JP2006270334A

JP2006270334A - シェーディング補正方法および画像検査装置

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Publication number: JP2006270334A
Application number: JP2005083636A
Authority: JP
Inventors: Takaaki Onishi; 孝明大西
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2005-03-23
Filing date: 2005-03-23
Publication date: 2006-10-05

Abstract

【課題】シェーディング補正方法および画像検査装置において、シェーディング補正用の基準サンプルに部分的にゴミが付着したり汚れが生じたりするような場合でも、精度よく容易にシェーディング補正することができるようにする。
【解決手段】均一な高反射率を有する基準サンプル１を移動機構に載置して、照明部および撮像部に対して移動させて複数の輝度分布を採取する。そして、それらの輝度分布を比較演算して、輝度分布の取得位置固有の輝度ムラを除去してシェーディング補正データを生成する。例えば、画素ごとの輝度値の最高値を採用することで、ゴミ１１が付着しているデータ採取領域１０ＡのＡ部の輝度値を、ゴミ１１のないデータ採取領域１０ＢのＢ部の輝度値に置換するなどの処理を行う。
【選択図】図３

Description

本発明は、被検体の画像検査を行うためのシェーディング補正方法および画像検査装置に関する。

従来、撮像素子を用いた画像検査装置では、照明光のムラや撮像光学系、撮像素子などの撮像系のバラツキなどにより、検査画像に輝度ムラが生じるものである。そのため、検査に先立って反射率が均一な基準サンプルを被検体として撮像し、画素ごとの輝度データをシェーディング補正データとして記憶しておく。そして、検査時、被検体画像を検査するための特徴抽出などの画像処理を行う前に、画像信号のシェーディング補正処理を行っている。
ところが、基準サンプルが汚れていたり、ゴミが付着していたりすると、シェーディング補正データに誤差が生じるため、後段の画像処理において擬似的な欠陥が抽出されるといった弊害が生じる場合がある。
このため、シェーディング補正方法および画像検査装置に関連する技術として、例えば、特許文献１には、白補正時の白補正データが規定値を超えた場合に保護用ガラス部のクリーニングを使用者に促すようにした画像読込装置および画像読込装置における保護部材汚れ判定方法が記載されている。
また、特許文献２には、試料台と撮影装置の位置関係を保持しつつ、照明光源の方向を変えながら検査サンプルを撮影して多重画像を取得し、表面反射特性が既知の物体を用いて照明系パラメータおよび撮像系パラメータの一方または双方を推定し、それらの情報から反射の光学モデルパラメータを最小２乗法により推定して、検査サンプルの良否を判定する画像による外観検査方法が記載されている。
特開平１１−２４３４６８号公報（図６）特開平９−２１８９３５号公報（図１）

しかしながら、上記のような従来のシェーディング補正方法および画像検査装置には以下のような問題があった。
特許文献１に記載の技術では、シェーディング補正データに誤差が生じる可能性を防止するため、保護用ガラス部のクリーニングを使用者に促すものの、シェーディング補正データの誤差をなくすためには、使用者が保護用ガラス部のクリーニングを行わなければならない。そのため手間がかかるという問題がある。
特許文献２に記載の技術では、照明光の角度を変えた多重画像により検査サンプルの表面反射特性を推定することにより照明条件の変動や汚れ、ゴミなどの付着により発生する良品サンプル画像の濃度変動が存在する環境においても良品／不良品の判別の誤り率を小さくすることができるものの、この方法では、基準白色拡散板を撮影した画像から照明光源の強度パラメータや撮影装置の内部パラメータを推定するという処理が必要となる。したがって、基準サンプル上に汚れが生じたり、ゴミが付着したりする場合にはそれらのパラメータを精度良く推定できないという問題がある。
また数学的な光学モデルを立てて最小２乗法による推定を行うので、数値計算などの演算処理が複雑となってしまうという問題がある。

