JP2006194869A - 自動検査装置及び異物検査方法 - Google Patents

Abstract

【課題】光学部材の異物判定を高精度に行う、さらには画素欠陥がある撮像素子を使用した場合にも良好な異物検出を実現する自動検査装置を提供すること。
【解決手段】自動検査装置は、光学部材の検査画像を撮像する撮像素子と、検査画像の輝度分布を調整する前処理部と、前処理部から出力された検査画像と、異物候補を判定するための判定用閾値とを比較することにより、異物候補を選出する異物候補検出部と、を有し、前処理部は、検査画像の各画素を輝度毎に集計して作成された検査画像のヒストグラムの階調幅を最大階調幅まで拡張するヒストグラム拡張処理部と、ヒストグラム拡張処理部によって階調幅が拡張された検査画像を縮小し、検査画像において縮小画像の画素に対応する位置にある特定画素および該特定画素に近接する複数の画素の各輝度平均を、縮小画像における各画素の輝度に設定する画像平滑縮小処理部と、を有する構成にした。
【選択図】図１

Description

本発明は、光学部材に付着したゴミ又は光学部材のキズ等の異物を検出する検査装置に関する。

レンズ等の光学部材に付着したゴミ又は光学部材のキズ等の異物を検出する装置として、光学部材を撮像素子で撮像し、撮像画像に基づいて異物を検出する装置が知られている。一般的には、検査員が、該装置により撮像された画像をモニターで目視し、背景よりも暗くなった部分の暗さの程度に応じて異物の有無を判断する。しかし目視による検査方法は、検査員毎に検査結果に差異が生じるため、均一かつ高精度の検査結果を取得することが困難である。

目視以外の検査方法としては、光学部材に異物がない状態の画像を基準画像として、該基準画像の輝度と撮像手段で撮像された検査画像の輝度を比較し、その差により異物を判定する方法がある。この検査方法においては、検査画像のコントラストが高いほど異物の検出感度が向上し、異物判定の精度が高まる。検査画像のコントラストを強調する方法は、例えば以下の特許文献１に開示される。

特開２００１−１１９６８３号公報

特許文献１に記載された画像センサ装置は、異常検出の前処理として、検査画像の各画素を輝度毎に計数したヒストグラムを、所定の階調に単純に拡張して、又は階調を拡張すると共に画素数（頻度）の分布を均一に平坦化して、検査画像のコントラストを強調している。

しかし、特許文献１に記載のように、ヒストグラムの階調幅を単純に拡張するのみであると、検査画像自体の階調数は変化しないため、ヒストグラムに等間隔な階調の抜けができる。ヒストグラムに抜けが生じると、例えば、本来所定の大きさの異物が一つ存在するにもかかわらず、多数の細かい異物が存在するとした異物判定がなされるおそれがあり、好ましくない。しかしながら、上記特許文献１には、該抜けに関する言及および該抜けに起因する判定精度の低下について何らの補償もなされていない。

また、特許文献１に記載のように、階調を単純に拡張するだけでは、二値化する閾値レベルの分解能は変わらず、精度の良い欠陥検出ができないという問題がある。

さらには、撮像素子には画素欠陥がある場合も想定される。画素欠陥がある撮像素子を使用した場合、検査画像のヒストグラムにおいて、欠陥画素による計数値が、正常な画素分により形成される検査画像自体のデータの集合から離れた位置に（最大値、最小値よりも外側に）表れる。この画素欠陥による計数値が適切に補正されない状態でヒストグラムの階調幅を拡張すると、画素欠陥による計数値をヒストグラム全体の最大値、最小値としてヒストグラムの階調幅を拡張してしまい最適な拡張がなされない。そのため画素欠陥のある画素の輝度を補正し、ヒストグラムから画素欠陥による計数値を除去する必要がある。しかしながら、特許文献１には、画素欠陥による計数値の取り扱いについての記載はない。

本発明は、以上の事情に鑑み、光学部材の異物判定を高精度に行う、さらには画素欠陥がある撮像素子を使用した場合にも良好な異物の検出を実現する自動検査装置および該装置を用いた異物検査方法を提供することを目的とする。

請求項１に記載の自動検査装置は、光学部材を透過した光を受光して光学部材の検査画像を撮像する撮像素子と、検査画像の輝度分布を調整する前処理部と、前処理部から出力された検査画像と、異物候補を判定するための判定用閾値とを比較することにより、異物候補を選出する異物候補検出部と、を有し、前処理部は、検査画像の各画素を輝度毎に集計して作成された検査画像のヒストグラムの階調幅を、ヒストグラムの最大階調幅まで拡張するヒストグラム拡張処理部と、ヒストグラム拡張処理部によって階調幅が拡張された検査画像の画像サイズを縮小して縮小画像を生成し、検査画像において縮小画像の画素に対応する位置にある特定画素および該特定画素に近接する複数の画素の各輝度の平均値を、縮小画像における各画素の輝度に設定する画像平滑縮小処理部と、を有することを特徴とする。

