JP2000258145A

JP2000258145A - 差分画像処理を用いた寸法測定法

Info

Publication number: JP2000258145A
Application number: JP11066986A
Authority: JP
Inventors: Yasutoshi Mizuta; 安俊水田; Yasushi Ikeda; 泰池田
Original assignee: Japan Fine Ceramics Center
Current assignee: Japan Fine Ceramics Center
Priority date: 1999-03-12
Filing date: 1999-03-12
Publication date: 2000-09-22

Abstract

(57)【要約】【課題】目標体の寸法を非接触的、あるいは非破壊的に
精度良く測定する方法を提供する。【解決手段】差分画像処理によって得られた差分画像上
の目標体像の寸法および移動量と、目標体および／また
は画像検出器の移動量とから、目標体の寸法を測定す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、差分画像処理法
を用いて工業用製品等を非接触的、破壊検査的に観察
し、寸法等を測定する技術に関し、特に、工業用製品等
の内部にある目標体の寸法等を計測するのに適した技術
に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、工業用製品等において遮蔽された
内部にある物体や部品等の目標体の寸法を測定する方法
としては、Ｘ線透過によるフィルム撮影法や透視法があ
った。しかしながら、通常のＸ線発生装置では、焦点寸
法が大きいため、目標体の透過像を幾何学的に拡大して
寸法を測定しようとすると、透過像の輪郭が不明瞭とな
ってしまう。このため、拡大して撮影したり透視したり
できず、小さい透過像に基づいて寸法を測定するため
に、測定精度が良くなかった。

【０００３】一方、マイクロフォーカスＸ線を用いて目
標体を拡大撮影し、幾何学的拡大率から目標物体の寸法
を算出しようとすると、目標体の工業製品等内部におけ
る位置（放射線源からの距離）が正確に分からないた
め、幾何学的拡大率が正確に求めることができず、結果
的に測定精度が良くなかった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このように、従来法に
よっては、非接触的、非破壊的に、目標体の寸法を精度
良く測定することは困難であった。そこで、本発明は、
目標体の寸法を非接触的、あるいは非破壊的に正確に精
度良く測定する方法を提供することを、その目的とす
る。また、本発明は、そのような寸法測定手段を備えた
画像処理装置を提供することを、目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記した課題
を解決するために、差分画像処理法を利用して、差分画
像上の目標体像の移動量と、目標体および／または画像
検出器の移動量を利用して、目標体の寸法を得ることが
できることを見いだした。すなわち、本発明は、差分画
像処理によって得られた差分画像上の目標体像の寸法お
よび移動量と、目標体および／または画像検出器の移動
量とから、目標体の寸法を測定する方法を提供する。ま
た、本発明は、前記測定方法において、前記差分画像
は、目標体に放射線を照射して得た透過像を差分して得
る、目標体の寸法を測定する方法を提供する。

【０００６】また、本発明は、差分画像処理によって得
られた差分画像上の目標体像の寸法および移動量を得、
目標体および／または画像検出器の移動量を得て、目標
体の寸法を測定する手段を備えた画像処理装置を提供す
る。

【０００７】これらの発明によると、差分画像上の目標
体像の移動量と、目標体および／または画像検出器の移
動量とから、差分画像上における拡大倍率が得られる。
この拡大倍率を利用して、差分画像上の目標体像の寸法
から、目標体の寸法が得られる。また、放射線を照射し
て得る透過像の差分画像を用いれば、透過像としか得ら
れない遮蔽された内部の目標体の実寸法が得られる。

