JP2009174923A - 表面検査装置および表面検査方法 - Google Patents

Abstract

【課題】移動物体を簡易な構成で正確に表面検査する表面検査装置を得ること。
【解決手段】移動物体を相対移動させながら移動物体の各部分を順次撮像し、撮像した各部分の画像を組み合わせることによって得られる移動物体の画像に基づいて、移動物体の表面検査を行う表面検査装置において、移動物体の実寸法および移動物体の画像上での画素数に基づいて、移動物体を撮像した際に移動物体の速度変化に起因して変化する画像上での伸縮率を、移動物体の所定領域毎に算出する伸縮率算出部１２と、伸縮率に基づいて、移動物体の各領域の画像を移動物体の実寸法に応じた比率の画像に修正する画像修正部１３と、修正後の画像を用いて移動物体の表面異常を抽出するとともに、抽出した表面異常部分の画像上での画素数に基づいて、抽出した表面異常部分の実寸法を算出する表面検査部１４と、を備える。
【選択図】 図２

Description

本発明は、移動物体の表面検査を行う表面検査装置および表面検査方法に関するものである。

従来、列車の車両などの大型の移動物体は、移動物体の表面積が大きいので、その表面検査には多大な手間と労力を要していた。このため、移動物体の表面を容易に表面検査するための技術の開発が進められている。

移動物体の表面を検査する方法として、例えばラインセンサカメラによって移動物体の表面を撮像し、撮像した画像に基づいて移動物体の表面検査（欠陥検出など）を行う方法がある。この方法では、画像を撮像するタイミング（サンプリング間隔）が一定であるので、一定の速度で移動している移動物体を撮像すると、移動物体の各部分は一定の伸縮率で撮像されることとなる。このため、移動物体の画像が歪むことはない。

一方、速度が変化している移動物体をラインセンサカメラによって撮像すると、移動物体の画像は、移動物体の移動速度に反比例した伸縮率で移動速度方向に伸縮された画像となる。すなわち、速度が変化している移動物体を撮像すると、移動物体の速度が速い時に撮像した部分の画像と、移動物体の速度が遅い時に撮像した部分の画像と、で画像の伸縮率が異なる。このため、異なる速度で撮像された各画像に基づいて移動物体の表面検査を行うと、移動物体の表面検査を正しく行うことができない。

特許文献１に記載の表面検査装置では、移動する車両外壁をラインセンサカメラによって撮影し、画像処理装置が、ラインセンサカメラからの撮影の入力信号を一定の時間ごとに記録して２次元画像データとして蓄積している。そして、画像処理装置が、車両外壁の移動速度、被撮影面の角度を考慮して平滑化フィルターのサイズを調整し、抽出したキズや汚れなどの欠陥部分の面積、輝度体積、数量を考慮して車両外壁の表面検査を行なっている。

また、特許文献２に記載の移動物体の通過検出装置では、車両の台車に取付けられた２つの車輪の通過を電磁センサで検出し、その時間と車輪間の距離から通過速度を算出している。

特開２００５−４３２２２号公報 特許第３４５７１８３号公報

しかしながら、上記前者の従来の技術では、画像処理装置とは別に、移動速度を検出するための装置が必要となるので、簡易な構成で表面検査を行うことができないという問題があった。

また、上記後者の従来の技術では、遠く離れた２箇所に配置された車輪の通過を検出しているので、通過する車両の速度が急に変化する場合には、正確な通過速度を検出できなかった。例えば、第１組目の車輪の通過から、第２組目の車輪の通過までの間に速度が増減しても、速度の詳細な増減の変化を検出することはできない。このため、正確な速度に基づいて正確な表面検査を行うことはできないという問題があった。また、車両の速度を検出するための装置が必要となるので、簡易な構成で表面検査を行うことができないという問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、移動物体を簡易な構成で正確に表面検査する表面検査装置および表面検査方法を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、移動物体を相対移動させながら前記移動物体の各部分を順次撮像し、撮像した各部分の画像を組み合わせることによって得られる前記移動物体の画像に基づいて、前記移動物体の表面検査を行う表面検査装置において、前記移動物体の実寸法および前記移動物体の画像上での画素数に基づいて、前記移動物体を撮像した際に前記移動物体の速度変化に起因して変化する画像上での伸縮率を、前記移動物体の所定領域毎に算出する伸縮率算出部と、前記伸縮率算出部が算出した伸縮率に基づいて、前記移動物体の各領域の画像を前記移動物体の実寸法に応じた比率の画像に修正する画像修正部と、前記画像修正部が修正した移動物体の画像を用いて前記移動物体の表面異常を抽出するとともに、抽出した表面異常部分の画像上での画素数に基づいて、抽出した前記表面異常部分の実寸法を算出する表面検査部と、を備えることを特徴とする。

この発明によれば、移動物体の速度変化に起因して変化する画像上での伸縮率に基づいて、移動物体の画像を移動物体の実寸法に応じた比率の画像に修正するので、移動物体を簡易な構成で正確に表面検査することが可能になるという効果を奏する。

以下に、本発明に係る表面検査装置および表面検査方法の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る表面検査システムの構成を示す図である。表面検査システム１００は、表面検査装置１、ラインセンサカメラ３、移動物体である車両５を備えている。車両５は、例えば電車などの鉄道の車両である。

ラインセンサカメラ３は、列マトリックス状に配置された複数の画素を内蔵しており、車両５の移動方向に対して垂直方向の撮像範囲（縦長の領域）を撮像するカメラである。ラインセンサカメラ３は、車両５を相対移動させながら車両５の各部分（縦長領域）を順次撮像し、撮像した画像を表面検査装置１に送る。図１では、ラインセンサカメラ３の光軸を、ラインセンサカメラ３から車両５の方向へ延びている矢印で示している。

ラインセンサカメラ３は、所定の位置に固定設置され、移動してくる車両５の側面を撮像していく。ラインセンサカメラ３の光軸が指す位置を、車両５の先頭部から後端部まで通過することによって、ラインセンサカメラ３は車両５の移動方向の全長を撮像することが可能となる。

