JP2004257826A - カラー画像を用いた外観検査方法及び外観検査装置 - Google Patents
カラー画像を用いた外観検査方法及び外観検査装置 Download PDFInfo
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Abstract
【課題】カラー画像を用いた外観検査方法及び外観検査装置において、演算量の低減、検査処理の高速化、及び、欠陥の大きさ評価の実現を図る。
【解決手段】検査対象物を分光波長帯毎の濃度画像からなるカラー画像として撮像し、各画素に対応した分光波長帯毎の濃度データ又は色調データを色データとして記憶する。分光波長帯のいずれか１つの濃度画像に微分処理を行い、検査対象物表面の不良部と正常部の境界を表すエッジ画素３８，Ｅ１・・からなるエッジ画像３７を生成し、例えば、エッジ画素Ｅ１の濃度勾配方向３９の両側において欠陥候補画素の対Ｐ１，Ｑ１を選び、その色データを比較して不良部の存在を検出する。対をなす欠陥候補画素の色データの比較により不良判定を行えばよく、欠陥候補部分の認識を効率的に高速に行うことができる。欠陥の大きさに対応して、欠陥候補画素の数が変化するので、欠陥の大きさの評価が可能となる。
【選択図】 図５
【解決手段】検査対象物を分光波長帯毎の濃度画像からなるカラー画像として撮像し、各画素に対応した分光波長帯毎の濃度データ又は色調データを色データとして記憶する。分光波長帯のいずれか１つの濃度画像に微分処理を行い、検査対象物表面の不良部と正常部の境界を表すエッジ画素３８，Ｅ１・・からなるエッジ画像３７を生成し、例えば、エッジ画素Ｅ１の濃度勾配方向３９の両側において欠陥候補画素の対Ｐ１，Ｑ１を選び、その色データを比較して不良部の存在を検出する。対をなす欠陥候補画素の色データの比較により不良判定を行えばよく、欠陥候補部分の認識を効率的に高速に行うことができる。欠陥の大きさに対応して、欠陥候補画素の数が変化するので、欠陥の大きさの評価が可能となる。
【選択図】 図５
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、検査対象物の表面をカメラで撮像し、カラー画像データをコンピュータで処理し、自動的に良否判定を行う、カラー画像を用いた外観検査方法及び外観検査装置に関する。
【０００２】
従来、検査対象物表面の色を検出して検査対象物の表面欠陥を検出する欠陥検査装置であって、検査対象物を撮像してカラー画像として取り込む画像取り込み手段と、取り込んだカラー画像のデータから色度・輝度を算出する色度・輝度算出手段と、色度・輝度の分布から欠陥候補部を抽出する欠陥候補抽出手段と、欠陥候補部の形状を計測してその形状から欠陥のみを検出する欠陥検出手段と、検出結果を出カする出カ手段と、検出結果を格納する格納手段とを備えた欠陥検査装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、半導体表面の画像を撮像し、複数のカラー信号として出カする撮像手段と、この撮像手段から出カされる複数のカラー信号を記憶する記憶手段と、この記億手段に記憶された複数のカラー信号の相関係数を求め、これら相関係数より半導体表面の欠陥を検出する検出手段と、を具備した半導体の外観検査装置が知られている（例えば、特許文献２参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１１−１０８７５９号公報
【特許文献２】
特開平６−８２３７７号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した特許文献１に示されるような欠陥検査装置は、撮像した画像上の基準色（正常色）の決定、基準色に対する各画素の色相、色差算出による欠陥候補抽出において、被検査面の全域に渡って処理を行うため、これらの処理に時間がかかり、高速検査を行う上で問題がある。また、上述した特許文献２に示されるような外観検査装置は、撮像手段から出力され、記憶手段に記億された複数のカラー信号の相関係数を算出する過程において、被検査面の全域に渡って算出を行うため、これらの処理に時間がかかり、高速検査を行う上で問題があり、また、ウエハーやペレット上の欠陥の有無を検出できるが、欠陥の大きさについての評価ができない。
【０００６】
本発明は、上記課題を解消するものであって、演算量が少なく、検査処理を高速で行うことができ、欠陥の大きさの評価も可能なカラー画像を用いた外観検査方法及び外観検査装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
上記課題を達成するために、請求項１の発明は、検査対象物のカラー画像を用いた外観検査方法であって、カラーカメラを用いて検査対象物を分光波長帯毎の濃度画像からなるカラー画像として撮像するカラー画像撮像過程と、前記カラー画像の各画素に対応した分光波長帯毎の濃度データ又は濃度データに基づき色度・輝度に変換した色調データを色データとして記憶する色データ記憶過程と、各分光波長帯のいずれか一つの濃度画像について、検査対象物に予め設定した検査領域の画素に微分画像処理を行って規定値以上の微分値を有する画素をエッジ画素として抽出するエッジ画像生成過程と、抽出した各エッジ画素における濃度勾配方向線上にあり該エッジ画素を挟みそのエッジ画素から互いに逆方向に所定距離離れた対をなす画素を選択し、その対をなす画素の色データを比較し、比較結果が予め設定された基準範囲を超える場合、その対をなす画素を欠陥候補画素として抽出する欠陥候補画素抽出過程と、各エッジ画素の両側に抽出された欠陥候補画素のさらに詳細な色データを比較して基準値以上の差があれば不良と判定する良否判定過程と、を有するものである。
【０００８】
上記検査方法においては、カラーカメラを用いて検査対象物を分光波長帯毎の濃度画像からなるカラー画像として撮像し、カラー画像の各画素に対応した分光波長帯毎の濃度データ又は濃度データに基づき色度・輝度に変換した色調データを色データとして記憶し、各分光波長帯のいずれか一つの濃度画像について、検査対象物に予め設定した検査領域の画素に微分画像処理を行って規定値以上の微分値を有する画素をエッジ画素として抽出し、抽出した各エッジ画素における濃度勾配方向線上にあり該エッジ画素を挟みそのエッジ画素から互いに逆方向に所定距離離れた対をなす画素を選択し、その対をなす画素の色データを比較し、比較結果が予め設定された基準範囲を超える場合、その対をなす画素を欠陥候補画素として抽出し、各エッジ画素の両側に抽出された欠陥候補画素のさらに詳細な色データを比較して基準値以上の差があれば不良と判定するので、分光波長帯のいずれか一つの画像におけるエッジ画像の生成の後、対をなす欠陥候補画素を抽出した上で、その対をなす欠陥候補画素のさらに詳細な色データ比較により良否判定を行えばよく、欠陥候補部分の認識を効率的に高速に行うことができる。また、欠陥の大きさに対応して、欠陥候補画素の数が変化するので、欠陥の大きさの評価が可能となる。
【０００９】
請求項２の発明は、検査対象物のカラー画像を用いた外観検査方法であって、カラーカメラを用いて検査対象物を分光波長帯毎の濃度画像からなるカラー画像として撮像するカラー画像撮像過程と、前記カラー画像の各画素に対応した分光波長帯毎の濃度データ又は濃度データに基づき色度・輝度に変換した色調データを色データとして記憶する色データ記憶過程と、各分光波長帯のいずれか一つの濃度画像について、検査対象物に予め設定した検査領域の画素に微分画像処理を行って規定値以上の微分値を有する画素をエッジ画素として抽出するエッジ画像生成過程と、抽出した各エッジ画素における濃度勾配方向線上にあり該エッジ画素を挟みそのエッジ画素から互いに逆方向に所定距離離れた対をなす画素を選択し、その対をなす画素の色データを比較し、比較結果が予め設定された基準範囲を超える場合、その対をなす画素を欠陥候補画素として抽出する欠陥候補画素抽出過程と、各エッジ画素の両側に抽出された欠陥候補画素について、片側毎にその近傍画素を含めて色データを統計処理し、得られた両側の色データ統計値を比較して予め設定した基準値以上の差があれば不良と判定する良否判定過程と、を有するものである。
【００１０】
上記検査方法においては、カラーカメラを用いて検査対象物を分光波長帯毎の濃度画像からなるカラー画像として撮像し、カラー画像の各画素に対応した分光波長帯毎の濃度データ又は濃度データに基づき色度・輝度に変換した色調データを色データとして記憶し、各分光波長帯のいずれか一つの濃度画像について、検査対象物に予め設定した検査領域の画素に微分画像処理を行って規定値以上の微分値を有する画素をエッジ画素として抽出し、抽出した各エッジ画素における濃度勾配方向線上にあり該エッジ画素を挟みそのエッジ画素から互いに逆方向に所定距離離れた対をなす画素を選択し、その対をなす画素の色データを比較し、比較結果が予め設定された基準範囲を超える場合、その対をなす画素を欠陥候補画素として抽出し、各エッジ画素の両側に抽出された欠陥候補画素について、片側毎にその近傍画素を含めて色データを統計処理し、得られた両側の色データ統計値の比較して予め設定した基準値以上の差があれば不良と判定するので、分光波長帯のいずれか一つの画像におけるエッジ画像の生成の後、対をなす欠陥候補画素を抽出した上で、その対をなす欠陥候補画素の色データ統計値の比較により良否判定を行えばよく、欠陥候補部分の認識を効率的に高速に行うことができる。また、欠陥の大きさに対応して、欠陥候補画素の数が変化するので、欠陥の大きさの評価が可能となる。
【００１１】
請求項３の発明は、請求項２に記載の外観検査方法であり、良否判定過程において、前記抽出したエッジ画素が連続してなるエッジラインの両側に抽出された欠陥候補画素について、エッジラインの各片側毎に欠陥候補画素の色データを統計処理して得た色データ統計値に基づいて対象物の良否を判定するものである。
【００１２】
上記検査方法においては、抽出したエッジ画素が連続してなるエッジラインの両側に抽出された欠陥候補画素について、エッジラインの各片側毎に欠陥候補画素の色データを統計処理して得た色データ統計値に基づいて対象物の良否を判定するので、エッジラインに沿って、非欠陥候補画素を除外した欠陥候補画素のみによる、感度の高い判定を行うことができる。
【００１３】
請求項４の発明は、請求項３に記載の外観検査方法であり、良否判定過程において、エッジラインの各片側毎の欠陥候補画素に欠陥候補画素と判断しなかった画素を含めた上で良否判定を行うものである。
【００１４】
上記検査方法においては、エッジラインの各片側毎の欠陥候補画素に欠陥候補画素と判断しなかった画素を含めた上で良否判定を行うので、エッジラインに沿った平均的な良否判定を行うことができ、美観的な外観欠陥を検査する場合において人間の外観検査感度と整合のとれた検査ができる。
【００１５】
請求項５の発明は、請求項２乃至請求項４のいずれかに記載の外観検査方法であり、欠陥候補画素抽出過程において、抽出したエッジ画素が連続するエッジラインについて、各エッジ画素毎に選択した前記対をなす画素のそれぞれに各画素の近傍画素を含めてこれらについて平均化した色データを比較し、比較結果が予め設定された基準範囲を超える場合、該対をなす画素を欠陥候補画素として抽出し、良否判定過程において、エッジラインの各片側毎に前記欠陥候補画素の近傍画素を含めてこれらの画素の色データを統計処理して得た色データ統計値に基づいて対象物の良否を判定するものである。