【０００８】本発明における差分画像処理とは、原画像
に対して背景画像を用意し、原画像から背景画像を差分
して、両者の差を求める画像処理をいう。差分画像と
は、差分画像処理によって得られた画像をいう。原画像
及び背景画像はそれぞれ積分処理したものを用いること
が好ましい。本発明における目標体とは、寸法を計測し
ようとする部位および物体を含むものである。したがっ
て、個体のみならず、個体表面あるいは個体内部におけ
る一定の領域を示す場合もある。かかる一定の領域とし
ては、例えば、傷や亀裂、欠陥等も、本発明における目
標体に包含される。また、本発明における放射線とは、
すべての電磁波および粒子線も含むものである。すなわ
ち、電子線照射により発生するＸ線（軟Ｘ線を含む）や
放射線崩壊によって放出される粒子の作るビームであっ
て、α線、β線、γ線の他、これらと同程度以上のエネ
ルギーをもつ粒子線等も含まれる。画像検出器とは、目
標体または目標体を含む検査物体の画像を検出するもの
である。したがって、画像検出器とは、従来公知の各種
撮影装置を含む。また、放射線像検出器とは、広く前記
放射線を検査物体に照射することにより、検査物体を放
射線が透過することにより得られる放射線像を検出する
ものであり、蛍光増倍管（イメージインテンシファイヤ
ー）等の導電形撮像管、ＣＣＤカメラ、ラインセンサー
カメラのような固体撮像管、イメージングプレート方式
のようなデジタルラジオグラフィ方式を含む。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て詳細に説明する。本発明では、差分画像処理によって
得られた差分画像を用いる。本発明では、背景画像とし
て、原画像を得た原位置から目標体を移動させ、あるい
は画像検出装置を原位置から移動させ、目標体像が原画
像における目標体像と離間されている背景画像を用い
る。すなわち、背景画像上には、原画像とは異なる位置
に目標体像が観察されるようにする。この結果、差分画
像上において、目標体像を動点として抽出することがで
き、目標体像の差分画像上の移動量を得ることができ
る。

【００１０】この発明では、原画像および背景画像とし
て、放射線源から発生した放射線を検査物体に照射して
得た透過像を利用することが好ましい。透過像の利用に
より、遮蔽された内部にある目標体の実寸法も精度良く
測定することができる。以下に、放射線透過法を用いた
例を挙げて、本発明に用いる差分画像処理を説明する。
なお、以下の例では、放射線透過法による差分画像処理
法について説明するが、同様にして通常の画像に差分画
像処理法を適用することができる。

【００１１】図１には、本差分画像処理法の一例とし
て、放射線としてＸ線を用い、放射線像検出器としてイ
メージインテンシファイヤーを用いる放射線透視法の原
理が示されている。また、図２には、この画像処理法の
工程図が示されている。

【００１２】まず、図３に示すように、第１の工程で
は、Ｘ線ＴＶ像のフレーム積分により時間的ランダム雑
音が除去された積分像を得る。イメージインテンシファ
イヤーを通じての観察は動態撮影であり、本来的に時間
的にランダムに発生する雑音を含むが、時間積分により
上時間的ランダム雑音が解決される。具体的には、例え
ば、１秒間３０枚のＴＶ画像フレームを積分することに
より、時間依存のランダム雑音が除去され、積分像は、
目標体像、検出器による雑音と散乱Ｘ線を含むものとな
る。

【００１３】なお、Ｘ線入力が大きい方がランダム雑音
は減少する。また、フレーム積算に伴う雑音の減少は、
Ｘ線入力の大小も関連するが、約数百枚積算することに
より、雑音を除去することができる。

【００１４】次に、第２の工程では、第１の工程で得ら
れた積分像から差し引く背景画像を得る。本発明で用い
る差分画像処理法では、この背景画像として、目標体あ
るいは検出器を移動させ、その移動位置での検査物体の
Ｘ線ＴＶ画像の実時間像又はその積分像を得ることが特
徴となっている。この背景画像において、移動した目標
体部分の画像信号を含むようにする。この積分像におい
ては、検出器による雑音、散乱Ｘ線及び移動した目標体
像を含むが、第１の工程と同様に、時間的ランダム雑音
が排除されている。

【００１５】この際の移動距離は、目標体の形状や、検
出目的とする目標体の寸法等に合わせて選択される。例
えば、想定される目標体寸法が１００μｍの場合は、数
１００μｍでもよい。この程度の移動は、目標体位置の
移動を与えるが、検査物体の厚さや視野は殆ど変化しな
い。したがって、この画像は、他の余分な画像信号を含
まず、また、積分される探傷画像と輝度においてあまり
差がないものという背景画像としての要件を具備する。

【００１６】第３の工程では、第１の工程で得られた画
像から第２の工程で得られた背景画像を差分（減算）す
る。この場合、背景画像が実時間像であれば、逐次差分
し、積分像であれば、１回の差分を実行する。なお、実
時間像を逐次差分するか又は時間積分処理した積分像を
差分するかにより、最終的に得られる差分画像において
相違をもたらすものではない。この結果、図４（ｂ）に
示すように、シェーディングその他の検査物体に関わら
ない背景及び雑音が減算・消去される。すなわち、図４
（ａ）に示す積分法とは異なり、画素の感度特性による
雑音や、Ｘ線の非均質、試験体の厚さによるＸ線の減少
による影響は除去される。

