JP7411155B2 - 色ムラ検査装置および色ムラ検査方法 - Google Patents

Description

本発明は、発色処理されたステンレス鋼などの色ムラ検査装置および色ムラ検査方法に関する。

製品評価等において表面状態等の外観検査は重要な検査項目の一つである。被検査体の表面状態を検査する手段として、光の反射や散乱、吸収、さらには、偏光、色等の種々の特性を利用した多くの検査技術が開示され、実用化されている。光の特性は被検査対象の表面状態によっても変動するため、それらの表面状態等に合わせて光に関する数学的に解析可能な光学的な挙動も把握して、検査光の照射や検出が必要となる。例えば、特許文献１は、物体表面における凹凸の分布の偏りやムラの状態を評価するもので、例えば光沢ムラなどを評価する装置等を開示している。

外観検査において、色の分布（色ムラ）の評価が求められる場合がある。特許文献２は、検査対象物の色合いを画像処理により検査する装置であって、画像入力手段により入力した検査対象物の入力画像に検査領域を定めた後、この検査領域の複数画素について所定の表色系の色要素により色測定を行うことで色測定値と画素数との関係を示す度数分布を求め、次いで、あらかじめ設定した基準度数分布と前記度数分布とを比較することにより前記検査対象物の色合いの良否判定を行うことを特徴とする色合い検査装置を開示している。

特許文献３は、検査対象物の表面に光を照射して得られる反射光をカラーカメラで撮影し、その出力信号を色度に変換し、検査領域全体について、この求めた色度と基準色度との色差およびその度数分布を求め、この度数分布と、予め設定しておいた小さい色差では度数の閾値が高く、大きい色差になるに従って度数の閾値が急激に減少してゼロになる閾値曲線とを比較し、度数分布の全体が閾値曲線以下であれば、検査対象物に色むらはないと判定し、閾値曲線に収まらない部分があれば、色ムラがあると判定することを特徴とする色ムラの検査方法を開示しており、基準色度が、標準試料について求めた色度とするものを開示している。

特許文献４は、パラメータ設定装置が、対象画像の各画素の色を対象点として、除外画像の各画素の色を除外点として、それぞれ色空間（色ヒストグラム）にマッピングする。そして、色空間を分割する色範囲であって、そこに含まれる対象点の数と除外点の数の差（度数合計値）が最大となるような色範囲を求め、求められた色範囲を基板検査で用いられる色条件（色パラメータ）として設定する。これにより、検査用のパラメータの１つである色条件が自動的に生成される技術を開示している。

特許文献５は、ＣＩＥ ＸＹＺ等色関数と等価に線形変換された三つの分光感度（Ｓ１(λ)，Ｓ２(λ)，Ｓ３(λ)）を有する撮像装置と、該撮像装置により取得した第１画像の関心領域の正規化された二次元または三次元の第１の色度図分布を生成し、前記撮像装置により取得した第２画像の関心領域の正規化された二次元または三次元の第２の色度図分布を生成し、前記第１の色度図分布と、第２の色度図分布とを対比し、第１の色度図分布と第２の色度図分布の重複領域を検出し、前記関心領域の第１画素数を検出し、前記重複領域の第２画素数を検出し、前記第１画素数に対する第２画素数の割合を演算する画像色分布検査装置を開示している。

また、特許文献６は、メタリック感やパールのキラメキ等の質感を明確に簡単に定量化し、検査物と基準物との比較検査を合理化する着色検査装置を開示している。また、特許文献７は、規格に不適合となった規格外品を活用し、色・質感の適切なマッチングを行う色・質感管理システム等を開示している。

特開２０１３－３３０１７号公報 特開平９－２０３６６４号公報 特開２００４－１４４５４５号公報 特開２００６－７８２８５号公報 特開２０１４－１８７５５８号公報 特開２０１５－１５５８９２号公報 特開２０１８－１１５８７７号公報

特許文献１は、光沢ムラなどの表面性状を評価するものであり凹凸の分布等がなく色にムラがある被検査対象についてそのムラを十分に評価できない場合があった。特許文献２～７は、色情報に基づく評価を行うものである。これらの技術は、予め標準値となる画像や標準サンプル（標準品）を設定して、その標準値等との対比を行っている。

しかしながら、外観検査においては、標準値とするものが決まっていない場合や、製品ごとに色が変わり標準品や標準値が存在しない場合がある。さらに、色は複数の要素が絡み合い認識され、標準値にも一定の幅を設ける場合がある。しかし、標準値の閾値に近い領域が多い製品の場合、標準値との比較による評価結果では不良品となるものの実際に観察するとほとんどムラといえないものとなっている場合もある。よって、標準品や標準値を用いる手法は被検査体によっては利用できない場合があった。

