JP2003215062A - 光学部材検査方法 - Google Patents
光学部材検査方法Info
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Abstract
画像検査装置における光学部材検査方法であって、撮影
した画像に平行縞状の濃淡模様が現れるような被検物に
対しても不良要因の評価をより厳密に行うことが可能な
光学部材検査方法を提供することである。 【解決手段】 光学部材検査方法は、濃淡模様が現れる
ような撮影画像を生成し、画像の濃淡模様の濃淡変化の
方向に垂直に画像を複数枚に分割し、分割された画像の
それぞれについて濃淡模様の濃淡変化に平行な方向の平
均値を取って1次元のデータを生成し、1次元のデータ
から直流成分を除去し、この直流成分を除去された1次
元のデータを用いて所定の評価基準に基づいて被検物の
品質を評価する。
Description
部材の品質を検査するための画像検査装置における検査
方法に関する。
物という)の品質を検査する画像検査装置が知られてい
る。
のように検査される。まず、画像検査装置は、光源から
の光で照明された被検物をCCDカメラ等で撮影し、撮
影された画像に所定の処理を施すことにより被検物に存
在する不良要因を抽出し、その形状ごとに分類する。一
般的に、不良要因の形状としては、ゴミやキズ、ケバ
(糸くず)、汚れ等がある。また、画像検査装置によっ
ては、撮影された被検物を複数のエリアで分割してお
り、不良要因を、該不良要因が発生した位置に対応する
エリアごとに分類する。
て分類すると、画像検査装置は、各不良要因を数値(品
質点数)化する。そして画像検査装置は、各不良要因の
合計点数によって、被検物の良否判定を行う。なお本明
細書では、撮影された画像の任意の場所での明るさのこ
とを輝度という。
した画像、またはエリアごとに分割された画像を2値化
し、さらにこの2値化画像をラベリングして不良要因を
一つ一つ抽出したうえでこれらの不良要因の評価を行
う。
ズのように、被検物の種類によっては特にゴミやキズ等
がなくても撮影した画像に平行縞状の濃淡模様が現れ
る。このような濃淡模様は、そのレベルによっては2値
化後も縞模様として残る場合があり、この縞模様を不良
要因として評価してしまったり、或いは縞模様と二値化
された不良要因とが重なり(例えばゴミをキズとして評
価してしまうといった)不良要因の評価ミスが発生する
可能性がある。
値化後の縞模様を抽出したうえで消去していた。従っ
て、不良要因が濃淡模様と重なっているような場合は、
その不良要因を評価できず、被検物を厳密に評価するこ
とができなかった。
事情に鑑み、撮影した画像に平行縞状の濃淡模様が現れ
るような被検物に対しても不良要因の評価をより厳密に
行うことが可能な画像検査装置を提供することを目的と
する。
めに、本発明の光学部材検査方法は、濃淡模様が現れる
ような撮影画像を生成する画像生成ステップと、画像の
濃淡模様の濃淡変化の方向に垂直に画像を複数枚に分割
する分割ステップと、分割ステップにて分割された画像
のそれぞれについて濃淡模様の濃淡変化に平行な方向の
平均値を取って1次元のデータを生成する1次元化ステ
ップと、1次元化ステップにて生成された1次元のデー
タから直流成分を除去する直流成分除去ステップとを有
し、直流成分ステップにて直流成分を除去された1次元
のデータを用いて所定の評価基準に基づいて被検物の品
質を評価する。
画像を複数枚に分割し、分割された画像のそれぞれにつ
いて濃淡模様の濃淡変化に平行な方向の平均値を取った
1次元のデータに含まれる直流成分は濃淡模様の成分で
ある。従って、この直流成分を除去することにより、不
良要因による成分のみを抽出することができる。このよ
うにして抽出された不良要因の成分を評価することによ
り、不良要因の評価を厳密に行うことが可能となる。
を使用する画像検査装置1の概略構成図である。画像検
査装置1は、画像撮影部100と画像処理システム20