【００１６】
上記検査方法においては、抽出したエッジ画素が連続するエッジラインについて、各エッジ画素毎に選択した前記対をなす画素のそれぞれに各画素の近傍画素を含めてこれらについて平均化した色データを比較し、比較結果が予め設定された基準範囲を超える場合、対をなす画素を欠陥候補画素として抽出し、エッジラインの各片側毎に欠陥候補画素の近傍画素を含めてこれらの画素の色データを統計処理して得た色データ統計値に基づいて対象物の良否を判定するので、画像ノイズを除去して欠陥候補画素を信頼性高く抽出でき、精度良く、信頼性の高い良否判定を行うことができる。
【００１７】
請求項６の発明は、請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の外観検査方法であり、エッジ画像生成過程において、各分光波長帯の濃度画像について、検査対象物に予め設定した検査領域の画素に微分画像処理を行って生成した複数のエッジ画像にＯＲ演算処理を施して合成エッジ画像を生成し、欠陥候補画素抽出過程において、前記合成エッジ画像を用いて欠陥候補画素を抽出するものである。
【００１８】
上記検査方法においては、各分光波長帯の濃度画像について、検査対象物に予め設定した検査領域の画素に微分画像処理を行って生成した複数のエッジ画像にＯＲ演算処理を施して生成した合成エッジ画像を用いて欠陥候補画素を抽出するので、種々の色成分を含む欠陥候補画素をもれなく信頼性高く抽出でき、精度の良い信頼性の高い判定を行うことができる。
【００１９】
請求項７の発明は、請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の外観検査方法であり、エッジ画像生成過程において、特定方向の濃度勾配に対して微分値が小さくなる微分フィルタを用いるものである。
【００２０】
上記検査方法においては特定方向の濃度勾配に対して微分値が小さくなる微分フィルタを用いるので、特定方向に偏った輝度勾配を持つ模様をエッジとして抽出しないように微分処理を行うことができ、欠陥ではない模様を含む検査対象物から模様の影響を除外して、欠陥のみの検査を精度良く行うことができる。
【００２１】
請求項８の発明は、請求項１乃至請求項７のいずれかに記載の外観検査方法であり、欠陥候補画素抽出過程において、前記エッジ画素における濃度勾配方向線上にあり該エッジ画素を挟みそのエッジ画素から互いに逆方向に向かう画素列の濃度値の分布を元に比較すべき対をなす画素を選択するものである。
【００２２】
上記検査方法においては、エッジ画素における濃度勾配方向線上にありエッジ画素を挟みそのエッジ画素から互いに逆方向に向かう画素列の濃度値の分布を元に比較すべき対をなす画素を選択するので、分布の滑らかなところの画素を選択でき、エッジ近傍の微妙な輝度変化の影響を除いた欠陥候補画素を用いて判定精度の安定した外観検査を行うことができる。
【００２３】
請求項９の発明は、請求項１乃至請求項７のいずれかに記載の外観検査方法であり、欠陥候補画素抽出過程において、前記エッジ画素における濃度勾配方向線上にあり該エッジ画素を挟みそのエッジ画素から互いに逆方向に向かう画素列の濃度値の分布の微分値を元に比較すべき対をなす画素を選択するものである。
【００２４】
上記検査方法においては、エッジ画素における濃度勾配方向線上にありエッジ画素を挟みそのエッジ画素から互いに逆方向に向かう画素列の濃度値の分布の微分値を元に比較すべき対をなす画素を選択するので、濃度値の変化の少ない安定した分布のところの画素を選択でき、エッジ近傍の微妙な輝度変化の影響を除いた欠陥候補画素を用いて判定精度の安定した外観検査を行うことができる。
【００２５】
請求項１０の発明は、請求項８又は請求項９に記載の外観検査方法であり、欠陥候補画素抽出過程において、濃淡値の分布の変化が小さくなった部分、又は微分値が小さくなった部分における画素を比較すべき対をなす画素とするものである。
【００２６】
上記検査方法においては、濃淡値の分布の変化が小さくなった部分又は微分値が小さくなった部分における画素を比較すべき対をなす画素とするので、エッジ画素の両側画素のうち、分布の変化パターンをパラメータで指定した上で、色データ比較対象画素を決めることができ、エッジ近傍の微妙な輝度変化の影響を除いた欠陥候補画素を用いて判定精度の安定した外観検査を行うことができる。
【００２７】
請求項１１の発明は、請求項１乃至請求項１０のいずれかに記載の外観検査方法であり、エッジ画像生成過程において、抽出したエッジ画素の連なりが途切れた部分を接続するエッジ延長処理を行うものである。
【００２８】
上記検査方法においては、抽出したエッジ画素の連なりが途切れた部分を接続するエッジ延長処理を行うので、微分処理によりエッジ抽出をする際に、微分値が小さいためエッジの連なりが途切れる部分があっても、エッジの連続性を評価してエッジ延長処理により接続することができ、連続したエッジ画像によって欠陥の特徴がより捉えやすくなる。
【００２９】
請求項１２の発明は、請求項２乃至請求項１１のいずれかに記載の外観検査方法であり、良否判定過程において、各エッジ画素の各片側ごとに前記欠陥候補画素の近傍画素を含めて色データを統計処理し、統計処理して得た各色データ統計値と予め設定されている良品の色データ統計値とを比較して基準値以上の差があるときその部分を不良部位とするものである。
【００３０】
上記検査方法においては、各エッジ画素の各片側ごとに前記欠陥候補画素の近傍画素を含めて色データを統計処理して得た各色データ統計値と予め設定されている良品の色データ統計値とを比較して基準値以上の差があるときその部分を不良部位とするので、対をなす欠陥候補画素のいずれかの近傍に不良が存在するかどうかでなく、欠陥候補画素のどちら側が不良部であるかを識別できる。
【００３１】
請求項１３の発明は、検査対象物のカラー画像による外観検査装置であって、カラーカメラを用いて検査対象物を分光波長帯毎の濃度画像からなるカラー画像として撮像するカラー画像撮像手段と、前記カラー画像の各画素に対応した分光波長帯毎の濃度データ又は濃度データに基づき色度・輝度に変換した色調データを色データとして記憶する色データ記憶手段と、各分光波長帯のいずれか一つの濃度画像について、検査対象物に予め設定した検査領域の画素に微分画像処理を行ってエッジ画素を抽出するエッジ画像生成手段と、抽出した各エッジ画素における濃度勾配方向線上にあり該エッジ画素を挟みそのエッジ画素から互いに逆方向に所定距離離れた対をなす画素を選択し、その対をなす画素の色データを比較し、比較結果が予め設定された基準範囲を超える場合、その対をなす画素を欠陥候補画素として抽出する欠陥候補画素抽出手段と、各エッジ画素の両側に抽出された欠陥候補画素について、片側毎にその近傍画素を含めて色データを統計処理し、得られた両側の色データ統計値を比較して、又は統計処理して得られた各色データ統計値と予め設定されている良品の色データ統計値とを比較して、基準値以上の差があれば不良と判定する良否判定手段と、を有するものである。
【００３２】
上記構成においては、カラーカメラを用いて検査対象物を分光波長帯毎の濃度画像からなるカラー画像として撮像した画像の各画素に対応した分光波長帯毎の濃度データ又は濃度データに基づき色度・輝度に変換した色調データを色データとして記憶し、各分光波長帯のいずれか一つの濃度画像について、検査対象物に予め設定した検査領域の画素に微分画像処理を行ってエッジ画素を抽出し、抽出した各エッジ画素における濃度勾配方向線上にあり該エッジ画素を挟みそのエッジ画素から互いに逆方向に所定距離離れた対をなす画素を選択し、その対をなす画素の色データを比較した結果が予め設定された基準範囲を超える場合、その対をなす画素を欠陥候補画素として抽出し、抽出された欠陥候補画素の片側毎にその近傍画素を含めて色データを統計処理し、得られた両側の色データ統計値を比較して、又は統計処理して得られた各色データ統計値と予め設定されている良品の色データ統計値とを比較して、基準値以上の差があれば不良と判定するので、分光波長帯のいずれか一つの画像におけるエッジ画像の生成の後、対をなす欠陥候補画素を抽出した上で、その対をなす欠陥候補画素の色データの比較により不良判定を行えばよく、欠陥候補部分の認識を効率的に高速に行うことができる。また、欠陥の大きさに対応して、欠陥候補画素の数が変化するので、欠陥の大きさの評価が可能となる。
【００３３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態に係るカラー画像処理を用いた外観検査方法及び外観検査装置について、図面を参照して説明する。本発明の外観検査装置は、検査対象物表面の不良部と正常部の境界を検出し、境界の両側において欠陥候補画素の対を選び、その欠陥候補画素の色データを比較して不良部の存在を検出するものである。図１は外観検査装置の構成概要を示す。外観検査装置１は、検査対象物１０の検査表面を照明する、例えばリング状の照明器具１１と、カラー画像を撮像するカラーカメラ１２と、撮像されたカラー画像を画像処理して検査対象物１０の表面の、例えば色むらの外観検査を行って検査対象物１０の良否判定を行う外観検査装置本体１３を備えている。
【００３４】
外観検査装置１の構成を説明する。図２は装置のブロック構成図を示す。外観検査装置１は、カラーカメラ１２を用いて検査対象物を分光波長帯毎の濃度画像からなるカラー画像として撮像するカラー画像撮像手段２１と、得られたカラー画像の各画素に対応した分光波長帯毎の濃度データ又は濃度データに基づき色度・輝度に変換した色調データを色データとして記憶する色データ記憶手段２４とを有している。また、外観検査装置１は、各分光波長帯のいずれか一つの濃度画像について、検査対象物に予め設定した検査領域の画素に微分画像処理を行って規定値以上の微分値を有する画素をエッジ画素として抽出するエッジ画像生成手段２５と、抽出した各エッジ画素における濃度勾配方向線上にあり該エッジ画素を挟み、そのエッジ画素から互いに逆方向に所定距離離れた対をなす画素を選択し、その対をなす画素の色データを比較し、比較結果が予め設定された基準範囲を超える場合、その対をなす画素を欠陥候補画素として抽出する欠陥候補画素抽出手段２６とを有している。また、外観検査装置１は、各エッジ画素の両側に抽出された欠陥候補画素について、片側毎にその近傍画素を含めて色データを統計処理し、得られた両側の色データ統計値を比較して、又は統計処理して得られた各色データ統計値と予め設定されている良品の色データ統計値とを比較して、基準値以上の差があれば不良と判定する良否判定手段２７を有している。
【００３５】
外観検査装置１は、上述した各手段の他に、例えば、画像処理用の画像記憶手段２２、色データ比較判定規準値や良品の色データ統計値などを記憶する判定基準記憶手段２３、処理結果表示を行うディスプレイ１４を含む画像出力手段２８、及び各手段を制御する中央処理手段２０とバスライン２９を有している。
【００３６】
