JP2007139431A - 色ムラ欠陥検査方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明の課題は、色ムラの形状や大きさに関係なく高精度に色ムラを検査する色ムラ欠陥検査方法および装置を提供することである。
【解決手段】検査対象物を撮像して、輝度値を含む画素データを作成して、この輝度値から、所定の方向の輝度１次微分値を作成して、絶対値が最大の輝度１次微分値を選択して、１次微分画素データを作成する１次微分画素データ作成ステップと、１次微分画素データを２値化して、色ムラ境界を抽出して、色ムラ境界の１次微分画素データの方向情報を傾きとする線分を、色ムラ領域内に作成して、線分上の１次微分画素データに対応する画素データを取得する色ムラ領域画素データ取得ステップと、取得した画素データから、最大輝度値と最小輝度値と位置情報を選択して、輝度差と輝度変化率を算出して、検査基準値を用いて、これを検査する色ムラ検査ステップと、を含んだ手順でなされることを特徴とする色ムラ欠陥検査方法である。
【選択図】図１

Description

本発明は、検査対象物の反射光、または、透過光による光学強度の変化を利用した検査方法及び装置に関するものである。

従来から、製造工程においては、製造物の色ムラの有無や色ムラの程度を調べるときに、対象物からの反射光、または、透過光を観測して、検査判定を行っている。

たとえば、特許文献１には、印刷工程において、検査対象となる色ムラの形状や大きさに応じた２次微分フィルタを用意しておき、入力画像を２次微分処理して、色ムラの部分を抽出して検査する技術が開示されている。（従来技術１）
特願２００１−２８０５９号公報（４−６頁、図１−２１）

しかし、従来技術１では、対象物に発生する色ムラに関して、全ての形状や大きさが事前に分かることが困難な場合には、限られた種類の２次微分フィルタを用いて検査を行わざるを得ないために、精度良く色ムラを抽出することが出来ないという欠点があった。

本発明はこのような従来技術を考慮してなされたものであって、本発明の課題は、色ムラの形状や大きさに関係なく高精度に色ムラを検査する色ムラ欠陥検査方法、および、装置を提供することである。

本発明は、以下のような解決手段により、前記課題を解決する。すなわち、請求項１の発明は、２次元配列画素データを所定の方向に１次微分する１次微分フィルタと、輝度差と輝度変化率の検査基準値を含む検査基準値とを利用する色ムラ検査方法であって、検査対象物を撮像して、輝度値を含む画素データを作成して、２次元画像メモリに記憶する画像読取ステップと、画素データの輝度値に対して、各１次微分フィルタを用いて、方向情報を持った輝度１次微分値を作成して、この中から、絶対値が最大の輝度１次微分値とそのときの方向情報を選択して、これを含む１次微分画素データを作成する１次微分画素データ作成ステップと、１次微分画素データを所定の閾値で２値化して、色ムラ領域の境界の１次微分画素データを抽出する色ムラ領域抽出ステップと、前記色ムラ境界の１次微分画素データの方向情報を傾きとする線分を、この１次微分画素データを含む色ムラ領域内に作成して、線分上の１次微分画素データに対応する画素データを取得する色ムラ領域画素データ取得ステップと、取得した画素データから、最大輝度値と最小輝度値とそのときの位置情報を選択して、輝度差と輝度変化率を算出する輝度変化情報算出ステップと、検査基準値を用いて、輝度差と輝度変化率を検査する色ムラ検査ステップと、を含んだ手順でなされることを特徴とする色ムラ欠陥検査方法である。

このように、色ムラな領域の最大輝度値と最小輝度値を抽出して、輝度差と輝度変化率を求めることで、小さな輝度差の大寸法の色ムラや大きな輝度変化率の小寸法の色ムラを検査して発見することができる。

請求項２の発明は、ノイズカットフィルタを用いて、２次元画像メモリの撮影画素データからノイズ成分を除去して、画素データを生成するノイズ除去ステップを含んだ手順でなされることを特徴とする請求項１に記載の色ムラ欠陥検査方法である。

