JP2004272546A - 空間フィルタ、空間フィルタ作成方法、空間フィルタ作成プログラム並びにその空間フィルタを用いた画像処理装置及び検査装置並びに画像変換方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】角度成分までを含めた成分の検出をより正確に行うことができるフィルタ作成方法等を得る。
【解決手段】フィルタ作成処理手段１Ａは、画像処理に用いる基準フィルタを構成する各成分について領域を設定し、基準となるフィルタの中心となる成分を中心に、基準となるフィルタをある角度で回転した場合に、回転後のフィルタを構成する各成分の領域がどのように分割され、新たなフィルタを構成する各成分に設定された領域に含まれるかを、回転後のフィルタを構成する成分毎に面積の割合で算出し、その割合に基づいて各成分の数値を分割して、新たなフィルタを構成する各成分の領域毎に、その領域に対応した分割して得られた値を加算し、新たなフィルタを構成する各成分の値とする。
【選択図】 図１
【解決手段】フィルタ作成処理手段１Ａは、画像処理に用いる基準フィルタを構成する各成分について領域を設定し、基準となるフィルタの中心となる成分を中心に、基準となるフィルタをある角度で回転した場合に、回転後のフィルタを構成する各成分の領域がどのように分割され、新たなフィルタを構成する各成分に設定された領域に含まれるかを、回転後のフィルタを構成する成分毎に面積の割合で算出し、その割合に基づいて各成分の数値を分割して、新たなフィルタを構成する各成分の領域毎に、その領域に対応した分割して得られた値を加算し、新たなフィルタを構成する各成分の値とする。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、画像処理に用いられる空間フィルタに関し、特に線成分やエッジ成分等を角度に応じて強調検出するための空間フィルタ作成方法、並びに空間フィルタを作成するための自動計算プログラム、並びにその空間フィルタを用いた被検査対象画像内の線やエッジ成分の検出方法及び検査装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、表示装置の製造後の画面検査において表示装置の表示画面に存在する線状の欠陥の検出、または部品の外観検査において部品と空間との境界線検出等、各種の検査において線成分やエッジ（輪郭）成分の検出（以下、単に線検出という。また、線には線分も含むものとする）を行う際に画像処理を用いた方法が利用されている。この方法は、ＣＣＤカメラ等の撮像手段で被検査対象を撮像し、得られた画像データを、空間フィルタ（以下、単にフィルタという）を用いた画像処理を行って、画像データ中の線成分やエッジ成分を強調することにより検出を行うものである。フィルタを用いた画像処理とは、画像上の任意の画素において、近傍の画素を含む領域の階調値に対して、ある局所演算を行うことによって新しい階調値を決定し、これを画像上の全ての画素に行うことによって、強調処理、雑音除去処理等を行うものである。フィルタは、具体的には、対象画素を中心とした近傍の画素を含む領域の各画素の階調値毎に、畳み込み演算を行って検出対象を強調するように設定した係数を成分とする２次元行列で表される。線検出に用いられるフィルタとして、例えばＳｏｂｅｌフィルタ、Ｒｏｂｉｎｓｏｎフィルタ、Ｐｒｅｗｉｔｔフィルタ、Ｋｉｒｓｃｈフィルタ等が知られている（非特許文献１参照）。これらのフィルタは３×３又は５×５の整数値で構成されるフィルタである。
【０００３】
【非特許文献１】
「画像解析ハンドブック」，高木幹雄，下田陽久，東京大学出版会，（１９９１）．
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来のフィルタをそのまま利用して被検査対象の画像データから線検出を行う場合、画像中から線成分を検出するというだけの目的では、これらのフィルタを用いて処理すればよい。しかし、被検査対象の画像データからある角度を成す線成分のみを強調したい場合や、線成分の角度によって処理を変更したい場合、または線成分の角度によって検出判断を行うための閾値を変えたい場合等、正確に角度成分を考慮した処理を行う場合には問題が生じる。例えば、３×３のフィルタを用いると、８方向の成分にしか分類することができない。つまり、４５゜の精度での検出となり、フィルタによって強調される被検査対象の画像データ内の様々な角度の線成分は、ある角度を基準にして０゜、４５゜、９０゜、１３５゜、１８０゜、２２５゜、２７０゜及び３１５゜をなす線成分を強調した、いずれかの結果に含まれ分類することができるが、それ以上の精度でその他の角度を有する線成分に分類することは出来ず、有効な処理が行えない。
【０００５】
これを改良する目的で５×５のフィルタ又はそれ以上のサイズのフィルタが提案されているが、フィルタの各成分が整数値で構成されているため、正確な角度成分が考慮されているとはいい難く、またフィルタの各成分のポイントは離散的な数値をとるため角度により検出感度が変わってくるなどの問題点も発生する。
また、上述したフィルタの他にも線成分を検出する目的でラプラシアンフィルタ等の２次微分フィルタ（２次差分）フィルタが用いられるが、このようなフィルタでは、画像の強度変化が強い箇所を検出するだけで、角度成分については考慮されない。
【０００６】
そこで、本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであり、角度成分までを含めた成分の検出をより正確に行うことができるフィルタ作成方法等を得ることを目的とする。また、その方法等を応用して、変換を施した上で、新たな画像を作成するための方法を得ることを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る画像処理に用いるフィルタ作成方法は、基準となる空間フィルタを構成する各成分について領域を設定する工程と、基準となる空間フィルタから作成される新たな空間フィルタを構成する各成分について領域を設定する工程と、基準となる空間フィルタの中心を軸にして、ある角度で基準となる空間フィルタを回転し、回転後の基準となる空間フィルタの領域を新たな空間フィルタの領域により分割し、回転後の基準となる空間フィルタを構成する成分毎に、分割された領域の面積の割合を算出し、その割合に基づいて基準となる空間フィルタの各成分の値を分割して分割領域の値とする工程と、新たな空間フィルタを構成する各成分の領域毎に、その領域に含まれる基準となる空間フィルタの回転後の分割領域の値を加算し、新たなフィルタを構成する各成分の値とする工程とを有するものである。
本発明においては、例えば、被検査対象の画像データ内に検出対象の形状が様々な角度で存在する場合に、ある角度を成しているときに最も強調されるようなフィルタを作成するため、基準となる角度にある検出対象を強調する基準のフィルタ（角度の基準も規定することになる）を検出したい角度分回転して新たなフィルタの座標系に投影し、回転後の基準のフィルタを構成する各成分の領域が、新たなフィルタを構成する各成分の領域により、どのように分割されるかを面積の割合で算出し、その割合に基づいて回転後の基準のフィルタを構成する各成分の数値を分割し、新たなフィルタを構成する各成分の領域毎にその領域内に存在する分割して得られた値を加算して、新たなフィルタを構成する各成分の値とする。したがって、基準となる角度の形状を検出する基準のフィルタを基にして、ある角度を成している形状が強調されるようなフィルタを計算処理により作成することができ、且つ計算処理には基準フィルタで用いられている数値のみを使用しているため角度による検出感度の差を小さくすることができる。しかも、新たなフィルタを構成する各成分の値が、整数値ではなく、実数値で構成するようにしたので、角度による検出感度の差をさらに小さくすることができる。
【０００８】
また、本発明に係るフィルタ作成方法は、基準となるフィルタを構成する各成分の値を実数とするものである。
本発明においては、既存の整数を用いたフィルタを基準フィルタとして使用することはもとより、より最適な検出が行えるように、基準となるフィルタを構成する各成分の値が、実数で構成されたフィルタを用いても良い。
【０００９】
また、本発明に係るフィルタ作成方法は、新たな空間フィルタを構成する各成分の値を実数とするものである。
本発明においては、より最適な検出が行えるように、新たなフィルタを構成する各成分の値を実数で構成する。これにより、作成した新たなフィルタについて角度による検出感度の差をさらに小さくすることができる。
