JP2009168743A - 検査方法および検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】食品検査のスループットの向上が可能な検査方法および検査装置を提供する。
【解決手段】検査装置１は、検査対象物９０である食品における異物の有無または品質を検査する装置であって、検査対象物９０を含む領域に近赤外領域の光を照射する照明部１０と、複数の受光素子を含み、近赤外領域の光の照射範囲において当該照射に伴って生じる光を或る時間間隔で繰り返して検出して受光する受光部２０と、受光部２０から受光強度に応じて出力される信号群を解析して、そのうち重要度が高いと判断した信号群に基づいて複数の特徴点を抽出する解析部３０と、その抽出の結果として得られた特徴点を画面表示する表示部４０と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、検査対象物である食品における異物の有無または品質を検査する方法および装置に関するものである。

近年、食品に対する安全性の要求が高まりつつある。例えば食品の鮮度や品質についてインラインで分析する必要性が高まっている。肉眼で見分ける方法もあるが、個人差があり識別限界もある。一方、食品製造において異物混入は重要な問題であり、異物の混入形態は様々である。異物が食品と同色であったり、異物が食品に埋もれていたりする場合に対して、可視での異物の検出は困難になる。

このような問題点を解決することを意図した発明が例えば特許文献１〜４に開示されている。食品の品質検査や異物検査の方法として、透過性がよく可視の色の影響を受けない近赤外光を用いた分析が注目されている。さらに、複数波長の光を用いて各波長での測定データを解析することにより、食品の成分分析を行うこともできる。
特開２００４−３０１６９０号公報 特開２００７−０１０６４７号公報 特開２０００−１５７９３６号公報 特開２００１−０９９７８３号公報

しかし、例えばライン上を多数の食品が移動しているような場合に、これらの食品を上記の近赤外光を用いた方法によりインラインで検査しようとすると、大量のデータを高速に処理することが必要となる。それ故、食品検査のスループットの向上にも限界がある。

本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、食品検査のスループットの向上が可能な検査方法および検査装置を提供することを目的とする。

本発明に係る検査方法は、検査対象物である食品における異物の有無または品質を検査する方法であって、検査対象物を含む領域に近赤外領域の光を照射し、複数の受光素子を含む受光部により、近赤外領域の光の照射範囲において当該照射に伴って生じる光を或る時間間隔で繰り返して検出して受光し、受光部から受光強度に応じて出力される信号群を解析して、そのうち重要度が高いと判断した信号群に基づいて複数の特徴点を抽出し、その抽出の結果として得られた特徴点を画面表示する、ことを特徴とする。

本発明に係る検査方法では、照射範囲において当該照射に伴って生じる光を分光して、その分光後の各波長成分の光を受光部により受光するのが好適である。本発明に係る検査方法では、照射範囲において当該照射に伴って生じる光の空間的分布を受光部により受光するのが好適である。

本発明に係る検査方法では、受光部から受光強度に応じて出力される信号群を解析する際に、解析時間から設定される比率で信号群をランダムに間引いた後に解析をするのが好適である。受光部から受光強度に応じて出力される信号群を解析する際に、受光強度が設定範囲にある信号群について選択的に解析をするのも好適である。また、受光部から受光強度に応じて出力される信号群を解析する際に、これら信号群の相互関係を調べ、隣り合う領域の結果の差が設定値より小さい場合に、その信号群を統合した後に解析をするのも好適である。

本発明に係る検査装置は、検査対象物である食品における異物の有無または品質を検査する装置であって、検査対象物を含む領域に近赤外領域の光を照射する照明部と、複数の受光素子を含み、近赤外領域の光の照射範囲において当該照射に伴って生じる光を或る時間間隔で繰り返して検出して受光する受光部と、受光部から受光強度に応じて出力される信号群を解析して、そのうち重要度が高いと判断した信号群に基づいて複数の特徴点を抽出する解析部と、その抽出の結果として得られた特徴点を画面表示する表示部と、を備えることを特徴とする。