また、色ムラは製品の製造条件等に起因する場合があると考えられるため、色ムラの適切な評価方法は、製造条件を最適化するための検討指標としても有用である。しかし、目視評価では、評価者や体調、環境等の条件によっても色の感度にばらつきが生じる場合がある。そして、目視評価の条件や色の傾向によってもムラが目立つ色と目立ちにくい色がある。このように目視評価では顕著なムラに見えるものが実際はわずかな製品状態の差などに起因するものだったり、差を識別しにくいものの実際は大きなムラが生じていたりと、目視評価した結果を製造工程にフィードバックすると、条件設定が有効にできない場合がある。このような状況から、色ムラの評価にも定量化しやすいものが求められている。

係る状況下、本発明は、様々な被検査体に用いることができ、認識や定量化しやすい被検査体の色ムラを評価する装置および方法を提供することを目的とする。

本発明者は、上記課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、下記の発明が上記目的に合致することを見出し、本発明に至った。すなわち、本発明は、以下の発明に係るものである。

＜１＞ 光源と、前記光源から照射された光の少なくとも一部を被検査体の被検査面に反射させ前記被検査面を照射するハーフミラーと、
前記被検査面の検査範囲から反射および／または散乱し前記ハーフミラーを透過した光を撮像することで前記検査範囲の画像を撮像する撮像部とを有し、
前記撮像部で撮像した画像の画素ごとに色成分を検出する検出手段と、
前記画素ごとに前記色成分を表色系成分に換算する表色系換算手段と、
前記表色系成分の少なくとも２つの特性値を用いる空間分布から前記検査範囲における基準値を求める基準値設定手段と、
前記検査範囲の画像の画素ごとに前記基準値から前記画素までの前記空間分布におけるノルムＮｘを算出するＮｘ算出手段と、を有する色ムラ検査装置。
＜２＞ 前記表色系が、ＸＹＺ表色系および／またはＬａｂ表色系である＜１＞記載の色ムラ検査装置。
＜３＞ 前記基準値が、最頻値、平均値、および中央値からなる群から選択されるいずれかに基づくものである＜１＞または＜２＞に記載の色ムラ検査装置。
＜４＞ 前記Ｎｘの分布を前記検査範囲の分布図として表示する分布図表示手段を有する＜１＞～＜３＞のいずれかに記載の色ムラ検査装置。
＜５＞ 前記分布図表示手段が、前記Ｎｘに閾値を設け二値化した前記分布図を表示する＜４＞記載の色ムラ検査装置。
＜６＞ 前記被検査体が発色処理されたステンレス鋼である＜１＞～＜５＞のいずれかに記載の色ムラ検査装置。
＜７＞ 光源から照射された光の少なくとも一部を被検査体の被検査面に反射させるハーフミラーにより前記被検査面を照射し、前記被検査面の検査範囲から反射および／または散乱し前記ハーフミラーを透過した光を撮像することで前記被検査面の検査範囲の画像を撮像する撮像部により撮像した前記画像の画素ごとの色成分を検出する色成分検出工程と、
前記画素ごとに前記色成分を表色系成分に換算する表色系換算工程と、
前記表色系成分の少なくとも２つの特性値を用いる空間分布から前記検査範囲における基準値を求める基準値設定工程と、
画素ごとに前記空間分布における前記基準値から前記画素までのノルムＮｘを算出するＮｘ算出工程と、を有する色ムラ検査方法。

本発明によれば、様々な被検査体の色ムラの評価に用いることができ、色ムラを認識や定量化しやすいものとすることができる。

本発明に係る検査装置の第一の実施形態を説明するための全体概要図である。 本発明に係る検査方法の流れを説明するためのフロー図である。 本発明の実施例に係る光学系で撮像したステンレス鋼板の観察像である。 本発明の実施例にかかるノルムの算出方式の一例を説明するための図である。 本発明の実施例において、被検査対象を刺激値としてｘｙ空間における各画素の位置を示す図である。 本発明の実施例に係る検査装置でステンレス鋼発色鋼板の色ムラを評価した像である。 本発明の実施例に係る検査装置でステンレス鋼発色鋼板の色ムラを評価した他の像である。 比較例に係る光学系で撮像したステンレス鋼発色鋼板の観察像である。

以下に本発明の実施の形態を詳細に説明するが、以下に記載する構成要件の説明は、本発明の実施態様の一例（代表例）であり、本発明はその要旨を変更しない限り、以下の内容に限定されない。なお、本明細書において「～」という表現を用いる場合、その前後の数値を含む表現として用いる。