請求項２に記載の自動検査装置によれば、前処理部は、ヒストグラム拡張処理部の前段に配設され、撮像素子が持つ欠陥画素に起因する検査画像の輝度を所定の輝度に置換する欠陥画素修正処理部を、さらに有することが望ましい。

上記所定の輝度は、撮像素子の全画素によって検出された輝度の中で、検出頻度が最も高い輝度であってもよいし（請求項３）、前記撮像素子の全画素によって検出された輝度の平均であってもよい（請求項４）。

請求項５に記載の自動検査装置によれば、欠陥画素修正処理部は、所定の規則に従って、ヒストグラムにおいて各輝度の検出頻度と欠陥画素を検出するための検出用閾値を比較し、検出頻度が検出用閾値に満たない輝度を撮像素子の画素欠陥による輝度と判別することができる。

上記所定の規則は、例えば、最低輝度から高くなる方に向かって順に検出頻度を比較し、かつ最大輝度から低くなる方に向かって順に検出頻度を比較することをいう（請求項６）。

請求項７に記載の自動検査装置によれば、異物候補検出部の後段に、ヒストグラム拡張処理部による処理後のヒストグラムにおけるヒストグラム拡張率に基づき算出されるコントラスト補正値を用いて、異物候補がある領域のコントラスト値を補正するコントラスト補正処理部を有することが望ましい。

また、請求項８に記載の自動検査装置によれば、撮像素子は、光学部材を持つ光学ユニットに組み込まれているものを用いることができる。

別の観点から、本発明に係る異物検査方法は、光学部材を透過した光を受光して撮像された光学部材の検査画像を用いて、光学部材の異物を検出する異物検査方法であって、検査画像の輝度分布を調整する前処理工程と、前処理工程を経た検査画像と、異物候補を判定するための判定用閾値とを比較することにより、異物候補を選出する異物候補検出工程と、を有し、前処理工程は、検査画像の各画素を輝度毎に集計して作成された検査画像のヒストグラムの階調幅を、ヒストグラムの最大階調幅まで拡張するヒストグラム拡張工程と、ヒストグラム拡張工程によって階調幅が拡張された検査画像の画像サイズを縮小して縮小画像を生成し、検査画像において縮小画像の画素に対応する位置にある特定画素および特定画素に近接する複数の画素の各輝度の平均値を、縮小画像における各画素の輝度に設定する画像平滑縮小工程と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、異物候補を選出する異物候補検出処理の前処理として、検査画像の輝度に関する調整を行うことにより、光学部材の異物判定を高精度に行うことができる自動検査装置が提供される。さらに本発明によれば、欠陥画素に起因する輝度の補償も行うような構成を付加することができる。これにより、画素欠陥がある撮像素子を使用した場合にも良好な異物の検出を可能とする自動検査装置が提供される。このような自動検査装置を使用することにより、高い精度をもって異物検出が可能な異物検査方法が提供される。

図面を参照して本発明の実施形態を説明する。図１は、光学部材検査システム１を模式的に示す図である。光学部材検査システム１は、光学ユニット１０、画像処理部２０、モニター３０、光源４０を備える。光学ユニット１０は、ＣＣＤ素子１１、検査対象である光学部材としてのレンズ群１３を有する。画像処理部２０は、画像信号入力部２１、前処理部３１、異物候補検出部２９、コントラスト補正処理部３２、異物選定部３４を有する。前処理部３１は、欠陥画素修正処理部２３、ヒストグラム拡張処理部２５、画像平滑縮小処理部２７の３つに分けられる。

光源４０から射出された光はレンズ群１３に照射され、レンズ群１３を透過し、ＣＣＤ素子１１で受光される。レンズ群１３に付着したゴミ、又はレンズのキズ等の「異物」がある場合、該異物はＣＣＤ素子１１で撮像された検査画像上において背景とよりも暗い部分として表示される。撮像された検査画像は、画像信号として、画像処理部２０に入力される。画像信号は、ＣＣＤ素子１１から画像処理部２０に入力するまでの間に、不図示のＡ／Ｄ変換器により、Ａ／Ｄ変換される。画像処理部２０に到達した画像信号は、画像信号入力部２１に入力され、順に前処理部３１、異物候補検出部２９、コントラスト補正処理部３２、異物選定部３４で処理され、モニター３０に異物の有無の判定結果が表示される。以下、前処理部３１から順に詳説する。

前処理部３１における欠陥画素修正処理部２３は、画像信号入力部２１を介して入力する画像信号に基づき、検査画像のヒストグラムを作成する。該ヒストグラムは、検査画像の輝度毎に、該輝度を有する画素数（頻度）を計数して表示したものである。また欠陥画素修正処理部２３は、ヒストグラムを作成すると、ＣＣＤ素子１１の欠陥画素に起因するであろうヒストグラム上の輝度（本来の検査画像自体の輝度とは明らかに異なる頻度の少ない輝度）を、ヒストグラム上の他の輝度に置換する処理が行われる。以上の処理を便宜上輝度置換処理という。