0とを有する。
1、光源102、ホルダ104を有する。ホルダ104
の上面は、被検物Sが載置されるテーブル部104aと
して構成される。またホルダ104の下部は、画像撮影
部100のステージ103の上面に形成されたレール1
03a上に設置され、レール103aに沿って水平方向
に移動可能な駆動部104bとして構成されている。ま
た、CCDカメラ101および光源102は、それぞれ
画像撮影部100のフレーム部105に固定されてい
る。CCDカメラ101は対物レンズユニット101a
とCCD101bとを有する。光源102は、複数の光
ファイバを有している。各光ファイバは、各々から射出
された光が被検物Sに斜めに入射するように、かつ射出
端面が環状に並ぶように配設されている。
00より送信された画像データを処理して、後述する被
検物Sの良否判定を行うプロセッサ201と、画像撮影
部100より送信された画像データやプロセッサ201
による画像処理結果等を表示可能なモニタ202とを有
する。なお、本実施形態における「プロセッサ201に
よる画像処理結果」には、二値化や細線化等の処理が行
われた後の画像と、被検物Sが良品であるか不良品であ
るかどうかの判定結果等の画像計測結果との双方が含ま
れる。
よる、被検物Sの検査手順を図面を用いて説明する。図
2は画像検査装置1による画像検査フローである。な
お、画像検査装置1の起動時、ホルダ104は、図1中
破線で示すように画像撮影部100のフレーム部105
の外側の所定位置(供給位置)に位置している。
01が実行され、光源102が点灯する。次いでS10
3に進み、図示しない機構により被検物Sをホルダ10
4のテーブル部104a上に載置する。次いでS105
に進む。
ーラはホルダ104の駆動部104bを制御して、供給
位置にあるホルダ104を画像検査装置1のフレーム部
105の中に向かって一定速度で移動させる。なお、ホ
ルダ104の移動量は画像検査装置1のコントローラに
よってカウントされている。次いでS107に進む。
源102からの光によって照明される領域を通過する。
被検物Sは光を透過する透明な部材であるので、光源1
02からの光によって照明された被検物Sにゴミやキズ
等がある場合はその傷や汚れのみが光を反射して明るく
浮かび上がる。CCDカメラ101の対物レンズユニッ
ト101aによるこの被検物Sの像は、CCDカメラ1
01のCCD101bの受光面上で結像する。CCD1
01bの受光面は受光画素がホルダ104の移動方向と
直交かつ水平に並んでおり、CCD101bはラインセ
ンサとして機能する。従って、光源102によって被検
物Sを照射しながらホルダ104を移動させることによ
り被検物Sの走査が行われる。
かの判定が行われている。すなわち、ホルダ104の移
動量が一定量に達したかどうかの判定が行われる。被検
物Sの走査が終了したのであれば(S107:YE
S)、S109に進みホルダ104の動作を停止した上
でS111に進む。一方、被検物Sの走査がまだ終了し
ていないのであれば(S107:NO)、S107を引
き続き実行する。すなわち、被検物Sの走査が終了する
まで待機する。
って得られる画像はモノクロ256階調のディジタル画
像データとして画像処理システム200のプロセッサ2
01に送信される。
ィジタル画像データを処理して、被検物S上の不良要因
を抽出し、品質点数化する。次いで、算出した品質点数
の合計が許容範囲内であるかどうかの判定処理(以下、
良否判定処理という)を行う。次いでS113に進む。
本発明の光学部材検査方法は、S111で行われる良否
判定処理に関するものである。この点については、後に
詳述する。
ラはホルダ104の駆動部104bを制御してホルダ1
04を画像撮影部100のフレーム部105の外側、つ
まり供給位置に向かって反転移動させる。
ルダ104のテーブル部104aから取りだし、プロセ
ッサ201による判定結果をもとに被検物Sを所定の棚
