JP2006145377A - 塗装面欠陥の検出方法および装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 従来、塗装面欠陥を検出する場合には、２値化処理画像において塗装面に付着したゴミや傷等もブツ欠陥と同様に白画素の孤立点として表れていたため、ブツ欠陥として検出されるべき部分のみならず、塗装面に付着したゴミや傷等をもが特異点として捉えられ、ブツ欠陥であると判断される、過検出が発生することとなっていた。
【解決手段】 塗装面１１に照射された光の反射光を撮像し、撮像した画像を用いて塗装表面の欠陥を検出する塗装表面欠陥検出方法であって、撮像画像を２値化処理し、２値化処理した撮像画像における高輝度部と低輝度部との境界線を検出し、検出した境界線１８で囲まれた閉空間領域を抽出し、抽出した閉空間領域内に、該閉空間領域外の輝度と同じ輝度を有する特徴点１９が存在するか否かを検出し、閉空間領域内における特徴点１９の有無に基づいて塗装面の欠陥の有無を判断する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、塗装面に照射された光の反射光を撮像し、撮像した画像を用いて塗装表面の欠陥を検出する塗装表面欠陥検出方法および装置に関する。

従来から、車両のボディ等の塗装面に光を照射して、塗装面からの反射光を用いて塗装面の傷やブツ（凸部）等といった欠陥の有無を検出する塗装面欠陥検出装置が知られている。
このような塗装面欠陥検出装置では、塗装面に生じたブツ等の欠陥を検出する場合、検査対称面となる塗装面に照射した光の反射光を撮像手段にて撮像し、その撮像画像に２値化処理等の画像処理を施して、処理画像におけるパターンの歪や輝度分布の特異点を抽出することで、ブツの有無を判定することが行われている。

この画像処理において、欠陥が無い正常な塗装面が黒画素として表わされる場合には、２値化処理された処理画像における輝度分布の特異点等は白画素として表わされるため、白画素の孤立点の存在を、特異点として捉えるようにしている。
このように、撮像画像に２値化処理等の画像処理を施してブツ等の欠陥を検出する塗装面欠陥装置としては、例えば特許文献１に記載のものがある。
特開平１１−６３９５９号公報

前述の如く画像処理を行う場合、２値化処理画像においては、塗装面に付着したゴミや傷等も白画素の孤立点として表れるため、ブツ欠陥として検出されるべき部分のみならず、塗装面に付着したゴミや傷等をもが特異点として捉えられ、ブツ欠陥であると判断される、過検出が発生することとなっていた。
特に、抽出可能な欠陥の大きさを小さく設定するために撮像画像の画素密度を高くすると、付着したゴミや傷等を特異点として捉える確率が高くなり、過検出の割合が高くなってしまっていた。
そこで、本発明では、ブツ欠陥により表れる白画素の孤立点と、ゴミや傷等といったブツ欠陥以外の要因により現れる白画素の孤立点との輝度変化の違いを検出することで、本来の塗装表面のブツ欠陥のみを抽出することが可能な塗装面欠陥の検出方法および装置を提供するものである。

上記課題を解決する塗装面欠陥の検出方法および装置は、以下の特徴を有する。
即ち、請求項１記載の如く、塗装面に照射された光の反射光を撮像し、撮像した画像を用いて塗装表面の欠陥を検出する塗装表面欠陥検出方法であって、撮像画像を２値化処理し、２値化処理した撮像画像における高輝度部と低輝度部との境界線を検出し、検出した境界線で囲まれた閉空間領域を抽出し、抽出した閉空間領域内に、該閉空間領域外の輝度と同じ輝度を有する特徴点が存在するか否かを検出し、閉空間領域内における特徴点の有無に基づいて塗装面の欠陥の有無を判断する。
これにより、撮像画像内に存在する閉空間領域の中から、「特徴点を有したドーナツ状の閉空間領域」といったブツ欠陥の撮像画像に固有の特徴を備えた閉空間領域を抽出することができ、塗装面のブツ欠陥を、塗装面上に付着した埃や傷等の欠陥とは区別して、精度良く検出することが可能である。

