位相画像５３０が生成される。

図７は、位相接続部３２６が図６に示した第１位相画像５２０の位相を接続することにより生成される、第２位相画像５３０を示す図である。第２位相画像５３０における色の濃さは、位相の大きさを示している。図７に示しように、第２位相画像５３０では、位相が滑らかに接続されている。

角度算出部３２８は、第２位相画像５３０における位相を後述する角度に変換する。図８を参照して、角度算出部３２８が角度を算出する方法について説明する。

ここでは、投影部１０は、ピッチＰを有する正弦波の縞パターンを対象物の表面に投影しているものとする。まず、凹凸のない平らな対象物の表面４４に縞パターンの画像が投影される場合について説明する。このとき、撮影部２０は、対象物の表面４４に投影された縞パターンの画像を撮影する。

撮影部２０の光軸２６は、対象物の表面４４で正反射し、光軸１８が投影部１０の点Ｏに到達するものとする。撮影部２０のレンズ２４から対象物の表面４４までの距離はＷ、対象物の表面４４から投影部１０の点Ｏまでの距離はＶである。投影部１０のＸ軸方向は、投影部１０の平面に平行で、縞パターンの位相が変化する方向である。投影部１０のＺ軸方向は、投影部１０の平面に垂直な方向である。対象物の表面４４で正反射した光軸１８は、Ｚ軸と角度θで交わる。また、撮影部２０の素子上にｕ軸があり、撮影部の焦点距離をｆとする。

このとき、投影部１０の座標Ｘと撮影部２０の座標ｕとの関係は次の式（１）で表される。

ここで、座標ｕの画素において観測される縞パターンの位相をφとすると、投影部１０の座標Ｘと位相φの間には、Ｘ＝φＰ／２πの関係がある。この関係を式（１）に代入すると、次の式（２）が導かれる。

座標ｕと位相φとの関係を求める方法は、観測された複数の座標ｕと位相φとの組み合わせから、最小二乗法等を用いて近似する方法がある。この方法の考えを採用する場合には、位相φは、定数Ａ、Ｂ及びＣにより、分数の関数を用いた次の式（３）で表される。

次に、対象物の表面に欠陥が生じており、表面の法線方向が角度Ψだけ傾いている場合について説明する。この場合、対象物の表面４６で反射する光軸１７の方向は、表面４４が平らである場合に比べて２Ψだけ傾いている。これにより、投影部１０の座標ｕで観測される縞パターンの位置は、対象物の表面４４が平らである場合と比べて距離ｄｘだけずれ、観測される位相φ’は、次の式（４）で表される。

上の式（４）を角度Ψについて解くと、次の式（５）が導かれる。

撮影部２０の座標ｕにおける縞パターンの位相φ’を観測し、式（５）を用いることにより、対象物の欠陥の表面４６における角度Ψを取得することができる。

本実施形態では、角度算出部３２８は、ここで説明した方法により、第２位相画像５３０に含まれる複数の位相の各々に対応する角度Ψを算出する。本実施形態では、角度Ψが形状情報であるものとして説明する。

なお、角度算出部３２８が座標ｕと位相φとの関係を求める方法は、上述した方法に限らず、上の式（２）に各パラメータを入力することで求める方法であってもよい。

画像生成部３２９は、算出された形状情報を二次元でマッピングすることにより形状画像（第１形状画像）を生成する。本実施形態では、画像生成部３２９は、算出された角度Ψを二次元でマッピングすることにより形状画像を生成する。

図９は、画像生成部３２９が算出された角度Ψを二次元でマッピングすることにより生成した形状画像５４０を示す図である。図９では、角度Ψが大きいほど画素が白くなっている。特に、破線の四角で囲まれた領域５４２において、画素が白くなっている。この領域５４２は、図２に示した画像５００における領域５０４に含まれるへこみの部分に対応している。

検査部３３０は、形状情報に基づき対象物を検査する。本実施形態では、まず、検査部３３０は、形状画像に含まれる角度Ψの各々と閾値Ｔとを比較して２値化する。具体的には、検査部３３０は、角度Ψが閾値Ｔ以上である画素を白に変換し、角度Ψが閾値Ｔ未満である画素を黒に変換することにより、２値画像を生成する。