請求項３の発明は、２次元配列画素データを所定の方向に１次微分する１次微分フィルタと、輝度差と輝度変化率の検査基準値を含む検査基準値とを記憶する記憶手段と、検査対象物を撮像して、輝度値を含む画素データを取得して、２次元画像メモリに記憶する画像読取手段と、画素データの輝度値に対して、各１次微分フィルタを用いて、方向情報を持った輝度１次微分値を作成して、この中から、絶対値が最大の輝度１次微分値とそのときの方向情報を選択して、これを含む１次微分画素データを作成する１次微分画素データ作成手段と、１次微分画素データを所定の閾値で２値化して、色ムラ領域の境界の１次微分画素データを抽出する色ムラ領域抽出手段と、前記色ムラ境界の１次微分画素データの方向情報を傾きとする線分を、この１次微分画素データを含む色ムラ領域内に作成して、線分上の１次微分画素データに対応する画素データを取得する色ムラ領域画素データ取得手段と、取得した画素データから、最大輝度値と最小輝度値とそのときの位置情報を選択して、輝度差と輝度変化率を算出する輝度変化情報算出手段と、輝度差と輝度変化率をそれぞれの検査基準値と比較して、検査する色ムラ検査手段と、を備えることを特徴とする色ムラ欠陥検査装置である。

請求項４の発明は、ノイズカットフィルタを用いて、２次元画像メモリの撮影画素データからノイズ成分を除去して、画素データを生成するノイズ除去手段、を備えることを特徴とする色ムラ欠陥検査装置である。

請求項５の発明は、コンピュータに組込むことによって、コンピュータを請求項３、または、請求項４に記載の色ムラ欠陥検査装置として動作させるコンピュータプログラムである。

請求項６の発明は、請求項５に記載のコンピュータプログラムを記録したコンピュータ読取り可能な記録媒体である。

本願発明によれば、色ムラの形状や大きさに関係なく高精度に色ムラを検査することが可能である。また、輝度変化が緩やかな場合にも、色ムラを確実に検査することが可能である。

（実施例）
以下、図面等を参照しながら、本発明の実施の形態について、更に詳しく説明する。図１は、色ムラ欠陥検査装置１００の大まかな構成図である。色ムラ欠陥検査装置１００は、検査対象物の色ムラを検査する。画像読取機器１１０（たとえば、ラインセンサカメラ）を備える。ラインセンサカメラ１１０は、検査対象物を照明する光源を備える。色ムラ欠陥検査装置１００は、ラインセンサカメラ１１０が撮影して生成した画素データ１９５と、画素データ１９５を所定の方向に一次微分する一次微分フィルタデータ１９１と、色ムラ欠陥検査の検査基準値１９７とラインセンサカメラ１１０が撮影した画素データ１９５のノイズ成分を除去するノイズカットフィルタデータ１９３を保持する。

尚、本発明は対象物を撮像して得られる入力画像から色ムラを検査する際の検査処理に特徴があり、使用するカメラや光学系を限定するものではない。

図２は、本発明による色ムラ欠陥検査装置の大まかな動作フローの説明図である。色ムラを持つ検査対象物をラインセンサ１１０で撮像して、輝度値を含む画素データを取得して、撮影画素データ１９５を作成して、２次元画像メモリに記憶する（図２（ア））。

色ムラ欠陥検査装置１００は、ノイズカットフィルタデータ１９３を用いて、２次元画像メモリの撮影画素データからノイズ成分を除去して、画素データ１９５を生成する（同（カ））。ここで、ノイズカットフィルタには、ガウシアンフィルタやメディアンフィルタや平均値フィルタなどがあり、除去したいノイズに応じて適切なフィルタを用いればよい。たとえば、ソルト＆ペッパーノイズにはメディアンフィルタが望ましく、弱いノイズにはガウシアンフィルタが望ましく、強いノイズには平均値フィルタが用いるのが望ましい。

色ムラ欠陥検査装置１００は、方向別に輝度値を１次微分する１次微分フィルタデータ１９１を用いて、画素データ１９５の各画素データを１次微分して、方向情報を持った輝度の１次微分値を作成する。この１次微分値の中から、絶対値が最大な輝度１次微分値を選択して、これを含む１次微分画素データを作成する（同（サ））。ここで、１次微分フィルタには、SobelフィルタやPrewittフィルタを用いればよい。

色ムラ欠陥検査装置１００は、各１次微分画素データで構成される１次微分画素データを作成して、２値化して、色ムラ領域を抽出する（同（シ））。

色ムラ欠陥検査装置１００は、色ムラ領域境界の１次微分画素データから１つを選択して、この１次微分画素データの方向情報を持った線分を設定して、その線分上の画素データを選択する。（同（タ））。色ムラ欠陥検査装置１００は、選択した画素データから、最大輝度値と最小輝度値を抽出して、輝度差と輝度変化率１９３を算出する。（同（チ））。色ムラ領域境界の全ての１次微分画素データについて、（タ）（チ）を繰り返す。