【００１０】
また、本発明に係るフィルタ作成方法は、フィルタを構成する各成分について設定する領域を同一面積の正方形で設定するものである。
本発明においては、後の計算の効率を向上させるように、各成分について設定する領域を同一面積の正方形で設定する。このように設定することで、０°〜９０°まで適用した場合の面積割合を記憶させておき、９０°以上の角度に適用する場合においても、９０で割った余りの値のデータを読み出すことで、適用することが出来る。
【００１１】
また、本発明に係るフィルタ作成方法では、基準となるフィルタは、線成分又はエッジ成分を強調するためのフィルタである。
本発明においては、基準となるフィルタには線成分を強調するフィルタを用いるため、角度依存性のある線成分に対して、本発明によるフィルタ作成方法で作成したフィルタを用いることにより、有効な検出を行うことができる。
【００１２】
また、本発明に係る画像処理に用いるフィルタは、基準となるフィルタを構成する各成分について領域を設定し、基準となるフィルタから作成される新たなフィルタを構成する各成分について領域を設定した上で、基準となるフィルタの中心を軸にして、ある角度で基準となるフィルタを回転し、回転後の基準となるフィルタの領域を新たなフィルタの領域により分割し、回転後の基準となるフィルタを構成する成分毎に、分割された領域の面積の割合を算出し、その割合に基づいて基準となるフィルタの各成分の値を分割して分割領域の値を算出し、新たなフィルタを構成する各成分の領域毎に、その領域に含まれる基準となるフィルタの回転後の分割領域の値を加算して、新たなフィルタを構成する成分とする。
本発明においては、基準となるフィルタ（角度の基準も規定することになる）に対し、通常は点（ポイント）における値であるフィルタを構成する各成分に対して、その成分の数値が有効と見なせる領域を仮に設定する。それと共に、新たに作成するフィルタを構成する各成分に対しても、その成分の数値が有効とみなせる領域を仮に設定する。そして、基準となるフィルタをある角度で回転して、新たなフィルタを構成する領域に投影して、新たなフィルタを構成する各成分の領域により分割された領域の面積の割合を算出し、その割合に基づいて基準となるフィルタの各成分の値を分割して分割領域の値を算出し、新たなフィルタを構成する各成分の領域毎に、その領域に含まれる分割領域の値を加算した値を成分とする。したがって、ある角度を成している形状が強調されるようなフィルタを作成することができる。しかも、新たなフィルタを構成する各成分の値を、整数値ではなく、実数値で表すようにすることで、角度による検出感度の差をさらに小さくすることができる。
【００１３】
また、本発明に係る画像処理に用いるフィルタを作成するプログラムは、 基準となるフィルタを構成する各成分について領域を設定させる機能と、基準となるフィルタから作成される新たなフィルタを構成する各成分について領域を設定する機能と、基準となる空間フィルタの中心を軸にして、ある角度で基準となる空間フィルタを回転し、回転後の基準となる空間フィルタの領域を新たな空間フィルタの領域により分割し、回転後の基準となる空間フィルタを構成する成分毎に、分割された領域の面積の割合を算出し、その割合に基づいて基準となる空間フィルタの各成分の値を分割して分割領域の値とする機能と、新たな空間フィルタを構成する各成分の領域毎に、その領域に含まれる基準となる空間フィルタの回転後の分割領域の値を加算し、新たなフィルタを構成する各成分の値とする機能とを処理手段に行わせるものである。
本発明においては、例えば、所望の形状がある角度を成しているときに最も強調されるようなフィルタを処理手段に作成させるため、基準のフィルタ（角度の基準も規定することになる）をある角度回転して回転前の座標系に投影した場合に、回転後のフィルタを構成する各成分の領域がどのように分割されて回転前のフィルタを構成する各成分の領域に含まれるかを面積の割合で算出させ、その割合に基づいて回転後のフィルタを構成する各成分の数値を分割させ、分割して得られた分割領域の値を新たなフィルタを構成する各成分の領域毎に加算させて、新たなフィルタを構成する各成分の値とさせる。したがって、ある角度を成している形状が強調されるようなフィルタを作成することができる。しかも、新たなフィルタを構成する各成分の値を、整数値ではなく、実数値で表すようにすることで、角度による検出感度の差をさらに小さくすることができる。
【００１４】
また、本発明に係る画像処理装置は、上記に記載し、作成方法により作成し、又は上記のプログラムにより作成した空間フィルタと、空間フィルタに基づいて画像処理を行う処理手段とを少なくとも備えたものである。
本発明においては、画像処理装置は上記の方法、プログラム等によって作成したフィルタを用いて画像処理を行い、角度成分に応じた検出を行う。したがって、したがって、ある角度を成している形状を強調する処理を行える画像処理装置を得ることができる。
【００１５】
また、本発明に係る検査装置は、上記に記載し、作成方法により作成し、又は上記のプログラムにより作成した空間フィルタと、空間フィルタに基づいて画像データから線成分又はエッジ成分の検出を行う検出手段と、被検査対象を撮像し、前記線検出手段に画像データを含む信号を送信する撮像手段とを少なくとも備えたものである。
本発明においては、撮像手段が撮像した被検査対象の画像データに基づいて、検出手段が、上記のフィルタを用いて画像データが表す画像から線成分又はエッジ成分の検出を行う。したがって、ある角度を成している線を強調し、被検査対象の形状の検出や、表示画面中の線欠陥等の検出を行い、検査することができる。
【００１６】
また、本発明に係る画像変換方法は、基準となる画像を変換して新たな画像を作成する方法において、基準となる画像を構成する各画素について領域を設定する工程と、変換後の新たな画像を構成する各画素について領域を設定する工程と、基準となる画像の領域について座標変換を行った後、新たな画像を構成する領域により変換後の基準となる画像の各成分の領域を分割して、その分割領域毎の面積の割合を算出し、その割合に基づいて基準となる画像の各成分の値を分割して分割領域の値とする工程と、新たな画像を構成する各成分の領域毎に、その領域に含まれる基準となる画像の分割領域の値を加算し、新たな画像を構成する各成分の値とする工程とを有するものである。
本発明においては、例えば、画像の拡大・縮小処理等を行うために、ある画像を変換処理した新た画像を作成する場合に、基準となる元の画像を構成する各画素について領域を設定し、変換を行った後、新たな画像を構成する各画素に設定された領域に投影して、その領域によって分割される変換後の領域の割合に基づいて各画素の数値を分割し、得られた値を新たな画像を構成する各画素の領域毎に加算して、新たな画像を構成する各画素に基づく値とする。したがって、その変換処理（拡大・縮小等）に応じた画像を作成することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
実施形態１．
図１は本発明の第１の実施の形態に係る検査システムの構成を示すブロック図である。図１において、画像処理検査装置１は、画像中に含まれる線が成す角度に応じた線を強調して検出するためのフィルタを作成し、その線検出フィルタを使用して被検査対象の画像データの線検出処理を行い、検査を行う。画像処理検査装置１は、さらにフィルタ作成処理手段１Ａ、フィルタ演算処理手段１Ｂ及び表示処理手段１Ｃで構成されているものとする。フィルタ作成処理手段１Ａは、あらかじめ用意された基準のフィルタ（以下、基準フィルタという）に基づいて、角度成分に対応する新たなフィルタを作成する処理を行う。フィルタ演算処理手段１Ｂは、フィルタ作成処理手段１Ａが作成したフィルタを使用して演算（画像処理）を行う。表示処理手段１Ｃは、フィルタ演算処理手段１Ｂが演算した結果を、例えば画像として表示させるための表示信号を送信する。
【００１８】
表示装置２は表示処理手段１Ｃからの表示信号に基づき、フィルタ処理の演算結果や検査結果の表示を行う。指示入力装置３は、例えばキーボードやマウスのようなポインティングデバイス等に代表されるような入力装置であり、画像処理検査装置１に操作者が入力した指示、データ等を入力信号として送信する。記憶装置４は画像処理検査装置１が処理したデータを一時的又は長期的に記憶する。
撮像装置５は、被検査対象の画像を撮像する装置であり、例えばＣＣＤ等の複数の受光素子を有するＣＣＤカメラ等で構成されており、各受光素子は受光量を例えば電気信号に変換し、映像信号として送信する。また、１００は被検査対象である表示パネルである。