図１０は、検査部３３０が図９に示した形状画像５４０に含まれる角度Ψを２値化することにより生成した、２値画像５５０を示す図である。上述したように、白い領域は閾値Ｔ以上の角度Ψに対応し、黒い領域は閾値Ｔ未満である角度Ψに対応している。白い領域が広くなるほど、対象物に欠陥が存在している可能性が高いと考えられる。

本実施形態では、検査部３３０は、白い領域の面積に基づいて対象物を検査する。より具体的には、検査部３３０は、白い領域の面積と閾値とを比較し、比較結果に基づき対象物を検査することができる。例えば、検査部３３０は、白い領域の面積が閾値Ａ以上である場合には、対象物に欠陥が存在すると判定する。一方、検査部３３０は、白い領域の面積が閾値Ａ未満である場合には、対象物に欠陥が存在しないと判定することができる。

記憶部３４０は、処理部３０による処理に関わる各種の情報を記憶する。例えば、記憶部３４０は、画像取得部３１０が取得した画像データ、形状情報算出部３２０が算出した形状情報及び検査部３３０が検査した結果などの各種の情報を記憶する。記憶部３４０が記憶している情報は、必要に応じて形状情報算出部３２０及び検査部３３０により参照される。

図１１は、本実施形態に係る処理部３０の物理的構成を示す図である。処理部３０は、演算部に相当するＣＰＵ（Central Processing Unit）３０ａと、記憶部３４０に相当するＲＡＭ（Random Access Memory）３０ｂと、記憶部３４０に相当するＲＯＭ（Read only Memory）３０ｃと、通信部３０ｄと、入力部３０ｅと、表示部３０ｆと、を有する。これらの各構成は、バスを介して相互にデータ送受信可能に接続される。なお、本例では処理部３０が一台のコンピュータで構成される場合について説明するが、処理部３０は、複数のコンピュータが組み合わされて実現されてもよい。また、図１１で示す構成は一例であり、処理部３０はこれら以外の構成を有してもよいし、これらの構成のうち一部を有さなくてもよい。

ＣＰＵ３０ａは、ＲＡＭ３０ｂ又はＲＯＭ３０ｃに記憶されたプログラムの実行に関する制御やデータの演算、加工を行う制御部である。ＣＰＵ３０ａは、縞パターンの光が照射された対象物の画像に基づいて、対象物の検査を行うプログラム（画像検査プログラム）を実行する演算部である。ＣＰＵ３０ａは、入力部３０ｅや通信部３０ｄから種々のデータを受け取り、データの演算結果を表示部３０ｆに表示したり、ＲＡＭ３０ｂに格納したりする。

ＲＡＭ３０ｂは、記憶部３４０のうちデータの書き換えが可能なものであり、例えば半導体記憶素子で構成されてよい。ＲＡＭ３０ｂは、ＣＰＵ３０ａが実行するプログラム、対象物の画像といったデータを記憶してよい。なお、これらは例示であって、ＲＡＭ３０ｂには、これら以外のデータが記憶されていてもよいし、これらの一部が記憶されていなくてもよい。

ＲＯＭ３０ｃは、記憶部３４０のうちデータの読み出しが可能なものであり、例えば半導体記憶素子で構成されてよい。ＲＯＭ３０ｃは、例えば画像検査プログラムや、書き換えが行われないデータを記憶してよい。

通信部３０ｄは、処理部３０を他の機器に接続するインターフェースである。通信部３０ｄは、インターネット等の通信ネットワークに接続されてよい。

入力部３０ｅは、ユーザからデータの入力を受け付けるものであり、例えば、キーボード及びタッチパネルを含んでよい。

表示部３０ｆは、ＣＰＵ３０ａによる演算結果を視覚的に表示するものであり、例えば、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）により構成されてよい。表示部３０ｆは、撮影した対象物の画像を表示してよい。