図２は、欠陥画素修正処理部２３で輝度置換処理前のレンズ群１３の検査画像のヒストグラムを示す。図２に示すように、ヒストグラムは、横軸が輝度、縦軸が画素数（検出頻度）で示される。なお、本実施形態では、説明の便宜上、ＣＣＤ素子１１により撮像される画像は８ｂｉｔ画像とし、有効階調は０〜２５５までの計２５６階調とする。但し本発明において、撮像される画像のｂｉｔ数はこれに限定されるものではなく、使用されるシステム１の構成や処理速度等を総合的に勘案して変更可能である。図２に置いて、集合５１は本来の検査画像形成に寄与する輝度の集合を示す。該集合５１において、最低輝度は輝度Ａ、最高輝度は輝度Ｂ、ピーク（画素数が最大となる輝度）は輝度Ｅである。輝度Ｃ、輝度Ｄは、ＣＣＤ素子１１の画素欠陥による輝度とする。

次にフローチャートに従って、欠陥画素修正処理部２３における輝度置換処理を説明する。

図３は、欠陥画素修正処理部２３における一連の処理を示すフローチャートである。まず、検査画像の画像信号に基づきヒストグラムが取得され、該ヒストグラムにおけるピークである輝度Ｅが求められる（Ｓ１）。次いで輝度置換処理が行われる。輝度置換処理では、まず、ヒストグラムにおける最低輝度（ここでは輝度Ｃ）が求められ、その画素数が求められる（Ｓ３）。次に、最低輝度Ｃの画素数と欠陥閾値とが比較される（Ｓ５）。欠陥閾値とは、計数された画素数が画素欠陥に起因する計数値であるかを判別するための値である。欠陥閾値の具体的数値は、そもそも画素欠陥自体頻繁に生じる現象ではない、またあまりに大きな値に設定すると本来の検査画像形成に寄与する輝度まで置換処理の対象となり精度の高い異物検出に支障をきたすおそれがある、といった理由から、本実施形態では２〜１０程度に想定される。欠陥閾値は、画像サイズに応じて任意に選択可能である。

最低輝度Ｃの画素数が欠陥閾値未満である場合（Ｓ５：ＹＥＳ）、ヒストグラムの最低輝度Ｃは欠陥画素による検出結果である、換言すれば異物検出に寄与しない輝度であると判定される。そして、最低輝度Ｃにおける画素数は、ピーク輝度Ｅに置換される（Ｓ７）。そしてＳ３に戻り、再びヒストグラムにおける最低輝度が求められる。置換後の輝度にピーク輝度Ｅが選定される理由は、画素欠陥を有する画素が正常な状態であった場合に受光した結果得られるであろう輝度は、最も頻度の高いピーク輝度Ｅである確率が高い事と、異物判定に致命的な悪影響を及ぼさない無難な輝度である可能性が高い事による。Ｓ３〜Ｓ７からなる処理αを１または複数回繰り返し、最低輝度の画素数が欠陥閾値より大きい場合（Ｓ５：ＮＯ）、つまり、図２では輝度Ａが最低輝度と判定されたとき、ヒストグラムの最低輝度は、本来の検査画像自体が有する輝度の最低値に補正されたと判断される。

Ｓ５においてＮＯと判断されると、次に、ヒストグラムの最高輝度が、本来の検査画像自体が有する輝度の最高値となるように補正する処理が行われる。具体的には、まずヒストグラムにおける最高輝度（ここでは輝度Ｄ）が求められ、その画素数が求められる（Ｓ９）。次に、最高輝度Ｄの画素数と欠陥閾値が比較される（Ｓ１１）。最高輝度Ｄの画素数が欠陥閾値未満である場合（Ｓ１１：ＹＥＳ）、ヒストグラムの最高輝度Ｄは欠陥画素による検出結果である、換言すれば異物検出に寄与しない輝度であると判定される。そして、最高輝度Ｄにおける画素数は、ピーク輝度Ｅに置換される（Ｓ１３）。そしてＳ９に戻り、再びヒストグラムにおける最高輝度が求められる。Ｓ９〜Ｓ１１からなる処理βを１または複数回繰り返し、最高輝度の画素数が欠陥閾値より大きい場合（Ｓ１１：ＮＯ）、つまり、図２では輝度Ｂが最高輝度と判定されたとき、ヒストグラムの最高輝度は、本来の検査画像自体が有する輝度の最高値に補正されたと判断される。

上記処理により、ヒストグラムから画素欠陥等による輝度がピーク輝度Ｅに置換される。そしてヒストグラムは、本来の検査画像自体が有する輝度のみで構成されたヒストグラムとなる。なお本実施形態では、最低値又は最高値の輝度を有する画素の輝度をピーク輝度Ｅに変換する処理が行われた。しかしピーク輝度Ｅの代わりに例えばヒストグラムの平均輝度など、本来の検査画像自体が有すると推測される範囲の輝度で、画素欠陥等がある画素の輝度を変換してもよい。