【００１９】
本実施の形態は、所望の角度を成す線成分を適切に検出するフィルタの作成及びそのフィルタを用いた画像処理により被検査対象から所望の角度を成す線成分を検出し、検査を行うものである。そのため、まず、基準の角度に対応した線検出フィルタから所望の角度を適切に検出するフィルタを新たに作成する。ここで、本実施の形態では、従来、整数値で行われていた各フィルタの成分について、少なくとも新たに作成したフィルタの成分を実数で構成する（結果的に整数値になる場合を含む）。また、本実施の形態では、基準のフィルタ（以下、基準フィルタという）及び新たに作成したフィルタについて、各成分の数値の効力が及ぶエリア（範囲）を設定する。その上で、基準フィルタを所望の角度回転させ、新たなフィルタの座標系のエリアに投影し、回転した基準フィルタの各エリアが新たなフィルタの座標系の各エリアによってどれだけの面積の割合で分割されるかを算出する。その割合で基準フィルタの各成分の数値を分割した上で、新たなフィルタの座標系の各エリア内に存在する基準フィルタの分割エリアの各数値を加算した値を、新たなフィルタのエリア（又はそのエリア内のあるポイント）の値とし、これらを新たなフィルタを構成する成分の値とする。このように算出したフィルタに基づいて画像処理を行えば、基準の角度から所望の角度を成す線成分が強調して検出できるようになる。なお、以下の説明で行うフィルタの回転、投影等は実際の動作において行われるわけではなく、画像処理検査器装置１のプログラム上で概念的に行われるものである。
【００２０】
ここで、画像処理検査装置１を構成する各手段をそれぞれ別個の手段（ハードウェア）として構成してもよいが、本実施の形態では、画像処理検査装置１を例えばＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ ）を中心とするコンピュータ等のような演算処理手段で構成するものとする。そして、各手段の処理手順をあらかじめプログラム化したものを演算処理手段が実行し、そのプログラムに基づく処理を行うことで、上述した各手段の機能を実現するものとする。
【００２１】
図２は任意の角度の線の一例を表す図である。本実施の形態では、縦（垂直）方向の線成分を強調するフィルタを０゜の角度の線を強調するフィルタと定義する。そして、この線を右回りさせる方向をプラス方向と設定する。本実施の形態ではこのように設定するが、同一の処理系で固定しておけば、例えば横（水平）方向を０゜としても、他の任意の角度を０゜としても特に問題はない。また、回転の方向のプラスマイナスについても限定するものではなく、左回りをプラス方向に設定してもよい。
【００２２】
次に本実施の形態に係るフィルタの作成方法について説明する。図３は本実施の形態で用いる基準のフィルタを表す図である。ここで本実施の形態ではフィルタを構成する各成分の値は実数（浮動小数点数）を用いるものとする。基準フィルタである図３のフィルタは、横（水平）方向３〜４画素幅の０゜方向の線を主に検出できるように、フィルタを構成する各成分の値を設定したものである。この基準フィルタの作成に際して、例えば遺伝的アルゴリズムを用いたフィルタ作成プログラム等により、０°方向の線を検出するよう各成分の最適な値を実数値で演算して設定する。ここで、０°方向の線成分を検出する基準フィルタの行方向の成分（図３（ａ））は、上記のような線成分を強調するのに最適な数値を構成しており、列方向の成分は検出しようとする線の長さ分、行方向の成分がコピーされて並べられている。このように構成されたフィルタは、その列方向の長さ以上の線を主に強調することができる。従って、フィルタの列方向の成分数が多くなるほど、所望する角度の線（この場合０゜）に対して選択的に反応し、強調される線が有する角度の範囲が狭まる。そして、フィルタの列方向の成分数が少なくなれば、線成分でなくても、画像内にそのフィルタで強調されるような特徴を有していれば、例えばむらのようなものでも、蛇行した線でも強調することができるので、強調される線が有する角度が拡がるという特徴を有する。従って、角度成分に対して選択的に強調するフィルタでは、ある程度の列方向の長さが必要となる。ここで、図３（ｂ）は９列で構成されており、９画素以上の長さの縦線の検出を主に行うことができる。
【００２３】
図４は基準フィルタを検出しようとする角度に回転した場合を表す概念図である。図４に基づいてフィルタ作成の演算手順について説明する。ここで、一般的にコンピュータ等の処理装置で行う画像処理は、離散的なデータを扱っている。
例えば画像処理で用いる画像データを構成する数値は撮像素子の各ポイント（点）に対応する値であり、通常、エリア（領域）的な情報は含まれない。これはフィルタも同様である。これを本実施の形態では、フィルタの各成分が有効となるエリアを有するものと概念的にみなす。本実施の形態で用いる基準フィルタでは、９×９の正方形のエリアで構成されているものとし、各エリア内で、各成分の値を持っているものとみなす。各エリアについては２次元の座標値で表す（水平方向をＸ方向、垂直方向をＹ方向とする）。
【００２４】
まず、新たに作成するフィルタで検出しようとする線成分の角度を決定する。
ここでは約５゜の線成分を検出するものとしている。そして、図４のように基準フィルタをその角度で回転させる。図４においては、回転後の基準フィルタ（以下、回転フィルタという）は点線で表している。実線は、新たなフィルタを構成するエリア情報で、本実施の形態では回転前の基準フィルタの座標系と同じものを使用している。ここで、新たなフィルタのサイズは、回転前の基準フィルタのサイズより大きいものとなっているが、これはフィルタを回転させることにより、新しく作成されるフィルタは、基準フィルタに比べ、最大約１．４倍の大きさになる（本実施の形態のように９×９のサイズの基準フィルタでは最大１３×１３のサイズのフィルタになる）ためで、新たなフィルタを構成するサイズについては、その分を考慮して用意しておく。実際には、メモリ等、ハードウェア資源の節約等の関係から、用意する新たなフィルタの座標系（座標）は有限となるが、なるべく余裕をもって設けておく方がよい。
【００２５】
図５は図４の一部を拡大した図である。図５では、図４において丸で囲った部分（回転した基準フィルタのエリア（座標）（８，３）付近の位置）について拡大している。図５（ａ）に示すように、基準フィルタの（８，３）成分の数値は−７．６８である。次に、回転した基準フィルタのエリアを新たなフィルタの座標系（以下、新たな座標系という）へ概念的に投影すると、回転した基準フィルタの各成分は、新たな座標系に構成されたそれぞれのエリアによって分割される。その分割されたエリアの面積の割合（以下、面積割合という）を計算する（図５（ｂ））。回転した基準フィルタの（８，３）成分は、それぞれ新たなフィルタのエリアにより６０％、２０％、１５％及び５％の面積割合で４分割される。
フィルタ作成手段１Ａは、さらに、計算した面積割合で基準フィルタの成分の値を分割する（図５（ｃ））。ここでは、基準フィルタの成分の値は−７．６８であるため、面積割合を掛けると分割エリアの面積の大きい順から−４．６１、−１．５４、−１．１５及び−０．３８となる。
【００２６】
図６は新たなフィルタの成分の数値算出方法を表す概念図である。上記のような基準フィルタの各成分の分割を基準フィルタの全てのエリアに対して行い、新たな座標系で構成されるそれぞれのエリアにおいて、そのエリア内に含まれる分割エリアの算出された数値をそれぞれ加算する（図６（ａ））。このようにして算出された数値が、検出対象となる所望の角度を成す線成分を適切に検出する新たなフィルタの成分の値となる（図６（ｂ））。
【００２７】
図７は１５°の線成分を検出するフィルタを作成するよう、基準フィルタを１５゜回転して作成したフィルタを表す図である。ここで、図７のフィルタの各成分の値は、一般的なアルゴリズムであるモンテカルロ法を利用して算出しており、回転した基準フィルタと新たな座標系に作られたそれぞれのエリアによってできる分割エリアの面積割合を乱数を用いて算出した上で、各成分の値を計算したものである。本実施の形態ではモンテカルロ法を利用しているが、分割エリアの面積割合の算出方法はこれに限定するものではなく、例えば全てのエリアについて座表計算に基づいて面積を計算して求めても良い。図７に表わすフィルタは、実際には１３×１３のサイズのフィルタとなるが、ほとんどフィルタ処理演算結果に影響を及ぼさないと考えられる小数点３桁以下を四捨五入すると、最外周の値はすべて０となるため、ここでは１１×１１のサイズのフィルタとなる。