本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、シェーディング補正用の基準サンプルに部分的にゴミが付着したり汚れが生じたりするような場合でも、精度よく容易にシェーディング補正することができるシェーディング補正方法および画像検査装置を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明では、撮像手段により被検体を撮像して画像検査を行う場合に、基準サンプルの輝度分布を取得することにより、前記撮像手段の画素ごとのシェーディング補正データを生成し、該シェーディング補正データに基づいて、被検体画像の輝度信号の輝度ムラを補正するシェーディング補正方法であって、前記基準サンプルの輝度分布を取得する際、該輝度分布の取得位置を移動して複数の輝度分布を取得し、該複数の輝度分布を前記画素ごとに比較演算して、前記輝度分布の取得位置に固有の輝度ムラを除去することにより、前記シェーディング補正データを生成する方法とする。
この発明によれば、取得位置が異なる複数の輝度分布を比較演算し、輝度分布の取得位置に固有の輝度ムラを除去してからシェーディング補正データを生成するので、ゴミや汚れなど（以下、欠陥と称する）が基準サンプルに付着して輝度分布が変化していても、それらの影響を取り除いて精度のよいシェーディング補正データを生成できる。
この場合、取得位置に固有の輝度ムラを除去するには、どの画素についても、少なくとも１つは欠陥を含まない取得位置で輝度値を取得している必要である。そこで、取得位置は、どの欠陥に対しても少なくとも１つは、欠陥から離れた取得位置があるようにしておく。例えば、取得位置を欠陥の大きさより大きな間隔をあけて設けたり、取得位置の数を十分大きくしたりする。

本発明では、被検体に照明光を照射する照明部と、被検体からの反射光を光電変換する撮像部と、基準サンプルを被検体としたときに、前記撮像部により得られた輝度信号から画素ごとのシェーディング補正データを生成し、該シェーディング補正データに基づいて、検査画像の輝度信号の輝度ムラを補正するシェーディング補正手段とを備えた画像検査装置であって、前記基準サンプルの輝度分布を取得する際、前記照明部および前記撮影部と前記基準サンプルとを相対的に移動する移動機構を有し、前記シェーディング補正手段が、該複数の輝度分布を画素ごとに比較演算する比較演算部と、前記輝度分布の取得位置に固有の輝度ムラを除去する輝度ムラ除去部と、該輝度ムラ除去部により前記基準サンプルの輝度ムラが除去された輝度データをシェーディング補正データとして記憶する補正データ記憶部とを備える画像検査装置とする。
この発明によれば、照明部により照明光が照射された基準サンプルからの反射光を撮像部により受光し光電変換することで所定位置での輝度分布を取得することができる。そして、移動機構により、照明部および撮像部と、基準サンプルとを相対的に移動することにより、取得位置を変えて基準サンプル上の複数の輝度分布を取得することができる。そして、シェーディング補正手段の比較演算部により画素ごとに複数の輝度分布を比較演算し、輝度ムラ除去部により輝度分布の取得位置に固有の輝度ムラを除去した輝度データとして、シェーディング補正データを生成することができる。そして、補正データ記憶部によりシェーディング補正データを記憶することができる。
そして、シェーディング補正手段により、補正データ記憶部からシェーディング補正データを呼び出してシェーディング補正処理を実行することができる。

本発明のシェーディング補正方法および画像検査装置によれば、基準サンプルから取得した複数の輝度分布を比較演算することにより、取得位置に固有の輝度ムラを除去して、シェーディング補正データを生成するので、基準サンプルに部分的にゴミが付着したり汚れが生じたりする場合でも精度よく容易にシェーディング補正することができるという効果を奏する。

以下では、本発明の実施の形態について添付図面を参照して説明する。すべての図面において、実施形態が異なる場合であっても、同一または相当する部材には同一の符号を付し、共通する説明は省略する。
本発明の実施形態に係る画像検査装置およびシェーディング補正方法について説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る画像検査装置の概略構成を説明するための正面視の模式説明図である。図２は、本発明の実施形態に係るシェーディング補正方法を実行するためのデータ処理ユニットの概略構成について説明するための機能ブロック図である。図３は、本発明の実施形態に係るシェーディング補正方法における輝度分布の取得位置について説明するための斜視説明図である。

本実施形態の画像検査装置１００は、例えば、半導体ウエハやフラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）用ガラス基板などの板状の被検体表面を撮像し画像処理して表面欠陥を抽出するために好適に用いることができる装置であり、欠陥抽出を行う前に、照明系や撮像系に起因する輝度ムラを補正するシェーディング補正処理を行うようにしたものである。
画像検査装置１００の概略構成は、図１に示すように、移動台２（移動機構）、照明部３、撮像部４、照明制御部５、全体制御部７、およびデータ処理ユニット６からなる。