また、図３に示すフローチャートでは、最低輝度に関する処理α、最高輝度に関する処理βの順に説明しているが、処理β、処理αの順に実行する、あるいは各処理α、βを同時に実行することも可能である。

以上が欠陥画素修正処理部２３での処理の説明である。欠陥画素修正処理部２３から送信される画像信号は、続いてヒストグラム拡張処理部２５に受信される。次に、ヒストグラム拡張処理部２５について説明する。

ヒストグラム拡張処理部２５においては、欠陥画素修正処理部での処理を経た画像信号のヒストグラムの階調幅を、有効階調内で最大に広げる処理（ヒストグラム拡張処理）が行われる。図４は、ヒストグラム拡張処理部２５におけるヒストグラム拡張処理を示すフローチャートである。

ヒストグラム拡張処理部２５は、まず前述した欠陥画素修正処理後のヒストグラムにおける集合５１の最低輝度Ａおよび最高輝度Ｂを算出する（Ｓ２１）。次にヒストグラムにおける集合５１を低輝度方向に平行移動させる（Ｓ２３）。図５は、図２に示すヒストグラムにおける集合５１を低輝度方向に平行移動したヒストグラムを示す。図５に示すヒストグラムにおいて、集合７１は、欠陥画素修正処理部２３で処理後の集合５１を低輝度方向に平行移動させて、該集合５１における最低輝度Ａを、所定輝度（所定輝度は通常は０とする）に一致させた状態を示す。

Ｓ２３における平行移動は、詳しくは、検査画像の全ての画素の輝度から集合５１における最低輝度Ａを減算することにより行われる。形成された集合７１において、最低輝度は輝度Ｆ、最高輝度は輝度Ｇとする。

次いで、集合７１の階調幅を単純拡張する（Ｓ２５）。単純拡張は、集合７１を形成する輝度（つまりに最低輝度Ｆ〜最高輝度Ｇ間にある各輝度）に、２５５／（階調数）を乗算することにより行われる。階調数は、最高輝度Ｇと最低輝度Ｆの差で求まる。

図６は、Ｓ２５の処理後に得られるヒストグラムを示す。図６に示すヒストグラムにおける集合９１は、図５に示す集合７１における最高輝度Ｇが、Ｓ２５の処理により有効階調幅２５５（最大階調幅）になるように、集合７１の階調幅を単純拡張した結果である。

このようにヒストグラム拡張処理を行うことによって、検査画像のコントラストを高くすることができる。但し、ヒストグラム拡張処理をしても、集合９１の階調数自体は変化せず集合７１の階調数と同数である。そのため、図６に示すように集合９１には等間隔の抜け９３ができてしまう。

以上でヒストグラム拡張処理部２５での処理は終了する。ヒストグラム拡張処理部２５での処理を経た画像信号は、続いて画像平滑縮小処理部２７に入力する。画像平滑縮小処理部２７では、上記等間隔の抜け９３が補償される。

すなわち、画像平滑縮小処理部２７において、検査画像は、検査画像中の異物候補を判別可能な範囲内の画像サイズに縮小される。この際、縮小された画像の各画素の輝度は、縮小前の検査画像において、縮小後の一画素に対応する複数の画素の輝度の平均値に設定される。これにより、上述した抜け９３が埋まるとともに、ヒストグラムの階調数を増やすことができる。

図７は、画像平滑縮小処理部２７における処理を示すフローチャートである。まず画像平滑縮小処理部２７は、画像信号によって表される検査画像を縦１／３、横１／３の縮小率で縮小する。そして縮小画像の各画素において、縮小前の検査画像において対応する画素が探索、特定される（Ｓ４１）。

なお、本実施形態で提示した縮小率はあくまで例示である。これに限定されるものではない。例えば、異物候補が大きいと想定される場合は縮小率を上げ（つまり縮小画像の一画素に対応する縮小前の検査画像の画素数を多くする）、異物候補が小さいと想定される場合は縮小率を下げる（縮小画像の一画素に対応する縮小前の検査画像の画素数を少なくする）とよい。但し、一般に撮像素子は正方形であるため、縦と横で縮小率を同一にした方が処理が容易になる。

図８（ａ）は、ヒストグラム拡張処理部２５での処理後に得られる検査画像を示す。また図８（ｂ）は、Ｓ４１の処理により生成された縮小画像を示す。検査画像上の格子は、画素を示す。図８（ａ）に示す縮小処理前の検査画像には、例えば、異物候補９５が表示されているものとする。異物候補９５は、図８（ｂ）に示す縮小画像では異物候補９７として表示される。

Ｓ４１での画素探索は、整数の座標で特定できる画素のみが対象とされる。縮小前後の各画像において対応する画素の座標が整数で特定できない場合（Ｓ４３：ＮＯ）は、Ｓ４５において、最近隣内挿法等により、対応する画素が特定される。