本装置により処理される画像について説明する。図３は、撮像された画像を示す。カラー画像３０は、例えばカラーＣＣＤカメラを用いて撮像されたものの部分画像である（検査領域部分の画像、周囲の白枠は表示画面上の余白、以下同じ）。この画像３０を、分光波長帯毎の濃度画像のカラー画像データ、例えば、通常のＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）に分離した画像は、Ｒ画像３１、Ｇ画像３２、Ｂ画像３３のようになる。これらの画像は、例えば５１２×４８０画素で構成されており、各画素は８ビット（２５６階調）のデジタルデータになっている。カラー画像３０によって示される検査対象物は、画像の左上に欠陥部（色違い部分）３４とその他の領域の正常部３５を有している。一般に、カラー画像における画像濃度は、カラー画像の色構成濃度の違いにより、分光波長帯毎の濃度画像に分離したときに濃度の現れ方に差が生じることになる。画像３１，３２，３３は、この様子を示しており、Ｒ画像３１には欠陥部は現れていないが、Ｇ画像３２とＢ画像３３においては欠陥部３４が認められる。
【００３７】
欠陥検出の前処理となる画像の微分処理について説明する。図４は微分画像及びエッジ画像を示す。図３におけるＧ画像３２において欠陥部と良品部のコントラストが大きいことが分かっているものとする。Ｇ画像３２を濃度値について微分処理すると微分画像３６が得られ、微分画像３６についてエッジ抽出処理をするとエッジ画像３７が得られる。微分処理については後述される。エッジ抽出処理は、例えば画像処理における細線化処理によって行うことができる。エッジ画像３７において、欠陥部と良品部の境界が抽出されたエッジ画素３８によって示されている。
【００３８】
欠陥候補画素抽出について説明する。図５は、拡大したエッジ画素部を示す。左上のエッジ画像３７のエッジ画素を含む領域Ａを拡大した右下の図において、エッジ画素Ｅ１〜Ｅ５が示されている。矢印３９，４０はエッジ画素における濃度勾配方向を示している。エッジ画素Ｅ１〜Ｅ４における濃度勾配方向は、矢印３９の方向であり、エッジ画素Ｅ５における濃度勾配方向は、矢印４０の方向である。検査対象物表面の不良部と正常部の境界がエッジ画素Ｅ１〜Ｅ５として抽出された後、境界の両側において色データを比較して不良部の存在を検出するための欠陥候補画素が抽出される。この欠陥候補画素の抽出の前処理として、比較対象画素の対が選定される。
【００３９】
比較対象画素の対は、例えばエッジ画素Ｅ１における濃度勾配方向３９の線上にあってエッジ画素Ｅ１を挟み、そのエッジ画素Ｅ１から互いに逆方向に所定距離、例えば１画素だけ離れた対をなす画素として選択される。この例では、エッジ画素Ｅ１に対して画素Ｐ１と画素Ｑ１が比較対象画素の対となる。また、エッジ画素Ｅ５に対しては画素Ｐ５と画素Ｑ５が比較対象画素の対となる。これらの比較対象画素の対から、さらに欠陥候補画素の対を抽出する。
【００４０】
欠陥候補画素の抽出について説明する。前述の対をなす画素（比較対象画素）の色データが比較され、比較結果が予め設定された基準範囲を超える場合、その対をなす画素が欠陥候補画素として抽出される。色データの比較は色空間、例えばＲＧＢ濃度空間における距離により行われる。図６はＲＧＢ濃度空間を示す。比較対象画素をＰｎ、Ｑｎとすると、ＲＧＢ濃度空間におけるＰｎ，Ｑｎ間の距離Ｄは、それぞれの画素の規格化された色濃度値からなる座標Ｐｎ（ＲＰｎ，ＧＰｎ，ＢＰｎ）、Ｑｎ（ＲＱｎ，ＧＱｎ，ＢＱｎ）によって、
Ｄ＝ｓｑｒ（（ＲＰｎ−ＲＱｎ）２＋（ＧＰｎ−ＧＱｎ）２＋（ＢＰｎ−ＢＱｎ）２）
で与えられる。ここで、ｓｑｒは平方根を表す。各色濃度値は、撮像されたカラー画像から求められ、色データとして装置に記憶されているものである。距離Ｄと欠陥候補画素抽出のため予め設定されているしきい値Ｄｔｈとが比較され、距離Ｄの方が大きい場合（Ｄ＞Ｄｔｈ）、比較対象画素Ｐｎ、Ｑｎは欠陥候補画素の対として抽出される。距離Ｄは、ＲＧＢの３次元空間以外に、例えばＧ空間だけの１次元空間や、ＲＧ空間の２次元空間の距離を用いることもできる。次に、抽出された欠陥候補画素の色データを比較して良否判定が行われることになる。
【００４１】
外観検査方法における処理の全体の流れを説明する。図７は外観検査方法の処理フローを示す。分光波長帯毎のカラー画像撮像に続いて、濃度データ又は色度・輝度からなる色調データが色データとして記憶される（Ｓ１０１，Ｓ１０２）。次に、１つの分光波長帯の濃度画像についてエッジ画像生成処理が行われる（Ｓ１０３）。エッジ画像生成処理によってエッジ画素が１つも生成されない場合（Ｓ１０４でＮ）、検査対象物には不良部がないものとして良判定がなされる（Ｓ１１５）。次に、ステップＳ１０５〜Ｓ１０９において、上述した欠陥候補画素の抽出処理が行われる。欠陥候補画素抽出処理によって欠陥候補画素が抽出されない場合（Ｓ１１０でＮ）、検査対象物には不良部がないものとして良判定がなされる（Ｓ１１５）。欠陥候補画素が存在する場合（Ｓ１１０でＹ）、欠陥候補画素対の色データを比較し色データの差が規準値以上であれば（Ｓ１１２でＹ）、検査対象物には不良部があるので検査対象物は不良品であるとして不良判定がなされる（Ｓ１１３）。色データの比較は、例えば、前述のＲＧＢ濃度空間で行われる。全ての欠陥候補画素対について良否判定の結果、不良判定がなされない場合（Ｓ１１４でＹ）、検査対象物には不良部がないものとして良判定がなされる（Ｓ１１５）。
【００４２】
欠陥候補画素の良否判定に統計値を用いる場合について説明する。図８は、統計値を用いる場合の外観検査方法の処理フローを示す。この処理フローのステップＳ２０１〜Ｓ２１０は、上述の図７に示した処理フローのステップＳ１０１〜Ｓ１１０と同じである。ステップＳ２１１において、欠陥候補画素対のそれぞれの画素にそれぞれ所定範囲の近傍画素を含めた２つの画素の集合について、色データを統計処理した色データ統計値が計算される。色データ統計値としては、例えば、各画素の色濃度の平均値、標準偏差値、分散値などを用いることができる。欠陥画素対の色データ統計値を比較し、色データ統計値の差が規準値以上であれば（Ｓ２１３でＹ）、検査対象物には不良部があるので検査対象物は不良品であるとして不良判定がなされる（Ｓ２１４）。全ての欠陥候補画素対について良否判定の結果、不良判定がなされない場合（Ｓ２１５でＹ）、検査対象物には不良部がないものとして良判定がなされる（Ｓ２１６）。
【００４３】
良否判定において一括して統計処理した色データ統計値を用いる方法を説明する。図９は、一括統計処理による良否判定の対象となる画素の例を示し、図１０は、処理のフローを示している。エッジ画素４２、４３のようにエッジ画素が連続したものをエッジラインＥＬ１，ＥＬ２と呼ぶ。また、各エッジラインの両側の欠陥候補画素５２，６２，５３，６３の集合を、欠陥候補画素群ＰＧ１，ＱＧ１，ＰＧ２，ＱＧ２と呼ぶ。処理フローのステップＳ３０１において、まず、１つのエッジラインＥＬ１について、その両側の欠陥候補画素群ＰＧ１，ＱＧ１それぞれの集合に対して色データの統計処理が行われ、それぞれの色データ統計値（検査品統計値）が求められる。次に、エッジラインの両側に得たこれら２つの検査品統計値と、良品の色データ統計値（良品統計値）と、が比較される（Ｓ３０２）。統計値の比較は、２つの検査品統計値のいずれかと良品統計値との間、又は２つの検査品統計値の間で行われ（Ｓ３０２）、比較した結果、統計値の差が基準値以上であれば（Ｓ３０３でＹ）、当該部位が不良部位と判定され（Ｓ３０４）、不良判定出力がなされる（Ｓ３０５）。比較した結果、統計値の差が基準値以下であれば（Ｓ３０３でＮ）、当該部位は良部位とされ、全てのエッジラインについて良部位の判定の場合、良判定出力がなされる（Ｓ３０７）。
【００４４】
良否判定において一括して統計処理した色データ統計値を用いる他の方法を説明する。図１１は、一括統計処理による良否判定の対象となる画素の例を示す。一般に、エッジラインＥＬ３に対して、両側の欠陥候補画素の数が少ない場合が発生する。このような状況は、例えば、エッジ画素Ｅ８に対する比較対象画素の対Ｐ８，Ｑ８、エッジ画素Ｅ９に対する比較対象画素の対Ｐ９，Ｑ９が欠陥候補画素の対として抽出されなかった場合に発生する。本方法は、良否判定過程において、エッジラインの各片側毎の欠陥候補画素に欠陥候補画素と判断しなかった画素を含めた上で、例えば画素集合ＰＧ３，ＱＧ３欠陥候補画素群として、前記の一括統計処理を行い良否判定を行うものである。エッジラインに沿った全画素の統計値を用いることで、エッジラインに沿った平均的な判定が行え、人間の外観検査感度とマッチした判定結果が得られる。また、上記の欠陥候補画素と判断しなかった画素を含める場合、どの画素を含めるかについては、欠陥候補画素抽出過程において用いられる欠陥候補画素抽出のため予め設定されているしきい値Ｄｔｈを複数種類設けておき、しきい値のレベルによって判断すればよい。
【００４５】
前述の欠陥候補抽出方法と異なる他の方法、及び前述の判定方法と異なる他の方法について説明する。図１２は、本方法を説明するための画素を示し、図１３は、処理のフローを示している。欠陥候補画素抽出過程において、例えば、エッジ画素Ｅ１に対して選択した対をなす画素（比較対象画素の対）Ｐ１，Ｑ１のそれぞれについて、各画素の近傍画素を含めて、例えば画素Ｐ１に対して近傍の画素Ｓ１，Ｓ２，Ｐ２を含めて平均化した色データ、及び画素Ｑ１に対して近傍の画素Ｔ１，Ｔ２，Ｑ２を含めて平均化した色データを計算する（Ｓ４０１）。このような平均化した色データを比較し（Ｓ４０２）、比較結果が基準範囲を超えた場合（Ｓ４０３でＹ）、画素Ｐ１，Ｑ１を欠陥候補画素とする（Ｓ４０４）。比較結果が基準範囲を超えない場合（Ｓ４０３でＮ）、画素Ｐ１，Ｑ１を欠陥候補画素とはしない（Ｓ４０４）。このような処理を全てのエッジ画素について行う。
【００４６】
欠陥候補画素抽出過程が終了した後、欠陥候補画素が１つも抽出されていない場合（Ｓ４０６でＹ）、良判定出力がなされる（Ｓ４１３）。欠陥候補画素があれば（Ｓ４０６でＮ）、処理フローのステップＳ４０７において、まず、１つのエッジラインＥＬ４について、その両側の欠陥候補画素Ｐ１〜Ｐ５に近傍の画素Ｓ１，Ｓ２，Ｓ４、Ｓ５を加えて欠陥候補画素群ＰＧ４とし（Ｐ３に対応するＳ３はＰ５と重なっているので計算に入れない）、欠陥候補画素Ｑ１〜Ｑ５に近傍の画素Ｔ１〜Ｔ５を加えて欠陥候補画素群ＱＧ４として、それぞれの群について色データの統計処理が行われて色データ統計値（検査品統計値）が求められる。この後は、前出の図１０に示された良否判定のステップＳ３０３以降と同じ処理によって良否判定が行われる。このような方法によると、画像ノイズのある状態でも欠陥候補画素を信頼性高く抽出できるため、精度良く、信頼性の高い良否判定を行うことができる。
【００４７】
種々の色成分を含む欠陥候補画素を信頼性高く抽出するためのエッジ画像生成方法について説明する。図１４（ａ）〜（ｃ）は各分光波長帯毎の濃度画像からの最終エッジ画像生成を示す。エッジ画像生成過程において、まず、検査対象物に予め設定した検査領域の各分光波長帯の濃度画像３１，３２，３３について、それぞれ微分画像処理を行って規定値以上の微分値を有する画素をエッジ画素として抽出し、複数のエッジ画像３１０，３２０，３３０を得る。次に、これら３枚のエッジ画像について、各画素位置におけるエッジ画素の有無に関するＯＲ演算処理を施すことにより、より完全にエッジ画素を含んだ最終の合成エッジ画像３７０が生成される。このような方法によると、１つの画像ではエッジ画素の欠けたエッジ画像であっても、互い補完して、不良部と良部の境界をより完全に再現するエッジ画像が得られる。このため、この合成エッジ画像を用いることにより精度良く、信頼性の高い判定を行うことができる。