なお、図１では、車両５を照明する照明手段を図示していないが、ラインセンサカメラ３で車両５を撮像する際に、車両５の表面（外壁）に照明光を照射してもよい。この場合、例えば、棒状蛍光灯または複数の電球を並べたものなどによって、車両５へのラインセンサカメラ３による撮像範囲よりも少し広い縦長の領域を照明する。また、ラインセンサカメラ３の背後に、遮光版を配設してもよい。これにより、背景光が車両５の表面に反射して撮像されることがなくなる。

表面検査装置１は、ラインセンサカメラ３から送られてくる車両５の画像の信号を、所定の時間ごとに記録して２次元画像データとして蓄積するとともに、車両５の画像に基づいて、車両５の表面検査を行うコンピュータなどの装置である。ここで表面検査装置１の詳細な構成について説明する。

図２は、実施の形態１に係る表面検査装置の構成を示すブロック図である。表面検査装置１は、画像入力部１１、伸縮率算出部１２、画像修正部１３、表面検査部１４、出力部１５、寸法情報記憶部１６、画像蓄積部１７、制御部１９を備えている。

寸法情報記憶部１６は、撮像対象となっている車両５の実際の寸法（実寸法）に関する寸法情報などを記憶するメモリなどである。寸法情報は、例えば、車両５の側面に配置されている窓の横方向（移動方向）や縦方向（高さ方向）の実寸法、車両５の側面に配置されている窓と窓との横方向の実寸法（実配置間隔）、車両５の側面の縦方向の実寸法などである。

画像入力部１１へは、ラインセンサカメラ３によって撮像された車両５の画像として、車両５の各部分の画像（複数からなるスリット画像）が入力される。画像入力部１１は、ラインセンサカメラ３からの画像を画像蓄積部１７へ送る。

画像蓄積部１７は、画像入力部１１から送られてくる車両５の各部分の画像を組み合わせることによって車両５の移動方向の全体画像を作成し、作成した車両５の画像を蓄積しておく。

伸縮率算出部１２は、画像蓄積部１７に蓄積されている画像や、寸法情報記憶部１６が記憶している寸法情報に基づいて、画像上の各領域（車両５の側面の所定範囲）（後述の窓Ｗ１を含む領域など）の移動方向の伸縮率を算出する。この伸縮率は、車両５の移動速度に起因するものであり、画像上の各領域（区間）は、車両５の移動速度に反比例した伸縮率で移動速度方向に伸縮された画像となる。換言すると、画像上の各領域の伸縮率は、この領域を撮像した際の車両５の移動速度に応じて変化する。

画像修正部１３は、車両５の各領域の画像上の寸法（画像寸法）が各領域の実寸法に応じた比率の寸法で表示されるよう、伸縮率算出部１２が算出した画像上の各領域の伸縮率に基づいて、各領域の画像を修正する。具体的には、画像修正部１３は、画像上における各領域の伸縮が打ち消されるよう、各領域の移動方向の画像寸法を修正する。例えば、車両５が低速で走行している際に撮像された領域は、他の領域と比べて間延びした画像となっているので、この間延びを解消するよう画像を修正する。

表面検査部１４は、画像修正部１３によって移動方向の画像寸法が修正された画像に基づいて、車両５の側面の表面検査を行う。表面検査部１４は、画像内から車両５の汚損部分などの表面異常に関する情報を抽出する。表面検査部１４は、抽出した汚損部分の実寸法を、寸法情報記憶部１６が記憶している寸法情報に基づいて算出する。表面検査部１４は、抽出した汚損部分の情報と、算出した実寸法とを対応付けて出力部１５へ送る。

出力部１５は、表面検査部１４から送られてくる汚損部分の情報と、その汚損部分の実寸法を外部装置（プリンタや液晶モニタ）などに出力する。制御部１９は、画像入力部１１、伸縮率算出部１２、画像修正部１３、表面検査部１４、出力部１５、寸法情報記憶部１６、画像蓄積部１７を制御する。

つぎに、寸法情報記憶部１６が記憶する寸法情報について説明する。図３は、車両の実寸法を説明するための図である。車両５には、その側面に窓Ｗ１〜Ｗ６が配置されている。この窓Ｗ１〜Ｗ６や、各窓Ｗ１〜Ｗ６の配置間隔（窓間）の実寸法（以下、窓間実寸法という）は、全て同じ寸法である。車両５の各窓Ｗ１〜Ｗ６の移動方向の実寸法は、それぞれａ１（ｍｍ）であり、縦方向の実寸法はそれぞれｈ（ｍｍ）である。また、窓Ｗ１〜Ｗ６の窓間実寸法はそれぞれｂ１（ｍｍ）である。寸法情報記憶部１６へは、車両５の寸法情報として、窓Ｗ１〜Ｗ６の移動方向の実寸法ａ１や、窓Ｗ１〜Ｗ６の窓間実寸法ｂ１などが格納される。

つぎに、実施の形態１に係る表面検査装置１の動作手順について説明する。図４は、実施の形態１に係る表面検査装置の動作手順を示すフローチャートである。表面検査装置１の寸法情報記憶部１６へは、予め車両５の実寸法に関する情報として寸法情報を記憶させておく。

車両５は、線路上を移動すると、ラインセンサカメラ３の光軸が指す位置を、車両５の先頭部から後端部まで通過する。このとき、ラインセンサカメラ３は、車両５の側面の各部分を順次撮像し、撮像した画像を表面検査装置１に送る。

（ステップＳ１１０）
表面検査装置１の画像入力部１１へは、ラインセンサカメラ３によって撮像された車両５の各部分の画像が入力される。画像入力部１１は、ラインセンサカメラ３からの各部分の画像を画像蓄積部１７へ送る。

画像蓄積部１７は、画像入力部１１から送られてくる車両５の各部分の画像を組み合わせることによって車両５の移動方向の全体画像を作成し、作成した車両５の画像を蓄積しておく。