に収納する(S115)。すなわち、被検物Sが良品で
あると判定されれば(S115:OK)、被検物Sは良
品棚に収納される(S117)。一方、被検物Sが不良
品であると判定されれば(S115:NG)、被検物S
は不良品棚に収納される(S119)。
た被検物Sの検査手順の概説である。次に、本発明の実
施形態である光学部材検査方法(すなわち図2のフロー
チャートにおけるステップS111の処理内容)につい
て詳説する。
た被検物Sの画像の一例である。なお、以下に示す図中
に例示される被検物Sの画像においては、図中左右方向
をX軸(図中右向きを正とする)、上下方向をY軸(図
中下向きを正とする)と定義している。また画像座標軸
の原点は図中左上隅であり、画像における座標(m,
n)の画素は「原点からm画素分右かつn画素分下の画
素」を意味する。また、実際の画像においては不良要因
は背景よりも明るく示されるが、図面の簡略化のため、
明暗を逆転して不良要因を暗部として示している。
示されている。F1は所定以上の面積を有するゴミ状の
不良要因、F2は曲線として示されるケバ状の不良要
因、F3は略直線として示されるキズ状の不良要因であ
る。また画像の背景部BにはX軸方向に周期的な濃度変
動する濃淡模様Aが発生している。なお、実際の濃淡模
様は明部から暗部へ、また暗部から明部へと徐々に輝度
が変動する濃淡模様である。
様Aの輝度が加算されてしまうため、同じ不良要因であ
っても濃淡模様Aのどの部分と重なっているかによって
輝度が変わってしまい、正確に評価をすることができな
い。従って、不良要因の評価を行うのに当たって、まず
このノイズ成分を除去する必要がある。
淡模様の濃淡の変化方向が水平(X軸方向)となるよう
にあらかじめ画像が撮影されているが、一旦画像を撮影
した後に濃淡模様の濃淡の変化方向がX軸方向になるよ
う画像回転処理を行う構成としても良い。
を図4に示す。本ルーチンが開始すると、最初にステッ
プS301が実行される。ステップS301では、濃淡
模様の濃淡の変化方向に垂直な方向すなわちY軸方向に
走る分割線D(図3)によって画像がX軸方向に分割さ
れる。なお、図3中には分割線Dは2本しか記載されて
いないが、実際は分割線Dは8画素毎の間隔で画像全体
に定義されており、8画素ごとに画像を分割している。
分割前の画像の大きさはX軸方向がM画素、Y軸方向が
N画素となっているので、ステップS301によってX
軸方向が8画素、Y軸方向がN画素の画像gd(x,
y)が(M/8)枚生成される。なお、g d(m,n)
は分割された画像の座標(m,n)の画素の輝度を示す
(0≦m≦7,0≦n≦N−1)。次いでステップS3
02に進む。
で分割された画像の一次元化が行われる。すなわち、分
割後の画像gd(x,y)に対して、数1に基づいてX
軸方向に平均化を行い、X軸方向が1画素、Y軸方向が
N画素の画像gl(y)を求める(0≦y≦N−1)。
次いでステップS303に進む。
間のgd(x,y)についてのgl(y)を縦軸に、y
を横軸にとったグラフである。gl(y)はgd(x,
y)をX軸、すなわち濃淡模様の変化方向に平均したも
のであるので、図5に示されるように、gl(y)にお
いてはgd(x,y)の濃淡模様の成分が平均化されて
直流成分となり、不良要因のみがピークとして現れる。
従って、ステップS303では、gl(y)から直流成
分を除去してこのピークのみを抽出された画像g
lm(y)を得ることにより、濃淡模様の影響が除去さ
れた画像を得ることができる。尚、直流成分の除去方法
としては、例えば数2のようにgl(y)の平均値をg
l(y)から除算する等の手段を用いる。次いで、ステ
ップS306に進む。
にて分割した全ての画像について、ステップS303の
処理が終了したかどうかの範囲を行っている。全ての画
像について処理が終了したのであれば(S306:YE
S)、ステップS307に進み、未処理の画像が残って
いるのであれば(S306:NO)ステップS302に