移動台２は、被検体を載置して検査位置に移動するために、照明部３および撮像部４に対して相対的に移動できるようにしたものである。本実施形態の場合、検査位置であるデータ採取領域１０（輝度分布の取得位置）が図示奥行き方向に延びる直線状の領域であるとき、移動台２は図示両矢印に示すように、データ採取領域１０に対して直交する水平方向に移動できるようになっている。
なお図１では、シェーディング補正を行うための基準サンプル１を載置した様子を示している。
基準サンプル１は、均一な反射面を形成したもので、図３に示すように、データ採取領域１０よりやや大きい幅の平板である。本実施形態では高反射率のミラーを細長い矩形状に形成したものを基準サンプル１として用いている。

照明部３は、データ採取領域１０を含む線状の範囲に、基準サンプル１の表面に対して傾斜角θ_１の方向から、線状の照明光８を照射することができるようになっている。
照明部３は、このような線状の照明光８が得られれば、どのように構成してもよい。例えば、適宜の平行光束をスリットでビーム整形したり、アナモフィック光学系により線状に集光したり、出射口が直線状に整列されたライトガイドを用いたり、複数のＬＥＤ光源を直線状に整列させたライン照明光源を採用することができる。
照明部３は、照明位置による照度ムラを有していてもよいが、照度ムラの分布は安定しているものとする。
照明部３は、データ採取領域１０を中心にして回動可能に設けられ、照明制御部５の制御信号により傾斜角θ_１が可変できるようになっている。
また、照明条件、例えば、光量、波長、収束光／散乱光の切替なども、必要に応じて可変になっている。収束光／散乱光の切替は、例えば、照明部の照明光軸上に不図示の散乱板を挿入するなどして行うことができる。

撮像部４は、照明光８が照射されたときの被検体からの反射光９によりデータ採取領域１０の画像を撮像し、光電変換して、撮像素子の画素ごとの画像信号を生成するものである。画像信号としては、例えば、単色またはＲＧＢに色分解された８ビットの輝度信号が採用できる。
本実施形態では、撮像素子としてＣＣＤラインセンサを備え、反射光９を撮像光学系４ａによりＣＣＤラインセンサの受光面に結像する構成とされている。
例えば、半導体ウエハやＦＰＤ用ガラス基板などの被検体表面の全体画像を取得するには、被検体を載置した移動台２をデータ採取領域１０の延びる方向と直交する方向に一定速度または所定のピッチで移動させ、撮像素子の画素サイズのピッチでライン画像の取得を繰り返すようにする。
撮像部４は、データ採取領域１０を中心にして回動可能に設けられ、被検体からの干渉光や回折光や散乱光に応じて基準サンプル１に対する傾斜角θ_２を可変できる構成とされる。

照明制御部５は、照明部３を適宜設定された照明条件に応じて、光量、波長、収束光／散乱光の切替、傾斜角θ_１の変更などを制御する。
全体制御部７は、画像検査装置１００の全体動作を制御するためのもので、不図示の操作入力手段が設けられ、操作者が必要な操作を入力できるようになっている。そして、それらの操作入力に基づいて、照明制御部５、データ処理ユニット６、撮像部４、移動台２などに対して制御信号を送出できるようになっている。

データ処理ユニット６は、撮像部４により生成された画像信号に対して必要な信号処理を行うためのものである。本実施形態では、信号処理として、少なくともシェーディング補正処理と欠陥抽出処理とが行えるようになっている。
データ処理ユニット６の主要部の構成は、図２に示すように、信号入力部６５、信号記憶部６６、比較演算部６０、輝度ムラ除去部６１、補正データ記憶部６２、シェーディング補正処理部６３、および欠陥抽出部６４からなる。比較演算部６０、輝度ムラ除去部６１、補正データ記憶部６２、シェーディング補正処理部６３は、シェーディング補正手段を構成している。

信号入力部６５は、撮像部４から搬送される画像信号７０（輝度信号）を各画素位置に対応した画像データとして入力する。必要に応じて複数の画像信号７０を画素ごとに平均処理したり、適宜のノイズフィルタを通過させたりして、画像信号７０のランダムノイズを除去することができる構成としてもよい。
信号記憶部６６は、信号入力部６５より入力された画像信号７０を測定条件ごとに分けて記憶するためのものである。
例えば、画像信号７０が基準サンプル１の特定のデータ採取位置（輝度分布の取得位置）の画像データであるとき、信号記憶部６６はそのデータ採取位置ごとの補正用画像信号７１として参照できるように記憶する。
また、画像信号７０が被検体の特定のデータ採取位置の画像データであるとき、信号記憶部６６はデータ採取位置が順次連続するように２次元配列に格納し、それらを被検体上の任意位置の検査用画像信号７２として参照できるように記憶する。