【００２８】
フィルタ演算処理手段１Ｂは、フィルタ作成処理手段１Ａが上記のように作成した新たなフィルタを用いて、被検査対象の画像データに対してフィルタ処理を行ない、所望の角度の線成分を強調し検出する。
【００２９】
図８、図９及び図１０は、フィルタ作成処理手段１Ａにより検出角度の違う３種類のフィルタを作成し、フィルタ演算処理手段１Ｂにより、その作成したフィルタを用いて、被検査対象となる同一の画像データに対して、フィルタ演算処理を行い線成分を検出した結果を表す図である。図８は基準フィルタを９０゜回転させて作成したフィルタ、図９は基準フィルタを１０５゜回転させて作成したフィルタ、図１０は基準フィルタを１２０゜回転させて作成したフィルタを用いて、フィルタ処理を行った結果を表す。表示処理手段１Ｃは、例えば、フィルタ演算処理手段１Ｂが、フィルタ作成処理手段１Ａにより作成したフィルタを用いて、被検査対象の画像データに対してフィルタ演算処理を行って得た画像データを図８、図９及び図１０のように表示する。図８、図９、図１０に示すように、図９の表示画面の右上の方に、図８及び図１０ではほとんど検出されていない、１０５゜又はその近辺の角度成分を有する線が検出されていることがわかる。
【００３０】
以上のように第１の実施の形態によれば、基準フィルタと作成される新たなフィルタの各成分について、概念的に領域を設定した上で、基準フィルタを所望の角度回転させて新たな座標系に投影し、新たな座標系のエリアにより、回転後の基準フィルタの各エリアがどのような面積割合で分割され、新たな座標系のエリアに含まれるかを判断して、その面積割合に応じて基準フィルタの成分の値を分割し、新たな座標系の各エリア内に含まれる分割エリアの値を加算することで新たなフィルタの成分の値としたフィルタを作成するようにしたので、所望の角度を成している形状が強調されるようなフィルタを作成することができ、且つどの角度を検出するフィルタについても、同じ基準フィルタを基にして、その構成数値のみを使用して作成しているため、角度による検出感度の差を小さくすることができる。しかも、新たなフィルタを構成する各成分の値が、実数値であるので、角度による処理感度（検出感度）の差をさらに小さくすることができる。そして、このようなフィルタを用いて検出を行った検査装置については、角度に応じて線成分を選択的に強調することができるので、角度成分に応じて閾値の設定等を変更しなければならない処理に対応することができる。
【００３１】
実施形態２．
上述の第１の実施の形態では、図２に示すように、基準フィルタを構成する成分の値が浮動小数点数であった。本発明はこれに限定されるものではなく、例えば基準フィルタを構成する成分が整数値である既存のフィルタを用いてもよい。
もちろん、基準フィルタの成分が整数値であったとしても、作成した新たなフィルタの成分の数値が整数とは限らず、新たなフィルタの成分の数値は実数である。
【００３２】
実施形態３．
図１１は画像を拡大縮小した場合を表す概念図である。上述の実施の形態では、基準フィルタの各成分のエリアを全て同一面積の正方形で設定したが、本発明はこれに限定されるものではなく、作成しようとするフィルタによって形状等を任意に設定することができる。上述の実施の形態では特に触れなかったが、もちろん、角度に応じた成分の数値を算出しているという点以外は、通常のフィルタとかわるところがない。
【００３３】
また、上述の実施の形態では、基準フィルタを回転することによって新たなフィルタを作成したが、これを画像の拡大縮小を行う画像処理にも適用することができる。例えば元の画像を所望の大きさに拡大又は縮小した場合に、新たな画像のエリアに含まれる面積割合を算出等して新たな画像を構成する画素に基づく値（例えば輝度値）を決めることにより、拡大縮小を含めた画像の変換にも応用することができる。
【００３４】
実施形態４．
上述の実施の形態では、新たなフィルタ作成処理を行うフィルタ作成手段１Ａと実際の画像処理を行うフィルタ演算処理手段１Ｂ及び表示処理手段１Ｃとで画像処理検査装置１を構成しているが、例えばフィルタ作成手段１Ａだけを独立した装置で構成するようにしてもよい。別の装置で作成した新たなフィルタのデータを例えば記憶装置４に記憶させておき、画像処理を行うことができる。
【００３５】
実施形態５．
上述の実施形態１では、フィルタ作成手段１Ａは、基準フィルタ及び所望する角度に基づいて新しいフィルタを作成する一連の処理を行っているが、例えば、ある基準フィルタに対し、あらかじめ角度に応じた面積割合を算出して記憶しておくようにしてもよい。実際に作成される新たなフィルタは、基準フィルタの成分の数値によって成分の数値は異なるが、回転フィルタと元の座標系に作られた枡目との関係において分割される面積割合は変わらない。そのため、他のフィルタを作成する場合に適用できる。これは、記憶した基準フィルタ以下の大きさの基準フィルタに適用できる。特にエリアを正方形で規定した場合には、９０゜までの面積割合を算出しておけば、それ以上の角度については、９０゜までの面積割合を対応させることができる。また、長方形で規定した場合にも１８０゜までの面積割合を算出しておけばよいことになる。
【００３６】
実施形態６．
上述の実施の形態では、表示装置の表示画面の検査に線検出処理を用いているが、本発明はこれに限定されるものではなく、他の検査、その他の用途のための線検出に、本発明のフィルタ作成方法、フィルタ及びフィルタを用いた画像処理を適用することができる。
【００３７】
また、上述の実施の形態ではフィルタ作成方法を線検出のフィルタに適用しているが、これに限定するものではなく、線以外の例えば楕円形等角度依存性のある形状の検出について、その角度を考慮した検出を行う場合にも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】検査システムの構成を示すブロック図である。
【図２】任意の角度の線の一例を表す図である。
【図３】本実施の形態で用いる基準のフィルタを表す図である。
【図４】検出しようとする角度に回転した場合を表す概念図である。
【図５】図４の一部を拡大した図である。
【図６】新たな成分の数値算出を表す図である。
【図７】１５゜回転して作成したフィルタを表す図である。
【図８】９０゜回転で作成したフィルタによる処理結果を表す図である。
【図９】１０５゜回転で作成したフィルタによる処理結果を表す図である。
【図１０】１２０゜回転で作成したフィルタによる処理結果を表す図である。
【図１１】画像を拡大縮小した場合を表す概念図である。
【符号の説明】
１ 画像処理検査装置、１Ａ フィルタ作成処理手段、１Ｂ フィルタ演算処理手段、１Ｃ 表示処理手段、２ 表示装置、３ 指示入力装置、４ 記憶装置、５ 撮像装置
【発明の属する技術分野】
本発明は、画像処理に用いられる空間フィルタに関し、特に線成分やエッジ成分等を角度に応じて強調検出するための空間フィルタ作成方法、並びに空間フィルタを作成するための自動計算プログラム、並びにその空間フィルタを用いた被検査対象画像内の線やエッジ成分の検出方法及び検査装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、表示装置の製造後の画面検査において表示装置の表示画面に存在する線状の欠陥の検出、または部品の外観検査において部品と空間との境界線検出等、各種の検査において線成分やエッジ（輪郭）成分の検出（以下、単に線検出という。また、線には線分も含むものとする）を行う際に画像処理を用いた方法が利用されている。この方法は、ＣＣＤカメラ等の撮像手段で被検査対象を撮像し、得られた画像データを、空間フィルタ（以下、単にフィルタという）を用いた画像処理を行って、画像データ中の線成分やエッジ成分を強調することにより検出を行うものである。フィルタを用いた画像処理とは、画像上の任意の画素において、近傍の画素を含む領域の階調値に対して、ある局所演算を行うことによって新しい階調値を決定し、これを画像上の全ての画素に行うことによって、強調処理、雑音除去処理等を行うものである。フィルタは、具体的には、対象画素を中心とした近傍の画素を含む領域の各画素の階調値毎に、畳み込み演算を行って検出対象を強調するように設定した係数を成分とする２次元行列で表される。線検出に用いられるフィルタとして、例えばＳｏｂｅｌフィルタ、Ｒｏｂｉｎｓｏｎフィルタ、Ｐｒｅｗｉｔｔフィルタ、Ｋｉｒｓｃｈフィルタ等が知られている（非特許文献１参照）。これらのフィルタは３×３又は５×５の整数値で構成されるフィルタである。
【０００３】
【非特許文献１】
「画像解析ハンドブック」，高木幹雄，下田陽久，東京大学出版会，（１９９１）．