【００４８】
また、上述のエッジ画像補完の他の方法として、抽出したエッジ画素の連なりが途切れた部分を画像処理によって接続するエッジ延長処理を行うこともできる。エッジ画像生成過程におけるエッジ抽出処理では微分値が小さいためエッジとして抽出されなかった部分がある場合、エッジの連なりが途切れた部分を接続することによりエッジの連続性を評価して、欠陥の特徴をより捉えやすくすることができる。
【００４９】
画像の微分処理について説明する。図１５（ａ）は局所並列ウインドウを示し、図１５（ｂ）（ｃ）は微分フィルタを示す。エッジ部を抽出するための微分処理は、「エッジは濃度変化が大きい部分に対応している」という考え方を基本にしている。微分処理は、例えば撮像画像を３×３画素の局所並列ウインドウＷ３３によって画像の横方向ｘ、上下方向ｙについて走査して行われる。局所並列ウインドウＷ３３は、注目画素Ｉ（ｉ，ｊ）＝ａ５と、その画素ａ５の周囲の８画素（８近傍）ａ１〜ａ４，ａ６〜ａ９とから構成される。局所並列ウインドウＷ３３内の各画素ａ１〜ａ９に対し、ｘ方向微分フィルタＤｘを作用させてｘ方向微分値Ｇｘ（ｉ，ｊ）を計算し、ｙ方向微分フィルタＤｙを作用させてｙ方向微分値Ｇｙ（ｉ，ｊ）を計算する。計算式は以下となる。ただし、以下において、引数ｉ，ｊは一部省略している。
Ｇｘ＝ａ３＋ａ６＋ａ９−ａ１−ａ４−ａ７
Ｇｙ＝ａ７＋ａ８＋ａ９−ａ１−ａ２−ａ３
これらをもとに微分強度値Ｊ（ｉ，ｊ）が次式によって求められる。
Ｊ＝ｓｑｒ（Ｇｘ×Ｇｘ＋Ｇｙ×Ｇｙ）
この微分強度値を画素の値としてもつ画像が微分画像となる（図４参照）。濃度勾配方向は、方向微分値Ｇｘ、Ｇｙを成分とするベクトルによって与えられる。
【００５０】
欠陥ではない縞模様などの影響をなくしてエッジ画像を得る方法について説明する。図１５（ｄ）（ｅ）は微分フィルタを示す。画像の横方向（ｘ方向）の微分は通常のｘ方向微分フィルタＤｘを用い、画像の上下方向（ｙ方向）の微分は、例えばｙ方向の勾配無視の微分フィルタＤ０を用いことにより、ｙ方向の濃度勾配は無視されることになり、横縞のエッジが抽出されなくなる。この場合、非処理画像を適宜回転した画像を用いてもよい。微分フィルタを適切に選択することで特定方向に偏った輝度勾配を持つ模様をエッジとして抽出しないように微分処理を行うことができ、欠陥ではない模様を含む検査対象物から模様の影響を除外して、欠陥のみの検査を精度良く行うことができる。
【００５１】
欠陥候補画素抽出のもとになる比較対象画素の対（比較すべき対をなす画素）の選択について、前述と異なる方法を説明する。図１６は、（ａ）エッジ画像、（ｂ）濃度勾配方向の画素濃度値の分布、及び（ｃ）画素濃度値の微分値の分布を示す。エッジ画像３７におけるエッジ画素３８の１つのエッジ画素Ｒ０に注目し、その画素における濃度勾配方向Ｒについて、濃度値Ｄの分布を示したのが図１６（ｂ）の曲線７０である。欠陥候補画素抽出過程において、比較対象画素の対を選択する方法として、エッジ画素Ｒ０から特定画素（前述の例では１画素）離れた画素対とする代わりに、画素列の濃度値Ｄの分布を元に比較すべき対をなす画素をが選択される。一般に、画像の濃度値Ｄは、濃度勾配方向に沿って上昇、又は下降する。そこで、濃度値Ｄの下々限Ｌ１と下上限Ｌ２、及び、上下限Ｈ１と上々限Ｈ２を定めておき、濃度値Ｄがこれらの範囲に入った点Ｒ１、Ｒ２における画素を比較対象画素とする。また、濃度値Ｄがこれらの範囲に入って安定した点の画素を選ぶようにしてもよい。このような選択方法により、エッジ画素の両側画素のうち、近傍の輝度変化が小さい部分を色データ比較対象画素として、エッジ画素近傍の微妙に変化する輝度変化の影響を除くことができる。
【００５２】
また、比較対象画素の対を選択する方他の方法として、図１６（ｃ）に示すような、濃度値の分布の微分値ｄＤ／ｄＲを基づいて比較すべき対をなす画素を選択することができる。一般に、図１６（ｂ）に示される分布を微分すると、点Ｒ０に頂点をもつ山形の分布となるので、微分値のしきい値ＤＴを決めておき、微分曲線７０との交点から一定距離ｓ離れた点Ｒ３，Ｒ４における画素を選択するようにしてもよい。濃淡値の分布の変化が小さくなった部分は、微分値が小さくなった部分に対応しているので、前記同様にエッジ近傍の微妙な輝度変化の影響を除いて比較対象画素の対を選択することができる。
【００５３】
良否判定過程における他の判定方法として、良品の色データ統計値の他に、複数段階の不良部の色データ統計値を設定しておき、これらと、各エッジ画素の各片側毎の欠陥候補画素の色データ、又は、周辺画素を含めた色データ統計値と比較することにより、欠陥候補画素の近傍に不良が存在するかどうかだけでなく、検出した欠陥候補画素の両側のうち、どちらの部分が不良部であるか、また、どの程度の不良であるか等を識別することができる。
【００５４】
なお、本発明は、上記構成に限られることなく種々の変形が可能である。例えば、上述した説明図において、エッジ画素と比較対象画素との間隔として１画素の図を示しているが、１画素から２０画素程度の間隔とすることができる。また、この間隔は、撮像するときの画像倍率とも関連しており、必要に応じてそれぞれの最適値を決定すればよい。また、カラー画像の各画素に対応した分光波長帯毎の濃度データに基づき色度・輝度に変換した色調データを色データとして記憶する処理は、エッジ画像を生成した後に、エッジ画像の周辺部分の画素についてだけ行うようにしてもよい。また、上記では、色データ、及び色空間としてＲＧＢ空間についてのみ述べたが、Ｌ＊ａ＊ｂ＊色空間やＬ＊ｕ＊ｖ＊色空間における色データや距離を用いることもできる。
【００５５】
また、カラーカメラとして、例えば、検査対象物からの反射光を１ライン毎に分光し、２次元のアレイ受光素子に受光して各画素毎の分光データを取得する分光カメラを用いてもよい。この場合は、１ラインの各画素毎の分光強度データを取得することができ、位置分解能の高い、より詳細な分光情報を有するカラー画像データを生成することができる。欠陥候補画素の抽出は、このようにして得られた画像データのうち特定の分光波長のデータを用いて上述の方法により微分処理・エッジ画像生成を行い、良否判定は、抽出した欠陥候補画素に対して、全分光波長データを用いて詳細な色データの比較を行えるため、本発明の外観検査方法によれば、このように情報量の非常に多いカラー画像データを有効に用いることができ、欠陥候補部の認識効率化・高速化の一段と大きな効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る外観検査装置構成図。
【図２】同上装置のブロック構成図。
【図３】同上装置による撮像画像を示す図。
【図４】同上装置により処理された微分画像及びエッジ画像を示す図。
【図５】同上装置により抽出された欠陥候補画素を示す図。
【図６】同上装置に用いられるＲＧＢ濃度空間の図。
【図７】本発明の一実施形態に係る外観検査方法の処理フロー図。
【図８】本発明の他の一実施形態に係る外観検査方法の処理フロー図。
【図９】同上方法による良否判定処理を説明する画素図。
【図１０】同上方法による良否判定処理フロー図。
【図１１】同上方法による他の良否判定処理を説明する画素図。
【図１２】同上方法によるさらに他の良否判定処理を説明する画素図。
【図１３】同上方法による欠陥候補画素抽出及び良否判定処理フロー図。
【図１４】（ａ）は同上方法による撮像画像を示す図、（ｂ）は同上方法により（ａ）に示す画像から得られたエッジ画像の図、（ｃ）は同上方法により合成されたエッジ画像の図。
【図１５】（ａ）は同上方法における画像微分処理単位を示す画素の図、（ｂ）〜（ｅ）は同上方法に用いられる微分フィルタを説明する図。
装置による撮像画像を示す図。
【図１６】（ａ）は同上方法により得られたエッジ画像を示す図、（ｂ）は（ａ）に示した１つのエッジ画素における濃度勾配方向の画素濃度値の分布図、（ｃ）は（ｂ）に示した画素濃度値の微分値の分布図。
【符号の説明】
１ 外観検査装置
１０ 検査対象物
１２ カラーカメラ
２１ カラー画像撮像手段
２４ 色データ記憶手段
２５ エッジ画像生成手段
２６ 欠陥候補画素抽出手段
２７ 良否判定手段
３１〜３３ 濃度画像
３７ エッジ画像
３８ エッジ画素
Ｅ１〜Ｅ９，４２，４３ エッジ画素
Ｐ１〜Ｐ７，５２，５３ 欠陥候補画素
Ｑ１〜Ｑ７，６２，６３ 欠陥候補画素
ＥＬ１〜ＥＬ４ エッジライン
３１０，３２０，３３０ エッジ画像
３７０ 合成エッジ画像
【発明の属する技術分野】
本発明は、検査対象物の表面をカメラで撮像し、カラー画像データをコンピュータで処理し、自動的に良否判定を行う、カラー画像を用いた外観検査方法及び外観検査装置に関する。
【０００２】
従来、検査対象物表面の色を検出して検査対象物の表面欠陥を検出する欠陥検査装置であって、検査対象物を撮像してカラー画像として取り込む画像取り込み手段と、取り込んだカラー画像のデータから色度・輝度を算出する色度・輝度算出手段と、色度・輝度の分布から欠陥候補部を抽出する欠陥候補抽出手段と、欠陥候補部の形状を計測してその形状から欠陥のみを検出する欠陥検出手段と、検出結果を出カする出カ手段と、検出結果を格納する格納手段とを備えた欠陥検査装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、半導体表面の画像を撮像し、複数のカラー信号として出カする撮像手段と、この撮像手段から出カされる複数のカラー信号を記憶する記憶手段と、この記億手段に記憶された複数のカラー信号の相関係数を求め、これら相関係数より半導体表面の欠陥を検出する検出手段と、を具備した半導体の外観検査装置が知られている（例えば、特許文献２参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１１−１０８７５９号公報
【特許文献２】
特開平６−８２３７７号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した特許文献１に示されるような欠陥検査装置は、撮像した画像上の基準色（正常色）の決定、基準色に対する各画素の色相、色差算出による欠陥候補抽出において、被検査面の全域に渡って処理を行うため、これらの処理に時間がかかり、高速検査を行う上で問題がある。また、上述した特許文献２に示されるような外観検査装置は、撮像手段から出力され、記憶手段に記億された複数のカラー信号の相関係数を算出する過程において、被検査面の全域に渡って算出を行うため、これらの処理に時間がかかり、高速検査を行う上で問題があり、また、ウエハーやペレット上の欠陥の有無を検出できるが、欠陥の大きさについての評価ができない。
【０００６】
本発明は、上記課題を解消するものであって、演算量が少なく、検査処理を高速で行うことができ、欠陥の大きさの評価も可能なカラー画像を用いた外観検査方法及び外観検査装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