比較演算部６０は、信号記憶部６６に補正用画像信号７１として記憶された基準サンプル１に対する撮像部４の各画素ごとの輝度信号を１組とした１ラインの輝度データを、複数ライン分だけ作業用のメモリ領域に読み込み、各ラインに対して各画像の輝度データを比較演算するためのものである。

輝度ムラ除去部６１は、比較演算部６０により比較された輝度データに基づいて、照明系、撮像系の輝度ムラ以外の輝度ムラを含むと判定し、画素の輝度データを照明系、撮像系の輝度ムラのみを含む輝度データに置換することで、画像信号から照明系、撮像系の輝度ムラを除去するためのシェーディング補正データを生成するためのものである。

補正データ記憶部６２は、輝度ムラ除去部６１で生成されたシェーディング補正データを記憶するためのものである。
シェーディング補正処理部６３は、信号記憶部６６に記憶された検査用画像信号７２を読み込み、補正データ記憶部６２に記憶されたシェーディング補正データを読み出し、画素ごとの画像データをシェーディング補正データにより補正して、画像データ７３を生成するためのものである。

欠陥抽出部６４は、シェーディング補正処理部６３によりシェーディング補正された画像データ７３に対して適宜の欠陥抽出処理を施して、被検体上の表面欠陥を抽出するためのものである。
欠陥抽出処理としては、周知の種々の処理を採用することができる。
例えば、画像データ７３にエッジ強調処理を施して輪郭抽出を行い、欠陥辞書を参照してパターンマッチングを行い、表面欠陥の種類を特定する、といった処理などが挙げられる。

次に、画像検査装置１００の動作について、本発明の実施形態に係るシェーディング補正方法を中心に説明する。
撮像部４により被検体を撮像した画像信号７０は、被検体の輝度レベルに照明系の照度ムラ、撮像光学系のシェーディング特性、撮像素子の感度ムラなどが重ね合わされた輝度値となっている。
シェーディング補正処理は、被検体を撮像したときの検査用画像信号７２から、照明系および撮像系の輝度ムラ成分を除去すべく検査用画像信号７２に対して画素ごとに輝度値を補正する。

ところが、基準サンプル１に汚れがあったり、ゴミなどが付着していたりすると、均一な反射率が得られないため、シェーディング補正データに誤差が生じ、被検体の画像検査の精度を劣化させる場合がある。
例えば、基準サンプル１を載置した移動台２を移動して、距離ｄだけ平行移動させたデータ採取領域１０Ａ、１０Ｂ（輝度分布の取得位置）において、データ採取領域１０Ａの基準サンプル１面上に、ゴミ１１が付着していた場合を考える。
図４（ａ）、（ｂ）は、それぞれ、図３におけるＡ部、Ｂ部における輝度データの一例について説明するための画素位置と輝度データとの関係を表すグラフである。それぞれのグラフにおいて、横軸は画素位置（ｐ_１〜ｐ_１０）を示し、縦軸は輝度レベル（０〜２５５、数字が大きい方が高輝度）を示す。

図３のＡ部の輝度分布１２は、図４（ａ）に示すように、ゴミ１１の影響により、画素位置ｐ_５、ｐ_６において輝度値が１７９に低下し、その他の画素位置では、輝度値が２０４の平坦な分布となっている。
図３のＢ部の輝度分布１３は、図４（ｂ）に示すように画素位置ｐ_１〜ｐ_１０においてすべて輝度値２０４の平坦な分布となっている。
輝度分布１２、１３は、照明部の照度ムラや撮像素子の感度ムラがある場合、照明部３と撮像部４が固定されているために照明ムラや感度ムラによる輝度変化は同一画素位置に現れる。
したがって、輝度分布１２、１３の画素位置ｐ_５、ｐ_６における輝度値の差は、基準サンプル１上のデータ採取位置の差によるもので、照明系と撮像系による輝度ムラとは異なる基準サンプル１上の欠陥によって生じたものであることが判別できる。
また、基準サンプル１は高反射率とされているので、ゴミや汚れが存在するとそれらがない場合に比べて輝度値は低下する。
したがって、検査者が基準サンプル１上にゴミ１１があるかどうか目視により確認しなくても、位置の異なる複数のデータ採取位置で撮像した補正用画像信号７１に対する輝度分布１２、１３を比較することにより、同じ画素位置ｐ_５、ｐ_６において輝度値に差が生じている場合、基準サンプル１上の欠陥によって輝度値が変化したものであることから、この輝度値の変化を起こした画素位置ｐ_５、ｐ_６の正しい輝度値が２０４であることが推定できる。
より高精度に推定を行うには、データ採取位置を変えてさらに多くの輝度分布を取得してそれらを比較するとよい。
なお、測定誤差に基づくランダムな輝度ムラは、同一のデータ採取位置で複数回測定して平均値をとることで除去することができるものである。