［本発明の検査装置］
本発明の検査装置は、光源と、前記光源から照射された光の少なくとも一部を被検査体の被検査面に反射させ前記被検査面を照射するハーフミラーと、前記被検査面の検査範囲から反射および／または散乱し前記ハーフミラーを透過した光を撮像することで前記検査範囲の画像を撮像する撮像部とを有し、前記撮像部で撮像した画像の画素ごとに色成分を検出する検出手段と、前記画素ごとに前記色成分を表色系成分に換算する表色系換算手段と、前記表色系成分の少なくとも２つの特性値を用いる空間分布から前記検査範囲における基準値を求める基準値設定手段と、前記検査範囲の画像の画素ごとに前記基準値から前記画素までの前記空間分布におけるノルムＮｘを算出するＮｘ算出手段と、を有する色ムラ検査装置である。
本発明の検査装置は、様々な被検査体の色ムラ評価に採用しやすい。また、本発明の検査装置は、色ムラを認識や定量化しやすいものとすることができる。

［本発明の検査方法］
本発明の検査方法は、光源から照射された光の少なくとも一部を被検査体の被検査面に反射させるハーフミラーにより前記被検査面を照射し、前記被検査面の検査範囲から反射および／または散乱し前記ハーフミラーを透過した光を撮像することで前記被検査面の検査範囲の画像を撮像する撮像部により撮像した前記画像の画素ごとの色成分を検出する色成分検出工程と、前記画素ごとに前記色成分を表色系情報に換算する表色系換算工程と、前記表色系成分の少なくとも２つの特性値を用いる空間分布から前記検査範囲における基準値を求める基準値設定工程と、画素ごとに前記空間分布における前記基準値から前記画素までのノルムＮｘを算出するＮｘ算出工程と、を有する色ムラ検査方法である。
本発明の検査方法は、様々な被検査体の色ムラ評価に採用しやすい。また、本発明の検査方法は、色ムラを認識や定量化しやすいものとすることができる。
なお、本発明の検査方法は、本発明の検査装置を用いておこなうことができ、以下において相互に対応する構成は参照して実施することができる。

本発明者らは、評価基準が確立されていない新たな評価対象となる被検査体の色ムラを評価するにあたって、基準サンプルを設けずに評価する手法を検討した。そこで、被検査体を観察した像について、表色系に換算して得られる刺激値を利用して、その被検査体について現に撮像された像から基準値を設けることを検討した。

表色系として、ＸＹＺ表色系や、Ｌａｂ表色系などの表色系が知られている。これらは刺激値と呼ばれるような評価指標となる特性値を有している。本発明者らは、この刺激値を複数採用した空間に、観察対象の像の画素ごとの評価結果をプロットして、その結果から基準値を設定することを検討した。さらに、刺激値は複数の軸を有しその方向によって傾向が変わるが、これらを基準値として設定した値からの距離として一律に評価することを検討した。

このように、その像から設定した基準値とその基準値から各画素までのノルムを分布図として表示すると、二値化や、グレースケールのような濃淡表示をより行いやすくなり、この分布図はムラを認識・識別しやすいことを見出した。本発明はこのような知見に基づくものであり、標準サンプルを用いない場合でも、被検査体の検査範囲からムラを評価することができる方法や装置等に関する。

また、色の評価を行うにあたって、被検査体の種類によっては、被検査面に対する照明の影響によって、被検査面を撮像した像が大きな影響を受ける場合があることが分かった（例えば、図８参照）。被検査体の被検査面を撮像するにあたって、被検査体を支持するＸ－Ｙステージを所定の位置として、一定の範囲を撮像して、Ｘ－Ｙステージを移動させるように分割して撮像する場合がある。この一定の範囲を撮像するとき、被検査体への照明の入射角のわずかな違いが反射光などに大きな影響を与えて、撮像する像がその影響を受ける場合がある。また、このような像を複数並べることで広範な検査面の色ムラを評価すると、実際のムラとは対応しない異常部が発生しやすくなる場合がある。

例えば、ステンレス鋼発色処理で得られるステンレス鋼の化学酸化発色皮膜には、めっき膜の物性や膜厚を利用して干渉色を生じさせるものがある。このような発色処理されたステンレス鋼板の干渉色の状態を評価する技術も求められている。一般に色などの表面状態を観察するときは、光量が強い反射光の影響を抑えて、散乱光などを利用して観察するために、被検査面に斜めから照射した光の散乱光を中心に観察する配置とすることが多い。しかし、本発明者らが検討した結果、発色処理されたステンレス鋼のように干渉色を有するステンレス鋼板は、入射光の入射角の影響を大きく受け、色ムラの検査が難しい。

このような干渉色などの影響を受けやすい被検査体に対する照射方法を検討した結果、拡散板で拡散させた面光源の光を、被検査面に対して略垂直に配置したハーフミラーを用いて、被検査面に対して略垂直方向から照射して、被検査面とハーフミラーとの延長上に配置した撮像部を通して像を観察すれば、干渉色を有するステンレス鋼の化学酸化発色皮膜でも入射角依存性等の影響を抑制して、色ムラを検査することができることがわかった。本発明はこのような知見に基づくものであり、入射角依存性の影響が生じうる被検査体であっても、その影響を抑制して、被検査体の検査範囲からムラを評価することができる方法や装置等に関する。