上記課題を達成するために、請求項１の発明は、検査対象物のカラー画像を用いた外観検査方法であって、カラーカメラを用いて検査対象物を分光波長帯毎の濃度画像からなるカラー画像として撮像するカラー画像撮像過程と、前記カラー画像の各画素に対応した分光波長帯毎の濃度データ又は濃度データに基づき色度・輝度に変換した色調データを色データとして記憶する色データ記憶過程と、各分光波長帯のいずれか一つの濃度画像について、検査対象物に予め設定した検査領域の画素に微分画像処理を行って規定値以上の微分値を有する画素をエッジ画素として抽出するエッジ画像生成過程と、抽出した各エッジ画素における濃度勾配方向線上にあり該エッジ画素を挟みそのエッジ画素から互いに逆方向に所定距離離れた対をなす画素を選択し、その対をなす画素の色データを比較し、比較結果が予め設定された基準範囲を超える場合、その対をなす画素を欠陥候補画素として抽出する欠陥候補画素抽出過程と、各エッジ画素の両側に抽出された欠陥候補画素のさらに詳細な色データを比較して基準値以上の差があれば不良と判定する良否判定過程と、を有するものである。
【０００８】
上記検査方法においては、カラーカメラを用いて検査対象物を分光波長帯毎の濃度画像からなるカラー画像として撮像し、カラー画像の各画素に対応した分光波長帯毎の濃度データ又は濃度データに基づき色度・輝度に変換した色調データを色データとして記憶し、各分光波長帯のいずれか一つの濃度画像について、検査対象物に予め設定した検査領域の画素に微分画像処理を行って規定値以上の微分値を有する画素をエッジ画素として抽出し、抽出した各エッジ画素における濃度勾配方向線上にあり該エッジ画素を挟みそのエッジ画素から互いに逆方向に所定距離離れた対をなす画素を選択し、その対をなす画素の色データを比較し、比較結果が予め設定された基準範囲を超える場合、その対をなす画素を欠陥候補画素として抽出し、各エッジ画素の両側に抽出された欠陥候補画素のさらに詳細な色データを比較して基準値以上の差があれば不良と判定するので、分光波長帯のいずれか一つの画像におけるエッジ画像の生成の後、対をなす欠陥候補画素を抽出した上で、その対をなす欠陥候補画素のさらに詳細な色データ比較により良否判定を行えばよく、欠陥候補部分の認識を効率的に高速に行うことができる。また、欠陥の大きさに対応して、欠陥候補画素の数が変化するので、欠陥の大きさの評価が可能となる。
【０００９】
請求項２の発明は、検査対象物のカラー画像を用いた外観検査方法であって、カラーカメラを用いて検査対象物を分光波長帯毎の濃度画像からなるカラー画像として撮像するカラー画像撮像過程と、前記カラー画像の各画素に対応した分光波長帯毎の濃度データ又は濃度データに基づき色度・輝度に変換した色調データを色データとして記憶する色データ記憶過程と、各分光波長帯のいずれか一つの濃度画像について、検査対象物に予め設定した検査領域の画素に微分画像処理を行って規定値以上の微分値を有する画素をエッジ画素として抽出するエッジ画像生成過程と、抽出した各エッジ画素における濃度勾配方向線上にあり該エッジ画素を挟みそのエッジ画素から互いに逆方向に所定距離離れた対をなす画素を選択し、その対をなす画素の色データを比較し、比較結果が予め設定された基準範囲を超える場合、その対をなす画素を欠陥候補画素として抽出する欠陥候補画素抽出過程と、各エッジ画素の両側に抽出された欠陥候補画素について、片側毎にその近傍画素を含めて色データを統計処理し、得られた両側の色データ統計値を比較して予め設定した基準値以上の差があれば不良と判定する良否判定過程と、を有するものである。
【００１０】
上記検査方法においては、カラーカメラを用いて検査対象物を分光波長帯毎の濃度画像からなるカラー画像として撮像し、カラー画像の各画素に対応した分光波長帯毎の濃度データ又は濃度データに基づき色度・輝度に変換した色調データを色データとして記憶し、各分光波長帯のいずれか一つの濃度画像について、検査対象物に予め設定した検査領域の画素に微分画像処理を行って規定値以上の微分値を有する画素をエッジ画素として抽出し、抽出した各エッジ画素における濃度勾配方向線上にあり該エッジ画素を挟みそのエッジ画素から互いに逆方向に所定距離離れた対をなす画素を選択し、その対をなす画素の色データを比較し、比較結果が予め設定された基準範囲を超える場合、その対をなす画素を欠陥候補画素として抽出し、各エッジ画素の両側に抽出された欠陥候補画素について、片側毎にその近傍画素を含めて色データを統計処理し、得られた両側の色データ統計値の比較して予め設定した基準値以上の差があれば不良と判定するので、分光波長帯のいずれか一つの画像におけるエッジ画像の生成の後、対をなす欠陥候補画素を抽出した上で、その対をなす欠陥候補画素の色データ統計値の比較により良否判定を行えばよく、欠陥候補部分の認識を効率的に高速に行うことができる。また、欠陥の大きさに対応して、欠陥候補画素の数が変化するので、欠陥の大きさの評価が可能となる。
【００１１】
請求項３の発明は、請求項２に記載の外観検査方法であり、良否判定過程において、前記抽出したエッジ画素が連続してなるエッジラインの両側に抽出された欠陥候補画素について、エッジラインの各片側毎に欠陥候補画素の色データを統計処理して得た色データ統計値に基づいて対象物の良否を判定するものである。
【００１２】
上記検査方法においては、抽出したエッジ画素が連続してなるエッジラインの両側に抽出された欠陥候補画素について、エッジラインの各片側毎に欠陥候補画素の色データを統計処理して得た色データ統計値に基づいて対象物の良否を判定するので、エッジラインに沿って、非欠陥候補画素を除外した欠陥候補画素のみによる、感度の高い判定を行うことができる。
【００１３】
請求項４の発明は、請求項３に記載の外観検査方法であり、良否判定過程において、エッジラインの各片側毎の欠陥候補画素に欠陥候補画素と判断しなかった画素を含めた上で良否判定を行うものである。
【００１４】
上記検査方法においては、エッジラインの各片側毎の欠陥候補画素に欠陥候補画素と判断しなかった画素を含めた上で良否判定を行うので、エッジラインに沿った平均的な良否判定を行うことができ、美観的な外観欠陥を検査する場合において人間の外観検査感度と整合のとれた検査ができる。
【００１５】
請求項５の発明は、請求項２乃至請求項４のいずれかに記載の外観検査方法であり、欠陥候補画素抽出過程において、抽出したエッジ画素が連続するエッジラインについて、各エッジ画素毎に選択した前記対をなす画素のそれぞれに各画素の近傍画素を含めてこれらについて平均化した色データを比較し、比較結果が予め設定された基準範囲を超える場合、該対をなす画素を欠陥候補画素として抽出し、良否判定過程において、エッジラインの各片側毎に前記欠陥候補画素の近傍画素を含めてこれらの画素の色データを統計処理して得た色データ統計値に基づいて対象物の良否を判定するものである。
【００１６】
上記検査方法においては、抽出したエッジ画素が連続するエッジラインについて、各エッジ画素毎に選択した前記対をなす画素のそれぞれに各画素の近傍画素を含めてこれらについて平均化した色データを比較し、比較結果が予め設定された基準範囲を超える場合、対をなす画素を欠陥候補画素として抽出し、エッジラインの各片側毎に欠陥候補画素の近傍画素を含めてこれらの画素の色データを統計処理して得た色データ統計値に基づいて対象物の良否を判定するので、画像ノイズを除去して欠陥候補画素を信頼性高く抽出でき、精度良く、信頼性の高い良否判定を行うことができる。
【００１７】
請求項６の発明は、請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の外観検査方法であり、エッジ画像生成過程において、各分光波長帯の濃度画像について、検査対象物に予め設定した検査領域の画素に微分画像処理を行って生成した複数のエッジ画像にＯＲ演算処理を施して合成エッジ画像を生成し、欠陥候補画素抽出過程において、前記合成エッジ画像を用いて欠陥候補画素を抽出するものである。
【００１８】
上記検査方法においては、各分光波長帯の濃度画像について、検査対象物に予め設定した検査領域の画素に微分画像処理を行って生成した複数のエッジ画像にＯＲ演算処理を施して生成した合成エッジ画像を用いて欠陥候補画素を抽出するので、種々の色成分を含む欠陥候補画素をもれなく信頼性高く抽出でき、精度の良い信頼性の高い判定を行うことができる。
【００１９】
請求項７の発明は、請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の外観検査方法であり、エッジ画像生成過程において、特定方向の濃度勾配に対して微分値が小さくなる微分フィルタを用いるものである。
【００２０】
上記検査方法においては特定方向の濃度勾配に対して微分値が小さくなる微分フィルタを用いるので、特定方向に偏った輝度勾配を持つ模様をエッジとして抽出しないように微分処理を行うことができ、欠陥ではない模様を含む検査対象物から模様の影響を除外して、欠陥のみの検査を精度良く行うことができる。
【００２１】
請求項８の発明は、請求項１乃至請求項７のいずれかに記載の外観検査方法であり、欠陥候補画素抽出過程において、前記エッジ画素における濃度勾配方向線上にあり該エッジ画素を挟みそのエッジ画素から互いに逆方向に向かう画素列の濃度値の分布を元に比較すべき対をなす画素を選択するものである。
【００２２】
上記検査方法においては、エッジ画素における濃度勾配方向線上にありエッジ画素を挟みそのエッジ画素から互いに逆方向に向かう画素列の濃度値の分布を元に比較すべき対をなす画素を選択するので、分布の滑らかなところの画素を選択でき、エッジ近傍の微妙な輝度変化の影響を除いた欠陥候補画素を用いて判定精度の安定した外観検査を行うことができる。
【００２３】
請求項９の発明は、請求項１乃至請求項７のいずれかに記載の外観検査方法であり、欠陥候補画素抽出過程において、前記エッジ画素における濃度勾配方向線上にあり該エッジ画素を挟みそのエッジ画素から互いに逆方向に向かう画素列の濃度値の分布の微分値を元に比較すべき対をなす画素を選択するものである。
【００２４】
上記検査方法においては、エッジ画素における濃度勾配方向線上にありエッジ画素を挟みそのエッジ画素から互いに逆方向に向かう画素列の濃度値の分布の微分値を元に比較すべき対をなす画素を選択するので、濃度値の変化の少ない安定した分布のところの画素を選択でき、エッジ近傍の微妙な輝度変化の影響を除いた欠陥候補画素を用いて判定精度の安定した外観検査を行うことができる。
【００２５】
請求項１０の発明は、請求項８又は請求項９に記載の外観検査方法であり、欠陥候補画素抽出過程において、濃淡値の分布の変化が小さくなった部分、又は微分値が小さくなった部分における画素を比較すべき対をなす画素とするものである。
【００２６】
上記検査方法においては、濃淡値の分布の変化が小さくなった部分又は微分値が小さくなった部分における画素を比較すべき対をなす画素とするので、エッジ画素の両側画素のうち、分布の変化パターンをパラメータで指定した上で、色データ比較対象画素を決めることができ、エッジ近傍の微妙な輝度変化の影響を除いた欠陥候補画素を用いて判定精度の安定した外観検査を行うことができる。
【００２７】
