JP2012184936A - Ｘ線検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 衝突危険領域を過大に設定することを防止し、スムースにＸ線透検査を行うことができるＸ線検査装置を提供する。
【解決手段】 衝突危険領域設定部３３は、Ｘ線測定光学系１３が被測定物に接触する可能性のある衝突危険領域を設定するものであり、背景モデル作成部３４と、外観形状抽出部３５と、衝突危険領域算出部３９とを備える。外観形状抽出部３５は、背景モデル作成部３４において作成された背景モデルと、回転ステージ１４ａ上に被測定物Ｓを載置している状態で、回転ステージ１４ａを回転させながら光学カメラ１６により撮影して得た複数の試料画像と、を比較することで被測定物Ｓの外観形状を抽出するものであり、外観形状候補作成部３６と、影除去部３７と、最適化部３８とを有する。
【選択図】 図１

Description

この発明は、工業製品などの透視検査を行うＸ線検査装置に関し、特に工業製品などの欠陥を観察する非破壊検査に適したＸ線検査装置に関する。

アルミダイカスト鋳造品や樹脂成形品などの内部欠陥等を検査する装置としては、従来より、被測定物を載置するステージと、被測定物に向けてＸ線を照射するＸ線源と、Ｘ線源から照射され被測定物を通過したＸ線を検出するためのイメージインテンシティファイア（Ｉ．Ｉ）やフラットパネルディテクタ（ＦＰＤ）等のＸ線検出器とを備えたＸ線検査装置が利用されている。このようなＸ線検査装置においては、ステージ上に載置される被測定物と、当該被測定物を挟んで対向配置されるＸ線源およびＸ線検出器との相対的な位置関係を、ステージの回転移動・水平移動、Ｘ線源およびＸ線検出器の移動等により調整している。そして、このような構成により、被測定物の様々な位置のＸ線透視画像が収集可能となっている。

また、このようなＸ線検査装置には、検査中の被測定物とＸ線源およびＸ線検出器との衝突を防止するための衝突回避機構が備えられている。従来の衝突回避機構では、ステージ上の被測定物を複数の方向から光学カメラで撮影した試料画像を、ステージ上に被測定物を載置していない状態で撮影した１枚の背景画像と比較することにより被測定物の外観形状を抽出し、抽出された被測定物の外観形状を外接円筒もしくは外接直方体で近似した領域を衝突危険領域として設定している。そして、測定プログラムに従ったＸ線測定の実行中に、Ｘ線源等が設定された衝突危険領域内に進入したときなどには、例えば、Ｘ線測定光学系の動作を停止させ、ステージの回転・並進移動の速度をオペレータの手動による操作が可能な程度に減速させる等の衝突回避動作が行われる構成となっている（特許文献１〜特許文献３参照）。

特開２００７−２０６０１９号公報 特開２００７−７８５５７号公報 特開２００６−１３３００８号公報

図５は、被測定物に対するＸ線測定光学系の配置とＸ線画像の解像度との関係を説明する概要図である。図５の図中の位置ＯはＸ線源の位置を示し、位置Ｐ１、Ｐ２は被測定物Ｓの位置を示し、位置ＱはＸ線検出器の位置を示している。また、図５（ａ）は、Ｘ線源と被検査物Ｓとの間の距離が比較的近い場合を模式的に示すものであり、図５（ｂ）は、Ｘ線源と被検査物Ｓとの間の距離が比較的遠い場合を模式的に示すものである。

図５（ａ）に示すように、被測定物ＳをＸ線源の位置Ｏに対して位置Ｐ１に配置し、Ｘ線Ｒを照射した場合、位置ＱのＸ線検出器側で検出されるＸ線像は、白抜きＳ字で示す大きさとなる。一方、図５（ｂ）に示すように、被測定物Ｓを位置Ｐ１よりもＸ線源の位置Ｏから遠い位置Ｐ２に配置してＸ線Ｒを照射した場合には、白抜きＳ字で示す位置ＱのＸ線検出器側で検出されるＸ線像は、図５（ａ）に示すＸ線像より小さくなる。すなわち、被測定物ＳがＸ線源に近いほど、Ｘ線検出器により検出されるＸ線像の拡大率は大きくなる。このように、透視検査の空間分解能は、Ｘ線測定光学系と被測定物Ｓとの距離が近いほど高いことになり、Ｘ線測定光学系をより被測定物Ｓに近づければ、より精度の高い透視検査が行えることになる。