そこで、本実施形態のシェーディング補正方法は、図５に示すような過程により実行される。なお、特に断らない限りこれらの過程は、全体制御部７に入力される操作入力に応じて、各制御対象に適宜の制御信号が送られることで実行されるものである。
図５は、本発明の実施形態に係るシェーディング補正方法において、シェーディング補正データを得る方法について説明するためのフローチャートである。
ステップＳ１では、移動台２に基準サンプル１を載置し、移動台２により最初のデータ採取位置に移動する。そして、照明部３、撮像部４の傾斜角の調整など必要な測定準備を行う。
ステップＳ２では、撮像部４により撮像された基準サンプル１上のデータ採取領域の受光量の判定を行う。例えば照明光８の光軸上の画素位置などの適宜画素位置の輝度値と基準サンプル１の基準設定値とを比較し、許容値以上の偏差があるかどうか判定する。
基準サンプル１の基準設定値は、被検体を撮像したとき、正常露出となって高いＳ／Ｎ比が得られるように、基準サンプル１の反射率に応じて設定しておく。
受光量が適正と判定されれば、ステップＳ３を実行する。
受光量が不適切と判定されれば、ステップＳ８を実行する。

ステップＳ８では、適切な受光量が得られるように照明部３の調光を行う。そしてステップＳ２を実行する。

ステップＳ３では、撮像部４により画像信号７０のデータ採取を行い、画像信号７０をデータ採取位置もしくはデータ採取順番の情報とともに、データ処理ユニット６の信号入力部６５に送る。
信号入力部６５では、画像信号７０をデータ採取位置もしくはデータ採取順番の情報とともに、信号記憶部６６に送る。
ここで、画像信号７０は、撮像部４から送られた生データとしてもよいし、複数の画像信号７０を画素ごとに平均処理したり、ノイズフィルタを通過させたりして、ノイズ除去された画像信号７０を形成して、信号記憶部６６に送ってもよい。
信号記憶部６６では、画像信号７０を、データ採取位置もしくはデータ採取順番の情報に応じて読み出し可能な検査用画像信号７２として記憶する。そして、ステップＳ４を実行する。

ステップＳ４では、所定のデータ採取回数に到達したかどうか判定し、所定のデータ採取回数に到達していなければ、移動台２を適宜距離だけ移動させ、データ採取位置を変更する。そして、ステップＳ３を実行する。
所定のデータ採取回数に到達していれば、ステップＳ５を実行する。

ここで、所定のデータ採取回数は、２回以上の適宜回数である。
また、移動距離は、ゴミ１１や汚れなどの概略の大きさが予想されている場合には、その大きさより大きい距離とすることが好ましい。そうすれば、データ採取位置が異なる輝度分布において、ゴミ１１などが同一画素上に現れる確率が極めて小さくなる。ゴミ１１などの大きさは、例えば画像検査装置１００が設置されたクリーンルームのクリーン度などから経験的、実験的に容易に予想できるものである。

データ採取回数と移動距離とは、それぞれを適宜組合せることによりシェーディング補正データの精度を向上させることができる。
例えば、ゴミ１１や汚れなどの大きさや個数が容易に予想できない場合でも、適宜の移動距離でもデータ採取回数を増やして、データ採取領域を増大させることにより、ゴミ１１や汚れの範囲外にある補正用画像信号７１が得られるものである。

ステップＳ５では、信号記憶部６６の記憶された複数の補正用画像信号７１を比較演算部６０に送り、各画素位置での輝度値の大小の比較を行い、輝度値の大きい方をシェーディング補正データの候補として、輝度ムラ除去部６１に送る。
例えば、適宜の補正用画像信号７１を図４（ａ）の輝度分布１２とするとき、画素位置ｐ_５、ｐ_６の輝度値１７９に対して、他の補正用画像信号７１である図４（ｂ）の輝度分布１３との比較から、ｐ_５、ｐ_６の輝度値は、２０４をシェーディング補正データの候補とする。
輝度値が大きい方が候補となるのは、基準サンプル１が高反射率を有するため、ゴミや汚れの影響があれば、輝度は低下するからである。