請求項１１の発明は、請求項１乃至請求項１０のいずれかに記載の外観検査方法であり、エッジ画像生成過程において、抽出したエッジ画素の連なりが途切れた部分を接続するエッジ延長処理を行うものである。
【００２８】
上記検査方法においては、抽出したエッジ画素の連なりが途切れた部分を接続するエッジ延長処理を行うので、微分処理によりエッジ抽出をする際に、微分値が小さいためエッジの連なりが途切れる部分があっても、エッジの連続性を評価してエッジ延長処理により接続することができ、連続したエッジ画像によって欠陥の特徴がより捉えやすくなる。
【００２９】
請求項１２の発明は、請求項２乃至請求項１１のいずれかに記載の外観検査方法であり、良否判定過程において、各エッジ画素の各片側ごとに前記欠陥候補画素の近傍画素を含めて色データを統計処理し、統計処理して得た各色データ統計値と予め設定されている良品の色データ統計値とを比較して基準値以上の差があるときその部分を不良部位とするものである。
【００３０】
上記検査方法においては、各エッジ画素の各片側ごとに前記欠陥候補画素の近傍画素を含めて色データを統計処理して得た各色データ統計値と予め設定されている良品の色データ統計値とを比較して基準値以上の差があるときその部分を不良部位とするので、対をなす欠陥候補画素のいずれかの近傍に不良が存在するかどうかでなく、欠陥候補画素のどちら側が不良部であるかを識別できる。
【００３１】
請求項１３の発明は、検査対象物のカラー画像による外観検査装置であって、カラーカメラを用いて検査対象物を分光波長帯毎の濃度画像からなるカラー画像として撮像するカラー画像撮像手段と、前記カラー画像の各画素に対応した分光波長帯毎の濃度データ又は濃度データに基づき色度・輝度に変換した色調データを色データとして記憶する色データ記憶手段と、各分光波長帯のいずれか一つの濃度画像について、検査対象物に予め設定した検査領域の画素に微分画像処理を行ってエッジ画素を抽出するエッジ画像生成手段と、抽出した各エッジ画素における濃度勾配方向線上にあり該エッジ画素を挟みそのエッジ画素から互いに逆方向に所定距離離れた対をなす画素を選択し、その対をなす画素の色データを比較し、比較結果が予め設定された基準範囲を超える場合、その対をなす画素を欠陥候補画素として抽出する欠陥候補画素抽出手段と、各エッジ画素の両側に抽出された欠陥候補画素について、片側毎にその近傍画素を含めて色データを統計処理し、得られた両側の色データ統計値を比較して、又は統計処理して得られた各色データ統計値と予め設定されている良品の色データ統計値とを比較して、基準値以上の差があれば不良と判定する良否判定手段と、を有するものである。
【００３２】
上記構成においては、カラーカメラを用いて検査対象物を分光波長帯毎の濃度画像からなるカラー画像として撮像した画像の各画素に対応した分光波長帯毎の濃度データ又は濃度データに基づき色度・輝度に変換した色調データを色データとして記憶し、各分光波長帯のいずれか一つの濃度画像について、検査対象物に予め設定した検査領域の画素に微分画像処理を行ってエッジ画素を抽出し、抽出した各エッジ画素における濃度勾配方向線上にあり該エッジ画素を挟みそのエッジ画素から互いに逆方向に所定距離離れた対をなす画素を選択し、その対をなす画素の色データを比較した結果が予め設定された基準範囲を超える場合、その対をなす画素を欠陥候補画素として抽出し、抽出された欠陥候補画素の片側毎にその近傍画素を含めて色データを統計処理し、得られた両側の色データ統計値を比較して、又は統計処理して得られた各色データ統計値と予め設定されている良品の色データ統計値とを比較して、基準値以上の差があれば不良と判定するので、分光波長帯のいずれか一つの画像におけるエッジ画像の生成の後、対をなす欠陥候補画素を抽出した上で、その対をなす欠陥候補画素の色データの比較により不良判定を行えばよく、欠陥候補部分の認識を効率的に高速に行うことができる。また、欠陥の大きさに対応して、欠陥候補画素の数が変化するので、欠陥の大きさの評価が可能となる。
【００３３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態に係るカラー画像処理を用いた外観検査方法及び外観検査装置について、図面を参照して説明する。本発明の外観検査装置は、検査対象物表面の不良部と正常部の境界を検出し、境界の両側において欠陥候補画素の対を選び、その欠陥候補画素の色データを比較して不良部の存在を検出するものである。図１は外観検査装置の構成概要を示す。外観検査装置１は、検査対象物１０の検査表面を照明する、例えばリング状の照明器具１１と、カラー画像を撮像するカラーカメラ１２と、撮像されたカラー画像を画像処理して検査対象物１０の表面の、例えば色むらの外観検査を行って検査対象物１０の良否判定を行う外観検査装置本体１３を備えている。
【００３４】
外観検査装置１の構成を説明する。図２は装置のブロック構成図を示す。外観検査装置１は、カラーカメラ１２を用いて検査対象物を分光波長帯毎の濃度画像からなるカラー画像として撮像するカラー画像撮像手段２１と、得られたカラー画像の各画素に対応した分光波長帯毎の濃度データ又は濃度データに基づき色度・輝度に変換した色調データを色データとして記憶する色データ記憶手段２４とを有している。また、外観検査装置１は、各分光波長帯のいずれか一つの濃度画像について、検査対象物に予め設定した検査領域の画素に微分画像処理を行って規定値以上の微分値を有する画素をエッジ画素として抽出するエッジ画像生成手段２５と、抽出した各エッジ画素における濃度勾配方向線上にあり該エッジ画素を挟み、そのエッジ画素から互いに逆方向に所定距離離れた対をなす画素を選択し、その対をなす画素の色データを比較し、比較結果が予め設定された基準範囲を超える場合、その対をなす画素を欠陥候補画素として抽出する欠陥候補画素抽出手段２６とを有している。また、外観検査装置１は、各エッジ画素の両側に抽出された欠陥候補画素について、片側毎にその近傍画素を含めて色データを統計処理し、得られた両側の色データ統計値を比較して、又は統計処理して得られた各色データ統計値と予め設定されている良品の色データ統計値とを比較して、基準値以上の差があれば不良と判定する良否判定手段２７を有している。
【００３５】
外観検査装置１は、上述した各手段の他に、例えば、画像処理用の画像記憶手段２２、色データ比較判定規準値や良品の色データ統計値などを記憶する判定基準記憶手段２３、処理結果表示を行うディスプレイ１４を含む画像出力手段２８、及び各手段を制御する中央処理手段２０とバスライン２９を有している。
【００３６】
本装置により処理される画像について説明する。図３は、撮像された画像を示す。カラー画像３０は、例えばカラーＣＣＤカメラを用いて撮像されたものの部分画像である（検査領域部分の画像、周囲の白枠は表示画面上の余白、以下同じ）。この画像３０を、分光波長帯毎の濃度画像のカラー画像データ、例えば、通常のＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）に分離した画像は、Ｒ画像３１、Ｇ画像３２、Ｂ画像３３のようになる。これらの画像は、例えば５１２×４８０画素で構成されており、各画素は８ビット（２５６階調）のデジタルデータになっている。カラー画像３０によって示される検査対象物は、画像の左上に欠陥部（色違い部分）３４とその他の領域の正常部３５を有している。一般に、カラー画像における画像濃度は、カラー画像の色構成濃度の違いにより、分光波長帯毎の濃度画像に分離したときに濃度の現れ方に差が生じることになる。画像３１，３２，３３は、この様子を示しており、Ｒ画像３１には欠陥部は現れていないが、Ｇ画像３２とＢ画像３３においては欠陥部３４が認められる。
【００３７】
欠陥検出の前処理となる画像の微分処理について説明する。図４は微分画像及びエッジ画像を示す。図３におけるＧ画像３２において欠陥部と良品部のコントラストが大きいことが分かっているものとする。Ｇ画像３２を濃度値について微分処理すると微分画像３６が得られ、微分画像３６についてエッジ抽出処理をするとエッジ画像３７が得られる。微分処理については後述される。エッジ抽出処理は、例えば画像処理における細線化処理によって行うことができる。エッジ画像３７において、欠陥部と良品部の境界が抽出されたエッジ画素３８によって示されている。
【００３８】
欠陥候補画素抽出について説明する。図５は、拡大したエッジ画素部を示す。左上のエッジ画像３７のエッジ画素を含む領域Ａを拡大した右下の図において、エッジ画素Ｅ１〜Ｅ５が示されている。矢印３９，４０はエッジ画素における濃度勾配方向を示している。エッジ画素Ｅ１〜Ｅ４における濃度勾配方向は、矢印３９の方向であり、エッジ画素Ｅ５における濃度勾配方向は、矢印４０の方向である。検査対象物表面の不良部と正常部の境界がエッジ画素Ｅ１〜Ｅ５として抽出された後、境界の両側において色データを比較して不良部の存在を検出するための欠陥候補画素が抽出される。この欠陥候補画素の抽出の前処理として、比較対象画素の対が選定される。
【００３９】
比較対象画素の対は、例えばエッジ画素Ｅ１における濃度勾配方向３９の線上にあってエッジ画素Ｅ１を挟み、そのエッジ画素Ｅ１から互いに逆方向に所定距離、例えば１画素だけ離れた対をなす画素として選択される。この例では、エッジ画素Ｅ１に対して画素Ｐ１と画素Ｑ１が比較対象画素の対となる。また、エッジ画素Ｅ５に対しては画素Ｐ５と画素Ｑ５が比較対象画素の対となる。これらの比較対象画素の対から、さらに欠陥候補画素の対を抽出する。
【００４０】
欠陥候補画素の抽出について説明する。前述の対をなす画素（比較対象画素）の色データが比較され、比較結果が予め設定された基準範囲を超える場合、その対をなす画素が欠陥候補画素として抽出される。色データの比較は色空間、例えばＲＧＢ濃度空間における距離により行われる。図６はＲＧＢ濃度空間を示す。比較対象画素をＰｎ、Ｑｎとすると、ＲＧＢ濃度空間におけるＰｎ，Ｑｎ間の距離Ｄは、それぞれの画素の規格化された色濃度値からなる座標Ｐｎ（ＲＰｎ，ＧＰｎ，ＢＰｎ）、Ｑｎ（ＲＱｎ，ＧＱｎ，ＢＱｎ）によって、
Ｄ＝ｓｑｒ（（ＲＰｎ−ＲＱｎ）２＋（ＧＰｎ−ＧＱｎ）２＋（ＢＰｎ−ＢＱｎ）２）
で与えられる。ここで、ｓｑｒは平方根を表す。各色濃度値は、撮像されたカラー画像から求められ、色データとして装置に記憶されているものである。距離Ｄと欠陥候補画素抽出のため予め設定されているしきい値Ｄｔｈとが比較され、距離Ｄの方が大きい場合（Ｄ＞Ｄｔｈ）、比較対象画素Ｐｎ、Ｑｎは欠陥候補画素の対として抽出される。距離Ｄは、ＲＧＢの３次元空間以外に、例えばＧ空間だけの１次元空間や、ＲＧ空間の２次元空間の距離を用いることもできる。次に、抽出された欠陥候補画素の色データを比較して良否判定が行われることになる。
【００４１】