［第一の実施形態］
図１は、本発明に係る検査装置の第一の実施形態の全体構成の概要を示すものである。検査装置１００は、支持部２０に載置された被検査体２１の色ムラを検査する装置である。検査装置１００は、光学系１０と、支持部２０と、撮像部３０を有している。さらに、表面検査装置１００においては、撮像部３０により撮像した像を適宜任意の表示や解析をするために、画像検出手段４０と、画像解析手段５０と、表示部６０を備えている。これらの撮像部３０により撮像された像や、画像検出手段４０や画像解析手段５０により検出、解析された像等は、適宜記憶部７０に保存される。また記憶部７０は、これらの検出や解析のための換算式や計算式等を適宜保存したものが用いられる。

［光学系１０］
光学系１０は、被検査体２１の被検査面を照明する構造である。光学系１０は、光源１１と、ハーフミラー１３とを有する。さらに、光源１１とハーフミラー１３との間に、拡散板１２を有する。光源１１から照射された光は、ハーフミラー１３で、その一部が反射され、支持部２０に支持された被検査体２１の被検査面を照明する。被検査面から反射した光の一部は、ハーフミラー１３を透過して、撮像部３０に撮像される。

［光源１１］
光源１１は、被検査体２１を照射する光源である。被検査体２１の種類や検査目的などに応じて、この光源１１は可視光を含む光などを適宜採用することができる。光源１１には、一般的な白色光源や、ＬＥＤ光源、レーザー光源などを用いることができる。光源１１にはレンズ（図示せず）を設けて、照射する光を適宜調整して照射してもよい。レンズは、照射する範囲を収束するものや、拡散するもの、平行光として照射するものなどを用いることができる。照射範囲や照射強度に応じてレンズを設けずに照射してもよい。光源１１の光は、適宜、直線偏光や楕円偏光などの偏光を用いることもできる。

光源１１は、支持部２０上に配置されたハーフミラー１３内の反射面に向かって光が入射する配置とする。また、光学系１０において、光源１１は、拡散板１２に対して光束を照射し、拡散板１２を通過した光は、ハーフミラー１３の方向に入射する。

［拡散板１２］
光学系１０は拡散板１２を有する。光源１１の光は、拡散板１２により拡散されることが好ましい。光源１１として、レーザー光源やＬＥＤ光源を用いることで指向性が高い照射ができるが、これらの光源は点光源となり指向性が強すぎる場合があるため、拡散板１２を用いて照明光の強度を均一にして照射する。

［ハーフミラー１３］
そして、光源１１から照射される光は、拡散板１２で拡散されて、ハーフミラー１３側へと透過する。このハーフミラー１３は、その光の分離面が、光源１１から照射された光の光軸に対して斜めに配置されている。また、この配置は、被検査体からの反射光（散乱光）の光軸に対しても斜めに配置されている。よって、光源１１からハーフミラー１３に照射され分離面で反射された光は、被検査体２１の被検査面に照射される。そして、被検査面の状態に応じて、被検査面から反射してハーフミラー１３に入射した光は、被検査体から反射された光の光軸とハーフミラー１３とがなす角度に応じて所定の照射強度の光がハーフミラー１３を透過して、対物レンズ３１を介して、撮像部３０に検出される。このために、被検査体からの反射光の光軸と、ハーフミラー１３が光を分離する面とが４５°をなすように配置されることが好ましい。

このような光学系１０により被検査体２１の被検査面を照明することで、被検査面の略垂直方向からの照明により被検査体２１を照明することができる。よって、斜め入射などの入射角依存性の影響を抑制した撮像ができる。

［支持部２０］
支持部２０は被検査体２１を支持するものである。この支持部２０は、被検査体２１を載置する台でもよいし、被検査体２１が検査中に動かないように把持する把持部を有するものとしてもよい。また、被検査体２１の検査範囲を調整するために、Ｘ－Ｙステージを有するものとすることもできる。被検査体２１は、例えば、各種成形品や、塗装品、コーティング加工品、めっき品などの色ムラを検査する対象とすることができる。

［撮像部３０］
撮像部３０は、被検査体２１の被検査面の検査範囲を撮像する。撮像部３０は、光学系１０、被検査体２１との位置関係、検査目的、被検査体２１の種類等に応じて、適宜、被検査体２１からの散乱光および／または反射光（以下、「散乱光等」とする。）を検出する。撮像部３０が撮像する範囲は適宜対物レンズ３１を用いて調整することもできる。撮像部３０が撮像した散乱光等の強度や色情報は、適宜、表色系への換算等を行うために記憶部等に記憶される。この散乱光等の検出は、被検査体のどの位置の散乱光等かを特定することができるように、２次元の面状の情報としてエリアセンサで検出することができる。例えば、画素ごとのＲＧＢの色情報を検出することができるＣＣＤカメラなどを用いることができる。なお、散乱光等の強度や色情報の検出感度のバラつきを低減するために、散乱光等を複数回検出してその積分値として散乱光等の強度や色情報は求めるほうがよい。