また、請求項２記載の如く、塗装面に光を照射して反射光を撮像し、撮像した画像を用いて塗装表面の欠陥を検出する塗装表面欠陥検出装置であって、塗装面に光を照射する照明手段と、塗装面からの反射光を撮像する撮像手段と、撮像手段による撮像画像を２値化処理する２値化処理手段と、２値化処理した撮像画像における高輝度部と低輝度部との境界線を検出して、検出した境界線で囲まれた閉空間領域を抽出する閉空間領域抽出部と、抽出した閉空間領域内に存在する、該閉空間領域外の輝度と同じ輝度を有する特徴点を抽出する特徴点領域抽出部と、閉空間領域内における特徴点の有無に基づいて塗装面の欠陥の有無を判断する判定部とを備える。
これにより、撮像画像内に存在する閉空間領域の中から、「特徴点を有したドーナツ状の閉空間領域」といったブツ欠陥の撮像画像に固有の特徴を備えた閉空間領域を抽出することができ、塗装面のブツ欠陥を、塗装面上に付着した埃や傷等の欠陥とは区別して、精度良く検出することが可能である。

また、請求項３記載の如く、前記撮像手段には、テレセントリックレンズが装着される。
これにより、光軸に平行な成分のみがカメラにて撮像されるようになり、撮像する塗装面に凹凸があった場合、すなわち塗装面にブツ欠陥等があった場合には、欠陥の縁部が強調され、欠陥の検出を容易にすることができる。

本発明によれば、撮像画像内に存在する閉空間領域の中から、「特徴点を有したドーナツ状の閉空間領域」といったブツ欠陥の撮像画像に固有の特徴を備えた閉空間領域を抽出することができ、塗装面のブツ欠陥を、塗装面上に付着した埃や傷等の欠陥とは区別して、精度良く検出することが可能である。

次に、本発明を実施するための形態を、添付の図面を用いて説明する。
図１に示す塗装面欠陥の検出装置は、検査対象面である塗装面１１に光を照射する照明具２と、塗装面１１からの反射光を撮像する手段であるカメラ１と、撮像した画像を処理する画像処理装置３と、塗装面欠陥の検出結果等を出力する出力装置４とを備えている。

照明具２には、光源をリング状に配置して構成されるリング照明や、光源をドーム状に配置して構成されるドーム照明を用いて、視野に対して垂直な成分を除く全方位に光を照射するようにしている。
また、照明具２の光源としては、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）、蛍光灯、メタルハライドランプ、またはハロゲンランプ等を用いることができる。

カメラ１は、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅｓ）やＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）センサ等の撮像素子を備えた、画像を直接デジタル処理可能なカメラを用いて、画像取り込み時に情報が欠落しないようにしている。

画像処理装置３は、カメラ１による撮像画像を２値化処理する２値化処理部３ａと、２値化処理した撮像画像における高輝度部と低輝度部との境界線を検出して、検出した境界線で囲まれた閉空間領域を抽出する閉空間領域抽出部３ｂと、抽出した閉空間領域内に存在する、該閉空間領域外の輝度と同じ輝度を有する特徴点領域を抽出する特徴点領域抽出部３ｃと、閉空間領域内における特徴点領域の有無に基づいて塗装面１１の欠陥の有無を判断する判定部３ｄとを備えている。

検出装置において、カメラ１は、光軸が塗装面１１に対して略垂直となるように設置され、照明具２は、光源がカメラ１と塗装面１１との間で光軸の周囲に位置するように設置されている。
そして、照明具２により塗装面１１に光を照射して、塗装面１１からの反射光のうち光軸に平行な成分をカメラ１にて撮像するようにしている。

また、カメラ１にはテレセントリックレンズに構成されるレンズ５を装着しており、より光軸に平行な成分のみが、カメラ１にて撮像されるように構成している。
カメラ１に装着するレンズ５をテレセントリックレンズに構成することで、撮像する塗装面１１に凹凸があった場合、すなわち塗装面１１にブツ欠陥１２や傷等の欠陥があった場合には欠陥の縁部が強調され、欠陥の検出を容易にしている。

なお、本例ではレンズ５をテレセントリックレンズに構成しているが、レンズ５を非テレセントリックレンズとした場合でも塗装面１１の欠陥の検出は可能である。
例えば、カメラ１の視野を広く取る必要があるときには、レンズ５を非テレセントリックレンズとした仕様に構成することもできる。

また、照明具２から照射される光の照度は、塗装面１１におけるブツ欠陥１２等の欠陥部を撮像した際にハレーションが発生しない範囲で、できるだけ高くなるように設定するのが好ましい。照度をこのように設定することで、撮像画像の濃度コントラストを大きくすることができる。
さらに、検出装置においては、カメラ１とレンズ５との組み合わせにおいて、空間分解能が高くなるように設定するほど、塗装面１１におけるより小さな欠陥を検出することが可能となる。