（ステップＳ１２０）
伸縮率算出部１２は、画像蓄積部１７に蓄積されている画像と寸法情報記憶部１６が記憶している寸法情報に基づいて、画像上の各領域の移動方向の伸縮率を算出する。図５の上部に示した車両５の側面の画像は、ラインセンサカメラ３によって車両５の左方向から右方向へ連続的に撮像された車両５の画像の一例である。この画像は、車両５が少しずつ加速し、その後一定の移動速度になった場合の画像を示している。

具体的には、窓Ｗ１を撮像した際の車両５の移動速度が低速（ｖ１）であり、その後、車両５の移動速度が増加して、窓Ｗ３を撮像した際の車両５の移動速度が、窓Ｗ１を測定した際の移動速度の２倍（２ｖ１）となっている。そして、窓Ｗ３を撮像した後の移動速度は、一定となり、この一定速度の状況下で窓Ｗ４〜Ｗ６が撮像されている。

車両５は、低速時に撮像されると、高速時に撮像される場合よりも、移動方向の画像寸法が間延びする。換言すると、車両５は、移動速度が速いときは移動方向の画像寸法が短い寸法で撮像され、移動速度が遅いときは移動方向の画像寸法が長い寸法で撮像される。このため、上述のように車両５が移動速度を変化させると、画像上の窓Ｗ１〜Ｗ３の移動方向の各画像寸法Ａ１〜Ａ３は、画像寸法Ａ１、画像寸法Ａ２、画像寸法Ａ３の順番で短くなる。また、窓Ｗ３〜Ｗ６の移動方向の各画像寸法は、窓Ｗ３の画像寸法と同じ画像寸法Ａ３（図示せず）となる。

同様に、画像上の窓Ｗ１と窓Ｗ２の窓間の画像寸法Ｂ１、窓Ｗ２と窓Ｗ３の窓間の画像寸法Ｂ２、窓Ｗ３と窓Ｗ４の窓間の画像寸法Ｂ３は、画像寸法Ｂ１、画像寸法Ｂ２、画像寸法Ｂ３の順番で短くなる。また、窓Ｗ４と窓Ｗ５の窓間の画像寸法、窓Ｗ５と窓Ｗ６の窓間の画像寸法は、窓Ｗ３と窓Ｗ４の窓間の画像寸法Ｂ３と同じ画像寸法Ｂ３（図示せず）となる。また、各窓Ｗ１〜Ｗ６の縦方向の画像寸法はそれぞれＨである。なお、図５に示した各画像寸法のＡ１〜Ａ３、Ｂ１〜Ｂ３、Ｈは、画像上の画素数（ｐｉｘ）に対応している。

撮像中の車両５の移動速度が変化することによって、撮像された車両５の各部分で移動方向の画像が伸縮（画素数が増減）する場合に、各部分で同一の条件下で表面検査を行うためには、移動速度に起因する画像の伸縮を修正しなければならない。そこで、本実施の形態では、画像上の車両５の各領域が、車両５の各領域の実寸法に比例した画像寸法となるよう画像を修正する。換言すると、表面検査装置１は、車両５の実際の各領域が、移動速度に関わらず全て同じ伸縮率の画像として表示されるよう、車両５の画像を修正する。

画像上での車両５の各領域の画像寸法のうち、縦方向の画像寸法は車両５の移動速度の影響を受けない。このため、窓Ｗ１〜Ｗ６の縦方向の実寸法ｈと、窓Ｗ１〜Ｗ６の画像上での縦方向の画素数Ｈと、の関係は、式（１）によって示すことができる。
Ｈ／ｈ（ｐｉｘ／ｍｍ）＝一定値・・・（１）

ここでのＨ／ｈは、画像上の画像寸法（画素数）を、実寸法で除した値であり、画像の修正後（車両５の移動速度の影響を除外した修正後）には、全ての領域でこの関係が満たされる。本実施の形態では、この式（１）の画像寸法と実寸法の関係を基準にして、車両５の横方向の画像寸法を修正する。まず、伸縮率算出部１２は、窓Ｗ１の横方向の画像上の画像寸法Ａ１を、式（１）を用いて、縦方向の画素数Ｈと同じ縮尺の画素数に変換する。窓Ｗ１の横方向の画像上の画像寸法Ａ１を、移動速度の影響を除外した画像上の画像寸法となるようＡ１ｔ（修正後の寸法）に変換すると、Ａ１ｔは、式（２）によって示すことができる。
Ａ１ｔ＝ａ１・Ｈ／ｈ・・・（２）

画像上の他の画像寸法も同様に、以下の式（３）〜（６）によって示すことができる。式（３）と式（５）のＢ１ｔ、Ｂ２ｔは、それぞれ窓Ｗ１と窓Ｗ２の窓間の画像寸法Ｂ１、窓Ｗ２と窓Ｗ３の窓間の画像寸法Ｂ２を、移動速度の影響を除外した画像上の画像寸法に変換した場合の画像寸法である。また、式（４）と式（６）のＡ２ｔ、Ａ３ｔは、それぞれ窓Ｗ２の画像上の画像寸法Ｂ２、窓Ｗ３の画像上の画像寸法Ｂ３を、移動速度の影響を除外した画像上の画像寸法に変換した場合の画像寸法である。
Ｂ１ｔ＝ｂ１・Ｈ／ｈ・・・（３）
Ａ２ｔ＝ａ１・Ｈ／ｈ・・・（４）
Ｂ２ｔ＝ｂ１・Ｈ／ｈ・・・（５）
Ａ３ｔ＝ａ１・Ｈ／ｈ・・・（６）

なお、本実施の形態では、窓Ｗ１〜Ｗ６の横方向の実寸法ａ１が全ての窓で同じである場合について説明しているので、Ａ１ｔ〜Ａ３ｔは、全て同じ値となる。また、各窓間実寸法ｂ１も全て同じである場合について説明しているので、Ｂ１ｔ，Ｂ２ｔは、同じ値となる。