画像検査プログラムは、ＲＡＭ３０ｂやＲＯＭ３０ｃ等のコンピュータによって読み取り可能な記憶媒体に記憶されて提供されてもよいし、通信部３０ｄにより接続される通信ネットワークを介して提供されてもよい。処理部３０では、ＣＰＵ３０ａが画像検査プログラムを実行することにより、図３及び図４を用いて説明した様々な動作が実現される。なお、これらの物理的な構成は例示であって、必ずしも独立した構成でなくてもよい。例えば、処理部３０は、ＣＰＵ３０ａとＲＡＭ３０ｂやＲＯＭ３０ｃが一体化したＬＳＩ（Large-Scale Integration）を備えていてもよい。

以上、本実施形態に係る画像検査装置１の構成及び機能について説明した。次に、図１２～図１４を参照して、本実施形態に係る画像検査装置１の処理について説明する。図１２は、本実施形態に係る画像検査装置１の処理を示すフローチャートである。また、図１３は、図１２に示す処理におけるステップＳ１７０の形状情報算出処理を示すフローチャートである。さらに、図１４は、図１２に示す処理におけるステップＳ１９０の検査処理を示すフローチャートである。以下、図１２～図１４に沿って、画像検査装置１の処理について説明する。

まず、投影部１０が、対象物４０に縞パターンの光を照射する（ステップＳ１１０）。これにより、対象物に縞パターンの画像が投影される。次いで、撮影部２０が、対象物４０に投影された縞パターンの画像を撮影する（ステップＳ１３０）。

次いで、画像取得部３１０は、撮影部２０から画像データを取得する（ステップＳ１５０）。次いで、形状情報算出部３２０は、形状画像生成処理を行う（ステップＳ１７０）。具体的には、処理部３０は、画像データに基づき形状情報を算出して、形状画像を生成する。図１２を参照して、形状画像生成処理についてより詳細に説明する。

図１２は、形状情報算出処理の手順を示すフローチャートである。まず、ピッチ推定部３２２は、画像データに対してピッチ推定処理を行い、ピッチ分布画像を生成する（ステップＳ１７１）。次いで、位相算出部３２４は、ピッチ分布画像に基づき、第１位相画像を生成する（ステップＳ１７３）。次いで、位相接続部３２６は、第１位相画像について位相接続を行うことにより、第２位相画像を生成する（ステップＳ１７５）。次いで、角度算出部３２８は、第２位相画像に基づき、形状情報として角度Ψを算出する（ステップＳ１７７）。次いで、画像生成部３２９は、算出された角度Ψを二次元でマッピングすることにより、形状画像を生成する（ステップＳ１７９）。形状画像が生成されると、形状情報算出処理が終了する。

図１２に戻って、画像検査装置１の処理の続きを説明する。ステップＳ１７０において形状画像生成処理が行われると、検査部３３０は、検査処理を行う（ステップＳ１９０）。図１４を参照して、検査処理についてより詳細に説明する。

まず、検査部３３０は、図１０を参照して説明したように、白い領域と黒い領域で形成された２値画像を生成する（ステップＳ１９１）。次いで、検査部３３０は、白い領域の面積が閾値以上であるか否かを判定する（ステップＳ１９３）。白い領域の面積が閾値以上であると判定された場合には（ステップＳ１９３：ＹＥＳ）、検査部３３０は、対象物に欠陥があると判定する（ステップＳ１９５）。一方、白い領域の面積が閾値以上であると判定された場合には（ステップＳ１９３：ＮＯ）、検査部３３０は、対象物に欠陥がないと判定する（ステップＳ１９７）。検査部３３０が対象物の欠陥の有無を判定すると、図１１に示す処理は終了する。