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来のフィルタをそのまま利用して被検査対象の画像データから線検出を行う場合、画像中から線成分を検出するというだけの目的では、これらのフィルタを用いて処理すればよい。しかし、被検査対象の画像データからある角度を成す線成分のみを強調したい場合や、線成分の角度によって処理を変更したい場合、または線成分の角度によって検出判断を行うための閾値を変えたい場合等、正確に角度成分を考慮した処理を行う場合には問題が生じる。例えば、３×３のフィルタを用いると、８方向の成分にしか分類することができない。つまり、４５゜の精度での検出となり、フィルタによって強調される被検査対象の画像データ内の様々な角度の線成分は、ある角度を基準にして０゜、４５゜、９０゜、１３５゜、１８０゜、２２５゜、２７０゜及び３１５゜をなす線成分を強調した、いずれかの結果に含まれ分類することができるが、それ以上の精度でその他の角度を有する線成分に分類することは出来ず、有効な処理が行えない。
【０００５】
これを改良する目的で５×５のフィルタ又はそれ以上のサイズのフィルタが提案されているが、フィルタの各成分が整数値で構成されているため、正確な角度成分が考慮されているとはいい難く、またフィルタの各成分のポイントは離散的な数値をとるため角度により検出感度が変わってくるなどの問題点も発生する。
また、上述したフィルタの他にも線成分を検出する目的でラプラシアンフィルタ等の２次微分フィルタ（２次差分）フィルタが用いられるが、このようなフィルタでは、画像の強度変化が強い箇所を検出するだけで、角度成分については考慮されない。
【０００６】
そこで、本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであり、角度成分までを含めた成分の検出をより正確に行うことができるフィルタ作成方法等を得ることを目的とする。また、その方法等を応用して、変換を施した上で、新たな画像を作成するための方法を得ることを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る画像処理に用いるフィルタ作成方法は、基準となる空間フィルタを構成する各成分について領域を設定する工程と、基準となる空間フィルタから作成される新たな空間フィルタを構成する各成分について領域を設定する工程と、基準となる空間フィルタの中心を軸にして、ある角度で基準となる空間フィルタを回転し、回転後の基準となる空間フィルタの領域を新たな空間フィルタの領域により分割し、回転後の基準となる空間フィルタを構成する成分毎に、分割された領域の面積の割合を算出し、その割合に基づいて基準となる空間フィルタの各成分の値を分割して分割領域の値とする工程と、新たな空間フィルタを構成する各成分の領域毎に、その領域に含まれる基準となる空間フィルタの回転後の分割領域の値を加算し、新たなフィルタを構成する各成分の値とする工程とを有するものである。
本発明においては、例えば、被検査対象の画像データ内に検出対象の形状が様々な角度で存在する場合に、ある角度を成しているときに最も強調されるようなフィルタを作成するため、基準となる角度にある検出対象を強調する基準のフィルタ（角度の基準も規定することになる）を検出したい角度分回転して新たなフィルタの座標系に投影し、回転後の基準のフィルタを構成する各成分の領域が、新たなフィルタを構成する各成分の領域により、どのように分割されるかを面積の割合で算出し、その割合に基づいて回転後の基準のフィルタを構成する各成分の数値を分割し、新たなフィルタを構成する各成分の領域毎にその領域内に存在する分割して得られた値を加算して、新たなフィルタを構成する各成分の値とする。したがって、基準となる角度の形状を検出する基準のフィルタを基にして、ある角度を成している形状が強調されるようなフィルタを計算処理により作成することができ、且つ計算処理には基準フィルタで用いられている数値のみを使用しているため角度による検出感度の差を小さくすることができる。しかも、新たなフィルタを構成する各成分の値が、整数値ではなく、実数値で構成するようにしたので、角度による検出感度の差をさらに小さくすることができる。
【０００８】
また、本発明に係るフィルタ作成方法は、基準となるフィルタを構成する各成分の値を実数とするものである。
本発明においては、既存の整数を用いたフィルタを基準フィルタとして使用することはもとより、より最適な検出が行えるように、基準となるフィルタを構成する各成分の値が、実数で構成されたフィルタを用いても良い。
【０００９】
また、本発明に係るフィルタ作成方法は、新たな空間フィルタを構成する各成分の値を実数とするものである。
本発明においては、より最適な検出が行えるように、新たなフィルタを構成する各成分の値を実数で構成する。これにより、作成した新たなフィルタについて角度による検出感度の差をさらに小さくすることができる。
【００１０】
また、本発明に係るフィルタ作成方法は、フィルタを構成する各成分について設定する領域を同一面積の正方形で設定するものである。
本発明においては、後の計算の効率を向上させるように、各成分について設定する領域を同一面積の正方形で設定する。このように設定することで、０°〜９０°まで適用した場合の面積割合を記憶させておき、９０°以上の角度に適用する場合においても、９０で割った余りの値のデータを読み出すことで、適用することが出来る。
【００１１】
また、本発明に係るフィルタ作成方法では、基準となるフィルタは、線成分又はエッジ成分を強調するためのフィルタである。
本発明においては、基準となるフィルタには線成分を強調するフィルタを用いるため、角度依存性のある線成分に対して、本発明によるフィルタ作成方法で作成したフィルタを用いることにより、有効な検出を行うことができる。
【００１２】
また、本発明に係る画像処理に用いるフィルタは、基準となるフィルタを構成する各成分について領域を設定し、基準となるフィルタから作成される新たなフィルタを構成する各成分について領域を設定した上で、基準となるフィルタの中心を軸にして、ある角度で基準となるフィルタを回転し、回転後の基準となるフィルタの領域を新たなフィルタの領域により分割し、回転後の基準となるフィルタを構成する成分毎に、分割された領域の面積の割合を算出し、その割合に基づいて基準となるフィルタの各成分の値を分割して分割領域の値を算出し、新たなフィルタを構成する各成分の領域毎に、その領域に含まれる基準となるフィルタの回転後の分割領域の値を加算して、新たなフィルタを構成する成分とする。
本発明においては、基準となるフィルタ（角度の基準も規定することになる）に対し、通常は点（ポイント）における値であるフィルタを構成する各成分に対して、その成分の数値が有効と見なせる領域を仮に設定する。それと共に、新たに作成するフィルタを構成する各成分に対しても、その成分の数値が有効とみなせる領域を仮に設定する。そして、基準となるフィルタをある角度で回転して、新たなフィルタを構成する領域に投影して、新たなフィルタを構成する各成分の領域により分割された領域の面積の割合を算出し、その割合に基づいて基準となるフィルタの各成分の値を分割して分割領域の値を算出し、新たなフィルタを構成する各成分の領域毎に、その領域に含まれる分割領域の値を加算した値を成分とする。したがって、ある角度を成している形状が強調されるようなフィルタを作成することができる。しかも、新たなフィルタを構成する各成分の値を、整数値ではなく、実数値で表すようにすることで、角度による検出感度の差をさらに小さくすることができる。
【００１３】
また、本発明に係る画像処理に用いるフィルタを作成するプログラムは、 基準となるフィルタを構成する各成分について領域を設定させる機能と、基準となるフィルタから作成される新たなフィルタを構成する各成分について領域を設定する機能と、基準となる空間フィルタの中心を軸にして、ある角度で基準となる空間フィルタを回転し、回転後の基準となる空間フィルタの領域を新たな空間フィルタの領域により分割し、回転後の基準となる空間フィルタを構成する成分毎に、分割された領域の面積の割合を算出し、その割合に基づいて基準となる空間フィルタの各成分の値を分割して分割領域の値とする機能と、新たな空間フィルタを構成する各成分の領域毎に、その領域に含まれる基準となる空間フィルタの回転後の分割領域の値を加算し、新たなフィルタを構成する各成分の値とする機能とを処理手段に行わせるものである。