なお、以下の説明では、便宜上、図８（ａ）に示す検査画像において、図８（ｂ）に示す縮小画像における画素１０５に対応する画素は、画素１０７とする。

次に特定された画素１０７の輝度と画素１０７周囲の画素群の輝度との平均値を求め、該平均値を縮小画像における画素１０５の輝度として設定する（Ｓ４７）。上記の通り、縮小画像の画素１０５に対応する縮小前の検査画像の画素は、画素１０７である。そのため、画素１０７および画素１０７に隣接する８つの画素１０９の平均値が縮小画像の画素１０５の輝度として設定される。以上のＳ４１〜Ｓ４７までの一連の処理を縮小画像の全画素に対して施した後（Ｓ４９：ＮＯ）、画像平滑縮小処理は終了する（Ｓ４９：ＹＥＳ）。

図９は、図６に示すヒストグラム中の集合９１と画像平滑縮小処理後に得られるヒストグラムにおけるピークの軌跡１０１を示す図である。上述の画像平滑縮小処理により、縮小画像の一つの画素の輝度は、縮小前の検査画像の対応する画素周辺の画素の輝度の平均となる。よって集合９１は、抜け９３が埋まったヒストグラムに変換され、そのピークは、軌跡１０１に示されるように連続的に変化する。なお、図９に示すように、画像サイズの縮小によって計数される画素数は減少するので、ピークの軌跡１０１は集合９１よりも計数される画素数が減っていることがわかる。

ここで、画像平滑縮小処理によって処理対象となる画素が低減される。従って、画像処理部２０全体の処理の高速化、効率化が図られる。また画像平滑縮小処理によって異物候補検出の精度向上という効果も奏する。該効果につき、図１０〜図１２を参照しつつ以下に詳述する。

ヒストグラム拡張処理部２５での処理前後、及び画像平滑縮小処理部２７での処理後に得られる、異物候補が含まれている領域の輝度断面を参照して説明する。

図１０は、ヒストグラム拡張処理部２５での処理前の検査画像において、異物候補を含む領域の輝度断面に関する模式図である。図１０に示す模式図では、横軸が断面幅、縦軸が輝度を示す。以下に示す図１１、図１２でも同様である。

図１０に示す異物候補領域１１６は、背景の輝度１１４よりも輝度が低くなっている（暗くなっている）ことが分かる。異物候補領域１１６は、例えば、ＣＣＤ素子１１における１５画素分の断面幅を持つと想定する。そして異物候補領域１１６は、背景の輝度１１４に対して、３画素毎に１レベルずつ輝度変化する計３段階の階調差を有する。この状態において、異物候補を検出するための閾値レベルは、階調分、つまり３段階しか設定できない。そのため、分解能が粗くなり、正確に異物候補の領域を検出することは困難である。

図１１は、ヒストグラム拡張処理部２５での処理後の検査画像において、異物候補を含む領域の輝度断面の模式図である。ヒストグラム拡張処理部２５において、例えば、５倍のヒストグラム拡張処理が行われたとする。異物候補領域１１６は、該ヒストグラム拡張処理により１５階調分の輝度差を有することになる。しかし、異物候補領域１１６は元々３段階の階調差しか有しない。そのため、処理後の異物候補領域における輝度は５階調ごとの離散的な値をとることになり、結果として、異物候補を検出するための閾値レベルは、３段階のままである。

図１２は、画像平滑縮小処理後に得られる縮小画像（図８（ｂ））において、異物候補を含む領域の輝度断面の模式図である。図１２に示す縮小画像は、縮小率１／３で画像平滑縮小処理した結果得られたものと想定する。よって、縮小画像における異物候補領域１１６は５画素分に相当する断面幅を持つ。上述した通り、画像平滑縮小処理では、検査画像における複数の画素の平均輝度が縮小画像１画素分の輝度に割り当てられる。従って異物候補での輝度は離散的ではあるものの、データ処理時における分解能は拡大する。。結果として異物候補を検出するための閾値レベルは１５段階まで拡張され、精確に異物候補の領域を検出することが可能となる。

なお、上述した通り、画像平滑縮小処理では、縮小画像の一つの画素の輝度は、縮小前の検査画像の対応する画素周辺の画素の輝度の平均とされる。従って異物候補領域１１６は、検査画像時における任意の輝度断面では図１０に示すように対称な輝度変化を呈していても、縮小画像時における当該任意の輝度断面に対応する断面では、図１２に示される異物候補領域１１６のように非対称な輝度変化を呈することもある。

以上の前処理部３１を経た画像信号は、異物候補検出部２９に受信される。以下、異物候補検出部２９での処理について説明する。

異物候補検出部２９においては、前処理部３１における種々の処理を経て出力された画像信号により得られる検査画像（より精確には縮小画像。以下検査画像と記した場合も同様とする。）と異物候補検出の基準となる画像（基準画像）とを比較する処理が行われる。該処理は、検査画像の輝度分布が基準画像に基づいた閾値の輝度分布よりも輝度が低くなる領域を異物候補として検出する処理である。基準画像の輝度分布は、検査画像の輝度分布をフィルタにより大きく平滑化したものを用いる。