次にステップＳ６では、輝度ムラ除去部６１により、適宜の補正用画像信号７１の輝度値を、比較演算部６０から送られた各画素位置における最高の輝度値に置換する。
例えば、画素位置ｐ_５、ｐ_６の輝度値を１７９から２０４に置換する。
そして、シェーディング補正データとして、補正データ記憶部６２に送る。
ステップＳ７では、輝度ムラ除去部６１から送られたシェーディング補正データを読み出し可能に記憶する。
このようにしてシェーディング補正データが得られる。

そして、シェーディング補正処理部６３では、検査用画像信号７２が信号記憶部６６から送られたとき、画素ごとにシェーディング補正データを用いてシェーディング補正データが示す輝度ムラ成分を検査用画像信号７２の各ラインデータから除去し、画像データ７３を得る。
例えば、シェーディング補正データの最大値で各画素のシェーディング補正データの値を割って画素ごとの補正係数を算出し、検査用画像信号７２の輝度値を画素ごとに対応する補正係数で割る、といった方法により画像データ７３を得ることができる。
ただし、均一で高反射率の基準サンプル１を読み取ったデータをシェーディング補正データとして用いる方法であれば、これ以外の方法により画像データ７３を求めてもよい。

以上では、簡単のために、データ採取領域内にゴミが１つある場合について説明したが、一般には、位置を変えて複数のデータ採取領域でデータ採取を行っても、全くゴミが付着していない輝度分布が採取できるとは限らない。しかし、データ採取に際して回数や移動距離を適宜設定すれば、どの画素に対しても、少なくともいずれかのデータ採取位置では、ゴミや汚れのない位置での輝度値を採取することが可能となる。
そのため、すべての画像データにゴミなどによる輝度ムラが含まれていてよいし、ゴミの数が複数であってもよい。
例えば、異なるデータ採取位置で、図６（ａ）、（ｂ）に示すような輝度分布１４、１５が得られたとする。すなわち、輝度分布１４、１５にはそれぞれ異なる画素位置のＡ_１部、Ａ_２部にそれぞれ輝度値の低下部分がある。この場合、Ａ_１部に対しては輝度分布１５のＢ_１部、Ａ_２部に対しては、輝度分布１４のＢ_２部というように、輝度が低下していない部分があるので、図６（ｃ）のように、画素ごとに比較演算すれば、それぞれの輝度の最大値のみからなるシェーディング補正データ１６を得ることができる。

また、以上の説明では、データ採取された輝度分布が平坦な場合の例で説明したが、照明部３の照明光学系によっては、像高方向に山形などの輝度ムラが生じたり、波形の周期的な輝度ムラが生じたりする場合がある。その場合でも、照明部３の光軸に対して像高方向に撮像部４の位置が固定されているので、各画素に対する輝度値は変らない。そのため、上記と同様にして、シェーディング補正データを得ることができる。
例えば、図７（ａ）、（ｂ）に示すように、照明部３が山形の輝度ムラを有する場合において、異なるデータ採取位置でそれぞれ輝度分布１７、１８が得られ、それぞれＡ_３部、Ａ_４部に輝度低下部分があるものとする。この場合、Ａ３部に対しては、輝度分布１８のＢ_３部、Ａ_４部に対しては、輝度分布１７のＢ_４部が存在し、それぞれが同じ山形の輝度分布を有している。そこで、画素ごとに輝度値の最大値をとれば、図７（ｃ）に示すように、シェーディング補正データ１９を得ることができる。

このようなシェーディング補正処理は、例えば、画像検査前に毎回行ってもよいが、照明部３の照度分布が安定していれば、補正データ記憶部６２に記憶されたシェーディング補正データを繰り返し利用することで、新たにシェーディング補正処理を行わないようにしてもよい。このようにすれば、検査効率を向上することができる。
また、シェーディング補正処理は、画像検査装置１００の照明部３に含まれる光源のメンテナンスを行う際に、メンテナンスの終了後に必ず実行するようにすることが好ましい。この場合、メンテナンスにより照明光の輝度分布が変化しているにも関わらず過去の古いシェーディング補正データが使用されるという不具合を確実に防止できる。