【００１７】背景画像に同一の目標体像を含む場合は、
固有の目標体像が移動されているため、減算・消去され
ずに残り、結果的に第１の工程で得た目標体像及び第２
の工程で得た目標体移動反転像として抽出される。次工
程におけるコントラスト調整で、目標体像と反転像とを
非常に高コントラストに得ることができるようになる
（図４（ｂ）参照）。

【００１８】第４の工程では、差分画像において抽出さ
れた目標体あるいは反転した目標体をコントラスト調整
により強調し、検出する。本工程では、雑音が除去され
ているために、容易に目標体を検出することができ、目
標体検出感度が向上される。

【００１９】このように、本発明で用いる差分画像処理
は、雑音が排除されコントラスト強調が可能となり、目
標体像を明瞭に観察することができるようになってい
る。特に、本発明で用いる差分画像では、目標体像は、
第１の工程で得た目標体像（以下、第１の目標体像とい
う。）と、第２の工程で得た背景画像の目標体画像が反
転した状態の目標体像（以下、第２の目標体像とい
う。）との、２個の目標体像の組み合わせとして与えら
れることになる（図１参照）。例えば、目標体がＸ線吸
収体の場合は、第１の目標体像は黒、第２の目標体像は
白、の２種類の組み合わせとなって、一定の移動距離を
置いて同一画面上に存在することになる。

【００２０】このように目標体像が、所定の移動距離を
おいて白及び黒の１組のペアとなって同一画面上に存在
することは、非破壊検査における目標体の判定において
有効であり、また、目標体像の寸法や移動量を正確にか
つ精度よく検出するのにも有効である。すなわち、一つ
の目標体が１個の像としてでなく、２個の像として得ら
れることは、目標体識別において２倍の情報を与えるこ
とになり、しかも、白黒の反転色のペアとして得られる
こと、さらに、所定の移動距離を置いて得られることに
より、得られた情報を容易にかつ信頼性よく処理できる
ことになる。

【００２１】なお、２個の目標体像間の距離と目標体の
移動量とを比較することにより、容易に目標体であるか
否か、また、目標体の形状や種類が何であるかを自動的
に判定することも可能となる。この判定法によれば、判
定情報が豊富であるため、従来の積分法に比してはるか
に信頼性の高い自動判定法を与えることができる。すな
わち、１個の目標体について判定情報が、反対のトーン
を有する２組の目標体像のペアとして、そのトーン差及
び位置関係とともに与えられるため、信頼性の高い自動
判定が可能なる。

【００２２】なお、本画像処理法では、目標体あるいは
検出器を移動させて、背景画像を得ることにより、試験
体に応じて最も有効な背景画像を、効率的にかつ容易に
得ることができる点においても、目標体の寸法を正確に
かつ精度良く測定することができる。したがって、シェ
ーディング補正やリファレンス像差分法のように、それ
ぞれの試験体に応じて比較用試験体を準備するという非
現実的な工程や、作業時における検査体と比較用試験体
との交換等の煩わしさを省略することができ、作業能率
の観点からも、短時間でかつ低コストで寸法計測を達成
することができるものとなっている。

【００２３】このような差分画像処理法によって、差分
画像が得られたら、差分画像上の目標体像の寸法と移動
量を測定する。目標体像の寸法は、第１の目標体像から
得てもよく、また第２の目標体像から得てもよい。差分
画像上の第１の目標体像と第２の目標体像の双方から得
た寸法の平均値を目標体像の寸法とすることもできる。
さらには、目標体像の寸法は、必ずしも、差分画像上か
ら求める必要はなく、原画像あるいは背景画像のどちら
か一方から得てもよい。ただし、差分画像上から目標体
像の寸法を得る方が、より正確かつ精度良く得られる。
目標体像の移動量は、差分画像から得る。第１の目標体
像と第２の目標体像のそれぞれにおける目標体像上に定
めた点（定点という。）間の距離を移動量とする。この
ような定点は、２点以上であってもよい。なお、画像上
における寸法や移動量は、各種公知の画像寸法測定ソフ
トにより測定できる。