図１３は、検査画像９４の一例をＸＹ座標上に展開して示す模式図である。検査画像９４には異物候補９５が表示される。図１３の検査画像９４において、Ｘ軸に平行でかつ異物候補９５を通るＡ−Ａ線で観察した輝度分布を図１４に示す。図１４において、実線９８は、前処理部３１で処理された画像信号により得られる検査画像９４の輝度分布を示す。破線９２は、背景画像の輝度分布、すなわち異物候補を抽出するための基準画像の輝度分布を示す。本実施形態の基準画像の輝度分布は、フィルタにより検査画像９４の輝度分布を平滑化して得られる。破線１０２は、輝度分布９２を所定値だけオフセットした輝度分布を示す。

図１４に示すように、本実施形態では、検査画像９４の輝度分布９８との比較対象である輝度分布１０２は一定ではなく、座標によって異なる輝度値を有するため、異物候補検出部２９では、輝度分布１０２と検査画像９４の輝度分布９８とが、各座標位置において比較される。すなわち、比較処理には、いわゆる動的２値化処理が用いられる。異物候補検出部２９は、輝度分布９８が、オフセットされた輝度分布１０２よりも低い輝度となる領域（座標）を異物候補領域１１２として検出する。以上の検出が検査画像９４全体に渡って行われる。

次に、異物候補検出部２９の後段に配置されているコントラスト補正処理部３２について説明する。コントラスト補正処理部３２を説明するにあたり、まず説明に用いる用語の定義を行う。

まず、コントラスト値を定義する。コントラスト値は、異物候補領域１１２の輝度分布と、基準画像の輝度分布における異物候補領域１１２に対応する領域との暗さの程度の違いを示す。コントラスト値は、図１３に示す検査画像９４の異物候補９５がある領域における輝度の平均値と、対応する基準画像の領域における輝度の平均値との差で表される。コントラスト値が大きい程、異物候補が異物である可能性が高くなる。

次に、ヒストグラム拡張率を定義する。ヒストグラム拡張率は、（有効階調幅）／（拡張処理前の集合７１の階調幅）で与えられる。ヒストグラム拡張処理部２５において、拡張前の画像のヒストグラムの階調幅は、有効階調幅（本実施形態では２５５階調）まで拡張される。例えば図５に示される集合７１の階調幅が約３０〜３５であると仮定すると、本実施形態でのヒストグラム拡張率は約８となる。

一般に、同一の光学部材が検査された場合であっても、撮像素子への入射光量のバラツキ等によって、拡張処理前のヒストグラムにおける集合７１（図５参照）の階調幅は変化する。ヒストグラム拡張率は拡張前のヒストグラムの階調幅に比例する。つまり、入射光量のバラツキによってヒストグラム拡張率も変化する。またヒストグラム拡張処理後の各画素の輝度は、拡張前の各画素の輝度にヒストグラム拡張率を乗算して得られる。つまり、ヒストグラム拡張処理後の各画素の輝度は、ヒストグラム拡張率と比例関係がある。またコントラスト値は、前述した定義より拡張後の各画素の輝度と相関性があるので、ヒストグラム拡張率とコントラスト値には相関性がある。別の言い方をすれば、ヒストグラム拡張率が大きくなると、コントラスト値は大きくなり、ヒストグラム拡張率が小さくなるとコントラスト値は小さくなる。

ここで、コントラスト補正処理部３２の後段に配設される異物選定部３４で行われる異物判定では、コントラスト値の大きさも異物を選別する基準となる。ところが入射光量のバラツキ等によりヒストグラム拡張率は変動するので、所定の光学部材を複数回検査した場合でも、異物候補がある領域のコントラスト値にバラツキが生じる。よって仮に所定の光学部材を複数回検査した場合でも、異物候補部分のコントラスト値にバラツキが生じないように適切な補正が必要とされる。コントラスト補正処理部３２では、該補正を行う。

次にフローチャートに従って、コントラスト補正処理部３２における処理を具体的に説明する。図１５は、コントラスト補正処理部３２におけるコントラスト補正処理を示すフローチャートである。なお、コントラスト補正処理を実行するにあたり、予め、該処理に用いるコントラスト補正値を算出するための基準拡張率が算出、設定される。ここで基準拡張率は、例えば複数個（１０〜２０程度）の同一の光学部材に対してそれぞれ検査画像を取得してヒストグラム拡張率を求め、各ヒストグラム拡張率を平均することにより求まる。