さらに、表面検査装置１００においては、撮像部３０により撮像した像について、適宜任意の表示や解析をおこなう。撮像部３０により撮像された像について画像検出手段４０で画像の画素ごとの色成分として検出し、画像解析手段５０で画素ごとの色成分に基づいて解析する。また、その解析結果は、適宜、表示部６０に表示される。

［画像検出手段４０］
画像検出手段４０は、撮像部３０などが撮像して伝送された像に関する情報などを取得し、被検査体の検査範囲の画像を、画素ごとの色成分として検出する検出手段である。色成分は、表色系に換算することができるものとして、複数の色を検出することができるものであればよい。例えば撮像部でＲＧＢなどの画素ごとの検出結果を各色成分の情報として画像検出手段４０は画素ごとに検出する。この検出された色成分の情報は適宜記憶部７０に保存され、画像解析手段５０等で解析されたり、解析結果と対比して評価するための撮像画像そのものとして利用することもできる。

［画像解析手段５０］
画像解析手段５０は、画素ごとに色成分を表色系成分に換算する表色系換算手段を含む。また、画像解析手段５０は、表色系成分の少なくとも２つの特性値を用いる空間分布から検査範囲における基準値を求める基準値設定手段を含む。また、画像解析手段５０は、画素ごとに前記基準値から前記画素までの前記空間分布におけるノルムＮｘを算出するＮｘ算出手段を含む。このような解析を行うことで、画像検出手段４０で色成分の情報を検出した画像から、標準サンプル等を用いずに、その被検査体２１の画像として色ムラなどの解析ができる。さらに、画像解析手段５０は、所定の閾値を設けて二値化する手段を含んだり、形状特徴量などを抽出して良否判定や分類等を行う判別手段を含んでもよい。

［表示部６０］
表示部６０は、画像解析手段５０で解析された解析結果の像や、その像に関する判別結果、画像検出手段４０で検出された撮像結果、これらの選択や操作などのための情報などを、使用者が把握しやすいように適宜表示するモニターなどである。

［色ムラ検査方法］
図２は、本発明に係る色ムラ検査方法のフローチャート図である。本発明に係る色ムラ検査方法Ｓ１は、被検査体の被検査面に光を照射する照射工程Ｓ１１と、被検査面の検査範囲を撮像する撮像工程Ｓ２１と、撮像された像の色成分を画素ごとに検出する色成分検出工程Ｓ３１と、画素ごとに色成分を表色系に換算する表色系換算工程Ｓ４１と、画素ごとの表色系の値に基づき基準値を設定する基準値設定工程Ｓ５１と、画素ごとに基準値との差を算出するＮｘ算出工程Ｓ６１を有し、算出された画素ごとの基準値との差を表示する表示工程Ｓ７１を有するものとすることができる。以下に、色ムラ検査方法Ｓ１を、色ムラ検査装置１００を用いて行う場合を例に説明する。

［照射工程Ｓ１１］
色ムラ検査方法Ｓ１は、まず、光学系１０を用いて被検査体の被検査面に光を照射する照射工程Ｓ１１を行う。光学系１０は光源１１から照射した光が拡散板１２で拡散されハーフミラー１３に入射し、その光の一部はハーフミラー１３の分離面で反射され、被検査体２１の被検査面の垂直方向から被検査面に照射される。

［撮像工程Ｓ２１］
次に、被検査体の被検査面を撮像する撮像工程Ｓ２１を行う。ハーフミラー１３を介して垂直方向から照射された光は、被検査体２１の被検査面の状態等により反射・散乱等される。被検査面からハーフミラー１３方向に反射・散乱された光の一部は、ハーフミラー１３の分離面を通過し撮像部３０方向に透過して、撮像部３０により像が観察され撮像される。

［色成分検出工程Ｓ３１］
次に、撮像工程Ｓ２１で撮像された検査対象の画像について、検査範囲の画素ごとの色成分を検出する色成分検出工程Ｓ３１を行う。検査対象の画像は検査装置１００の撮像部３０で撮像した画像を用いる。これらの検査対象の画像について検査範囲を設定し、その検査範囲について画素ごとの色成分を検出する。画素の大きさや画素数は、検査対象の大きさなどを考慮して適宜設定する。例えば、１画素あたりの各辺１μｍ～１ｍｍ程度の大きさとすることができる。１辺あたり３０画素以上や、５０画素以上、１００画素以上としてもよい。１辺あたりの画素数の上限は特に定めなくてもよいが、１０万画素以下や、５万画素以下、１万画素以下のような上限を設けてもよい。