このように構成される検出装置では、ブツ欠陥１２の検出を以下のように行っている。
図２に示すフローのように、まず照明具２から塗装面１１へ向けて光を照射し、カメラ１にて塗装面１１からの反射光を撮像して、画像処理装置３へ取り込む（Ｓ０１）。
画像処理装置３に取り込まれた撮像画像は、２値化処理部３ａにて２値化処理される（Ｓ０２）。

図３に２値化処理された撮像画像を示す。撮像画像では高輝度に撮像されるブツ欠陥１２や傷や塗装面１１に付着した埃等の部分は、２値化処理により白画素に変換され、撮像画像では低輝度に撮像されるその他の平坦な塗装面１１は２値化処理により黒画素に変換される。２値化処理工程では、この２値化処理された撮像画像における白画素群部１６ａ・１６ｂ・１６ｃ・・・を、それぞれブツ欠陥候補として抽出する。
なお、カメラ１からの撮像画像を取り込んだ段階で、十分にコントラストが高い画像が得られていた場合は、２値化処理を行わずに後の画像処理を行うことも可能である。

次に、閉空間領域抽出部３ｂにて、２値化処理時に抽出された各白画素群部１６ａ・１６ｂ・１６ｃ・・・について、黒画素と白画素との境界線を抽出し、輪郭線で囲まれた閉空間領域内における白画素群の輪郭を抽出する（Ｓ０３）。
そして、特徴点領域抽出部３ｃにて、輪郭線で囲まれた閉空間領域内の白画素群に黒画素が含まれているかどうかを検出し、黒画素が含まれていた場合にはその黒画素を特徴点として抽出する（Ｓ０４）。

ここで、塗装面１１に照射された照明具２からの光は、ブツ欠陥１２が存在する箇所では次のように撮像される。
ブツ欠陥１２は断面視において山形状となっており、塗装面１１との境界部分である裾野部１２ｃと、山の頂部１２ａと、頂部１２ａと裾野部１２ｃとの間の傾斜部１２ｂとで構成されている。塗装面１１とブツ欠陥１２とは滑らかにつながっており、裾野部１２ｃおよび頂部１２ａは曲率の小さな円弧形状に形成されている。

従って、頂部１２ａの直上方を除くカメラ１の光軸の周囲から照射される光がブツ欠陥１２の部分で反射した場合、傾斜部１２ｂで反射した光については正反射成分が直上方へ進行し、カメラ１にて輝度が高い光として捕えられる（図１に実線の上向き矢印で示される光）。
一方、カメラ１の光軸の周囲から照射される光が頂部１２ａおよび裾野部１２ｃで反射した場合、反射光の正反射成分は斜め方向に進行するため、拡散反射成分のみが直上方へ進行して、カメラ１にて輝度が低い光として捕えられることとなる（図１に破線の上向き矢印で示される光）。

このように、ブツ欠陥１２部分では、傾斜部１２ｂが高輝度に撮像され、頂部１２ａおよび裾野部１２ｃが低輝度に撮像されるため、２値化処理された撮像画像ではブツ欠陥１２部分は、図４に示すような画像となる。
図４においては、周囲の黒画素と白画素との境界線１８に囲まれた白画素群である閉空間領域内に、黒画素が特徴点１９として存在しており、白画素群がドーナツ形状に形成されている。

逆に、塗装面１１上に付着した埃や傷は、ブツ欠陥１２のように、曲率が小さな円弧形状に形成された頂部１２ａを有していないため、特徴点１９が存在しない白画素群として撮像画像に表れる。
従って、前述のステップＳ０４における特徴点１９の抽出工程にて、抽出された特徴点１９があったか否かを判定することで、各白画素群部１６ａ・１６ｂ・１６ｃ・・・がブツ欠陥１２であるかどうかを判断することが可能であり、抽出された特徴点１９があったか否かの判定が、画像処理装置３の判定部３ｄにて行われる（Ｓ０５）。

この判定の結果抽出された特徴点１９が有れば、塗装面１１にブツ欠陥１２が有ると判定され（Ｓ０６）、抽出された特徴点１９が無ければ、塗装面１１にブツ欠陥１２は無いと判定される（Ｓ１６）。
ブツ欠陥１２が有ると判定された場合は（Ｓ０６）、そのブツ欠陥１２の存在位置や、長さ、大きさ、および形状等といった詳細情報を、出力装置４から出力する（Ｓ０７）。
また、ブツ欠陥１２の有無にかかわらず、カメラ１による撮像画像や２値化処理後の撮像画像を出力装置４から出力する（Ｓ０８）。