以上、第１実施形態について説明した。本実施形態によれば、対象物４０に投影される画像に含まれる縞パターンが不均一なピッチを有するように、投影部１０及び撮影部２０が配置されている。このため、均一なピッチを有する縞パターンの画像が対象物４０に投影される場合と比べて、投影部１０及び撮影部２０の配置がより自由になる。この結果、対象物４０を検査する位置に応じて、投影部１０及び撮影部２０を所望の位置に配置することが簡便となる。例えば、投影部１０の平面に平行な方向（図１の矢印１２の方向）と対象物４０の表面に平行な方向（図１の矢印４１の方向）が異なるように投影部１０を配置できる。従って、本実施形態に係る画像検査装置１によれば、特許文献１に記載の技術に比べて、投影部１０をより自由に配置することが可能になっている。

また、本実施形態では、１枚の画像を用いることで対象物４０を検査することができる。このため、短時間で対象物４０を検査することが可能となる。このため、本実施形態に係る画像検査装置１によれば、複数の画像を撮影するよりも短時間で対象物を検査することが可能になる。

さらに、本実施形態に係る画像検査装置１によれば、対象物４０に存在する緩やかな欠陥も検出することが可能である。

本実施形態では、検査部３３０は、対象物の表面の角度Ψを形状情報として用いることで対象物を検査する。これに限らず、検査部３３０は、縞パターンから抽出される画像特徴に基づく、各種の形状情報を用いて対象物を検査することができる。具体的には、検査部３３０は、縞パターンの位相に基づく各種の形状情報を用いて対象物を検査することができる。

例えば、形状情報算出部３２０は、位相接続部３２６が生成した第２位相分布の位相φ’（ｕ）に対して微分を行い、微分値ｄφ’（ｕ）／ｄｕを形状情報として算出することができる。検査部３３０は、例えば、閾値を超える微分値ｄφ’（ｕ）／ｄｕが存在する場合には、対象物に欠陥があると判定することができる。なお、形状情報算出部３２０は、位相φ’（ｕ）の微分を行う前に、第２位相分布に前処理としてガウシアンフィルタなどの空間フィルタによる平滑化を行い、特定の幅を有する領域における位相φ’（ｕ）の微分を行ってもよい。

また、後述するように、形状情報算出部３２０は、位相φ’（ｕ）と平坦な表面に投影された縞パターンの位相φ（ｕ）との差分値を形状情報として算出することもできる。

本実施形態では、画像生成部３２９は、角度Ψを二次元でマッピングすることで形状画像を生成するものとして説明した。これに限らず、画像生成部３２９は、角度Ψに対して空間フィルタをかけることにより形状画像を生成してもよい。例えば、画像生成部３２９は、ラプラシアンオブガウシアンなどの空間フィルタを用いて、特定の周波数帯域の縞パターンの画像を選択的に生成することができる。検査部３３０は、このようにして生成された形状情報が閾値を超える場合には、対象物に欠陥が存在すると判定してもよい。

また、形状情報算出部３２０は、対象物の表面が凸面である場合と凹面である場合とで、角度Ψの符号が反対であることを利用して、凸面及び凹面のいずれかの角度Ψを選択的に取得してもよい。

また、本実施形態では、検査部３３０は、対象物の欠陥の有無を判定するものとして説明した。検査部３３０は、さらに、対象物に存在する欠陥（異常）の位置を検出してもよい。例えば、検査部３３０は、図１０に示した２値画像５５０における白い領域の位置を欠陥の位置として検出してもよい。

［第２実施形態］
第２実施形態では第１実施形態と共通の事柄についての記述を省略し、異なる点についてのみ説明する。上記実施形態では、主に、検査部３３０は角度Ψを用いて対象物を検査するものとして説明した。第２実施形態では、検査部３３０は、角度Ψを用いずに、位相接続部３２６が生成した位相に基づく形状情報により対象物を検査する。

図１５は、第２実施形態に係る処理部３１の構成を示す機能ブロック図である。第２実施形態に係る処理部３１は、第１実施形態に係る処理部３０が備える画像取得部３１０、形状情報算出部３２０、検査部３３０及び記憶部３４０に加えて、補正部３５０を備える。