色ムラ欠陥検査装置１００は、算出した輝度差と輝度変化率とを、検査基準値１９７と所定の方法で比較して、検査基準値を超えれば「色ムラである」、検査基準値以内であれば「色ムラでない」と判定する（同（ハ））。

図３は、色ムラの視認の説明図である。人が色ムラを認識する時には、色ムラ領域と非色ムラ領域の境界部での輝度の傾き(輝度変化率)が重要となる。たとえば、２つの領域の輝度差が大きくても、その変化が緩やかであると、輝度変化率が小さくて、色ムラを視認しにくい。他方、輝度差が小さくても、その変化が急峻であると、輝度変化率が大きくて、色ムラを視認しやすい。

図４は、方向別輝度１次微分フィルタデータ１９１の説明図である。方向別輝度１次微分フィルタデータ１９１は、2次元配列された画素データの輝度値を、所定の方向に１次微分する。ここで、色ムラ領域の境界の輝度変化は一般に緩やかであるので、注目する画素と微分演算する対象の画素の間隔は、３画素を離す。そこで、１次微分フィルタデータ１９１は、７行７列の行列フィルタである。また、微分の方向は、水平方向、垂直方向、４５度方向、１３５度方向などの４方向のフィルタを使用する。

たとえば、水平方向に１次微分するSobelフィルタデータは、（「０，０，０，０，０，０，０，０」「０，０，０，０，０，０，０，０」「−１，０，０，０，０，０，０，１」「−２，０，０，０，０，０，０，−２」「−１，０，０，０，０，０，０，１」「０，０，０，０，０，０，０，０」「０，０，０，０，０，０，０，０」）のように、記述される。同様に、４５度方向１次微分するフィルタの行列は、（「０，０，０，０，０，０，−１，−２」「０，０，０，０，０，０，０，−１」「０，０，０，０，０，０，０，０」「０，０，０，０，０，０，０，０」「０，０，０，０，０，０，０，０」「１，０，０，０，０，０，０，０」「２，１，０，０，０，０，０，０」）のように、記述される。

このように、１次微分フィルタは、色ムラの形状や大きさに依存しない。また、この１次微分フィルタでは、注目する画素と微分演算する対象の画素の間隔を、３画素以上に離しても、たとえば、９行９列の行列フィルタでも、同様の効果を得ることができる。

図５は、輝度変化率の算出式の説明図である。輝度変化率の式は「輝度変化率＝（最大輝度値−最小輝度値）／（最大輝度値の画素と最小輝度値の画素の距離）」である。

図６は、画素データから輝度差と輝度変化率を算出する手順の説明図である。１次元微分フィルタで９１を用いて、色ムラのある画素データを１次元微分処理して、１次元微分画素データを生成する（図６（１））。１次元微分画素データを所定の閾値で２値化して、色ムラ領域の境界を認識して、境界線上の画素データを抽出する（同（２））。

１つの境界線上の画素データを選択する（同（３））。画素データの方向情報の直線を引く（同（４））。引かれた直線の領域内の線分上にある画素データを選択する（同（５））。選択された各画素データの中から、最大輝度値と最小輝度値を選択して、これの差を算出して、輝度差を求める。上記最大輝度値を有する画素と最小輝度値を有する画素との距離を算出して、輝度差を除算して、輝度変化率を算出する（同（６））。ここで、全ての境界線上の画素データについて、（同（３））から（同（６））を繰り返す。

図７は、色ムラ欠陥検査装置１００の詳細な構成図である。色ムラ欠陥検査装置１００は、画像読取手段１１０と、ノイズ除去手段１２０と、１次微分画素データ作成手段１３０と、色ムラ領域抽出手段１５０と、色ムラ領域画素データ取得手段１６０と、輝度変化情報算出手段１７０と、色ムラ検査手段１８０と、記憶手段１９０とを備える。記憶手段１９０は、ノイズカットフィルタと、１次微分フィルタ１９１と、検査基準値１９７とを記憶する。