戻り、次の画像の処理を実施する。
で分割され、ステップS302−305でノイズ成分を
除去した各一次元画像をY軸方向に再結合し、X軸方向
がM/8画素、Y軸方向がN画素の画像gf(x,y)
を生成する。
f(x,y)に対して不良要因の評価が行われる。以
下、図面を用いてその方法について説明する。図6は本
実施形態による、不良要因評価ルーチンのフローチャー
トである。本ルーチンがスタートすると、最初にステッ
プS201にて画像の2値化が行われる。なお、この2
値化に当たっては経験則による閾値を一意に用いる、画
像のヒストグラムから好適な閾値を演算する、或いは各
座標につきその周囲の画素の輝度から動的に閾値を求め
る構成としても良い。
像のラベリングが行われる。この結果、各不良要因ごと
にユニークなラベル番号が付与され、不良要因の総数Q
が得られる。次いでステップS203に進む。
る不良要因の評価が行われる。なお、変数Lの初期値は
0である。具体的な評価手順については後述する。次い
で、ステップS204に進む。
ついて評価が行われたかどうかの判定が行われる。すな
わち、L<Qが満足されているかどうかチェックされ
る。ここで、まだ全ての不良要因について評価が行われ
ていないのであれば(S204:NO)ステップS20
5に進む。
れ、ステップS203に戻る。
不良要因について評価が行われたと判断されたのであれ
ば(S204:YES)、ステップS206に進む。ス
テップS206では各不良要因についてステップS20
3にて演算された評価値の合計値を演算し、この合計値
を被検物Sの評価値とする。次いで本ルーチンを終了す
る。
良要因の評価方法を以下に示す。不良要因はその特徴に
応じて異なる評価基準に基づいて評価される。このよう
な特徴としては、例えば不良要因の形状やその発生位置
(エリア)といったものがある。特徴付けは、不良要因
の形状およびエリアで特定される項目のいずれかに不良
要因を分類し、各項目別に異なる評価点演算方法を用い
て不良要因の評価点を求める。
る。本実施形態は、不良要因を、所定の条件要素の大小
によって、汚れ、ゴミ、キズ、ケバの四種類の特定形状
に分類する。
れ」または「キズまたはケバ」のいずれであるかは、該
不良要因の円度の大小によって判断される。円度は、不
良要因の面積を該不良要因の外接円の面積で除算するこ
とにより求められる。不良要因は、その円度が大きくな
ればなるほど円形状により近い形状になり、小さくなれ
ばなるほど線状により近くなる。そして本実施形態の検
査方法では、円度に関する閾値Cを設定している。そし
て不良要因の円度C0が、閾値Cを上回れば該不良要因
は「ゴミまたは汚れ」に分類され、閾値Cを下回れば該
不良要因は「キズまたはケバ」に分類される。
は汚れ」に分類された場合、この不良要因がゴミ、汚れ
のいずれであるかは、該不良要因の面積の大小によって
判断される。本実施形態の検査方法では、ゴミと汚れの
分類の指標として、面積に関する閾値Hを設定する。そ
して不良要因の面積H0が、閾値Hを上回ればゴミに分
類され、閾値Hを下回れば汚れに分類される。
度が閾値Cを上回るような不良要因は所定距離内に集団
形成されている場合が多い。一方、他の特定形状の不良
要因が集団形成されているケースはごくまれである。本
実施形態では、閾値Hを下回る面積の不良要因を汚れ要
素として捉え、検出された該汚れ要素の重心から所定距
離内に含まれる不良要因の数U0が所定値Uを上回る場
合は該汚れ要素を「集合汚れ要素」と定義し、そうでな
い場合は該汚れ要素を「単独汚れ要素」と定義してい
る。なお、単一汚れか集合汚れかについての判断はあく
までも特定形状である汚れに分類された不良要因(汚れ
要素)に対してのみ行われるものであり、ゴミと判定さ
れた不良要因に関しては、単一汚れか集合汚れかについ
ての判断は行わない。
はケバ」に分類された場合、抽出された不良要因が、キ
ズ、ケバのいずれの形状であるかは、該不良要因の方向