補正部３５０は、画像の位置ずれを補正する。より具体的には、補正部３５０は、形状情報算出部３２０により生成された第１形状画像（本実施形態では、第２位相画像）及び後述する第２形状画像の位置ずれを補正する。これにより、補正前の第１形状画像及び第２形状画像に位置ずれが生じている場合にも、検査部３３０は適切に対象物を検査することが可能になる。

第２実施形態では、予め良品であることが分かっている物品の形状を二次元で表現した形状画像（「第２形状画像」とも称する。）が用意されている。用意された第２形状画像は、記憶部３４０に記憶されている。本実施形態では、第２形状画像は、欠陥のない平坦の物品に縞パターンが投影された場合の縞パターンの位相φを、二次元でマッピングすることにより生成された画像である。

本実施形態では、検査部３３０は、位相接続部３２６により生成された第２位相画像を第１形状画像として用いる。検査部３３０は、第２位相画像及び第２形状画像に基づき、対象物を検査する。例えば、形状情報算出部３２０は、第２位相画像の位相φ’と第２形状画像の位相φとの差分値Δφを算出する。図１６は、差分値Δφを二次元でマッピングすることにより得られる差分画像５６０である。差分値Δφが大きい領域ほど、白く表示されている。検査部３３０は、例えば、差分画像に閾値以上である差分値Δφが含まれる場合には、対象物に欠陥がないと判定してもよい。

検査部３３０が第１形状画像と第２形状画像とを比較する際に、予め、補正部３５０が第１形状画像及び第２形状画像の位置ずれを補正してよい。これにより、補正前の第１形状画像及び第２形状画像が位置ずれを有している場合であっても、検査部３３０が適切に対象物を検査することが可能になる。

なお、検査部３３０は、必要に応じて、第１形状画像を射影変換してもよい。対象物の表面がほぼ平面であると仮定すると、縞パターンの射影変換パラメータを推定することも可能である。射影変換パラメータを推定する方法には、投影される縞パターンの上に、特定のパターンを重ねて投影する方法が挙げられる。また、射影変換パラメータを推定する方法は、対象物の形状情報（例えば、対象物の輪郭など）を用いる方法であってもよい。

以上、第２実施形態について説明した。

（補足）
本実施形態では、検査部３３０は、位相接続部３２６により位相接続されることで生成された第２位相画像の位相φ’と欠陥のない平坦の物品に縞パターンが投影された場合の位相φとの差分値を用いて検査するものとして説明した。これに限らず、検査部３３０は、位相接続部３２６により位相接続される前の第１位相画像と、欠陥のない平坦の物品に縞パターンが投影された場合の位相との差分値を用いて検査してもよい。

本実施形態では、検査部３３０は、対象物の位相値φ’と良品の位相値φとの差分値Δφを用いて、対象物を検査するものとして説明した。これに限らず、検査部３３０は、対象物の表面の角度Ψと良品の表面の角度との差分を用いて、対象物を検査してもよい。

また、本実施形態では、検査部３３０は、欠陥のない物品の形状画像と、対象物に投影された縞パターンの画像に基づく形状画像とを比較して対象物を検査するものとして説明した。これに限らず、検査部３３０は、欠陥を有する物品の形状画像と、対象物に投影された縞パターンの画像に基づく形状画像とを比較して対象物を検査してもよい。

［第３実施形態］
図１７は、第３実施形態に係る画像検査装置２の構成を示す図である。図１７に示す画像検査装置２は、図１に示した画像検査装置１と異なり、反射板１９をさらに備える。投影部１０は、反射板１９に縞パターンの光を反射させて対象物４０に縞パターンの画像を投影する。この場合にも、投影部１０は、反射板１９を介して、対象物４０の表面にピッチが不均一な縞パターンの画像を投影することができる。

以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。実施形態が備える各要素及びその配置、材料、条件、形状、サイズ等は、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。また、異なる実施形態で示した構成同士を部分的に置換し又は組み合わせることが可能である。