まず、ヒストグラム拡張処理部２５で処理された検査画像のヒストグラム拡張率が求められる（Ｓ６１）。ヒストグラム拡張率は前述のように、有効階調幅２５５を拡張前のヒストグラム幅で除算することにより求められる。次に、コントラスト補正値を算出する（Ｓ６３）。コントラスト補正値は、（基準拡張率）／（ヒストグラム拡張率）で与えられ、基準拡張率とヒストグラム拡張率との比率を示す。最後に異物候補検出部２９で抽出された異物候補領域１１２（図１４参照）におけるコントラスト値に、コントラスト補正値を乗算した値を、異物候補領域１１２の最終的なコントラスト値とする（Ｓ６５）。このようにコントラスト値を補正することにより、入射光量のバラツキに起因する異物候補領域１１２におけるコントラスト値の無用な変化を抑えることが可能となる。

次に、異物選定部３４において、異物選定処理が行われる。具体的には、コントラスト補正処理部３２においてコントラスト値が補正された検査画像は、異物選定部３４において、異物候補領域１１２のコントラスト値、大きさ、円度等を選別基準としてノイズと区別され、最終的に異物が抽出される。抽出結果は、モニタ３０に出力される。

以上が本発明の実施形態である。なお上記実施形態では、光学部材検査システム１は、撮像素子１１を備えた光学ユニット１０におけるレンズ群１３を該撮像素子１１を用いて検査している。しかし本発明に係る光学部材検査システムは、システム自体が検査専用の撮像素子を備える構成であってもよい。この場合、例えば、被検物として一枚のレンズなど光学部材単体を検査できるように、画像処理部および撮像素子近傍に配設される光学系を好適に設計することができる。

また、上記実施形態では、前処理部３１は、欠陥画素修正処理部２３、ヒストグラム拡張処理部２５、画像平滑縮小処理部２７から構成されると説明した。しかし、画素欠陥が異物判定に大きな影響を及ぼさないことが予め分かっている場合、欠陥画素修正処理部２３を省略し、より簡素な構成にすることも可能である。これにより、より一層の処理の迅速化が図られる。

同様に、上記実施形態では、異物候補検出部２９の後段にコントラスト補正処理部３２を配設し、より精度の高い異物検出を実現しているが、コントラスト補正処理部３２は必ずしも設けるには及ばない。

図１は、本発明の実施形態の光学部材検査システムを模式的に示す図である。 図２は、欠陥画素修正処理部で処理される前の検査画像のヒストグラムを示す。 図３は、欠陥画素修正処理部における処理を示すフローチャートである。 図４は、ヒストグラム拡張処理部における処理を示すフローチャートである。 図５は、集合を低輝度方向に平行移動した検査画像のヒストグラムを示す。 図６は、ヒストグラム拡張処理後の検査画像のヒストグラムを示す。 図７は、画像平滑縮小処理部における処理を示すフローチャートである。 図８（ａ）は、ヒストグラム拡張処理後の検査画像を示し、図８（ｂ）は、縦１／３、横１／３の縮小率で縮小された縮小画像を示す。 図９は、ヒストグラム拡張処理後のヒストグラム及び画像平滑縮小処理後のヒストグラムのピーク軌跡を模式的に示す図である。 図１０は、ヒストグラム拡張処理前の異物候補が含まれている領域の輝度断面の模式図である。 図１１は、ヒストグラム拡張処理後の異物候補が含まれている領域の輝度断面の模式図である。 図１２は、画像平滑縮小処理後の異物候補が含まれている領域の輝度断面の模式図である。 図１３は、前処理を経た検査画像の一例を模式的に示す。 図１４は、前処理を経た検査画像の輝度分布をＡ−Ａ線で観察した輝度分布を示す。 図１５は、コントラスト補正処理部における処理を示すフローチャートである。

符号の説明

１ 光学部材検査システム
１０ 光学ユニット
１１ ＣＣＤ素子
１３ レンズ群
２０ 画像処理部
２１ 画像信号入力部
２３ 欠陥画素修正処理部
２５ ヒストグラム拡張処理部
２７ 画像平滑縮小処理部
２９ 異物候補検出部
３１ 前処理部
３２ コントラスト補正処理部
３４ 異物選定部
４０ 光源

Claims (15)