【００２４】目標体および／または画像検出器の移動量
は、それぞれ目標体や画像検出器を適当なマニピュレー
ター等に取り付けた上で変位計でこれらの移動量を測定
するようにする。目標体と画像検出器の双方を相対的に
移動させる場合には、目標体及び画像検出器の双方の移
動量を合計する。

【００２５】画像上の目標体像の寸法（ｄ）と実際の寸
法との比（拡大係数）は、目標体の画像上の移動量
（Ａ）と実際の移動量（Ｌ）との比に等しい。目標体の
拡大係数をＭとし、求めようとする目標体の寸法をＤと
すると、以下の式が成立する。Ｍ＝Ａ／Ｌ＝ｄ／Ｄしたがって、目標体の寸法Ｄ＝ｄ×Ｌ／Ａとなる。なお、本発明において、寸法既知の目標体につ
いて差分画像を得ることができれば、目標体の実寸法
（Ｄ）と画像上の目標体像の寸法（ｄ）から、拡大係数
を得ることができる。また、画像上の移動量（Ａ）と実
際の移動量（Ｌ）からも拡大係数を得ることができる。
得られた拡大係数から、線源から目標体までの距離を得
ることができる。

【００２６】本発明は、微細な目標体の検出および寸法
計測に特に有効であるが、広く目標体の寸法計測に適用
可能である。特に、放射線の透過により目標体を検出し
て寸法計測する方法は、遮蔽された内部の目標体の実寸
法を精度よく、かつ非破壊的に得ることができる。目標
体および目標体を含む検査物体としては、画像（放射線
透過像を含む。）を得られるものに対して広く適用する
ことができる。各種セラミックス成形体、半導体製品、
プラスチック製品、考古学遺物、絵画等の、非接触的、
非破壊的計測に好ましく適用される。さらに、好ましく
は、遮蔽された内部にある目標体の寸法計測に好ましく
適用される。好ましく適用される試験としては、、製品
製造プロセスのモニタリング、工業用非破壊検査・計
測、考古学遺物の精密計測をあげることができる。

【００２７】

【発明の効果】これらの発明によれば、目標体の寸法を
非接触的あるいは非破壊的に正確に測定することができ
る。特に、放射線透過像を用いることにより、遮蔽され
た内部の目標体の寸法を正確に測定することができる。

【００２８】

【実施例】次に、本発明を具現化した一実施例につき、
図５ないし図８に基づいて説明する。本実施例のシステ
ム構成を図５に示す。本システムは、マイクロフォーカ
ス型Ｘ線発生装置（ＡＮＤＲＥＸ社製ＭＸ−４）２、試
料台４及びマニピュレーター（レーザー変位計）６、蛍
光倍増管（（株）東芝製）付きＣＣＤカメラ８、ＴＶモ
ニタ１０、画像処理装置（ユニハイト製ＵＨ−１２）１
２、画像寸法測定ソフト（ＣＯＲＥＬ社製、Corel DRA
W）からなる。被検査体２０として図６に示した窒化ケ
イ素製平板（５０mm×５０mm×５mm）２２の両面に有孔
型薄板試験片２４、２６を張り合わせたものを用いた。
この有孔型薄板試験片２４、２６には、レーザー加工に
より２００μｍの貫通孔２８、３０が開けてある。これ
らの貫通孔２８、３０の孔径の実寸は予め光学顕微鏡で
測定しておいた。平板のＸ線源側の面（Ａ面とする）と
蛍光倍増管側（Ｂ面とする）とに、この試験片を張り合
わせると、Ａ面及びＢ面にそれぞれ貫通孔に対応する凹
状の孔部が形成されたようになった。なお、これらの凹
部は、位置がずれるようにした。以下、Ａ面の孔部をＡ
孔とし、Ｂ面の孔部をＢ孔とし、これらの孔部を目標体
としてその孔径を測定した。

【００２９】このように調製した被検査体を、マイクロ
フォーカスＸ線発生装置２と蛍光倍増管８との間で、幾
何学的拡大率が約８０倍となるように配置した。被検査
体にＸ線を照射し、透過Ｘ線を蛍光倍増管で撮影したＸ
線画像を積算処理して原画像を得た（図７（ａ）参
照）。フレーム積分枚数は、５１２枚であり、使用管電
圧は、１００ｋＶであった。次いで、被検査体をマニピ
ュレーターで０．４ｍｍ移動し（移動量をＬとする。移
動量は変位計にて測定した）、移動後の透過Ｘ線画像を
積算処理して、背景画像を得た（図７（ｂ）参照）。フ
レーム積分枚数は、５１２枚であり、使用管電圧は、１
００ｋＶであった。次に、原画像から背景画像を減算処
理して差分画像を得た（図７（ｃ）参照）。得られた差
分画像から、画像寸法測定ソフトを用いて、図８に示す
ようにして、目標体であるＡ孔像とＢ孔像の孔径ｄａ
（40.5mm）、ｄｂ（28.0mm）を測定し、さらにＡ孔とＢ
孔の差分画像上での移動量Ａ１（79mm）、Ａ２（55.5m
m）を測定した。