性のばらつきの大小によって判断される。不良要因の方
向性は該不良要因を細線化した後にチェイン符号化処理
して得られる、細線化後の各画素の方向ベクトルの分布
から判断することができる。すなわち、例えばその不良
要因は略一直線状である場合は、「上と右上と右」や
「左上と左と左下」のように隣接する3ベクトルの全ベ
クトルに対する割合が(以下、直線度と称す)が極端に
高くなる。例えば、左上−左−左下の間の90度の中の
ある方向に向かって走る一直線状の不良要因のベクトル
分布を取ると、「左上と左と左下」のベクトルがほとん
どとなる。一方、ケバのような曲線状の不良要因のベク
トル分布は、直線度が低くなる。本実施形態の検査方法
では、キズとケバの分類の指標としてこの直線度を使用
し、ある不良要因の直線度R0が閾値Rよりも大きけれ
ば該不良要因はキズと判断され、小さければケバと判断
される。
れると、該分類結果に基づいて以下の式によって品質点
数化される。
品質点数PTは、数3によって求められる。
0は、該不良要因の相対輝度、NTEは、該不良要因の
特定形状および重心の座標に応じて分類された、該不良
要因に対するエリア重み付け係数をそれぞれ表す。
因自身の平均輝度から不良要因近傍の平均輝度を減算し
た値である。
良否判定に与える影響の程度を示す値であり、特定形状
および重心の座標に応じてにユーザが予め設定する。本
実施形態においては、ケバが最も被検物Sの性能に影響
を与えるとしてケバ、集合汚れ要素、単独汚れ要素、ゴ
ミ、キズの順に係数NTEが小さくなるように設定され
ている。
における不良要因をより厳しく評価する必要があるた
め、同じ不良要因であっても位置に応じて重み付け係数
NTEを変えている。本実施形態においては、被検物S
すなわち画像の中心部における係数NTEが最も大きく
なるようにし、この中心部から離れるに従って係数NT
Eが小さくなるようにしている。
は、不良要因の形状TとそのエリアEに依存する。本実
施形態の場合特定形状は5種類であり、また特定エリア
は画像中心部、画像外縁部、そして該中心部と該外縁部
の中間の中間部の3種類であるので、NTEは2次元配
列N(T,E)として、表1に示す15種類が設定される。
これらの実施形態に限定されるものではなく趣旨を逸脱
しない範囲で様々な変形が可能である。
の種類は、あくまでも例示である。従って、汚れ、ゴ
ミ、キズ、ケバの4種類以上の特定形状を設定してもよ
い。また、不良要因が分類されるエリアも、例示であ
る。従って、中心部、中間部、外縁部の三種類以上の特
定エリアを設定してもよく、また中心部以外の部分(例
えば画像右上隅など)の重み付け係数が最も大きくなる
ような構成としても良い。形状やエリアの種類を上記実
施形態よりも増やせば、それだけより緻密な品質点数化
が行われ、精度の高い良否判定を行うことができる。ま
た、形状やエリアの種類を上記実施形態よりも少なめに
設定すれば、迅速な良否判定を行うことができる。
画像のみを用いて良否判定を行う構成としても良い。こ
の場合の不良要因の品質点数PTは、相対輝度B0を1
として、数3を用いて演算される。
因の画素数または明るさ(コントラスト)で良否判定を行
う構成としても良い。不良要因の画素数を品質点数PT
として求める方法としては、数4を用いて一次元化画像
glm(y)のそれぞれが所定の閾値b’を上回ってい
るときはその画素を不良要因と判定してカウントアップ
する方法がある。
所定値b’を上回っている各区間についてその各区間の
glm(y)−b’の合算が閾値a’を超えている区間
があるかどうかで良否判定する方法がある。このときの
品質点数PTは、数5によって求められる。
よれば、濃淡模様を抽出してその濃淡模様を消去可能と
すると共に、その濃淡模様と重なっている不良要因の画
像は保持される。従って、周期的な濃淡模様が現れるよ
うな被検物に対しても不良要因の評価をより厳密に行う
ことが可能となる。
ほぼ等しい濃淡模様の発生した画像について、濃淡模様