ここで、窓Ｗ１〜Ｗ６の横方向の実寸法や、各窓間実寸法が、それぞれの窓で異なる場合について説明する。この場合、例えば、窓Ｗ１と窓Ｗ２の窓間実寸法、窓Ｗ２と窓Ｗ３の窓間実寸法、がそれぞれｂ１，ｂ２であり、窓Ｗ２，Ｗ３の横方向の実寸法がそれぞれａ２，ａ３であるとすると、画像寸法のＢ１ｔ、Ａ２ｔ、Ｂ２ｔ、Ａ３ｔは、それぞれ式（７）〜（１０）によって示すことができる。
Ｂ１ｔ＝ｂ１・Ｈ／ｈ・・・（７）
Ａ２ｔ＝ａ２・Ｈ／ｈ・・・（８）
Ｂ２ｔ＝ｂ２・Ｈ／ｈ・・・（９）
Ａ３ｔ＝ａ３・Ｈ／ｈ・・・（１０）

伸縮率算出部１２は、窓Ｗ１〜Ｗ３の伸縮率（低速時に撮像されたことによって間延びした割合）を、それぞれＡ１ｔ／Ａ１、Ａ２ｔ／Ａ２、Ａ３ｔ／Ａ３として算出する。同様に、伸縮率算出部１２は、窓Ｗ１と窓Ｗ２の窓間の伸縮率、窓Ｗ２と窓Ｗ３の窓間の伸縮率を、それぞれＢ１ｔ／Ｂ１、Ｂ２ｔ／Ｂ２として算出する。

（ステップＳ１３０）
つぎに、画像修正部１３は、車両５の各領域の画像寸法が各領域の実寸法に応じた比率の寸法で表示されるよう、伸縮率算出部１２が算出した画像上の各領域の伸縮率に基づいて、各領域の画像を修正する。

本実施の形態の画像修正部１３は、窓Ｗ１〜Ｗ３の画像寸法が、それぞれＡ１〜Ａ３からＡ１ｔ〜Ａ３ｔとなるよう、車両５の移動方向の画像寸法のみを変換（伸縮処理）する。また、画像修正部１３は、窓Ｗ４〜Ｗ６の画像寸法が、それぞれＡ３からＡ３ｔとなるよう、車両５の移動方向の画像寸法のみを変換する。

また、画像修正部１３は、窓Ｗ１と窓Ｗ２の窓間の画像寸法、窓Ｗ２と窓Ｗ３の窓間の画像寸法が、それぞれＢ１，Ｂ２からＢ１ｔ，Ｂ２ｔとなるよう車両５の移動方向の画像寸法のみを変換する。また、画像修正部１３は、窓Ｗ３と窓Ｗ４の窓間の画像寸法、窓Ｗ４と窓Ｗ５の窓間の画像寸法、窓Ｗ５と窓Ｗ６の窓間の画像寸法が、それぞれＢ３からＢ３ｔとなるよう車両５の移動方向の画像寸法のみを変換する。

なお、変換前の画像寸法と、変換後の画像寸法が同じである場合（伸縮率がＨ／ｈと同じである場合）、この領域では車両５の画像寸法を変換する必要がない。本実施の形態では、窓Ｗ３〜Ｗ６の伸縮率、窓Ｗ３〜Ｗ６までの窓間の伸縮率が、それぞれＨ／ｈと同じである場合について説明する。したがって、本実施の形態では、窓Ｗ３〜Ｗ６までの画像には、寸法の変換処理を行なう必要がない。

以上の処理によって、車両５の窓Ｗ１〜Ｗ６までの区間の画像は、縦横比が１：１の正規化画像に変換され、図５の下段に示した車両５の画像を得ることできる。図５の下段の画像では、窓Ｗ１〜Ｗ６の画像寸法が、それぞれＡ３である場合を示している。

ここで、車両５の移動方向の画像寸法の変換処理について説明する。画像修正部１３は、例えば画像寸法を縮小する場合には、横方向に並ぶ画素を間引きする。図６は、画素の間引きによる画像の縮小処理を説明するための図である。図６では、移動方向の画像寸法を、１／２倍に縮める場合の処理を示している。縮小前の画像を構成する各画素が、横方向（図内の左から右）にｘ１、ｘ２、ｘ３、ｘ４、ｘ５の順番で並んでいる場合、ｘ２、ｘ４を削除し、削除された位置に残りのｘ３、ｘ５を移動させる。これにより、縮小処理後の画像を構成する各画素を横方向にｙ１、ｙ２、ｙ３、ｙ４の順番で並べる場合、ｙ１の画素の位置にはｘ１の画素が入り、ｙ２の画素の位置にはｘ３の画素が入り、ｙ３の画素の位置にはｘ５の画素が入ることとなる。

このように、本実施の形態の画像修正部１３は、窓Ｗ１の画像を構成する横方向の画素に対し、２つに１つの画素を抽出するとともに、残りの画素を削除することによって、窓Ｗ１の画像を間引きする。換言すると、横方向に並んだ画素に対し、残す画素、削除する画素、残す画素、削除する画素の順番で割り当てていくことによって画像を縮小する。また、画像を１／３に縮める場合には、３つに１つの画素を抽出すればよく、３／４に縮める場合には、４つのうちの３つの画素を抽出すればよい。

また、画素を縮める処理としては、画素の間引きに限らず、所定の画素間で平均値をとり、この平均の画素を用いてもよい。図７は、画素間の平均値を用いた画像の縮小処理を説明するための図である。図７では、移動方向の画像寸法を、１／２倍に縮める場合の処理を示している。縮小前の画像を構成する各画素が、横方向（図内の左から右）にｘ１、ｘ２、ｘ３、ｘ４、ｘ５の順番で並んでいる場合、画像修正部１３は、画像を構成する横方向の画素を、順番に２つずつ組み合わせる。具体的には、ｘ１の画素とｘ２の画素を組合せ、ｘ３の画素とｘ４の画素を組合せる。そして、各組の画素を、２つの画素の平均値を示す１つの画素に置き換える。これにより、縮小処理後の画像を構成する各画素を横方向にｙ１、ｙ２、ｙ３の順番で並べる場合、ｙ１の画素の位置にはｘ１とｘ２の平均値の画素が入り、ｙ２の画素の位置にはｘ３とｘ４の平均値の画素が入ることとなる。なお、画像を拡大させる場合には、所定の画素をコピーするとともに、コピー元の画素の横にコピーした画素を入れ込めばよい。