本発明においては、例えば、所望の形状がある角度を成しているときに最も強調されるようなフィルタを処理手段に作成させるため、基準のフィルタ（角度の基準も規定することになる）をある角度回転して回転前の座標系に投影した場合に、回転後のフィルタを構成する各成分の領域がどのように分割されて回転前のフィルタを構成する各成分の領域に含まれるかを面積の割合で算出させ、その割合に基づいて回転後のフィルタを構成する各成分の数値を分割させ、分割して得られた分割領域の値を新たなフィルタを構成する各成分の領域毎に加算させて、新たなフィルタを構成する各成分の値とさせる。したがって、ある角度を成している形状が強調されるようなフィルタを作成することができる。しかも、新たなフィルタを構成する各成分の値を、整数値ではなく、実数値で表すようにすることで、角度による検出感度の差をさらに小さくすることができる。
【００１４】
また、本発明に係る画像処理装置は、上記に記載し、作成方法により作成し、又は上記のプログラムにより作成した空間フィルタと、空間フィルタに基づいて画像処理を行う処理手段とを少なくとも備えたものである。
本発明においては、画像処理装置は上記の方法、プログラム等によって作成したフィルタを用いて画像処理を行い、角度成分に応じた検出を行う。したがって、したがって、ある角度を成している形状を強調する処理を行える画像処理装置を得ることができる。
【００１５】
また、本発明に係る検査装置は、上記に記載し、作成方法により作成し、又は上記のプログラムにより作成した空間フィルタと、空間フィルタに基づいて画像データから線成分又はエッジ成分の検出を行う検出手段と、被検査対象を撮像し、前記線検出手段に画像データを含む信号を送信する撮像手段とを少なくとも備えたものである。
本発明においては、撮像手段が撮像した被検査対象の画像データに基づいて、検出手段が、上記のフィルタを用いて画像データが表す画像から線成分又はエッジ成分の検出を行う。したがって、ある角度を成している線を強調し、被検査対象の形状の検出や、表示画面中の線欠陥等の検出を行い、検査することができる。
【００１６】
また、本発明に係る画像変換方法は、基準となる画像を変換して新たな画像を作成する方法において、基準となる画像を構成する各画素について領域を設定する工程と、変換後の新たな画像を構成する各画素について領域を設定する工程と、基準となる画像の領域について座標変換を行った後、新たな画像を構成する領域により変換後の基準となる画像の各成分の領域を分割して、その分割領域毎の面積の割合を算出し、その割合に基づいて基準となる画像の各成分の値を分割して分割領域の値とする工程と、新たな画像を構成する各成分の領域毎に、その領域に含まれる基準となる画像の分割領域の値を加算し、新たな画像を構成する各成分の値とする工程とを有するものである。
本発明においては、例えば、画像の拡大・縮小処理等を行うために、ある画像を変換処理した新た画像を作成する場合に、基準となる元の画像を構成する各画素について領域を設定し、変換を行った後、新たな画像を構成する各画素に設定された領域に投影して、その領域によって分割される変換後の領域の割合に基づいて各画素の数値を分割し、得られた値を新たな画像を構成する各画素の領域毎に加算して、新たな画像を構成する各画素に基づく値とする。したがって、その変換処理（拡大・縮小等）に応じた画像を作成することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
実施形態１．
図１は本発明の第１の実施の形態に係る検査システムの構成を示すブロック図である。図１において、画像処理検査装置１は、画像中に含まれる線が成す角度に応じた線を強調して検出するためのフィルタを作成し、その線検出フィルタを使用して被検査対象の画像データの線検出処理を行い、検査を行う。画像処理検査装置１は、さらにフィルタ作成処理手段１Ａ、フィルタ演算処理手段１Ｂ及び表示処理手段１Ｃで構成されているものとする。フィルタ作成処理手段１Ａは、あらかじめ用意された基準のフィルタ（以下、基準フィルタという）に基づいて、角度成分に対応する新たなフィルタを作成する処理を行う。フィルタ演算処理手段１Ｂは、フィルタ作成処理手段１Ａが作成したフィルタを使用して演算（画像処理）を行う。表示処理手段１Ｃは、フィルタ演算処理手段１Ｂが演算した結果を、例えば画像として表示させるための表示信号を送信する。
【００１８】
表示装置２は表示処理手段１Ｃからの表示信号に基づき、フィルタ処理の演算結果や検査結果の表示を行う。指示入力装置３は、例えばキーボードやマウスのようなポインティングデバイス等に代表されるような入力装置であり、画像処理検査装置１に操作者が入力した指示、データ等を入力信号として送信する。記憶装置４は画像処理検査装置１が処理したデータを一時的又は長期的に記憶する。
撮像装置５は、被検査対象の画像を撮像する装置であり、例えばＣＣＤ等の複数の受光素子を有するＣＣＤカメラ等で構成されており、各受光素子は受光量を例えば電気信号に変換し、映像信号として送信する。また、１００は被検査対象である表示パネルである。
【００１９】
本実施の形態は、所望の角度を成す線成分を適切に検出するフィルタの作成及びそのフィルタを用いた画像処理により被検査対象から所望の角度を成す線成分を検出し、検査を行うものである。そのため、まず、基準の角度に対応した線検出フィルタから所望の角度を適切に検出するフィルタを新たに作成する。ここで、本実施の形態では、従来、整数値で行われていた各フィルタの成分について、少なくとも新たに作成したフィルタの成分を実数で構成する（結果的に整数値になる場合を含む）。また、本実施の形態では、基準のフィルタ（以下、基準フィルタという）及び新たに作成したフィルタについて、各成分の数値の効力が及ぶエリア（範囲）を設定する。その上で、基準フィルタを所望の角度回転させ、新たなフィルタの座標系のエリアに投影し、回転した基準フィルタの各エリアが新たなフィルタの座標系の各エリアによってどれだけの面積の割合で分割されるかを算出する。その割合で基準フィルタの各成分の数値を分割した上で、新たなフィルタの座標系の各エリア内に存在する基準フィルタの分割エリアの各数値を加算した値を、新たなフィルタのエリア（又はそのエリア内のあるポイント）の値とし、これらを新たなフィルタを構成する成分の値とする。このように算出したフィルタに基づいて画像処理を行えば、基準の角度から所望の角度を成す線成分が強調して検出できるようになる。なお、以下の説明で行うフィルタの回転、投影等は実際の動作において行われるわけではなく、画像処理検査器装置１のプログラム上で概念的に行われるものである。
【００２０】
ここで、画像処理検査装置１を構成する各手段をそれぞれ別個の手段（ハードウェア）として構成してもよいが、本実施の形態では、画像処理検査装置１を例えばＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ ）を中心とするコンピュータ等のような演算処理手段で構成するものとする。そして、各手段の処理手順をあらかじめプログラム化したものを演算処理手段が実行し、そのプログラムに基づく処理を行うことで、上述した各手段の機能を実現するものとする。
【００２１】
図２は任意の角度の線の一例を表す図である。本実施の形態では、縦（垂直）方向の線成分を強調するフィルタを０゜の角度の線を強調するフィルタと定義する。そして、この線を右回りさせる方向をプラス方向と設定する。本実施の形態ではこのように設定するが、同一の処理系で固定しておけば、例えば横（水平）方向を０゜としても、他の任意の角度を０゜としても特に問題はない。また、回転の方向のプラスマイナスについても限定するものではなく、左回りをプラス方向に設定してもよい。
【００２２】
次に本実施の形態に係るフィルタの作成方法について説明する。図３は本実施の形態で用いる基準のフィルタを表す図である。ここで本実施の形態ではフィルタを構成する各成分の値は実数（浮動小数点数）を用いるものとする。基準フィルタである図３のフィルタは、横（水平）方向３〜４画素幅の０゜方向の線を主に検出できるように、フィルタを構成する各成分の値を設定したものである。この基準フィルタの作成に際して、例えば遺伝的アルゴリズムを用いたフィルタ作成プログラム等により、０°方向の線を検出するよう各成分の最適な値を実数値で演算して設定する。ここで、０°方向の線成分を検出する基準フィルタの行方向の成分（図３（ａ））は、上記のような線成分を強調するのに最適な数値を構成しており、列方向の成分は検出しようとする線の長さ分、行方向の成分がコピーされて並べられている。このように構成されたフィルタは、その列方向の長さ以上の線を主に強調することができる。従って、フィルタの列方向の成分数が多くなるほど、所望する角度の線（この場合０゜）に対して選択的に反応し、強調される線が有する角度の範囲が狭まる。そして、フィルタの列方向の成分数が少なくなれば、線成分でなくても、画像内にそのフィルタで強調されるような特徴を有していれば、例えばむらのようなものでも、蛇行した線でも強調することができるので、強調される線が有する角度が拡がるという特徴を有する。従って、角度成分に対して選択的に強調するフィルタでは、ある程度の列方向の長さが必要となる。ここで、図３（ｂ）は９列で構成されており、９画素以上の長さの縦線の検出を主に行うことができる。