外観検査方法における処理の全体の流れを説明する。図７は外観検査方法の処理フローを示す。分光波長帯毎のカラー画像撮像に続いて、濃度データ又は色度・輝度からなる色調データが色データとして記憶される（Ｓ１０１，Ｓ１０２）。次に、１つの分光波長帯の濃度画像についてエッジ画像生成処理が行われる（Ｓ１０３）。エッジ画像生成処理によってエッジ画素が１つも生成されない場合（Ｓ１０４でＮ）、検査対象物には不良部がないものとして良判定がなされる（Ｓ１１５）。次に、ステップＳ１０５〜Ｓ１０９において、上述した欠陥候補画素の抽出処理が行われる。欠陥候補画素抽出処理によって欠陥候補画素が抽出されない場合（Ｓ１１０でＮ）、検査対象物には不良部がないものとして良判定がなされる（Ｓ１１５）。欠陥候補画素が存在する場合（Ｓ１１０でＹ）、欠陥候補画素対の色データを比較し色データの差が規準値以上であれば（Ｓ１１２でＹ）、検査対象物には不良部があるので検査対象物は不良品であるとして不良判定がなされる（Ｓ１１３）。色データの比較は、例えば、前述のＲＧＢ濃度空間で行われる。全ての欠陥候補画素対について良否判定の結果、不良判定がなされない場合（Ｓ１１４でＹ）、検査対象物には不良部がないものとして良判定がなされる（Ｓ１１５）。
【００４２】
欠陥候補画素の良否判定に統計値を用いる場合について説明する。図８は、統計値を用いる場合の外観検査方法の処理フローを示す。この処理フローのステップＳ２０１〜Ｓ２１０は、上述の図７に示した処理フローのステップＳ１０１〜Ｓ１１０と同じである。ステップＳ２１１において、欠陥候補画素対のそれぞれの画素にそれぞれ所定範囲の近傍画素を含めた２つの画素の集合について、色データを統計処理した色データ統計値が計算される。色データ統計値としては、例えば、各画素の色濃度の平均値、標準偏差値、分散値などを用いることができる。欠陥画素対の色データ統計値を比較し、色データ統計値の差が規準値以上であれば（Ｓ２１３でＹ）、検査対象物には不良部があるので検査対象物は不良品であるとして不良判定がなされる（Ｓ２１４）。全ての欠陥候補画素対について良否判定の結果、不良判定がなされない場合（Ｓ２１５でＹ）、検査対象物には不良部がないものとして良判定がなされる（Ｓ２１６）。
【００４３】
良否判定において一括して統計処理した色データ統計値を用いる方法を説明する。図９は、一括統計処理による良否判定の対象となる画素の例を示し、図１０は、処理のフローを示している。エッジ画素４２、４３のようにエッジ画素が連続したものをエッジラインＥＬ１，ＥＬ２と呼ぶ。また、各エッジラインの両側の欠陥候補画素５２，６２，５３，６３の集合を、欠陥候補画素群ＰＧ１，ＱＧ１，ＰＧ２，ＱＧ２と呼ぶ。処理フローのステップＳ３０１において、まず、１つのエッジラインＥＬ１について、その両側の欠陥候補画素群ＰＧ１，ＱＧ１それぞれの集合に対して色データの統計処理が行われ、それぞれの色データ統計値（検査品統計値）が求められる。次に、エッジラインの両側に得たこれら２つの検査品統計値と、良品の色データ統計値（良品統計値）と、が比較される（Ｓ３０２）。統計値の比較は、２つの検査品統計値のいずれかと良品統計値との間、又は２つの検査品統計値の間で行われ（Ｓ３０２）、比較した結果、統計値の差が基準値以上であれば（Ｓ３０３でＹ）、当該部位が不良部位と判定され（Ｓ３０４）、不良判定出力がなされる（Ｓ３０５）。比較した結果、統計値の差が基準値以下であれば（Ｓ３０３でＮ）、当該部位は良部位とされ、全てのエッジラインについて良部位の判定の場合、良判定出力がなされる（Ｓ３０７）。
【００４４】
良否判定において一括して統計処理した色データ統計値を用いる他の方法を説明する。図１１は、一括統計処理による良否判定の対象となる画素の例を示す。一般に、エッジラインＥＬ３に対して、両側の欠陥候補画素の数が少ない場合が発生する。このような状況は、例えば、エッジ画素Ｅ８に対する比較対象画素の対Ｐ８，Ｑ８、エッジ画素Ｅ９に対する比較対象画素の対Ｐ９，Ｑ９が欠陥候補画素の対として抽出されなかった場合に発生する。本方法は、良否判定過程において、エッジラインの各片側毎の欠陥候補画素に欠陥候補画素と判断しなかった画素を含めた上で、例えば画素集合ＰＧ３，ＱＧ３欠陥候補画素群として、前記の一括統計処理を行い良否判定を行うものである。エッジラインに沿った全画素の統計値を用いることで、エッジラインに沿った平均的な判定が行え、人間の外観検査感度とマッチした判定結果が得られる。また、上記の欠陥候補画素と判断しなかった画素を含める場合、どの画素を含めるかについては、欠陥候補画素抽出過程において用いられる欠陥候補画素抽出のため予め設定されているしきい値Ｄｔｈを複数種類設けておき、しきい値のレベルによって判断すればよい。
【００４５】
前述の欠陥候補抽出方法と異なる他の方法、及び前述の判定方法と異なる他の方法について説明する。図１２は、本方法を説明するための画素を示し、図１３は、処理のフローを示している。欠陥候補画素抽出過程において、例えば、エッジ画素Ｅ１に対して選択した対をなす画素（比較対象画素の対）Ｐ１，Ｑ１のそれぞれについて、各画素の近傍画素を含めて、例えば画素Ｐ１に対して近傍の画素Ｓ１，Ｓ２，Ｐ２を含めて平均化した色データ、及び画素Ｑ１に対して近傍の画素Ｔ１，Ｔ２，Ｑ２を含めて平均化した色データを計算する（Ｓ４０１）。このような平均化した色データを比較し（Ｓ４０２）、比較結果が基準範囲を超えた場合（Ｓ４０３でＹ）、画素Ｐ１，Ｑ１を欠陥候補画素とする（Ｓ４０４）。比較結果が基準範囲を超えない場合（Ｓ４０３でＮ）、画素Ｐ１，Ｑ１を欠陥候補画素とはしない（Ｓ４０４）。このような処理を全てのエッジ画素について行う。
【００４６】
欠陥候補画素抽出過程が終了した後、欠陥候補画素が１つも抽出されていない場合（Ｓ４０６でＹ）、良判定出力がなされる（Ｓ４１３）。欠陥候補画素があれば（Ｓ４０６でＮ）、処理フローのステップＳ４０７において、まず、１つのエッジラインＥＬ４について、その両側の欠陥候補画素Ｐ１〜Ｐ５に近傍の画素Ｓ１，Ｓ２，Ｓ４、Ｓ５を加えて欠陥候補画素群ＰＧ４とし（Ｐ３に対応するＳ３はＰ５と重なっているので計算に入れない）、欠陥候補画素Ｑ１〜Ｑ５に近傍の画素Ｔ１〜Ｔ５を加えて欠陥候補画素群ＱＧ４として、それぞれの群について色データの統計処理が行われて色データ統計値（検査品統計値）が求められる。この後は、前出の図１０に示された良否判定のステップＳ３０３以降と同じ処理によって良否判定が行われる。このような方法によると、画像ノイズのある状態でも欠陥候補画素を信頼性高く抽出できるため、精度良く、信頼性の高い良否判定を行うことができる。
【００４７】
種々の色成分を含む欠陥候補画素を信頼性高く抽出するためのエッジ画像生成方法について説明する。図１４（ａ）〜（ｃ）は各分光波長帯毎の濃度画像からの最終エッジ画像生成を示す。エッジ画像生成過程において、まず、検査対象物に予め設定した検査領域の各分光波長帯の濃度画像３１，３２，３３について、それぞれ微分画像処理を行って規定値以上の微分値を有する画素をエッジ画素として抽出し、複数のエッジ画像３１０，３２０，３３０を得る。次に、これら３枚のエッジ画像について、各画素位置におけるエッジ画素の有無に関するＯＲ演算処理を施すことにより、より完全にエッジ画素を含んだ最終の合成エッジ画像３７０が生成される。このような方法によると、１つの画像ではエッジ画素の欠けたエッジ画像であっても、互い補完して、不良部と良部の境界をより完全に再現するエッジ画像が得られる。このため、この合成エッジ画像を用いることにより精度良く、信頼性の高い判定を行うことができる。
【００４８】
また、上述のエッジ画像補完の他の方法として、抽出したエッジ画素の連なりが途切れた部分を画像処理によって接続するエッジ延長処理を行うこともできる。エッジ画像生成過程におけるエッジ抽出処理では微分値が小さいためエッジとして抽出されなかった部分がある場合、エッジの連なりが途切れた部分を接続することによりエッジの連続性を評価して、欠陥の特徴をより捉えやすくすることができる。
【００４９】
画像の微分処理について説明する。図１５（ａ）は局所並列ウインドウを示し、図１５（ｂ）（ｃ）は微分フィルタを示す。エッジ部を抽出するための微分処理は、「エッジは濃度変化が大きい部分に対応している」という考え方を基本にしている。微分処理は、例えば撮像画像を３×３画素の局所並列ウインドウＷ３３によって画像の横方向ｘ、上下方向ｙについて走査して行われる。局所並列ウインドウＷ３３は、注目画素Ｉ（ｉ，ｊ）＝ａ５と、その画素ａ５の周囲の８画素（８近傍）ａ１〜ａ４，ａ６〜ａ９とから構成される。局所並列ウインドウＷ３３内の各画素ａ１〜ａ９に対し、ｘ方向微分フィルタＤｘを作用させてｘ方向微分値Ｇｘ（ｉ，ｊ）を計算し、ｙ方向微分フィルタＤｙを作用させてｙ方向微分値Ｇｙ（ｉ，ｊ）を計算する。計算式は以下となる。ただし、以下において、引数ｉ，ｊは一部省略している。
Ｇｘ＝ａ３＋ａ６＋ａ９−ａ１−ａ４−ａ７
Ｇｙ＝ａ７＋ａ８＋ａ９−ａ１−ａ２−ａ３
これらをもとに微分強度値Ｊ（ｉ，ｊ）が次式によって求められる。
Ｊ＝ｓｑｒ（Ｇｘ×Ｇｘ＋Ｇｙ×Ｇｙ）
この微分強度値を画素の値としてもつ画像が微分画像となる（図４参照）。濃度勾配方向は、方向微分値Ｇｘ、Ｇｙを成分とするベクトルによって与えられる。
【００５０】
欠陥ではない縞模様などの影響をなくしてエッジ画像を得る方法について説明する。図１５（ｄ）（ｅ）は微分フィルタを示す。画像の横方向（ｘ方向）の微分は通常のｘ方向微分フィルタＤｘを用い、画像の上下方向（ｙ方向）の微分は、例えばｙ方向の勾配無視の微分フィルタＤ０を用いことにより、ｙ方向の濃度勾配は無視されることになり、横縞のエッジが抽出されなくなる。この場合、非処理画像を適宜回転した画像を用いてもよい。微分フィルタを適切に選択することで特定方向に偏った輝度勾配を持つ模様をエッジとして抽出しないように微分処理を行うことができ、欠陥ではない模様を含む検査対象物から模様の影響を除外して、欠陥のみの検査を精度良く行うことができる。
【００５１】
欠陥候補画素抽出のもとになる比較対象画素の対（比較すべき対をなす画素）の選択について、前述と異なる方法を説明する。図１６は、（ａ）エッジ画像、（ｂ）濃度勾配方向の画素濃度値の分布、及び（ｃ）画素濃度値の微分値の分布を示す。エッジ画像３７におけるエッジ画素３８の１つのエッジ画素Ｒ０に注目し、その画素における濃度勾配方向Ｒについて、濃度値Ｄの分布を示したのが図１６（ｂ）の曲線７０である。欠陥候補画素抽出過程において、比較対象画素の対を選択する方法として、エッジ画素Ｒ０から特定画素（前述の例では１画素）離れた画素対とする代わりに、画素列の濃度値Ｄの分布を元に比較すべき対をなす画素をが選択される。一般に、画像の濃度値Ｄは、濃度勾配方向に沿って上昇、又は下降する。そこで、濃度値Ｄの下々限Ｌ１と下上限Ｌ２、及び、上下限Ｈ１と上々限Ｈ２を定めておき、濃度値Ｄがこれらの範囲に入った点Ｒ１、Ｒ２における画素を比較対象画素とする。また、濃度値Ｄがこれらの範囲に入って安定した点の画素を選ぶようにしてもよい。このような選択方法により、エッジ画素の両側画素のうち、近傍の輝度変化が小さい部分を色データ比較対象画素として、エッジ画素近傍の微妙に変化する輝度変化の影響を除くことができる。
【００５２】
また、比較対象画素の対を選択する方他の方法として、図１６（ｃ）に示すような、濃度値の分布の微分値ｄＤ／ｄＲを基づいて比較すべき対をなす画素を選択することができる。一般に、図１６（ｂ）に示される分布を微分すると、点Ｒ０に頂点をもつ山形の分布となるので、微分値のしきい値ＤＴを決めておき、微分曲線７０との交点から一定距離ｓ離れた点Ｒ３，Ｒ４における画素を選択するようにしてもよい。濃淡値の分布の変化が小さくなった部分は、微分値が小さくなった部分に対応しているので、前記同様にエッジ近傍の微妙な輝度変化の影響を除いて比較対象画素の対を選択することができる。