検査基準値１９７は、輝度差の検査基準値と輝度変化率の検査基準値を含む。

画像読取手段１１０は、検査対象物を光学撮像素子で撮像して、輝度値を含む画素データを取得して、２次元画像メモリに記憶する。ノイズ除去手段１２０は、ノイズカットフィルタデータ１９３を用いて、２次元画像メモリの画素データからノイズ成分を除去する。１次微分画素データ作成手段１３０は、各１次微分フィルタデータ１９１を用いて、画素データの輝度値の１次微分値を算出して、方向情報を持った輝度１次微分値を作成して、この中から、絶対値が最大の輝度１次微分値を選択して、これを含む１次微分画素データを作成する。色ムラ領域抽出手段１５０は、１次微分画素データを所定の閾値で２値化して、色ムラ領域の境界の１次微分画素データを含んだ色ムラ領域を抽出する。色ムラ領域画素データ取得手段１６０は、１次微分画素データの方向情報を取得して、この方向の直線をこの１次微分画素データに通過するように設定して、この直線上の色ムラ領域の１次微分画素データを選択して、これに対応する画素データを取得する。輝度変化情報算出手段１７０は、選択した画素データの中の最大輝度値と最小輝度値とそれぞれの位置情報を取得して、両者の輝度差と両者の輝度変化率を算出する。色ムラ検査手段１８０は、輝度差と輝度変化率をそれぞれの検査基準値１９７と比較して、検査する。

ノイズ除去手段１２０と、１次微分画素データ作成手段１３０と、色ムラ領域抽出手段１５０と、色ムラ領域画素データ取得手段１６０と、輝度変化情報算出手段１７０と、色ムラ検査手段１８０とは、コンピュータプログラムである。記憶手段１９０は、不揮発性メモリである。画像読取手段１１０は、ＣＣＤカメラである。ノイズカットフィルタデータ１９３は、コンピュータプログラムが可読なデータである。１次微分フィルタデータ１９１と、検査基準値１９７とは、コンピュータプログラムが可読なテキストデータである。画素データ１９５は、コンピュータプログラムが可読なビットマップデータである。

図８は、色ムラ欠陥検査処理のフローチャートである。
（１）画像読取手段１１０は、検査対象物を光学撮像素子で撮像して、輝度値を含む画素データを取得して、２次元画像メモリに記憶する。（ステップＳ１１０）
（２）ノイズ除去手段１２０は、ノイズカットフィルタデータ１９３を用いて、２次元画像メモリの画素データからノイズ成分を除去する。（ステップＳ１１１）
（２）２次元画像メモリにおいて、選択していない画素データがあれば、１つの画素データを選択して、次のステップに進む。全ての画素データを選択していれば、ステップＳ１２７に進む。（ステップＳ１２０）
（３）１次微分画素データ作成手段１３０は、各１次微分フィルタデータ１９１を用いて、画素データの輝度の１次微分値を算出して、方向情報を持った輝度１次微分値を作成して、この中から、絶対値が最大の輝度１次微分値を選択して、これを含む１次微分画素データを作成する。（ステップＳ１２２）
（４）色ムラ領域抽出手段１５０は、１次微分画素データを所定の閾値で２値化して、色ムラ領域の境界の１次微分画素データを含んだ色ムラ領域を抽出する。（ステップＳ１２７）
（５）抽出された色ムラ領域において、選択していない色ムラ領域があれば、１つの色ムラ領域を選択して、次のステップに進む。全ての色ムラ領域を選択していれば、終了する。（ステップＳ１４０）
（６）選択された色ムラ領域において、選択していない１次微分画素データがあれば、１つの１次微分画素データを選択して、次のステップに進む。全ての１次微分画素データを選択していれば、ステップＳ１５２に進む。（ステップＳ１５０）
（７）色ムラ領域画素データ取得手段１６０は、１次微分画素データの方向情報を取得して、この方向の直線をこの１次微分画素データに通過するように設定して、この直線上の色ムラ領域の１次微分画素データを選択して、これに対応する画素データを取得する。（ステップＳ１５５）
（８）輝度変化情報算出手段１７０は、選択した画素データの中の最大輝度値と最小輝度値とそれぞれの位置情報を取得して、両者の輝度差と両者の輝度変化率を算出する。ステップＳ１５０に戻る。（ステップＳ１５７）
（９）色ムラ検査手段１８０は、各算出された輝度差と輝度変化率を、それぞれの検査基準値１９７（輝度差の検査基準値と輝度変化率の検査基準値）と比較して、１つでも検査基準値１９７を超えれば「色ムラである」、全てが検査基準値以内であれば「色ムラでない」と判定する。ステップＳ１４０に戻る。（ステップＳ１５２）

なお、人間にとって目立つ小さな色ムラを優先して検査したい場合は、色ムラ検査手段１８０において、輝度変化率と輝度変化率の検査基準値とを比較させて、１つでも検査基準値を超えれば「色ムラである」と判定すればよい。
また、大きな色ムラを優先して検査したい場合は、色ムラ検査手段１８０において、輝度差と輝度差の検査基準値とを比較させて、１つでも検査基準値を超えれば「色ムラである」と判定すればよい。