このように、本実施形態の画像検査装置１００によれば、基準サンプルから取得した複数の輝度分布を比較演算することにより、取得位置に固有の輝度ムラを除去して、シェーディング補正データを生成することができるので、基準サンプルに部分的にゴミが付着したり汚れが生じたりする場合でも精度よく容易にシェーディング補正することができる。
また、ゴミなどの影響が無いと考えられる輝度の最大値からシェーディング補正データを生成するので、例えばゴミなどの影響のあるデータを含めて平均する方法などに比べてより高精度のシェーディング補正を行うことができる。

次に、本実施形態のシェーディング補正方法の変形例について説明する。
本変形例は、上記実施形態において、ステップＳ５、Ｓ６（図５参照）に相当する過程を次のように変形した方法である。
補正用画像信号７１の輝度値を画素ごとに所定の基準輝度値と比較し、その偏差を算出する。そして、偏差の大きさを評価し、所定の許容値以下の輝度値であれば、その画素の輝度データを正常データと判定する。
また偏差が許容値より大きい場合は、異常データと判定する。
このような判定を各補正用画像信号７１について行い、正常データのみを集めることで、データ採取位置固有の輝度ムラを除去したシェーディング補正データを生成する。
正常データを集める方法は、各画素の正常データを各補正用画像信号７１から適宜選択してもよいし、正常データが複数あればそれらを平均してもよい。
ここで、所定の基準輝度値および偏差の許容値は、照明系、撮像系の予想される輝度ムラから予め設定しておくものである。

本変形例では、基準輝度値からの偏差により異常データを除去するので、ゴミなどの影響で正常な輝度値より高輝度となる場合でも異常データを除去することができるという利点がある。

次に、本実施形態の画像検査装置の変形例について説明する。
図８は、本発明の実施形態の変形例に係る画像検査装置の概略構成について説明するための正面視の模式説明図である。図９は、本発明の実施形態の変形例に係る画像検査装置に用いる基準サンプルの輝度分布の取得位置について説明するための斜視説明図である。

本変形例の画像検査装置１０１は、上記実施形態の画像検査装置１００の照明部３、撮像部４、照明制御部５、データ処理ユニット６に代えて、それぞれ照明部２３、撮像部２４、照明制御部２５、データ処理ユニット２６を備える。
照明部２３は、被検体上のエリア状の所定範囲を均一照明するもので、例えば、水平方向に３６０°にわたり、斜め上方から照明光が照射されるリング照明などが採用できる。
撮像部２４は、図示しないが、撮像素子としてＣＣＤエリアセンサと、ＣＣＤエリアセンサ上に、面状のデータ採取領域２０の像を結像する撮像光学系とを備え、基準サンプル１の上方に配置されたものである。
照明制御部２５は、照明部２３の照明条件を制御するための制御手段である。
データ処理ユニット２６は、データ処理ユニット６と同様の構成を備えるが、画像信号７０、補正用画像信号７１、検査用画像信号７２などが、それぞれＣＣＤエリアセンサから送出される２次元画像信号を処理できる構成となっている点のみが異なる。
また、本変形例では、移動台２は、必要に応じて水平方向の２軸方向に移動できるような構成とする。

このような構成によれば、図９に示すように、データ採取領域２０Ａにおいて、基準サンプル１の画像データを取得した後、移動台２を所定方向に距離ｄだけ移動して、データ採取領域２０Ｂの画像データを取得することができる。図示では、データ採取領域２０Ａの１つの稜線に沿って移動しているが、水平方向のいずれの方向に移動してもよい。
ここで、それぞれのデータ採取領域２０Ａ、２０Ｂに共通して、例えば、ゴミ１１がある場合でも、移動距離ｄがゴミ１１の大きさより大きければ、ゴミ１１の像は異なる画素位置に現れるものである。
そのため、どの画素においても、ゴミ１１の影響を受けない輝度値が少なくとも１つは含まれるから、上記実施形態と同様のシェーディング補正方法により、ゴミ１１の影響による輝度ムラを除去したシェーディング補正データを得ることができる。

なお、上記の説明では、基準サンプルを移動機構に載置して移動することにより、データ採取位置を変更する例で説明したが、基準サンプル上のデータ取得位置を可変できればよいので、基準サンプルを固定して、照明部および撮像部を移動する移動機構を設けてもよい。ただし、この場合、照明部と撮像部との間の位置関係を固定した状態で移動するものとする。