【００５３】
良否判定過程における他の判定方法として、良品の色データ統計値の他に、複数段階の不良部の色データ統計値を設定しておき、これらと、各エッジ画素の各片側毎の欠陥候補画素の色データ、又は、周辺画素を含めた色データ統計値と比較することにより、欠陥候補画素の近傍に不良が存在するかどうかだけでなく、検出した欠陥候補画素の両側のうち、どちらの部分が不良部であるか、また、どの程度の不良であるか等を識別することができる。
【００５４】
なお、本発明は、上記構成に限られることなく種々の変形が可能である。例えば、上述した説明図において、エッジ画素と比較対象画素との間隔として１画素の図を示しているが、１画素から２０画素程度の間隔とすることができる。また、この間隔は、撮像するときの画像倍率とも関連しており、必要に応じてそれぞれの最適値を決定すればよい。また、カラー画像の各画素に対応した分光波長帯毎の濃度データに基づき色度・輝度に変換した色調データを色データとして記憶する処理は、エッジ画像を生成した後に、エッジ画像の周辺部分の画素についてだけ行うようにしてもよい。また、上記では、色データ、及び色空間としてＲＧＢ空間についてのみ述べたが、Ｌ＊ａ＊ｂ＊色空間やＬ＊ｕ＊ｖ＊色空間における色データや距離を用いることもできる。
【００５５】
また、カラーカメラとして、例えば、検査対象物からの反射光を１ライン毎に分光し、２次元のアレイ受光素子に受光して各画素毎の分光データを取得する分光カメラを用いてもよい。この場合は、１ラインの各画素毎の分光強度データを取得することができ、位置分解能の高い、より詳細な分光情報を有するカラー画像データを生成することができる。欠陥候補画素の抽出は、このようにして得られた画像データのうち特定の分光波長のデータを用いて上述の方法により微分処理・エッジ画像生成を行い、良否判定は、抽出した欠陥候補画素に対して、全分光波長データを用いて詳細な色データの比較を行えるため、本発明の外観検査方法によれば、このように情報量の非常に多いカラー画像データを有効に用いることができ、欠陥候補部の認識効率化・高速化の一段と大きな効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る外観検査装置構成図。
【図２】同上装置のブロック構成図。
【図３】同上装置による撮像画像を示す図。
【図４】同上装置により処理された微分画像及びエッジ画像を示す図。
【図５】同上装置により抽出された欠陥候補画素を示す図。
【図６】同上装置に用いられるＲＧＢ濃度空間の図。
【図７】本発明の一実施形態に係る外観検査方法の処理フロー図。
【図８】本発明の他の一実施形態に係る外観検査方法の処理フロー図。
【図９】同上方法による良否判定処理を説明する画素図。
【図１０】同上方法による良否判定処理フロー図。
【図１１】同上方法による他の良否判定処理を説明する画素図。
【図１２】同上方法によるさらに他の良否判定処理を説明する画素図。
【図１３】同上方法による欠陥候補画素抽出及び良否判定処理フロー図。
【図１４】（ａ）は同上方法による撮像画像を示す図、（ｂ）は同上方法により（ａ）に示す画像から得られたエッジ画像の図、（ｃ）は同上方法により合成されたエッジ画像の図。
【図１５】（ａ）は同上方法における画像微分処理単位を示す画素の図、（ｂ）〜（ｅ）は同上方法に用いられる微分フィルタを説明する図。
装置による撮像画像を示す図。
【図１６】（ａ）は同上方法により得られたエッジ画像を示す図、（ｂ）は（ａ）に示した１つのエッジ画素における濃度勾配方向の画素濃度値の分布図、（ｃ）は（ｂ）に示した画素濃度値の微分値の分布図。
【符号の説明】
１ 外観検査装置
１０ 検査対象物
１２ カラーカメラ
２１ カラー画像撮像手段
２４ 色データ記憶手段
２５ エッジ画像生成手段
２６ 欠陥候補画素抽出手段
２７ 良否判定手段
３１〜３３ 濃度画像
３７ エッジ画像
３８ エッジ画素
Ｅ１〜Ｅ９，４２，４３ エッジ画素
Ｐ１〜Ｐ７，５２，５３ 欠陥候補画素
Ｑ１〜Ｑ７，６２，６３ 欠陥候補画素
ＥＬ１〜ＥＬ４ エッジライン
３１０，３２０，３３０ エッジ画像
３７０ 合成エッジ画像
Claims (13)
- 検査対象物のカラー画像を用いた外観検査方法であって、
カラーカメラを用いて検査対象物を分光波長帯毎の濃度画像からなるカラー画像として撮像するカラー画像撮像過程と、
前記カラー画像の各画素に対応した分光波長帯毎の濃度データ又は濃度データに基づき色度・輝度に変換した色調データを色データとして記憶する色データ記憶過程と、
各分光波長帯のいずれか一つの濃度画像について、検査対象物に予め設定した検査領域の画素に微分画像処理を行って規定値以上の微分値を有する画素をエッジ画素として抽出するエッジ画像生成過程と、
抽出した各エッジ画素における濃度勾配方向線上にあり該エッジ画素を挟みそのエッジ画素から互いに逆方向に所定距離離れた対をなす画素を選択し、その対をなす画素の色データを比較し、比較結果が予め設定された基準範囲を超える場合、その対をなす画素を欠陥候補画素として抽出する欠陥候補画素抽出過程と、
各エッジ画素の両側に抽出された欠陥候補画素のさらに詳細な色データを比較して基準値以上の差があれば不良と判定する良否判定過程と、を有することを特徴とする外観検査方法。 - 検査対象物のカラー画像を用いた外観検査方法であって、
カラーカメラを用いて検査対象物を分光波長帯毎の濃度画像からなるカラー画像として撮像するカラー画像撮像過程と、
前記カラー画像の各画素に対応した分光波長帯毎の濃度データ又は濃度データに基づき色度・輝度に変換した色調データを色データとして記憶する色データ記憶過程と、
各分光波長帯のいずれか一つの濃度画像について、検査対象物に予め設定した検査領域の画素に微分画像処理を行って規定値以上の微分値を有する画素をエッジ画素として抽出するエッジ画像生成過程と、
抽出した各エッジ画素における濃度勾配方向線上にあり該エッジ画素を挟みそのエッジ画素から互いに逆方向に所定距離離れた対をなす画素を選択し、その対をなす画素の色データを比較し、比較結果が予め設定された基準範囲を超える場合、その対をなす画素を欠陥候補画素として抽出する欠陥候補画素抽出過程と、
各エッジ画素の両側に抽出された欠陥候補画素について、片側毎にその近傍画素を含めて色データを統計処理し、得られた両側の色データ統計値を比較して予め設定した基準値以上の差があれば不良と判定する良否判定過程と、を有することを特徴とする外観検査方法。 - 良否判定過程において、前記抽出したエッジ画素が連続してなるエッジラインの両側に抽出された欠陥候補画素について、エッジラインの各片側毎に欠陥候補画素の色データを統計処理して得た色データ統計値に基づいて対象物の良否を判定することを特徴とする請求項２に記載の外観検査方法。
- 良否判定過程において、エッジラインの各片側毎の欠陥候補画素に欠陥候補画素と判断しなかった画素を含めた上で良否判定を行うことを特徴とする請求項３に記載の外観検査方法。
- 欠陥候補画素抽出過程において、抽出したエッジ画素が連続するエッジラインについて、各エッジ画素毎に選択した前記対をなす画素のそれぞれに各画素の近傍画素を含めてこれらについて平均化した色データを比較し、比較結果が予め設定された基準範囲を超える場合、該対をなす画素を欠陥候補画素として抽出し、
良否判定過程において、エッジラインの各片側毎に前記欠陥候補画素の近傍画素を含めてこれらの画素の色データを統計処理して得た色データ統計値に基づいて対象物の良否を判定することを特徴とする請求項２乃至請求項４のいずれかに記載の外観検査方法。 - エッジ画像生成過程において、各分光波長帯の濃度画像について、検査対象物に予め設定した検査領域の画素に微分画像処理を行って生成した複数のエッジ画像にＯＲ演算処理を施して合成エッジ画像を生成し、
欠陥候補画素抽出過程において、前記合成エッジ画像を用いて欠陥候補画素を抽出することを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の外観検査方法。 - エッジ画像生成過程において、特定方向の濃度勾配に対して微分値が小さくなる微分フィルタを用いることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の外観検査方法。
- 欠陥候補画素抽出過程において、前記エッジ画素における濃度勾配方向線上にあり該エッジ画素を挟みそのエッジ画素から互いに逆方向に向かう画素列の濃度値の分布を元に比較すべき対をなす画素を選択することを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれかに記載の外観検査方法。
- 欠陥候補画素抽出過程において、前記エッジ画素における濃度勾配方向線上にあり該エッジ画素を挟みそのエッジ画素から互いに逆方向に向かう画素列の濃度値の分布の微分値を元に比較すべき対をなす画素を選択することを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれかに記載の外観検査方法。
- 欠陥候補画素抽出過程において、濃淡値の分布の変化が小さくなった部分又は微分値が小さくなった部分における画素を比較すべき対をなす画素とすることを特徴とする請求項８又は請求項９に記載の外観検査方法。
- エッジ画像生成過程において、抽出したエッジ画素の連なりが途切れた部分を接続するエッジ延長処理を行うことを特徴とする請求項１乃至請求項１０のいずれかに記載の外観検査方法。
- 良否判定過程において、各エッジ画素の各片側ごとに前記欠陥候補画素の近傍画素を含めて色データを統計処理し、統計処理して得た各色データ統計値と予め設定されている良品の色データ統計値とを比較して基準値以上の差があるときその部分を不良部位とすることを特徴とする請求項２乃至請求項１１のいずれかに記載の外観検査方法。
- 検査対象物のカラー画像による外観検査装置であって、
カラーカメラを用いて検査対象物を分光波長帯毎の濃度画像からなるカラー画像として撮像するカラー画像撮像手段と、
前記カラー画像の各画素に対応した分光波長帯毎の濃度データ又は濃度データに基づき色度・輝度に変換した色調データを色データとして記憶する色データ記憶手段と、
各分光波長帯のいずれか一つの濃度画像について、検査対象物に予め設定した検査領域の画素に微分画像処理を行ってエッジ画素を抽出するエッジ画像生成手段と、
抽出した各エッジ画素における濃度勾配方向線上にあり該エッジ画素を挟みそのエッジ画素から互いに逆方向に所定距離離れた対をなす画素を選択し、その対をなす画素の色データを比較し、比較結果が予め設定された基準範囲を超える場合、その対をなす画素を欠陥候補画素として抽出する欠陥候補画素抽出手段と、各エッジ画素の両側に抽出された欠陥候補画素について、片側毎にその近傍画素を含めて色データを統計処理し、得られた両側の色データ統計値を比較して、又は統計処理して得られた各色データ統計値と予め設定されている良品の色データ統計値とを比較して、基準値以上の差があれば不良と判定する良否判定手段と、を有することを特徴とする外観検査装置。
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