本発明に係る検査装置では、照射範囲において当該照射に伴って生じる光を波長分岐する分光部を更に備え、受光部が分光部による分光後の各波長成分の光を受光するのが好適である。本発明に係る検査装置では、照射範囲において当該照射に伴って生じる光の空間的分布を受光部により受光するのが好適である。

本発明に係る検査装置では、解析部が、受光部から受光強度に応じて出力される信号群を解析する際に、解析時間から設定される比率で信号群をランダムに間引いた後に解析をするのが好適である。解析部が、受光部から受光強度に応じて出力される信号群を解析する際に、受光強度が設定範囲にある信号群について選択的に解析をするのも好適である。また、解析部が、受光部から受光強度に応じて出力される信号群を解析する際に、これら信号群の相互関係を調べ、隣り合う領域の結果の差が設定値より小さい場合に、その信号群を統合した後に解析をするのも好適である。

本発明によれば、食品検査のスループットの向上が可能となる。

以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための最良の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

図１は、第１実施形態に係る検査装置１の構成図である。この図に示される検査装置１は、検査対象物９０としての食品における異物の有無または品質を検査する装置であって、照明部１０，受光部２０，解析部３０および表示部４０を備える。

検査対象物９０としての食品には、食品製造過程で扱われる素材または加工品が含まれる。また、検査対象物９０には食品の他に異物や夾雑物も含まれる場合があり、これらの具体的例としては、毛髪、繊維、素材の残り（植物の皮、種、動物の骨など）、虫が挙げられる。検査時には、検査対象物９０は、容器に容れられていたり、コンベアに載って移動していたり、空中に浮いたりしており、その位置が経時的に変化し、平行移動しているのが好ましい。

照明部１０は、検査対象物９０を含む領域に近赤外領域の光Ａを照射する。この照明部１０から出力される光Ａは、波長範囲９００ｎｍ〜２５００ｎｍに含まれる何れかの波長の光を少なくとも含み、他の波長の光を含んでいてもよい。

受光部２０は、複数の受光素子を含み、近赤外領域の光Ａの照射範囲において当該照射に伴って生じる光Ｂの空間的分布を或る時間間隔で繰り返して検出して受光する。この受光部２０は、近赤外領域の光を検出することが可能なＩｎＧａＡｓ，ＭＣＴ，ＰｂＳｅ，ＩｎＳｂ等の半導体からなる複数の受光素子がアレイ状に並べられて構成される。この受光部２０が受光する光Ｂは、検査対処物９０において光Ａが透過，反射または散乱されて生じた光である。

解析部３０は、受光部２０から受光強度に応じて出力される信号群を解析して複数の特徴点を抽出する。ここで、解析部３０からの出力の態様としては、受光部２０の各受光素子における受光強度を色調に変換して示す第１態様、受光部２０の各受光素子における受光強度が設定条件に合致するか否かを示す第２態様（例えば２値化表示）、および、受光部２０の各受光素子における受光強度を複数の設定条件によって分類して示す第３態様（例えば連結画素のグルーピング）、等が考えられる、また、解析部３０は、これらの処理を行う前にメディアンフィルタやラプラシアンフィルタなど２次元情報を生かした画像処理を行って、ノイズ除去やコントラスト向上を図ることが望ましい。

表示部４０は、解析部３０による抽出の結果として得られた特徴点を画面表示する。ここで、表示部４０における表示の態様としては、各画素の結果を表示することとしてもよいし、上記の解析部３０の第２態様または第３態様に応じて特定の設定条件を満たした画素の数を表示してもよい。また、解析部３０は、数値の形で得られる場合、アラーム音を出したり、別の装置にトリガ信号を行ったりすることも考えられる。例えば、除去装置にトリガ信号を送れば、異物を検出した時にその異物と思われるものを除去装置により除去することが可能となる。