なお、ここでは窓や窓間の配置されている領域の画像を修正する場合について説明したが、窓などが配置されていない領域（車両５の先頭部や後端部）は、窓などが配置されている領域の伸縮率を用いて修正する。例えば、１両目の車両５の後端部と２両目の車両５の先頭部の画像は、１両目の窓Ｗ６の伸縮率と２両目の窓Ｗ１の伸縮率との平均値を用いて修正を行う。また、１両目の車両５の先頭部の画像は、１両目の窓Ｗ１〜Ｗ６の伸縮率に基づいて画像の伸縮率を類推し、この類推した伸縮率に基づいて修正する。また、各車両５と車両５の連結部分の近傍（窓Ｗ１〜Ｗ６）が配置されていない箇所は、各車両５の窓Ｗ１〜Ｗ６を撮像した際の加速度（伸縮率の変化率）に基づいて類推してもよい。画像修正部１３は、車両５の領域毎に画像を修正することによって、車両５の新たな画像を作成する。画像修正部１３は、作成した車両５の画像を表面検査部１４に送る。

（ステップＳ１４０，Ｓ１５０）
表面検査部１４は、画像修正部１３から送られてくる車両５の画像と、寸法情報記憶部１６が記憶している寸法情報と、に基づいて、車両５の表面検査を行う。表面検査部１４は、画像修正部１３から送られてくる車両５の画像の中から、車両５の汚損部分を抽出する。具体的には、表面検査部１４は、車両５の画像をフィルターサイズの異なる２種類の平滑化フィルターによって平滑化処理し、平滑化処理で得られた２種類の画像間の差を算出する。そして、表面検査部１４は、車両５の汚損部分における輝度分布に基づいて、所定の輝度分布を有した箇所であって、所定値以上の寸法を有した汚損部分を抽出する。

表面検査部１４は、抽出した各汚損部分の実寸法を、寸法情報記憶部１６が記憶している寸法情報に基づいて算出する。図８は、汚損部分の実寸法の算出処理を説明するための図である。窓Ｗ１の近傍に、移動方向の画像寸法がＬ１である汚損部分ｄ１がある場合、この汚損部分ｄ１は、窓Ｗ１の伸縮率（Ａ１ｔ／Ａ１）に基づいて画像寸法Ｌ３に修正される。ここでの画像寸法Ｌ３は、Ｌ３＝Ｌ１・Ａ１ｔ／Ａ１である。そして、表面検査部１４は、修正後の画像寸法Ｌ３と、窓Ｗ１の実寸法とに、基づいて、汚損部分ｄ１の実寸法を算出する。汚損部分ｄ１の実寸法をｌ３とすると、ｌ３＝ａ１・Ｌ３／Ａ１ｔである。

また、窓Ｗ６の近傍に、移動方向の画像寸法がＬ２である汚損部分ｄ２がある場合、この汚損部分ｄ２は、窓Ｗ６の伸縮率が１であるので修正されることなく、そのままの画像となる。したがって、汚損部分ｄ２は、修正後の画像も画像寸法がＬ２である。そして、表面検査部１４は、修正後の画像寸法Ｌ２と、窓Ｗ６の実寸法ａ１とに、基づいて、汚損部分ｄ２の実寸法を算出する。汚損部分ｄ２の実寸法をｌ２とすると、ｌ２＝ａ１・Ｌ２／Ａ１ｔである。

表面検査部１４は、抽出した汚損部分の情報と、算出した実寸法とを対応付けて出力部１５へ送る。出力部１５は、表面検査部１４から送られてくる汚損部分の情報と、その汚損部分の実寸法を外部装置などに出力する。

なお、本実施の形態では、寸法情報記憶部１６が、寸法情報として窓の実寸法や窓間実寸法などを記憶している場合について説明したが、窓Ｗ１〜Ｗ６や窓間の実寸法が一定値であれば寸法情報記憶部１６は寸法情報を記憶していなくてもよい。この場合、画像修正部１３は、車両５の各領域の画像が同じ画像寸法となるよう、車両５の画像を修正する。例えば、各窓Ｗ１〜Ｗ６の横方向の画像寸法が全ての窓で等しくなるよう車両５の画像を修正する。図５では、画像寸法の縦横比が１：１である場合（画像の縦横比が実寸法の縦横比と同じである場合）について説明したが、各領域の画像が同じ画像寸法となるよう画像を修正する場合には、画像の縦横比と実寸法の縦横比とは独立した比率となる。このため、画像の縦横比の修正処理に用いるフィルター定数を、画像の縦と横とで独立して設定することによって、車両５の移動速度に応じた画像の修正を行うことができる。そして、表面検査部１４は、汚損部分の寸法を、窓Ｗ１〜Ｗ６の実寸法に対する相対値として算出する。

また、表面検査装置１は、例えば図４に示した窓Ｗ１〜Ｗ６の縦方向の実寸法（画像の縦方向の基準寸法）であるｈを得ることができない場合や、図５に示した窓Ｗ１〜Ｗ６の画像寸法Ｈを取得できない場合に、横方向の基準の寸法に基づいて画像の横方向の伸縮を修正してもよい。具体的には、表面検査装置１は、車両５が縦縞模様である場合や窓の上下辺の輪郭が明確でない場合などに、横方向の基準の寸法に基づいて画像の横方向の伸縮を修正する。例えば、窓Ｗ３の横方向の画像寸法を基準とすると、窓Ｗ３の横方向の実寸法ａ１と、窓Ｗ３の画像上での縦方向の画素数Ａ３と、の関係は、式（１１）によって示すことができる。
Ａ３／ａ１（ｐｉｘ／ｍｍ）＝一定値・・・（１１）