【００３０】目標体の画像上の寸法（ｄａ、ｄｂ）と実
際の寸法との比（拡大係数）は、画像上の移動量（Ａ
１、Ａ２）と実際の移動量（Ｌ）との比に等しい。Ａ孔
及びＢ孔のそれぞれの拡大係数をＭ１、Ｍ２とし、Ａ孔
の孔径をｄ１とし、Ｂ孔の孔径をｄ２とすると、以下の
式が成立する。Ｍ１＝Ａ１／Ｌ＝ｄａ／ｄ１Ｍ２＝Ａ２／Ｌ＝ｄｂ／ｄ２したがって、Ａ孔の孔径ｄ１＝ｄａ×Ｌ／Ａ１……（１）Ｂ孔の孔径ｄ２＝ｄｂ×Ｌ／Ａ２……（２）となる。

【００３１】Ａ孔像及びＢ孔像の孔径ｄａ，ｄｂ及び移
動量Ａ１、Ａ２、さらに、被検査体（目標体）の移動量
Ｌ（０．４ｍｍ）の３値を式（１）及び（２）に導入し
て、目標体であるＡ孔とＢ孔の孔径を算出した。Ａ孔に
ついては、光学顕微鏡で予め測定した孔径２０３μｍに
対して、測定孔径（ｄ１）は、２０５μｍであった。Ｂ
孔については、光学顕微鏡で予め測定した孔径２０１μ
ｍに対して、測定孔径（ｄ２）は、２０２μｍであっ
た。対称として、幾何学的拡大率（８０倍）から、Ａ孔
とＢ孔との孔径を算出したところ、Ａ孔については２５
３μｍであり、Ｂ孔についは１７５μｍであった。

【００３２】以上のように、Ａ孔及びＢ孔のいずれにつ
いても、従来の幾何学的拡大法に比較して正確に孔径を
測定することができた。Ａ孔は、窒化ケイ素製平板の表
面側にあり、Ｂ孔は窒化ケイ素製平板に遮蔽された側に
あるが、位置にかかわりなく正確に孔径を測定できた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明で用いる差分画像処理法（放射線透過法
を用いる）の原理を示した図である。

【図２】本発明で用いる典型的な差分画像処理法の工程
を示した図である。

【図３】画像の積分処理の概念図である。

【図４】積分法及び本発明で用いる差分画像処理法と画
像強調との関係を示した図である。

【図５】実施例１におけるシステムの概略を示した図で
ある。

【図６】被検査体におけるＡ孔及びＢ孔の状態を示した
図である。

【図７】原画像と背景画像及び差分処理画像を示した図
である。

【図８】差分処理画像上のＡ孔像及びＢ孔像の寸法及び
移動量を示した図である。

【符号の説明】

２Ｘ線発生装置４試料台６マニピュレータ８蛍光倍増管付きＣＣＤカメラ１０ＴＶモニタ１２画像処理装置２０被検査体

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 2F067 AA21 BB01 BB04 HH01 HH06 HH07 HH08 HH09 JJ01 JJ05 JJ06 JJ07 KK06 LL16 LL17 LL18 RR40 SS13 5B057 BA03 CE02 DA07 DB02 DC32

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】差分画像処理によって得られた差分画像上
の目標体像の寸法および移動量と、目標体および／また
は画像検出器の移動量とから、目標体の寸法を測定する
方法。
【請求項２】請求項１記載の測定方法において、前記差
分画像は、目標体に放射線を照射して得た透過像を差分
して得る、目標体の寸法を測定する方法。
【請求項３】差分画像処理によって得られた差分画像上
の目標体像の寸法および移動量を得、目標体および／ま
たは画像検出器の移動量を得て、目標体の寸法を測定す
る手段を備えた画像処理装置。