また、上記の説明では、落射照明の例で説明したが、照明部と撮像部との位置関係を固定した状態で、基準サンプルに対する相対移動を行うことができれば、透過照明の場合に適用してもよい。この場合、基準サンプルを被検体に対応した透過性の基準サンプルを採用することは言うまでもない。

本発明の実施形態に係る画像検査装置の概略構成を説明するための正面視の模式説明図である。本発明の実施形態に係るシェーディング補正方法を実行するためのデータ処理ユニットの概略構成について説明するための機能ブロック図である。本発明の実施形態に係るシェーディング補正方法における輝度分布の取得位置について説明するための斜視説明図である。図３におけるＡ部、Ｂ部における輝度データの一例について説明するための画素位置と輝度データとの関係を表すグラフである。本発明の実施形態に係るシェーディング補正方法において、シェーディング補正データを得る方法について説明するためのフローチャートである。本発明の実施形態に係るシェーディング補正方法において、複数の輝度分布からシェーディング補正データを得る方法について説明するため模式説明図である。同じく、複数の輝度分布が山形の場合について説明するための模式説明図である。本発明の実施形態の変形例に係る画像検査装置の概略構成について説明するための正面視の模式説明図である。本発明の実施形態の変形例に係る画像検査装置に用いる基準サンプルの輝度分布の取得位置について説明するための斜視説明図である。

符号の説明

１基準サンプル
２移動台（移動機構）
３、２３照明部
４、２４撮像部
６、２６データ処理ユニット
８照明光
９反射光
１０、１０Ａ、１０Ｂ、２０、２０Ａ、２０Ｂデータ採取領域（輝度分布の取得位置）
１１ゴミ
１２、１３、１４、１５、１７、１８輝度分布
１６、１９シェーディング補正データ
６０比較演算部（シェーディング補正手段）
６１輝度ムラ除去部（シェーディング補正手段）
６２補正データ記憶部（シェーディング補正手段）
６３シェーディング補正処理部（シェーディング補正手段）
７０画像信号（輝度信号）

Claims

撮像手段により被検体を撮像して画像検査を行う場合に、基準サンプルの輝度分布を取得することにより、前記撮像手段の画素ごとのシェーディング補正データを生成し、該シェーディング補正データに基づいて、被検体画像の輝度信号の輝度ムラを補正するシェーディング補正方法であって、
前記基準サンプルの輝度分布を取得する際、該輝度分布の取得位置を移動して複数の輝度分布を取得し、
該複数の輝度分布を前記画素ごとに比較演算して、前記輝度分布の取得位置に固有の輝度ムラを除去することにより、前記シェーディング補正データを生成することを特徴とするシェーディング補正方法。
前記シェーディング補正データを生成する際、
前記複数の輝度分布を前記画素ごとに比較演算して、同一画素に対応する輝度データの最大値に置換することにより、前記取得位置に固有の輝度ムラを除去することを特徴とする請求項１に記載のシェーディング補正方法。
前記シェーディング補正データを生成する際、
前記複数の輝度分布を前記画素ごとに比較演算して、所定値より偏差が大きい取得位置での輝度データを異常データ、所定値より偏差が小さい取得位置での輝度データを正常データ、とそれぞれ判定し、
前記異常データを、同一画素に対応する正常データ、もしくは正常データが複数ある場合にはそれらの平均値に置換することにより、前記取得位置に固有の輝度ムラを除去することを特徴とする請求項１に記載のシェーディング補正方法。
前記基準サンプルの輝度分布を取得するための光源のメンテナンスを行うたびに、該メンテナンス終了後に前記基準サンプルによるシェーディング補正データを生成することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のシェーディング補正方法。
被検体に照明光を照射する照明部と、被検体からの反射光を光電変換する撮像部と、基準サンプルを被検体としたときに、前記撮像部により得られた輝度信号から画素ごとのシェーディング補正データを生成し、該シェーディング補正データに基づいて、検査画像の輝度信号の輝度ムラを補正するシェーディング補正手段とを備えた画像検査装置であって、
前記基準サンプルの輝度分布を取得する際、前記照明部および前記撮影部と前記基準サンプルとを相対的に移動する移動機構を有し、
前記シェーディング補正手段が、
該複数の輝度分布を画素ごとに比較演算する比較演算部と、
前記輝度分布の取得位置に固有の輝度ムラを除去する輝度ムラ除去部と、
該輝度ムラ除去部により前記基準サンプルの輝度ムラが除去された輝度データをシェーディング補正データとして記憶する補正データ記憶部とを備えることを特徴とする画像検査装置。