［表色系換算工程Ｓ４１］
次に、色成分検出工程Ｓ３１の色成分に関する情報について画素ごとに色成分を表色系に換算する表色系換算工程Ｓ４１を行う。表色系に換算することで、ＲＧＢなどの検出されたままの情報を利用するよりも人が知覚する色と対応しやすい処理を行うことができる。これにより、色ムラの表示も熟練した検査者等の判断とも整合する高度な検査を行うことができる。表色系は、ＸＹＺ表色系や、Ｌａｂ表色系を用いることが好ましい。これらは、ＲＧＢなどの汎用されている検出手法の色成分に関するデータからの換算手法が確立されており利用しやすく、かつ、本発明の基準値設定などを行うための空間情報としても適している。

［基準値設定工程Ｓ５１］
次に、表色系換算工程Ｓ４１の検査範囲の画像の画素ごとの表色系の値に基づき、その検査範囲における基準値を設定する基準値設定工程Ｓ５１を行う。この基準値の設定は、画素ごとに表色系の刺激値などの特性値を空間分布として処理して基準値を求める。例えば、ＸＹＺ表色系に換算した結果に基づき、検査範囲の画像における各画素の刺激値として、Ｘ、Ｙを用いてその空間分布から、基準値を求める。この基準値は、最頻値、平均値、および中央値からなる群から選択されるいずれかに基づくものなどを基準値とすることができる。これらの最頻値や、平均値、中央値は、その値をそのまま用いてもよいし、その値に基づくものとして、その値の前後一定の範囲を基準としてもよいし、その値に補正値を加えたり係数を設けたものなどを用いてもよい。この空間分布における基準値の設定は、２つ以上の刺激値を用いることで、色情報を反映させたムラのデータ処理が有効なものとなる。さらに、基準値設定工程Ｓ５１は３つの刺激値を用いた３次元の空間分布を求めてもよい。この基準値は、標準品等がなくとも任意の被検査体の検査範囲から求めることができるという利点を有する。

［Ｎｘ算出工程Ｓ６１］
次に、基準値設定工程Ｓ５１で設定した基準値を用いて、検査範囲の画素ごとに基準値との空間分布におけるノルム（ノルムＮｘ）を算出するＮｘ算出工程Ｓ６１を行う。このノルムは、画素ごとに空間分布における基準値から画素までのノルムＮｘを算出するものである。例えば、Ｘ、Ｙの刺激値を用いて、基準値（Ｘｃ，Ｙｃ）が設定された場合、所定の画素の表色系の換算値（Ｘ１，Ｙ１）とのノルムＮ１は、以下の式（１）で求められる。
Ｎ１＝（（Ｘ１－Ｘｃ）²＋（Ｙ１－Ｙｃ）²）^0・5 式（１）
すなわち、この式（１）で求められるノルムＮ１は、空間分布における各画素の値と、基準値との距離の絶対値である。このような距離の絶対値とすることで、空間分布における方向を表示せずに定量化しやすいデータとなる。また、ムラの視覚化を行ったとき、色の分布も合わせて表示するものよりも、そのムラを認識しやすいものとなる。

［表示工程Ｓ７１］
次に、Ｎｘ算出工程Ｓ６１で算出されたノルムＮｘを画像に表示する表示工程Ｓ７１を行う。この表示工程Ｓ７１により、モニターなどの表示部に表示された結果を見て、使用者は検査結果を確認して、製品の良否や状態の判定、製品の製造条件の検証などを行うことができる。ノルムＮｘについてグレースケールなどの階調的表示や、閾値を設定して二値化等したものを、検査範囲の画像に対応する分布図として表示することができる。このような分布図とすることで、被検査体の検査範囲を単に撮像した像よりも、色ムラの有無や範囲、形状、模様などを識別しやすい分布図を得ることができる。また、本発明にかかる基準値とのノルムＮｘを利用した分布図は、定量化等を行うためのデータとしても利用しやすい。

本発明において、ノルムＮｘを求めるための基準値は、その検査対象の検査範囲におけるものとして、都度設定することができる。一方、ノルムＮｘの閾値は、ノルムＮｘを絶対値とすることができるため、あらかじめ閾値の範囲を設定しておくこともできる。例えば、ＸＹＺ表色系のＸ，Ｙの刺激値を用いるとき、ノルムＮｘが０．００５を超えるとき異常点としたり、０．０１を超えるとき異常点とする閾値の設定などを行うことができる。階調的表示とする場合も、同様に、例えば異常点を白画素として、所定の範囲までは段階的な表示として、所定の値以上離れるとき、白画素とするなどの表示や処理を行うこともできる。

検査範囲の像を、本発明により二値化等することで、良否判定や分類判定の判別も行いやすいものとなる。例えば、二値化された分布図の閾値外の外れ値画素（例えば、白画素）を特定する外れ値画素特定工程と、互いに隣接する複数の外れ値画素からなる外れ値画素グループを特定し、特定した外れ値画素グループの図形的な特徴を示す形状特徴量を抽出する形状特徴量抽出工程と、を備え、前記形状特徴量に写像を用いて、前記形状特徴量抽出工程によって抽出された前記形状特徴量の値から求めた判断パラメータの値に基づいて、色ムラを判断するものとすることもできる。写像には、ヒストグラムや多変量解析などを用いることができる。