【００２３】
図４は基準フィルタを検出しようとする角度に回転した場合を表す概念図である。図４に基づいてフィルタ作成の演算手順について説明する。ここで、一般的にコンピュータ等の処理装置で行う画像処理は、離散的なデータを扱っている。
例えば画像処理で用いる画像データを構成する数値は撮像素子の各ポイント（点）に対応する値であり、通常、エリア（領域）的な情報は含まれない。これはフィルタも同様である。これを本実施の形態では、フィルタの各成分が有効となるエリアを有するものと概念的にみなす。本実施の形態で用いる基準フィルタでは、９×９の正方形のエリアで構成されているものとし、各エリア内で、各成分の値を持っているものとみなす。各エリアについては２次元の座標値で表す（水平方向をＸ方向、垂直方向をＹ方向とする）。
【００２４】
まず、新たに作成するフィルタで検出しようとする線成分の角度を決定する。
ここでは約５゜の線成分を検出するものとしている。そして、図４のように基準フィルタをその角度で回転させる。図４においては、回転後の基準フィルタ（以下、回転フィルタという）は点線で表している。実線は、新たなフィルタを構成するエリア情報で、本実施の形態では回転前の基準フィルタの座標系と同じものを使用している。ここで、新たなフィルタのサイズは、回転前の基準フィルタのサイズより大きいものとなっているが、これはフィルタを回転させることにより、新しく作成されるフィルタは、基準フィルタに比べ、最大約１．４倍の大きさになる（本実施の形態のように９×９のサイズの基準フィルタでは最大１３×１３のサイズのフィルタになる）ためで、新たなフィルタを構成するサイズについては、その分を考慮して用意しておく。実際には、メモリ等、ハードウェア資源の節約等の関係から、用意する新たなフィルタの座標系（座標）は有限となるが、なるべく余裕をもって設けておく方がよい。
【００２５】
図５は図４の一部を拡大した図である。図５では、図４において丸で囲った部分（回転した基準フィルタのエリア（座標）（８，３）付近の位置）について拡大している。図５（ａ）に示すように、基準フィルタの（８，３）成分の数値は−７．６８である。次に、回転した基準フィルタのエリアを新たなフィルタの座標系（以下、新たな座標系という）へ概念的に投影すると、回転した基準フィルタの各成分は、新たな座標系に構成されたそれぞれのエリアによって分割される。その分割されたエリアの面積の割合（以下、面積割合という）を計算する（図５（ｂ））。回転した基準フィルタの（８，３）成分は、それぞれ新たなフィルタのエリアにより６０％、２０％、１５％及び５％の面積割合で４分割される。
フィルタ作成手段１Ａは、さらに、計算した面積割合で基準フィルタの成分の値を分割する（図５（ｃ））。ここでは、基準フィルタの成分の値は−７．６８であるため、面積割合を掛けると分割エリアの面積の大きい順から−４．６１、−１．５４、−１．１５及び−０．３８となる。
【００２６】
図６は新たなフィルタの成分の数値算出方法を表す概念図である。上記のような基準フィルタの各成分の分割を基準フィルタの全てのエリアに対して行い、新たな座標系で構成されるそれぞれのエリアにおいて、そのエリア内に含まれる分割エリアの算出された数値をそれぞれ加算する（図６（ａ））。このようにして算出された数値が、検出対象となる所望の角度を成す線成分を適切に検出する新たなフィルタの成分の値となる（図６（ｂ））。
【００２７】
図７は１５°の線成分を検出するフィルタを作成するよう、基準フィルタを１５゜回転して作成したフィルタを表す図である。ここで、図７のフィルタの各成分の値は、一般的なアルゴリズムであるモンテカルロ法を利用して算出しており、回転した基準フィルタと新たな座標系に作られたそれぞれのエリアによってできる分割エリアの面積割合を乱数を用いて算出した上で、各成分の値を計算したものである。本実施の形態ではモンテカルロ法を利用しているが、分割エリアの面積割合の算出方法はこれに限定するものではなく、例えば全てのエリアについて座表計算に基づいて面積を計算して求めても良い。図７に表わすフィルタは、実際には１３×１３のサイズのフィルタとなるが、ほとんどフィルタ処理演算結果に影響を及ぼさないと考えられる小数点３桁以下を四捨五入すると、最外周の値はすべて０となるため、ここでは１１×１１のサイズのフィルタとなる。
【００２８】
フィルタ演算処理手段１Ｂは、フィルタ作成処理手段１Ａが上記のように作成した新たなフィルタを用いて、被検査対象の画像データに対してフィルタ処理を行ない、所望の角度の線成分を強調し検出する。
【００２９】
図８、図９及び図１０は、フィルタ作成処理手段１Ａにより検出角度の違う３種類のフィルタを作成し、フィルタ演算処理手段１Ｂにより、その作成したフィルタを用いて、被検査対象となる同一の画像データに対して、フィルタ演算処理を行い線成分を検出した結果を表す図である。図８は基準フィルタを９０゜回転させて作成したフィルタ、図９は基準フィルタを１０５゜回転させて作成したフィルタ、図１０は基準フィルタを１２０゜回転させて作成したフィルタを用いて、フィルタ処理を行った結果を表す。表示処理手段１Ｃは、例えば、フィルタ演算処理手段１Ｂが、フィルタ作成処理手段１Ａにより作成したフィルタを用いて、被検査対象の画像データに対してフィルタ演算処理を行って得た画像データを図８、図９及び図１０のように表示する。図８、図９、図１０に示すように、図９の表示画面の右上の方に、図８及び図１０ではほとんど検出されていない、１０５゜又はその近辺の角度成分を有する線が検出されていることがわかる。
【００３０】
以上のように第１の実施の形態によれば、基準フィルタと作成される新たなフィルタの各成分について、概念的に領域を設定した上で、基準フィルタを所望の角度回転させて新たな座標系に投影し、新たな座標系のエリアにより、回転後の基準フィルタの各エリアがどのような面積割合で分割され、新たな座標系のエリアに含まれるかを判断して、その面積割合に応じて基準フィルタの成分の値を分割し、新たな座標系の各エリア内に含まれる分割エリアの値を加算することで新たなフィルタの成分の値としたフィルタを作成するようにしたので、所望の角度を成している形状が強調されるようなフィルタを作成することができ、且つどの角度を検出するフィルタについても、同じ基準フィルタを基にして、その構成数値のみを使用して作成しているため、角度による検出感度の差を小さくすることができる。しかも、新たなフィルタを構成する各成分の値が、実数値であるので、角度による処理感度（検出感度）の差をさらに小さくすることができる。そして、このようなフィルタを用いて検出を行った検査装置については、角度に応じて線成分を選択的に強調することができるので、角度成分に応じて閾値の設定等を変更しなければならない処理に対応することができる。
【００３１】
実施形態２．
上述の第１の実施の形態では、図２に示すように、基準フィルタを構成する成分の値が浮動小数点数であった。本発明はこれに限定されるものではなく、例えば基準フィルタを構成する成分が整数値である既存のフィルタを用いてもよい。
もちろん、基準フィルタの成分が整数値であったとしても、作成した新たなフィルタの成分の数値が整数とは限らず、新たなフィルタの成分の数値は実数である。
【００３２】
実施形態３．
図１１は画像を拡大縮小した場合を表す概念図である。上述の実施の形態では、基準フィルタの各成分のエリアを全て同一面積の正方形で設定したが、本発明はこれに限定されるものではなく、作成しようとするフィルタによって形状等を任意に設定することができる。上述の実施の形態では特に触れなかったが、もちろん、角度に応じた成分の数値を算出しているという点以外は、通常のフィルタとかわるところがない。
【００３３】
また、上述の実施の形態では、基準フィルタを回転することによって新たなフィルタを作成したが、これを画像の拡大縮小を行う画像処理にも適用することができる。例えば元の画像を所望の大きさに拡大又は縮小した場合に、新たな画像のエリアに含まれる面積割合を算出等して新たな画像を構成する画素に基づく値（例えば輝度値）を決めることにより、拡大縮小を含めた画像の変換にも応用することができる。