上記実施形態では、主に、投影部１０が１つの縞パターンの光を対象物４０に照射するものとして説明した。これに限らず、投影部１０は、縞の方向が互いに異なる複数の縞パターンの光を対象物４０に照射してもよい。例えば、投影部１０は、例えば画像を表示可能なディスプレイにより、縞の方向が互いに９０°異なる２つの縞パターンの光を順番に対象物４０に照射してもよい。形状情報算出部３２０は、複数の縞パターンのそれぞれの画像について形状情報を算出して、算出した前記複数の縞パターンの形状情報を合成することができる。検査部３３０は、合成された形状情報に基づき対象物４０を検査することにより、より精度よく対象物４０を検査することができる。

［附記］
均一なピッチを有する縞パターンの光を対象物に照射し、縞パターンの画像を対象物に投影する投影部（１０）と、
前記対象物に投影された縞パターンの画像を撮影する撮影部（２０）と、
前記画像に含まれる縞パターンから抽出される画像特徴に基づいて、前記対象物の形状情報を算出する形状情報算出部（３２０）と、
前記形状情報に基づき前記対象物を検査する検査部（３３０）と、を備え、
前記画像に含まれる縞パターンは、不均一なピッチを有する、
画像検査装置（１，２）。

１，２…画像検査装置、１０…投影部、２０…撮影部、３０，３１…処理部、４０…対象物、３１０…画像取得部、３２０…形状情報算出部、３２９…画像生成部、３３０…検査部、３５０…補正部、５００…画像、５２０…第１位相画像、５３０…第２位相画像、５４０…形状画像

Claims (9)

1. 均一なピッチを有する縞パターンの光を対象物に照射し、縞パターンの画像を対象物に投影する投影部と、
   前記対象物に投影された縞パターンの画像を撮影する撮影部と、
   前記画像に含まれる縞パターンから抽出される画像特徴に基づいて、前記対象物の形状情報を算出する形状情報算出部と、
   前記形状情報に基づき前記対象物を検査する検査部と、を備え、
   前記画像に含まれる縞パターンは、前記対象物の平らな表面において不均一なピッチを有する、
   画像検査装置。
2. 前記検査部は、前記対象物における異常の位置を検出する、
   請求項１に記載の画像検査装置。
3. 前記形状情報算出部は、前記縞パターンの画像における複数の位置の各々に対応する形状情報を算出し、算出した形状情報を二次元でマッピングすることにより第１形状画像を生成する、
   請求項１又は２に記載の画像検査装置。
4. 前記検査部は、特定の物品の形状を二次元で表現した第２形状画像と、前記第１形状画像とに基づき、前記対象物の異常を検出する、
   請求項３に記載の画像検査装置。
5. 前記第１形状画像及び前記第２形状画像の位置ずれを補正する補正部を、さらに備える、
   請求項４に記載の画像検査装置。
6. 前記検査部は、前記第１形状画像に含まれる形状情報を閾値と比較して２値化し、前記第１形状画像における前記２値のうちのいずれかに対応する面積に基づいて、前記対象物を検査する、
   請求項３に記載の画像検査装置。
7. 前記投影部は、拡散光を照射する平板状の照明であり、前記縞パターンの光を前記対象物に照射する、
   請求項１から６のいずれか１項に記載の画像検査装置。
8. 前記投影部は、縞の方向が互いに異なる複数の縞パターンの光を前記対象物に照射し、
   前記撮影部は、前記複数の縞パターンのそれぞれの画像を撮影し、
   前記形状情報算出部は、前記複数の縞パターンのそれぞれの画像について形状情報を算出して、算出した前記複数の縞パターンの形状情報を合成し、
   前記検査部は、合成された形状情報に基づき前記対象物を検査する、
   請求項１から７のいずれか１項に記載の画像検査装置。
9. 均一なピッチを有する縞パターンの光を対象物に照射し、縞パターンの画像を対象物に投影することと、
   前記対象物に投影された前記縞パターンの画像を撮影することと、
   前記画像における前記縞パターンから抽出される画像特徴に基づいて、前記対象物の形状情報を算出することと、
   前記形状情報に基づき前記対象物を検査することと、を含み、
   前記画像に含まれる縞パターンは、前記対象物の平らな表面において不均一なピッチを有する、
   画像検査方法。

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