また、これらの工程や手段はプログラムとしてコンピュータに実行させるものとすることができる。また、このプログラムは、適宜コンピュータが読み取り可能な記録媒体に保存して、利用することができる。

以下、実施例により本発明を更に詳細に説明するが、本発明は、その要旨を変更しない限り以下の実施例に限定されるものではない。

［検査装置（１）］
第一の実施形態に準じる検査装置により、以下の実験を行った。なお、この実験において主な構成は以下のものである。
［光学系］
被検査体の被検査面の垂直方向にハーフミラーを配置した。このハーフミラーの分離面が被検査面の垂直方向となす角度が４５度となるように配置した。このハーフミラーの分離面の反射方向に、拡散板を介して、光源を設けた。光源から照射される光の光軸は、ハーフミラーに入射して、ハーフミラーの分離面で反射して、被検査体の被検査面を垂直方向から照射するものとなる。
・光源：“松電舎製ＬＣＭ－２８／２８Ｗ”（平面ＬＥＤ光源、拡散板、ハーフミラーを一体化させた光源）
［被検査体］
ステンレス化学発色処理皮膜を施したＳＵＳ３０４鋼板を被検査体として、Ｘ－Ｙステージ上に載置した状態で適宜移動させながら、検査範囲を撮像した。
［撮像部］
被検査体を、カメラで撮像した。カメラは画素ごとにＲＧＢの強度を検出することができるものとした。カメラは、水平に配置された被検査体の被検査面を鉛直方向から撮像し、照射された光の散乱光を検出する配置とした。撮像する画像の画素は、１画素当たり約１０μｍ×１０μｍの大きさとした。撮像された像は、画素ごとにＲＧＢの色情報を有するものとして検出し保存した。
・カメラ：Ｔｈｅ Ｉｍａｇｉｎｇ Ｓｏｕｒｃｅ社製ＤＦＫ３３ＵＸ２４９

図３は上記の光学系や撮像部を用いて撮像したステンレス鋼の化学酸化発色皮膜である被検査体を撮影した像である。この像は、Ｘ－Ｙステージを移動させながら、７ｍｍ×５ｍｍずつ撮像したものを並べて表示したものである。この像について、色ムラを評価した。

［色ムラ評価例（１）ＸＹＺ表色系］
［基準値の設定］
図３の像について、撮影された像の画素ごとのＲＧＢの色成分を検出した。次に、このＲＧＢの色成分を、画素ごとにＸＹＺ表色系に換算した。図４は、ＸＹＺ表色系を用いて、基準値（Ｘｃ，Ｙｃ）から、所定の画素のＸＹＺ表色系の値（Ｘ１，Ｙ１）までのノルムＮ１を求める計算例を説明するための図であり、画素ごとにこの計算をすることでそれぞれの画素のノルムＮｘを求めることができる。図５は、ＸＹＺ表色系に換算した画素ごとの刺激値Ｘ、刺激値Ｙを分布として表示したものである。この図３の像は、ＸＹＺ表色系に換算して画素ごとの値を検討すると、Ｘがおよそ０．２４、Ｙがおよそ０．２５５が最頻値であった。この最頻値を、本実施例の基準値Ｎ０とした。

［ノルムＮｘの計算］
次に、画素ごとに、基準値Ｎ０から各画素までのノルムＮｘを計算した。このＮｘは、Ｎ０との距離として計算した絶対値である。
図６は、Ｎｘの分布を、段階的にグレースケールで表示としたものであり、最頻値であるＮ０からのノルム（実数）を２５６階調の８ビット値に変換して表示している。図６（ｂ）は、Ｎｘの分布に閾値を設けて二値化したものである。この閾値は、基準値とのノルム（距離）が０．０１を超える場合、異常点として白画素で表示し、ノルムが０．０１以下のものは正常点として黒画素で表示した。

図３に示すように、ステンレス鋼の化学酸化発色皮膜を撮像した像のままでは濃淡などの影響もあり色ムラを評価しにくい場合がある。一方、本発明により、その検査範囲内で基準値を設定して、その基準値と比較することで、標準サンプルを用いずに、色ムラ判別を行いやすい像に変換することができる。図６は、基準点から大きく外れるほど明るく表示されるため、周囲の基準と認識する大勢を占める領域と異なる部分がどこか識別しやすい像となっている。図６（ｂ）は、二値化しているため、基準となる領域とのノルムが大きい場所をより選択的に認識しやすい像となっている。

［比較例］
図８は、ハーフミラーを用いず、平面ＬＥＤ光源を被検査面に対して斜め方向（約４５度）から照射して撮像した像である。Ｘ－Ｙステージを所定の位置としたときに撮像される像に入射角度等による輝度ムラが大きく、分割して撮像されている各像の輝度ムラが大きいものとなっている。また、このような像を並べたとき、分割される各像のつなぎ目が顕著なものとなっている。このため、色ムラの評価を有効に行いにくい。