図２は、第１実施形態に係る検査装置１のうち照明部１０から受光部３０までの構成を示す斜視図である。この図に示されるように、食品９１および異物（夾雑物を含む）９２を含む検査対象物９０は、ベルトコンベア９３に載って一定方向に平行移動している。このような検査対象物９０を含む領域に対して、照明部１０から出力された近赤外領域の光Ａが照射される。そして、近赤外領域の光Ａの照射範囲において当該照射に伴って生じる光Ｂは、複数の受光素子がアレイ配置された受光部２０により、或る時間間隔で繰り返して検出されて受光される。

図３は、第２実施形態に係る検査装置２の構成図である。この図に示される検査装置２は、検査対象物９０としての食品における異物の有無または品質を検査する装置であって、照明部１０，受光部２０，解析部３０，表示部４０および分光部５０を備える。図１に示された第１実施形態に係る検査装置１の構成と比較すると、この図３に示される第２実施形態に係る検査装置２は、分光部５０を更に備える点で相違する。

分光部５０は、検査対象物９０と受光部２０との間に設けられ、照明部１０による光Ａの照射範囲において当該照射に伴って生じる光Ｂを分光する。受光部２０は、分光部５０による分光後の各波長成分の光を受光して、光Ｂのスペクトルを表す信号を出力する。そして、解析部３０は、受光部２０から出力されるスペクトルを表す信号を入力して、これを解析する。

なお、分光器５０に入力される光Ｂは、検査対象物９０における１箇所の領域から生じたものとは限られず、検査対象物９０における複数箇所の領域から生じたものであってもよい。後者の場合、受光部２０より後段においては、波長および位置の軸からなる２次元情報として扱うことも可能である。

解析部３０からの出力の態様としては、選択した波長または波長帯域の強度を色調に変換して示す態様や、検量線を用いて定量化した結果を示す態様、が考えられる。また、解析部３０は、これらの処理を行う前に、スムージング，ベースライン補正，２次微分等のスペクトル前処理を行って、ノイズ除去やばらつき減少を図ることが望ましい。

上記のような検査装置１，２において、ライン上を多数の検査対象物９０が移動しているような場合に、これらの検査対象物９０を上記の近赤外光Ａを用いた方法によりインラインで検査しようとすると、解析部３０において大量のデータを高速に処理することが必要となり、それ故、食品検査の処理時間を短縮してスループットを向上させることが求められる。

検査対象物９０としての食品を画像検査する場合、不定形で個数が膨大である検査対象物９０は整列していない状態で検査することが必要である。また、加工品のように製造ラインの流れで整列した状態で検査できるものでも、複数のラインを同時に検査する必要が考えられる。さらに検査対象物９０が細長い場合は、特定方向のみ解像度の高さが必要になる場合が考えられる。以上のようなことから、全ての領域を均一に検査すると冗長なデータを多く拾ってしまう。また、食品をスペクトル検査する場合、各々の検査対象物９０の構成成分の存在によって見られる光吸収は限られた帯域に存在している。それ故、連続的なスペクトルを検出しても、その中に不要なデータが出てきてしまう。そこで、解析部３０において、受光部２０から受光強度に応じて出力される信号群を解析して、そのうち重要度が高いと判断した信号群に基づいて複数の特徴点を抽出することにより、高効率な検出を行う。

検査対象物９０としての食品は、人工物とは異なり、構造が比較的均一で、成分が多種の物質で構成されているので、スペクトルが比較的緩やかである。それ故、検査対象物９０としての食品は、受光部２０により得られる画像またはスペクトルによる検査では、受光部２０における隣接する受光素子の強度が近いことが多い。また、検査対象物９０としての食品の品質異常または異物混入があることを知らせるだけで充分であって、品質異常または異物混入の詳細な場所を特定する必要がない場合もある。そこで、本実施形態では、食品または検査方法の特徴を利用して、処理すべきデータの量を削減することによって処理時間の短縮を行う。なお、以下では、画像を中心にして説明するが、スペクトルについても同様の処理をすることができる。