ここでのＡ３／ａ１は、画像上の画像寸法を、実寸法で除した値であり、画像の修正後には、全ての領域でこの関係が満たされる。伸縮率算出部１２は、窓Ｗ１，Ｗ２の横方向の画像上の画像寸法Ａ１，Ａ２を、式（１１）を用いて、窓Ｗ３の横方向の画素数Ａ３と同じ縮尺の画素数に変換する。窓Ｗ１，Ｗ２の横方向の画像上の画像寸法Ａ１，Ａ２を、移動速度の影響を除外した画像上の画像寸法であるＡ１ｔ，Ａ２ｔに変換すると、Ａ１ｔ，Ａ２ｔは、式（１２）、式（１３）によって示すことができる。
Ａ１ｔ＝ａ１・Ａ３／ａ１・・・（１２）
Ａ２ｔ＝ａ１・Ａ３／ａ１・・・（１３）

画像上の他の画像寸法も同様に、以下の式（１４）〜（１５）によって示すことができる。式（１４）と式（１５）のＢ１ｔ、Ｂ２ｔは、それぞれ窓Ｗ１と窓Ｗ２の窓間の画像寸法Ｂ１、窓Ｗ２と窓Ｗ３の窓間の画像寸法Ｂ２を、移動速度の影響を除外した画像上の画像寸法に変換した場合の画像寸法である。
Ｂ１ｔ＝ｂ１・Ａ３／ａ１・・・（１４）
Ｂ２ｔ＝ｂ１・Ａ３／ａ１・・・（１５）

なお、窓Ｗ１〜Ｗ６の横方向の実寸法や、各窓間実寸法が、それぞれの窓で異なる場合、例えば、窓Ｗ１と窓Ｗ２の窓間実寸法、窓Ｗ２と窓Ｗ３の窓間実寸法がそれぞれｂ１，ｂ２であり、窓Ｗ２，Ｗ３の横方向の実寸法がそれぞれａ２，ａ３であるとすると、画像寸法のＢ１ｔ、Ａ２ｔ、Ｂ２ｔ、Ａ３ｔは、それぞれ式（１６）〜（１９）によって示すことができる。
Ｂ１ｔ＝ｂ１・Ａ３／ａ１・・・（１６）
Ａ２ｔ＝ａ２・Ａ３／ａ１・・・（１７）
Ｂ２ｔ＝ｂ２・Ａ３／ａ１・・・（１８）
Ａ３ｔ＝ａ３・Ａ３／ａ１・・・（１９）

また、本実施の形態では、車両５の全ての領域の画像を修正する場合について説明したが、車両５の各領域の画像のうち、伸縮率の変化が小さな領域（移動速度の変化が小さい状況で撮像された箇所）については、修正処理を行うことなく、汚損部分の抽出と寸法算出をおこなってもよい。これにより、効率良く車両５の表面検査を行うことが可能となる。

また、本実施の形態では、車両５が窓Ｗ１〜Ｗ６の６つの窓を有している場合について説明したが、車両５に配置される窓は５つ以下であってもよいし、７つ以上であってもよい。

また、本実施の形態では、車両５の全ての窓Ｗ１〜Ｗ６を用いて車両５の画像を修正したが、窓Ｗ１〜Ｗ６のうち所定の窓のみを用いて車両５の画像を修正してもよい。例えば、窓Ｗ１、窓Ｗ３、窓Ｗ５のように、奇数番目の窓のみを用いて車両５の画像を修正してもよい。この場合、偶数番目の窓の領域の伸縮率は、奇数番目の窓の領域に基づいて、類推する。

また、本実施の形態では、車両５の側面の表面検査を行う場合について説明したが、表面検査装置１は、車両５の上面や底面の表面検査を行なってもよい。この場合、ラインセンサカメラ３は、車両５の上面や底面を撮像する。

また、本実施の形態では、窓Ｗ１〜Ｗ６や窓Ｗ１〜Ｗ６の窓間を用いて車両５の画像を修正したが、窓や窓間以外の物を用いて車両５の画像を修正してもよい。表面検査装置１は、例えば、車両５の扉、連結部分、車輪、底面に配設されるボックスのカバー、底面や上面に配設されているボルト、外壁面の模様、空調室外機、パンタグラフ、車軸などに基づいて車両５の画像を修正してもよい。

また、車両５の側面、上面、底面などに、予め伸縮率を検出するための検出用マークを配置しておき、表面検査装置１が、この検出用マークを用いて車両５の画像を修正してもよい。

また、本実施の形態では、車両５の画像に基づいて、車両５の移動速度に対応する画像の伸縮率を算出したが、予め車両５の移動速度に関するスケジュールが分かっている場合には、このスケジュールに基づいて車両５の画像を修正してもよい。

また、表面検査装置１は、車両５の表面検査として車両５の汚損部分を抽出したが、表面検査装置１は、ネジの緩み、ネジが外れているか否かなどの車両５を表面から見た場合の異常を検査してもよい。この場合も、移動速度に応じて車両５の画像を修正することによって、ネジの緩み量などを検査することが可能となる。

また、本実施の形態では、表面検査装置１が車両５の表面検査を行う場合について説明したが、表面検査装置１は、車両５以外の、バス、飛行機、ジェットコースターなどの移動物体の表面検査を行なってもよい。

このように実施の形態１によれば、車両５の画像上での寸法（伸縮率）に基づいて、車両５の画像寸法を修正しているので、速度センサなどを用いることなく、簡易な構成で正確な車両５の画像を得ることができる。

また、伸縮率に基づいて修正した後の画像から汚損部分を抽出して汚損部分の実寸法を算出しているので、汚損部分の抽出と汚損部分の実寸法の算出を正確に行うことが可能となる。したがって、簡易な構成で正確に車両５の表面を検査することが可能となる。

また、窓Ｗ１〜Ｗ６や窓Ｗ１〜Ｗ６の窓間などの、車両５上に短かい間隔で配置されている物（車両５の構成要素）を用いて、車両５の画像寸法を修正しているので、車両５の画像を移動速度に応じて正確に修正することが可能となる。

また、窓Ｗ１〜Ｗ６の縦方向の実寸法と、窓Ｗ１〜Ｗ６の縦方向の画像寸法を基準として、車両５の画像寸法を修正しているので、車両５の画像を移動速度に応じて正確かつ容易に修正することが可能となる。