［色ムラ評価例（２）Ｌ＊ａ＊ｂ＊表色系］
［基準値の設定］
図３の像について、撮影された像の画素ごとのＲＧＢの色成分を検出した。次に、このＲＧＢの色成分を、画素ごとにＬ＊ａ＊ｂ＊表色系に換算した。Ｌ＊ａ＊ｂ＊表色系の、Ｌ＊がおよそ６６．９、ａ＊がおよそ０．５、ｂ＊がおよそー３１．２が最頻値であった。この最頻値を、本実施例の基準値Ｎ０´とした。

［ノルムＮｘ´の計算］
次に、画素ごとに、基準値Ｎ０´から各画素までのノルムＮｘ´を計算した。このＮｘ´は、Ｎ０´との距離として計算した絶対値である。
図７（ａ）は、Ｎｘ´の分布を、段階的にグレースケールで表示としたものであり、最頻値であるＮ０´からのノルム（実数）を２５６階調の８ビット値に変換して表示している。図７（ｂ）は、Ｎｘ´の分布に閾値を設けて二値化したものである。この閾値は、基準値とのノルム（距離）が０．０１を超える場合、異常点として白画素で表示し、ノルムが３．２以下のものは正常点として黒画素で表示した。

ＸＹＺ表色系を用いた例と同様に、Ｌ＊ａ＊ｂ＊表色系を用いたものも、その検査範囲内で基準値を設定して、その基準値と比較することで、標準サンプルを用いずに、色ムラ判別を行いやすい像に変換することができる。図７（ａ）は、基準点から大きく外れるほど明るく表示されるため、周囲の基準と認識する大勢を占める領域と異なる部分がどこか識別しやすい像となっている。図７（ｂ）は、二値化しているため、基準となる領域とのノルムが大きい場所をより選択的に認識しやすい像となっている。

本発明は、成形品や、塗装品、コーティング品、メッキ品などの色ムラの評価に利用することができ、産業上有用である。

１０ 光学系
１１ 光源
１２ 拡散板
１３ ハーフミラー
１００ 検査装置
２０ ステージ
２１ 被検査体
３０ 撮像部
３１ 対物レンズ
４０ 画像検出手段
５０ 画像解析手段
６０ 表示部
７０ 記憶部

Claims (7)

1. 光源と、前記光源から照射された光の少なくとも一部を被検査体の被検査面に反射させ前記被検査面に垂直方向から照射する配置のハーフミラーと、
   前記被検査面の検査範囲から反射および／または散乱し前記ハーフミラーを透過した光を撮像することで前記検査範囲の画像を撮像する撮像部とを有し、
   前記撮像部で撮像した画像の画素ごとに色成分を検出する検出手段と、
   前記画素ごとに前記色成分を表色系成分に換算する表色系換算手段と、
   前記表色系成分の少なくとも２つの特性値を用いる空間分布から前記検査範囲における基準値を求める基準値設定手段と、
   前記検査範囲の画像の画素ごとに前記基準値から前記画素までの前記空間分布におけるノルムＮｘを算出するＮｘ算出手段と、を有する色ムラ検査装置。
2. 前記表色系が、ＸＹＺ表色系および／またはＬａｂ表色系である請求項１記載の色ムラ検査装置。
3. 前記基準値が、最頻値、平均値、および中央値からなる群から選択されるいずれかに基づくものである請求項１または２に記載の色ムラ検査装置。
4. 前記Ｎｘの分布を前記検査範囲の空間分布図として表示する分布図表示手段を有し、
   前記分布図表示手段が、前記Ｎｘに閾値を設け二値化した前記空間分布図を表示する請求項１～３のいずれかに記載の色ムラ検査装置。
5. 前記被検査体が発色処理されたステンレス鋼である請求項１～４のいずれかに記載の色ムラ検査装置。
6. 光源から照射された光の少なくとも一部を被検査体の被検査面に反射させるハーフミラーにより前記被検査面に垂直方向から照射し、前記被検査面の検査範囲から反射および／または散乱し前記ハーフミラーを透過した光を撮像することで前記被検査面の検査範囲の画像を撮像する撮像部により撮像した前記画像の画素ごとの色成分を検出する色成分検出工程と、
   前記画素ごとに前記色成分を表色系成分に換算する表色系換算工程と、
   前記表色系成分の少なくとも２つの特性値を用いる空間分布から前記検査範囲における基準値を求める基準値設定工程と、
   画素ごとに前記空間分布における前記基準値から前記画素までのノルムＮｘを算出するＮｘ算出工程と、を有する色ムラ検査方法。
7. 前記被検査体が発色処理されたステンレス鋼である請求項６に記載の色ムラ検査方法。