図４は、第１，第２の実施形態に係る検査装置１，２に含まれる解析部３０の処理内容の一例を説明する図である。同図（ａ）は、受光部２０から出力されて解析部３０に入力される画像データ（信号群）を模式的に示す。同図（ｂ），（ｃ）は、解析部３０に入力される画像データ（信号群）のうちからデータを間引く様子を模式的に示す。同図（ａ）に示されるように、画像データ８０には、検査対象物の部分データ８１と、検査対象物以外の背景の部分データ８２とが、含まれる。同図（ａ）〜（ｃ）において、背景の部分データ８２に対し検査対象物の部分データ８１は濃色で示されている。

解析部３０は、受光部２０から受光強度に応じて出力される信号群である画像データ８０を解析する際に、解析時間から設定される比率で信号群を間引いた後に解析をする。すなわち、同図（ｂ）に示されるように、解析部３０は、検査対象物の部分データ８１および背景の部分データ８２を区別することなく、一定の比率でランダムに画素データを間引く。或いは、同図（ｃ）に示されるように、解析部３０は、検査対象物の部分データ８１の間引き率を背景の部分データ８２の間引き率より小さくして、部分データ８１，８２の画素データを間引く。

画像データ８０から画素数を間引いても、隣接する画素で補間でき、検査能力を落とさずにデータ数を減少することができる。間引きの方法は均一に行っても良いが、検出強度に応じて間引きの率を変えることにより、間引き率を大きくすることができる。均一な間引きを行えば、データの並びから凡その位置は特定できるので支障はない。

図５は、第１，第２の実施形態に係る検査装置１，２に含まれる解析部３０の処理内容の一例を説明する図である。同図（ａ）は、受光部２０から出力されて解析部３０に入力される画像データ（信号群）を模式的に示す。同図（ｂ）は、解析部３０に入力される画像データ（信号群）のうちから特定のデータを選択する様子を模式的に示す。同図（ｃ）は、その選択した特定のデータを後の解析に用いることを模式的に示す。同図（ａ）に示されるように、画像データ８０には、検査対象物の部分データ８１と、検査対象物以外の背景の部分データ８２とが、含まれる。同図（ａ）において、背景の部分データ８２に対し検査対象物の部分データ８１は濃色で示されている。

この場合、解析部３０は、受光部２０から受光強度に応じて出力される画像データ（信号群）を解析する際に、受光強度が設定範囲にある信号群を選択して（同図（ｂ）、その選択した信号群について解析をする（同図（ｃ））。

加工品のように検出強度がある範囲に収まりやすいものである場合は、強度が設定条件に入る画素を選択し、それらだけを解析することも可能である。位置を特定することができなくなる場合があるが、異常を検出するだけであればこの方法は適用可能である。

図６は、第１，第２の実施形態に係る検査装置１，２に含まれる解析部３０の処理内容の一例を説明する図である。同図（ａ）は、受光部２０から出力されて解析部３０に入力される画像データ（信号群）を模式的に示す。同図（ｂ）は、解析部３０に入力される画像データ（信号群）の統合の様子を示す図である。同図（ａ）に示されるように、画像データ８０には、検査対象物の部分データ８１と、検査対象物以外の背景の部分データ８２とが、含まれる。同図（ａ）（ｂ）において、背景の部分データ８２に対し検査対象物の部分データ８１は濃色で示されている。

この場合、解析部３０は、受光２０部から受光強度に応じて出力される画像データ（信号群）を解析する際に、各画素データの相互関係を調べ、隣り合う領域の結果の差が設定値より小さい場合に、その信号群を統合した後に解析をする。同図（ｂ）では、統合の結果がアルファベットで示されている。

このように、類似している画素データについて１つのデータとしてまとめてもよい、具体例として、各画素に対して強度（あるいは位置情報も含めて）を変数としたクラスター分析が挙げられる。分類後もグループ中心として位置情報を保存することができるので、位置検出も可能である。