このようなフローにて、画像処理装置３によりカメラ１の撮像画像を画像処理することで、撮像画像内に存在する白画素群部１６ａ・１６ｂ・１６ｃ・・・の中から、「黒画素の特徴点１９を有したドーナツ状の白画素群」といったブツ欠陥１２の撮像画像に固有の特徴を備えた白画素群を抽出することができ、塗装面１１のブツ欠陥１２を、塗装面１１上に付着した埃や傷等の欠陥とは区別して、精度良く検出することが可能である。

また、塗装面欠陥の検出装置は、次のように構成することもできる。
図５に示す検出装置は、塗装面１１への照明に同軸落射照明を用いたものであり、照明具として点光源２１、レンズ２２、およびハーフミラー２３を備えている。
点光源２１からの光はレンズ２２により平行光とされた後に水平方向へ照射された後に、カメラ１と塗装面１１との間に介装されたハーフミラー２３にて下方垂直に反射され、塗装面１１へ照射される。
カメラ１は光軸が塗装面１１に対して略垂直となるように設置されており、塗装面１１からの反射光は垂直上方へ進行し、ハーフミラー２３を透過してカメラ１に撮像される。

本例のように同軸落射照明を用いた場合、ブツ欠陥１２へは直上方からの光が照射されるため、ブツ欠陥１２の頂部１２ａおよび裾野部１２ｃでは正反射成分が直上方へ進行し、カメラ１にて輝度が高い光として捕えられる（図５に実線の上向き矢印で示される光）。
一方、傾斜部１２ｂで反射した光は斜め方向に進行するため、拡散反射成分のみが直上方へ進行して、カメラ１にて輝度が低い光として捕えられる（図５に破線の上向き矢印で示される光）。

このため、本例においては、前述のリング照明等を照明具２として用いた場合の画像とは明暗が反転した撮像画像が得られ、ブツ欠陥１２の頂部１２ａおよび裾野部１２ｃが高輝度となるため２値化処理により白画素に変換され、傾斜部１２ｂおよびその他の平坦な塗装面１１が低輝度となって２値化処理により黒画素に変換されることとなる。
従って、２値化処理工程（Ｓ０２）、画像処理装置３における境界線抽出工程（Ｓ０３）、および特徴点抽出工程（Ｓ０４）では、前述のリング照明等を用いた場合に対して白画素と黒画素とを反転させた処理が行われる。

このように、照明具に同軸落射照明を用いても、塗装面１１のブツ欠陥１２を精度良く検出することが可能である。

塗装面欠陥の検出装置を示すブロック図である。 塗装面欠陥の検出方法のフローを示す図である。 ２値化処理後の撮像画像を示す図である。 ブツ欠陥部分の撮像画像を示す拡大図である。 同軸落射照明を用いた塗装面欠陥の検出装置を示すブロック図である。

符号の説明

１ カメラ
２ 照明具
３ 画像処理装置
３ａ ２値化処理部
３ｂ 閉空間領域抽出部
３ｃ 特徴点領域抽出部
３ｄ 判定部
１１ 塗装面
１２ ブツ欠陥

Claims (3)

1. 塗装面に照射された光の反射光を撮像し、撮像した画像を用いて塗装表面の欠陥を検出する塗装表面欠陥検出方法であって、
   撮像画像を２値化処理し、
   ２値化処理した撮像画像における高輝度部と低輝度部との境界線を検出し、
   検出した境界線で囲まれた閉空間領域を抽出し、
   抽出した閉空間領域内に、該閉空間領域外の輝度と同じ輝度を有する特徴点が存在するか否かを検出し、
   閉空間領域内における特徴点の有無に基づいて塗装面の欠陥の有無を判断する、
   ことを特徴とする塗装面欠陥の検出方法。
2. 塗装面に光を照射して反射光を撮像し、撮像した画像を用いて塗装表面の欠陥を検出する塗装表面欠陥検出装置であって、
   塗装面に光を照射する照明手段と、
   塗装面からの反射光を撮像する撮像手段と、
   撮像手段による撮像画像を２値化処理する２値化処理手段と、
   ２値化処理した撮像画像における高輝度部と低輝度部との境界線を検出して、検出した境界線で囲まれた閉空間領域を抽出する閉空間領域抽出部と、
   抽出した閉空間領域内に存在する、該閉空間領域外の輝度と同じ輝度を有する特徴点を抽出する特徴点領域抽出部と、
   閉空間領域内における特徴点の有無に基づいて塗装面の欠陥の有無を判断する判定部とを備える、
   ことを特徴とする塗装面欠陥の検出装置。
3. 前記撮像手段には、テレセントリックレンズが装着されることを特徴とする請求項２に記載の塗装面欠陥の検出装置。
   
   

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