また、所定の窓（窓Ｗ３）の横方向の実寸法と、この所定の窓（窓Ｗ３）の横方向の画像寸法を基準として、車両５の画像寸法を修正しているので、車両５が縦縞模様などである場合や、窓の上下辺の輪郭が明確でない場合であっても、車両５の画像を移動速度に応じて正確かつ容易に修正することが可能となる。

実施の形態２．
つぎに、図９および図１０を用いてこの発明の実施の形態２について説明する。実施の形態２では、汚損部分を抽出した後に、画像の伸縮率に基づいて汚損部分の実寸法を算出する。

図９は、実施の形態２に係る表面検査装置の構成を示すブロック図である。図９の各構成要素のうち図２に示す実施の形態１の表面検査装置１と同一機能を達成する構成要素については同一番号を付しており、重複する説明は省略する。表面検査装置２は、画像入力部１１、伸縮率算出部１２、表面検査部１４、出力部１５、寸法情報記憶部１６、画像蓄積部１７、制御部１９、寸法算出部２１を備えている。

寸法算出部２１は、表面検査部１４によって抽出された汚損部分の実寸法を、伸縮率算出部１２が算出した画像の伸縮率に基づいて算出する。寸法算出部２１は、表面検査部１４が抽出した汚損部分の情報と、算出した実寸法とを対応付けて出力部１５へ送る。制御部１９は、画像入力部１１、伸縮率算出部１２、表面検査部１４、出力部１５、寸法情報記憶部１６、画像蓄積部１７、寸法算出部２１を制御する。

つぎに、実施の形態２に係る表面検査装置２の動作手順について説明する。図１０は、実施の形態２に係る表面検査装置の動作手順を示すフローチャートである。なお、表面検査装置２の行う動作手順のうち、図４に示した実施の形態１の表面検査装置１と同様の処理を行う動作手順については、その説明を省略する。

表面検査装置１の寸法情報記憶部１６へは、予め車両５の実寸法に関する情報として寸法情報を記憶させておく。車両５は、ラインセンサカメラ３の光軸が指す位置を、車両５の先頭部から後端部まで通過する。このとき、ラインセンサカメラ３は、車両５の側面の各部分を順次撮像し、撮像した画像を表面検査装置１に送る。

（ステップＳ２１０）
表面検査装置１の画像入力部１１へは、ラインセンサカメラ３によって撮像された車両５の各部分の画像が入力される。画像入力部１１は、ラインセンサカメラ３からの各部分の画像を画像蓄積部１７へ送る。

画像蓄積部１７は、画像入力部１１から送られてくる車両５の各部分の画像を組み合わせることによって車両５の移動方向の全体画像を作成し、作成した車両５の画像を蓄積しておく。

（ステップＳ２２０，Ｓ２３０）
伸縮率算出部１２は、画像蓄積部１７に蓄積されている画像と寸法情報記憶部１６が記憶している寸法情報に基づいて、画像上の各領域の移動方向の伸縮率を算出する。表面検査部１４は、車両５の表面検査として、画像蓄積部１７に蓄積されている画像から、車両５の汚損部分を抽出する。具体的には、表面検査部１４は、車両５の画像をフィルターサイズの異なる２種類の平滑化フィルターによって平滑化処理し、平滑化処理で得られた２種類の画像間の差を算出する。このとき、表面検査部１４は、算出した伸縮率に応じてフィルターサイズを変える。例えば、画像の縮小率が大きい場合、表面検査部１４は、小さな汚損部分であっても抽出できるフィルターを用いて汚損部分を抽出し、画像の拡大率が大きい場合、表面検査部１４は、大きな汚損部分のみを抽出できるフィルターを用いて汚損部分を抽出する。これにより、表面検査部１４は、車両５の汚損部分における輝度分布に基づいて、所定の輝度分布を有した箇所であって、所定値以上の寸法を有した汚損部分を抽出する。

（ステップＳ２４０，Ｓ２５０）
寸法算出部２１は、表面検査部１４によって抽出された汚損部分の実寸法を、伸縮率算出部１２が算出した画像の伸縮率に基づいて算出する。例えば、表面検査部１４によって抽出された汚損部分の画像寸法がＬ１であり、伸縮率算出部１２が算出した画像の伸縮率がＡ１ｔ／Ａ１である場合、汚損部分の実寸法をｌ１とすると、実施の形態１と同様の算出処理によって、汚損部分の修正後の画像寸法Ｌ３は、Ｌ３＝Ｌ１・Ａ１ｔ／Ａ１となる。そして、汚損部分の実寸法をｌ１とすると、ｌ１＝ａ１・Ｌ３／Ａ１ｔとなる。なお、汚損部分の実寸法をｌ１を、窓の画像寸法Ａ１や汚損部分の画像寸法Ｌ１を用いて算出してもよい。この場合、伸縮率算出部１２が算出した画像の伸縮率を間接的に用いることによって、実寸法をｌ１を算出する。換言すると、画像寸法Ａと実寸法ａ１との比率を用いて実寸法をｌ１を算出する。具体的には、実寸法をｌ１は、ｌ１＝ａ１・Ｌ１／Ａ１となる。

寸法算出部２１は、表面検査部１４が抽出した汚損部分の情報と、算出した汚損部分の実寸法とを対応付けて出力部１５へ送る。出力部１５は、表面検査部１４から送られてくる汚損部分の情報と、その汚損部分の実寸法を外部装置などに出力する。

表面検査部１４は、移動方向の画像寸法が所定値以上である汚損部分のみを、車両５の画像から抽出してもよい。また、表面検査部１４は、伸縮率算出部１２が算出した画像の伸縮率に応じた寸法の汚損部分のみを、車両５の画像から抽出してもよい。この場合、表面検査部１４は、例えば、車両５が高速で移動している際に撮像された画像からは、車両５が低速で移動している際に撮像された画像から抽出する汚損部分の画像寸法よりも小さな画像寸法の汚損部分を抽出する。これにより、車両５の移動速度によらず、所定値以上の実寸法を有した汚損部分を抽出することが可能となる。

なお、本実施の形態では、寸法算出部２１が、表面検査部１４によって抽出された汚損部分の実寸法を算出する場合について説明したが、表面検査部１４が汚損部分の実寸法を算出してもよい。この場合は、表面検査部１４が、寸法算出部２１を備える構成とする。