1. 光学部材を透過した光を受光して前記光学部材の検査画像を撮像する撮像素子と、
   前記検査画像の輝度分布を調整する前処理部と、
   前記前処理部から出力された前記検査画像と、異物候補を判定するための判定用閾値とを比較することにより、異物候補を選出する異物候補検出部と、を有し、
   前記前処理部は、前記検査画像の各画素を輝度毎に集計して作成された前記検査画像のヒストグラムの階調幅を、ヒストグラムの最大階調幅まで拡張するヒストグラム拡張処理部と、
   前記ヒストグラム拡張処理部によって前記階調幅が拡張された検査画像の画像サイズを縮小して縮小画像を生成し、前記検査画像において前記縮小画像の画素に対応する位置にある特定画素および前記特定画素に近接する複数の画素の各輝度の平均値を、前記縮小画像における各画素の輝度に設定する画像平滑縮小処理部と、を有することを特徴とする自動検査装置。
2. 請求項１に記載の自動検査装置において、
   前記前処理部は、前記ヒストグラム拡張処理部の前段に配設され、前記撮像素子が持つ欠陥画素に起因する前記検査画像の輝度を所定の輝度に置換する欠陥画素修正処理部を、さらに有することを特徴とする自動検査装置。
3. 請求項２に記載の自動検査装置において、
   前記所定の輝度は、前記撮像素子の全画素によって検出された輝度の中で、検出頻度が最も高い輝度であることを特徴とする自動検査装置。
4. 請求項２に記載の自動検査装置において、
   前記所定の輝度は、前記撮像素子の全画素によって検出された輝度の平均であることを特徴とする自動検査装置。
5. 請求項２から請求項４のいずれかに記載の自動検査装置において、
   前記欠陥画素修正処理部は、所定の規則に従って、前記ヒストグラムにおいて各輝度の検出頻度と欠陥画素を検出するための検出用閾値を比較し、前記検出頻度が前記検出用閾値に満たない輝度を前記撮像素子の画素欠陥による輝度と判別すること、を特徴とする自動検査装置。
6. 請求項５に記載の自動検査装置において、
   前記所定の規則は、最低輝度から高くなる方に向かって順に検出頻度を比較し、かつ最大輝度から低くなる方に向かって順に検出頻度を比較することを特徴とする自動検査装置。
7. 請求項１から請求項６のいずれかに記載の自動検査装置において、
   前記異物候補検出部の後段に、前記ヒストグラム拡張処理部による処理後のヒストグラムにおけるヒストグラム拡張率に基づき算出されるコントラスト補正値を用いて、前記異物候補がある領域のコントラスト値を補正するコントラスト補正処理部を有すること、を特徴とする自動検査装置。
8. 請求項１から請求項７のいずれかに記載の自動検査装置において、
   前記撮像素子は、前記光学部材を持つ光学ユニットに組み込まれていることを特徴とする自動検査装置。
9. 光学部材を透過した光を受光して撮像された前記光学部材の検査画像を用いて、前記光学部材の異物を検出する異物検査方法であって、
   前記検査画像の輝度分布を調整する前処理工程と、
   前記前処理工程を経た前記検査画像と、異物候補を判定するための判定用閾値とを比較することにより、異物候補を選出する異物候補検出工程と、を有し、
   前記前処理工程は、前記検査画像の各画素を輝度毎に集計して作成された前記検査画像のヒストグラムの階調幅を、ヒストグラムの最大階調幅まで拡張するヒストグラム拡張工程と、
   前記ヒストグラム拡張工程によって前記階調幅が拡張された検査画像の画像サイズを縮小して縮小画像を生成し、前記検査画像において前記縮小画像の画素に対応する位置にある特定画素および前記特定画素に近接する複数の画素の各輝度の平均値を、前記縮小画像における各画素の輝度に設定する画像平滑縮小工程と、を有することを特徴とする異物検査方法。
10. 請求項９に記載の異物検査方法において、
    前記前処理工程は、前記ヒストグラム拡張工程前に、前記撮像素子が持つ欠陥画素に起因する前記検査画像の輝度を所定の輝度に置換する欠陥画素修正工程を、さらに有することを特徴とする異物検査方法。
11. 請求項１０に記載の異物検査方法において、
    前記欠陥画素修正工程は、前記撮像素子が持つ欠陥画素に起因する前記検査画像の輝度を、前記撮像素子の全画素によって検出された輝度の中で検出頻度が最も高い輝度に置換することを特徴とする異物検査方法。
12. 請求項１０に記載の異物検査方法において、
    前記欠陥画素修正工程は、前記撮像素子が持つ欠陥画素に起因する前記検査画像の輝度を、前記撮像素子の全画素によって検出された輝度の平均に置換することを特徴とする異物検査方法。
13. 請求項１０から請求項１２のいずれかに記載の異物検査方法において、
    前記欠陥画素修正工程は、所定の規則に従って、前記ヒストグラムにおいて各輝度の検出頻度と欠陥画素を検出するための検出用閾値を比較し、前記検出頻度が前記検出用閾値に満たない輝度を前記撮像素子の画素欠陥による輝度と判別すること、を特徴とする異物検査方法。
14. 請求項１３に記載の異物検査方法において、
    前記欠陥画素修正工程は、最低輝度から高くなる方に向かって順に検出頻度を比較し、かつ最大輝度から低くなる方に向かって順に検出頻度を比較することを特徴とする異物検査方法。
15. 請求項９から請求項１４のいずれかに記載の異物検査方法において、
    前記異物候補検出工程の後に、前記ヒストグラム拡張工程を経て得られたヒストグラムにおけるヒストグラム拡張率に基づき算出されるコントラスト補正値を用いて、前記異物候補がある領域のコントラスト値を補正するコントラスト補正工程を有すること、を特徴とする異物検査方法。

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