の除去を行っているが、本発明の構成によれば平行縞状
の濃淡模様であれば濃淡の周期が不定期である濃淡模様
の発生した画像であっても、本実施形態と同様の処理に
よって濃淡模様を除去可能である。
装置の概略構成図である。
ャートである。
像の一例である。
のフローチャートである。
された画像を一次元化した画像のY軸を横軸に、輝度を
縦軸にとったグラフである。
フローチャートである。
Claims (8)
- 【請求項1】 光学部材の品質を検査するための画像検
査装置における光学部材検査方法であって、特に撮影し
た画像に平行縞状の濃淡模様が現れる被検物の品質を検
査する方法であり、該光学部材検査方法が、 前記周期的な濃淡模様が現れるような撮影画像を生成す
る、画像生成ステップと、 前記画像の濃淡模様の濃淡変化の方向に垂直に前記画像
を複数枚に分割する、分割ステップと、 前記分割ステップにて分割された画像のそれぞれについ
て、濃淡模様の濃淡変化に平行な方向の平均値を取って
1次元のデータを生成する、1次元化ステップと、 前記1次元化ステップにて生成された1次元のデータか
ら直流成分を除去する直流成分除去ステップと、 前記直流成分ステップにて直流成分を除去された1次元
のデータを用いて、所定の評価基準に基づいて前記被検
物の品質を評価する、評価ステップと、を有することを
特徴とする、光学部材検査方法。 - 【請求項2】 前記分割ステップは、前記画像に含まれ
る不良要因の寸法に比べて充分に小さい画素数ごとに前
記画像を分割することを特徴とする、請求項1に記載の
光学部材検査方法。 - 【請求項3】 前記評価ステップは、前記分割ステップ
にて分割された画像の前記1次元化ステップにて復号さ
れた1次元のデータを濃淡模様の濃淡変化に平行な方向
に結合して2次元の画像にする、結合ステップと、 前記結合ステップにて生成された画像を2値化して2値
化画像を生成する2値化ステップと、を有し、 前記評価ステップは前記2値化画像を用いて前記被検物
の品質を評価することを特徴とする、請求項1または請
求項2のいずれかに記載の光学部材検査方法。 - 【請求項4】 前記評価ステップは、前記2値化画像内
の各連結成分のそれぞれにユニークなラベルを付与する
ラベリングステップと、 前記ラベリングステップによってラベルが付与された各
連結成分のそれぞれを不良要因と特定しこの不良要因毎
の不良の度合いを示す品質点数を算出する、品質点数算
出ステップと、 全ての不良要因の品質点数から前記光学部材の品質を示
す品質評価値を算出する、品質評価値算出ステップと、
を有することを特徴とする、請求項3に記載の光学部材
検査方法。 - 【請求項5】 前記評価ステップは、前記直流成分を除
去された1次元のデータに一定以上の強度のピークが存
在するかどうかで不良要因を検出することを特徴とす
る、請求項1または請求項2のいずれかに記載の光学部
材検査方法。 - 【請求項6】 前記評価ステップは、前記直流成分を除
去された1次元のデータが第1の所定値以上となる部分
を前記一定以上の強度のピークと判断することを特徴と
する、請求項5に記載の光学部材検査方法。 - 【請求項7】 前記評価ステップは、前記直流成分を除
去された1次元のデータに存在するピークの内、ある一
定以上の面積をもつピークが存在するかどうかで不良要
因を検出することを特徴とする、請求項1または請求項
2に記載の光学部材検査方法。 - 【請求項8】 前記評価ステップは、前記直流成分を除
去された1次元のデータが第1の所定値よりも連続して
大きくなる区間を抽出する、区間抽出ステップを有し、 前記評価ステップは、前記区間抽出ステップにて抽出さ
れた区間のうち、その区間の輝度の合計が第2の所定値
を超える区間を前記ある一定以上の面積をもつピークと
判断することを特徴とする、請求項7に記載の光学部材
検査方法。
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