このように実施の形態２によれば、画像蓄積部１７に蓄積されている（伸縮率に応じた寸法処理を行なう前の）もとの車両５の画像から車両５の汚損部分を抽出した後、車両５の画像上での寸法（伸縮率）に基づいて、車両５の汚損部分の実寸法を算出しているので、実施の形態１の場合と同様に、速度センサなどを用いることなく、簡易な構成で正確に車両５の表面を検査することが可能となる。

以上のように、本発明に係る表面検査装置および表面検査方法は、移動物体の表面検査に適している。

本発明の実施の形態１に係る表面検査システムの構成を示す図である。 実施の形態１に係る表面検査装置の構成を示すブロック図である。 車両の実寸法を説明するための図である。 実施の形態１に係る表面検査装置の動作手順を示すフローチャートである。 画像の修正処理を説明するための図である。 画素の間引きによる画像の縮小処理を説明するための図である。 画素間の平均値を用いた画像の縮小処理を説明するための図である。 汚損部分の実寸法の算出処理を説明するための図である。 実施の形態２に係る表面検査装置の構成を示すブロック図である。 実施の形態２に係る表面検査装置の動作手順を示すフローチャートである。

符号の説明

１，２ 表面検査装置
３ ラインセンサカメラ
５ 車両
１１ 画像入力部
１２ 伸縮率算出部
１３ 画像修正部
１４ 表面検査部
１５ 出力部
１６ 寸法情報記憶部
１７ 画像蓄積部
１９ 制御部
２１ 寸法算出部
１００ 表面検査システム
Ａ１〜Ａ３，Ｂ１〜Ｂ３，Ｈ 画像寸法
ａ１，ｂ１，ｈ 実寸法
Ｗ１〜Ｗ６ 窓

Claims (7)

1. 移動物体を相対移動させながら前記移動物体の各部分を順次撮像し、撮像した各部分の画像を組み合わせることによって得られる前記移動物体の画像に基づいて、前記移動物体の表面検査を行う表面検査装置において、
   前記移動物体の実寸法および前記移動物体の画像上での画素数に基づいて、前記移動物体を撮像した際に前記移動物体の速度変化に起因して変化する画像上での伸縮率を、前記移動物体の所定領域毎に算出する伸縮率算出部と、
   前記伸縮率算出部が算出した伸縮率に基づいて、前記移動物体の各領域の画像を前記移動物体の実寸法に応じた比率の画像に修正する画像修正部と、
   前記画像修正部が修正した移動物体の画像を用いて前記移動物体の表面異常を抽出するとともに、抽出した表面異常部分の画像上での画素数に基づいて、抽出した前記表面異常部分の実寸法を算出する表面検査部と、
   を備えることを特徴とする表面検査装置。
2. 移動物体を相対移動させながら前記移動物体の各部分を順次撮像し、撮像した各部分の画像を組み合わせることによって得られる前記移動物体の画像に基づいて、前記移動物体の表面検査を行う表面検査装置において、
   前記移動物体の実寸法および前記移動物体の画像上での画素数に基づいて、前記移動物体を撮像した際に前記移動物体の速度変化に起因して変化する画像上での伸縮率を、前記移動物体の所定領域毎に算出する伸縮率算出部と、
   前記移動物体の画像から前記移動物体の表面異常を抽出するとともに、前記伸縮率算出部が算出した伸縮率に基づいて、抽出した表面異常部分の実寸法を算出する表面検査部と、
   を備えることを特徴とする表面検査装置。
3. 前記伸縮率算出部は、前記移動物体の表面に複数配設されている前記移動物体の構成要素を用いて前記伸縮率を算出することを特徴とする請求項１または２に記載の表面検査装置。
4. 前記伸縮率算出部は、前記所定領域の実寸法のうち前記移動物体の移動方向と垂直な方向である縦方向の実寸法と、前記所定領域の画像上の縦方向の画素数と、の比率に基づいて、前記移動物体の移動方向である横方向の画像上での伸縮率を前記所定領域毎に算出することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の表面検査装置。
5. 前記伸縮率算出部は、前記所定領域の実寸法のうち前記移動物体の移動方向である横方向の実寸法と、前記所定領域の画像上の横方向の画素数と、の比率に基づいて、前記移動物体の横方向の画像上での伸縮率を前記所定領域毎に算出することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の表面検査装置。
6. 移動物体を相対移動させながら前記移動物体の各部分を順次撮像し、撮像した各部分の画像を組み合わせることによって得られる前記移動物体の画像に基づいて、前記移動物体の表面検査を行う表面検査方法において、
   前記移動物体の実寸法および前記移動物体の画像上での画素数に基づいて、前記移動物体を撮像した際に前記移動物体の速度変化に起因して変化する画像上での伸縮率を、前記移動物体の所定領域毎に算出する伸縮率算出ステップと、
   前記伸縮率に基づいて、前記移動物体の各領域の画像を前記移動物体の実寸法に応じた比率の画像に修正する画像修正ステップと、
   修正した移動物体の画像を用いて前記移動物体の表面異常を抽出するとともに、抽出した表面異常部分の画像上での画素数に基づいて、抽出した前記表面異常部分の実寸法を算出する表面検査ステップと、
   を含むことを特徴とする表面検査方法。
7. 移動物体を相対移動させながら前記移動物体の各部分を順次撮像し、撮像した各部分の画像を組み合わせることによって得られる前記移動物体の画像に基づいて、前記移動物体の表面検査を行う表面検査方法において、
   前記移動物体の実寸法および前記移動物体の画像上での画素数に基づいて、前記移動物体を撮像した際に前記移動物体の速度変化に起因して変化する画像上での伸縮率を、前記移動物体の所定領域毎に算出する伸縮率算出ステップと、
   前記移動物体の画像から前記移動物体の表面異常を抽出するとともに、前記伸縮率算出部が算出した伸縮率に基づいて、抽出した表面異常部分の実寸法を算出する表面検査ステップと、
   を含むことを特徴とする表面検査方法。

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