第１実施形態に係る検査装置１の構成図である。 第１実施形態に係る検査装置１のうち照明部１０から受光部３０までの構成を示す斜視図である。 第２実施形態に係る検査装置２の構成図である。 第１，第２の実施形態に係る検査装置１，２に含まれる解析部３０の処理内容の一例を説明する図である。 第１，第２の実施形態に係る検査装置１，２に含まれる解析部３０の処理内容の一例を説明する図である。 第１，第２の実施形態に係る検査装置１，２に含まれる解析部３０の処理内容の一例を説明する図である。

符号の説明

１，２…検査装置、１０…照明部、２０…受光部、３０…解析部、４０…表示部、５０…分光部。

Claims (12)

1. 検査対象物である食品における異物の有無または品質を検査する方法であって、
   前記検査対象物を含む領域に近赤外領域の光を照射し、
   複数の受光素子を含む受光部により、近赤外領域の光の照射範囲において当該照射に伴って生じる光を或る時間間隔で繰り返して検出して受光し、
   前記受光部から受光強度に応じて出力される信号群を解析して、そのうち重要度が高いと判断した信号群に基づいて複数の特徴点を抽出し、
   その抽出の結果として得られた特徴点を画面表示する、
   ことを特徴とする検査方法。
2. 前記照射範囲において当該照射に伴って生じる光を分光して、その分光後の各波長成分の光を前記受光部により受光する、ことを特徴とする請求項１記載の検査方法。
3. 前記照射範囲において当該照射に伴って生じる光の空間的分布を前記受光部により受光する、ことを特徴とする請求項１記載の検査方法。
4. 前記受光部から受光強度に応じて出力される信号群を解析する際に、解析時間から設定される比率で信号群をランダムに間引いた後に解析をする、ことを特徴とする請求項１記載の検査方法。
5. 前記受光部から受光強度に応じて出力される信号群を解析する際に、受光強度が設定範囲にある信号群について選択的に解析をする、ことを特徴とする請求項１記載の検査方法。
6. 前記受光部から受光強度に応じて出力される信号群を解析する際に、これら信号群の相互関係を調べ、隣り合う領域の結果の差が設定値より小さい場合に、その信号群を統合した後に解析をする、ことを特徴とする請求項１記載の検査方法。
7. 検査対象物である食品における異物の有無または品質を検査する装置であって、
   前記検査対象物を含む領域に近赤外領域の光を照射する照明部と、
   複数の受光素子を含み、近赤外領域の光の照射範囲において当該照射に伴って生じる光を或る時間間隔で繰り返して検出して受光する受光部と、
   前記受光部から受光強度に応じて出力される信号群を解析して、そのうち重要度が高いと判断した信号群に基づいて複数の特徴点を抽出する解析部と、
   その抽出の結果として得られた特徴点を画面表示する表示部と、
   を備えることを特徴とする検査装置。
8. 前記照射範囲において当該照射に伴って生じる光を波長分岐する分光部を更に備え、前記受光部が前記分光部による分光後の各波長成分の光を受光する、ことを特徴とする請求項７記載の検査装置。
9. 前記照射範囲において当該照射に伴って生じる光の空間的分布を前記受光部により受光する、ことを特徴とする請求項７記載の検査装置。
10. 前記解析部が、前記受光部から受光強度に応じて出力される信号群を解析する際に、解析時間から設定される比率で信号群をランダムに間引いた後に解析をする、ことを特徴とする請求項７記載の検査装置。
11. 前記解析部が、前記受光部から受光強度に応じて出力される信号群を解析する際に、受光強度が設定範囲にある信号群について選択的に解析をする、ことを特徴とする請求項７記載の検査装置。
12. 前記解析部が、前記受光部から受光強度に応じて出力される信号群を解析する際に、これら信号群の相互関係を調べ、隣り合う領域の結果の差が設定値より小さい場合に、その信号群を統合した後に解析をする、ことを特徴とする請求項７記載の検査装置。