【００３４】
実施形態４．
上述の実施の形態では、新たなフィルタ作成処理を行うフィルタ作成手段１Ａと実際の画像処理を行うフィルタ演算処理手段１Ｂ及び表示処理手段１Ｃとで画像処理検査装置１を構成しているが、例えばフィルタ作成手段１Ａだけを独立した装置で構成するようにしてもよい。別の装置で作成した新たなフィルタのデータを例えば記憶装置４に記憶させておき、画像処理を行うことができる。
【００３５】
実施形態５．
上述の実施形態１では、フィルタ作成手段１Ａは、基準フィルタ及び所望する角度に基づいて新しいフィルタを作成する一連の処理を行っているが、例えば、ある基準フィルタに対し、あらかじめ角度に応じた面積割合を算出して記憶しておくようにしてもよい。実際に作成される新たなフィルタは、基準フィルタの成分の数値によって成分の数値は異なるが、回転フィルタと元の座標系に作られた枡目との関係において分割される面積割合は変わらない。そのため、他のフィルタを作成する場合に適用できる。これは、記憶した基準フィルタ以下の大きさの基準フィルタに適用できる。特にエリアを正方形で規定した場合には、９０゜までの面積割合を算出しておけば、それ以上の角度については、９０゜までの面積割合を対応させることができる。また、長方形で規定した場合にも１８０゜までの面積割合を算出しておけばよいことになる。
【００３６】
実施形態６．
上述の実施の形態では、表示装置の表示画面の検査に線検出処理を用いているが、本発明はこれに限定されるものではなく、他の検査、その他の用途のための線検出に、本発明のフィルタ作成方法、フィルタ及びフィルタを用いた画像処理を適用することができる。
【００３７】
また、上述の実施の形態ではフィルタ作成方法を線検出のフィルタに適用しているが、これに限定するものではなく、線以外の例えば楕円形等角度依存性のある形状の検出について、その角度を考慮した検出を行う場合にも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】検査システムの構成を示すブロック図である。
【図２】任意の角度の線の一例を表す図である。
【図３】本実施の形態で用いる基準のフィルタを表す図である。
【図４】検出しようとする角度に回転した場合を表す概念図である。
【図５】図４の一部を拡大した図である。
【図６】新たな成分の数値算出を表す図である。
【図７】１５゜回転して作成したフィルタを表す図である。
【図８】９０゜回転で作成したフィルタによる処理結果を表す図である。
【図９】１０５゜回転で作成したフィルタによる処理結果を表す図である。
【図１０】１２０゜回転で作成したフィルタによる処理結果を表す図である。
【図１１】画像を拡大縮小した場合を表す概念図である。
【符号の説明】
１ 画像処理検査装置、１Ａ フィルタ作成処理手段、１Ｂ フィルタ演算処理手段、１Ｃ 表示処理手段、２ 表示装置、３ 指示入力装置、４ 記憶装置、５ 撮像装置
Claims (11)
- 画像処理に用いる空間フィルタを作成する方法において、 基準となる空間フィルタを構成する各成分について領域を設定する工程と、
基準となる空間フィルタから作成される新たな空間フィルタを構成する各成分について領域を設定する工程と、
基準となる空間フィルタの中心を軸にして、ある角度で基準となる空間フィルタを回転し、回転後の基準となる空間フィルタの領域を新たな空間フィルタの領域により分割し、回転後の基準となる空間フィルタを構成する成分毎に、分割された領域の面積の割合を算出し、その割合に基づいて基準となる空間フィルタの各成分の値を分割して分割領域の値とする工程と、
新たな空間フィルタを構成する各成分の領域毎に、その領域に含まれる基準となる空間フィルタの回転後の分割領域の値を加算し、新たなフィルタを構成する各成分の値とする工程とを有することを特徴とする空間フィルタ作成方法。 - 前記基準となる空間フィルタを構成する各成分の値を実数とすることを特徴とする請求項１記載の空間フィルタ作成方法。
- 前記新たな空間フィルタを構成する各成分の値を実数とすることを特徴とする請求項１又は２に記載の空間フィルタ作成方法。
- 前記空間フィルタを構成する各成分について設定する領域を同一面積の正方形で設定することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の空間フィルタ作成方法。
- 前記基準となる空間フィルタは、線成分又はエッジ成分を強調するための空間フィルタであることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の空間フィルタ作成方法。
- 前記基準となる空間フィルタをある角度で回転させていった場合の角度毎の前記新たな空間フィルタの領域で分割された基準となる空間フィルタの分割領域の面積の割合を記憶手段に記憶しておくことを特徴とする請求項１記載の空間フィルタ作成方法。
- 画像処理に用いる空間フィルタにおいて、 基準となる空間フィルタを構成する各成分について領域を設定し、基準となる空間フィルタから作成される新たな空間フィルタを構成する各成分について領域を設定した上で、基準となる空間フィルタの中心を軸にして、ある角度で基準となる空間フィルタを回転し、回転後の基準となる空間フィルタの領域を新たな空間フィルタの領域により分割し、回転後の基準となる空間フィルタを構成する成分毎に、分割された領域の面積の割合を算出し、その割合に基づいて基準となる空間フィルタの各成分の値を分割して分割領域の値を算出し、新たな空間フィルタを構成する各成分の領域毎に、その領域に含まれる基準となる空間フィルタの回転後の分割領域の値を加算して、新たなフィルタを構成する各成分の値とすることを特徴とする空間フィルタ。
- 画像処理に用いる空間フィルタを作成するプログラムにおいて、
基準となる空間フィルタを構成する各成分について領域を設定させる機能と、基準となる空間フィルタから作成される新たな空間フィルタを構成する各成分について領域を設定する機能と、
基準となる空間フィルタの中心を軸にして、ある角度で基準となる空間フィルタを回転し、回転後の基準となる空間フィルタの領域を新たな空間フィルタの領域により分割し、回転後の基準となる空間フィルタを構成する成分毎に、分割された領域の面積の割合を算出し、その割合に基づいて基準となる空間フィルタの各成分の値を分割して分割領域の値とする機能と、
新たな空間フィルタを構成する各成分の領域毎に、その領域に含まれる基準となる空間フィルタの回転後の分割領域の値を加算し、新たなフィルタを構成する各成分の値とする機能とを処理手段に行わせることを特徴とする空間フィルタ作成方法のプログラム。 - 請求項１〜５のいずれかに記載の作成方法により作成し、請求項７に記載し又は請求項８に記載の作成プログラムにより作成した空間フィルタと、
該空間フィルタに基づいて画像処理を行う処理手段とを少なくとも備えたことを特徴とする画像処理装置。 - 請求項１〜５のいずれかに記載の作成方法により作成し、請求項７に記載し又は請求項８に記載の作成プログラムにより作成した空間フィルタと、
該空間フィルタに基づいて画像データから線成分又はエッジ成分の検出を行う検出手段と、
被検査対象を撮像し、前記線検出手段に画像データを含む信号を送信する撮像手段とを少なくとも備えたことを特徴とする検査装置。 - 基準となる画像を変換して新たな画像を作成する方法において、
基準となる画像を構成する各画素について領域を設定する工程と、
変換後の新たな画像を構成する各画素について領域を設定する工程と、
前記基準となる画像の領域について座標変換を行った後、新たな画像を構成する領域により変換後の基準となる画像の各成分の領域を分割して、その分割領域毎の面積の割合を算出し、その割合に基づいて基準となる画像の各成分の値を分割して分割領域の値とする工程と、
新たな画像を構成する各成分の領域毎に、その領域に含まれる基準となる画像の分割領域の値を加算し、新たな画像を構成する各成分の値とする工程とを有することを特徴とする画像変換方法。
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| CN113379639A (zh) * | 2021-06-25 | 2021-09-10 | 武汉大学 | 一种复杂环境中红外目标抗干扰检测跟踪方法 |
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