以上詳しく説明したように、本願発明によれば、色ムラの形状や大きさに関係なく高精度に色ムラを検査することが可能になった。また、輝度変化が緩やかな場合にも、色ムラを確実に検査することが可能になった。

本発明による色ムラ欠陥検査装置の全体構成図 本発明による色ムラ欠陥検査装置の大まかな動作フロー 色ムラの視認の説明図 方向別輝度１次微分フィルタの説明図 輝度変化率の算出式の説明図 画素データから色ムラ判定までの処理手順の説明図 色ムラ欠陥検査装置の詳細な構成図 色ムラ欠陥検査処理のフローチャート

符号の説明

１００ 色ムラ欠陥検査装置
１１０ 画像読取手段インセンサカメラ画像読取機器
１２０ ノイズ除去手段
１３０ １次微分画素データ作成手段
１５０ 色ムラ領域抽出手段
１６０ 色ムラ領域画素データ取得手段
１７０ 輝度変化情報算出手段
１８０ 色ムラ検査手段
１９０ 記憶手段
１９１ 一次微分フィルタデータ
１９３ ノイズカットフィルタデータ
１９５ 画素データ
１９７ 検査基準値

Claims (6)

1. ２次元配列画素データを所定の方向に１次微分する１次微分フィルタと、輝度差と輝度変化率の検査基準値を含む検査基準値とを利用する色ムラ検査方法であって、
   検査対象物を撮像して、輝度値を含む画素データを作成して、２次元画像メモリに記憶する画像読取ステップと、
   画素データの輝度値に対して、各１次微分フィルタを用いて、方向情報を持った輝度１次微分値を作成して、この中から、絶対値が最大の輝度１次微分値とそのときの方向情報を選択して、これを含む１次微分画素データを作成する１次微分画素データ作成ステップと、
   １次微分画素データを所定の閾値で２値化して、色ムラ領域の境界の１次微分画素データを抽出する色ムラ領域抽出ステップと、
   前記色ムラ境界の１次微分画素データの方向情報を傾きとする線分を、この１次微分画素データを含む色ムラ領域内に作成して、線分上の１次微分画素データに対応する画素データを取得する色ムラ領域画素データ取得ステップと、
   取得した画素データから、最大輝度値と最小輝度値とそのときの位置情報を選択して、輝度差と輝度変化率を算出する輝度変化情報算出ステップと、
   検査基準値を用いて、輝度差と輝度変化率を検査する色ムラ検査ステップと、
   を含んだ手順でなされることを特徴とする色ムラ欠陥検査方法。
2. ノイズカットフィルタを用いて、２次元画像メモリの撮影画素データからノイズ成分を除去して、画素データを生成するノイズ除去ステップ、
   を含んだ手順でなされることを特徴とする請求項１に記載の色ムラ欠陥検査方法。
3. ２次元配列画素データを所定の方向に１次微分する１次微分フィルタと、輝度差と輝度変化率の検査基準値を含む検査基準値とを記憶する記憶手段と、
   検査対象物を撮像して、輝度値を含む画素データを取得して、２次元画像メモリに記憶する画像読取手段と、
   画素データの輝度値に対して、各１次微分フィルタを用いて、方向情報を持った輝度１次微分値を作成して、この中から、絶対値が最大の輝度１次微分値とそのときの方向情報を選択して、これを含む１次微分画素データを作成する１次微分画素データ作成手段と、
   １次微分画素データを所定の閾値で２値化して、色ムラ領域の境界の１次微分画素データを抽出する色ムラ領域抽出手段と、
   前記色ムラ境界の１次微分画素データの方向情報を傾きとする線分を、この１次微分画素データを含む色ムラ領域内に作成して、線分上の１次微分画素データに対応する画素データを取得する色ムラ領域画素データ取得手段と、
   取得した画素データから、最大輝度値と最小輝度値とそのときの位置情報を選択して、輝度差と輝度変化率を算出する輝度変化情報算出手段と、
   輝度差と輝度変化率をそれぞれの検査基準値と比較して、検査する色ムラ検査手段と、
   を備えることを特徴とする
   色ムラ欠陥検査装置。
4. ノイズカットフィルタを用いて、 ２次元画像メモリの撮影画素データからノイズ成分を除去して、画素データを生成するノイズ除去手段、
   を備えることを特徴とする請求項３に記載の色ムラ欠陥検査装置。
5. コンピュータに組込むことによって、コンピュータを請求項３、または、請求項４に記載の色ムラ欠陥検査装置として動作させるコンピュータプログラム。
6. 請求項５に記載のコンピュータプログラムを記録したコンピュータ読取り可能な記録媒体。
   

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