ところで、特許文献１〜特許文献３に記載された衝突回避機構においては、実際の被測定物の外観形状よりも衝突危険領域を過大に算出する傾向がある。その原因の一つとして、被測定物の外観形状を正確に抽出できていない点があげられる。この種のＸ線検査装置は、安全性の観点からＸ線を遮蔽可能に構成された筐体内にステージおよびＸ線測定光学系が配設されており、ステージ上に被測定物を載置した状態の試料画像と、ステージ上に何も置かない状態の背景画像とでは、照明等からの光の当たり方や光の反射により、背景部分への影の映りこみが異なっている。また、ステージの回転や並進移動等によりステージ周辺に微妙な空気の流れが生じたり、照明光が一定しない等の理由から、背景画像の同一位置の画素値にバラツキを生じさせたりしている。このため、ステージ上の被測定物を複数の方向から光学カメラで撮影した試料画像に対して、ステージ上に被測定物を載置していない状態で撮影した１枚の背景画像との差を取っただけの従来の外観形状抽出では、背景部分に映りこんだ影や画像の画素ごとのバラツキ等の影響を受け、被測定物の実際の外観形状よりも大きな領域を外観形状とみなして抽出する傾向がある。

特許文献２においては、試料画像の背景部分に映りこんだ被測定物の影を、被測定物の外観形状とみなされた領域から、ラプラスフィルタ等を用いたフィルタ処理により除去することが提案されている。しかしながら、このようなフィルタ処理では、被測定物の影の除去において十分な効果が得られていない。これは、装置内部のステージ周辺を照らす照明の明るさが、画像上において、被測定物とその影の境界がはっきりと分かる程度に明るいものではないために、被測定物の実際の外観形状と、除去すべき影領域との境界が画像上では判然としないためである。このため、特許文献２に記載されたようなフィルタ処理を行っても、除去すべき影領域を特定できず、被測定物の外観形状を実際の外観形状の他に影領域を含んだ過大なものとして抽出することとなる。そして、被測定物の外観形状が実際の外観形状より過大なものとして抽出されると、その抽出された外観形状に基づいて算出される衝突危険領域も過大なものとなる。

また、実際の被測定物の形状は円筒や直方体などの単純な形状ではない。このため、衝突危険領域を被測定物の外観形状の外接円筒もしくは外接直方体の形状近似で算出すると、被測定物の形状によっては、衝突危険領域の外側に配置されるＸ線源の位置が、被測定物から極めて遠いものになり（図５参照）、所望の解像度のＸ線画像を得ることができない場合も生じる。

さらに、より空間分解能の高いＸ線画像を得るために、透視検査中にＸ線源等を被測定物に近づけようとしても、衝突危険領域が過大に設定されていると、実際にはＸ線源等が被測定物に衝突する危険がない場合にもかかわらず、衝突危険領域にＸ線源等が侵入するたびに衝突回避動作が実行されることとなる。そうすると、オペレータは、検査の中断やステージ並進移動速度が低速に設定される手動での作業を余儀なくされることとなり、装置の操作性の低下や、検査時間の長時間化などの問題が生じる。

この発明は上記課題を解決するためになされたものであり、衝突危険領域を過大に設定することを防止し、スムースにＸ線透検査を行うことができるＸ線検査装置を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は、被測定物を載置する試料台と、被測定物に対して透視用Ｘ線を照射するＸ線源と、前記Ｘ線源と対向配置されるとともに前記Ｘ線源から照射され被測定物を通過したＸ線を検出するＸ線検出器からなるＸ線測定光学系と、前記試料台を並進および回転させる駆動機構と、前記試料台上に載置された被測定物の可視光像を撮影する光学カメラと、前記Ｘ線測定光学系が前記被測定物に接触する可能性のある衝突危険領域を設定することにより前記Ｘ線測定光学系と前記被測定物との衝突を回避する衝突回避機構と、を備えるＸ線検査装置において、前記衝突回避機構は、前記試料台に被測定物を載置していない状態で、前記試料台を回転させながら前記光学カメラにより撮影した複数の背景画像を用いて背景モデルを作成する背景モデル作成手段と、前記試料台に被測定物を載置した状態で、前記試料台を回転させながら前記光学カメラにより撮影した複数の試料画像と、前記背景モデル作成手段により作成された背景モデルとを比較することで被測定物の外観形状を抽出する外観形状抽出手段と、前記外観形状抽出手段により抽出された被測定物の外観形状に基づいて、前記被測定物と前記Ｘ線測定光学系とが接触する可能性のある衝突危険領域を算出する衝突危険領域算出手段と、を有する衝突危険領域設定手段を備えることを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記外観形状抽出手段は、前記背景モデルと前記複数の試料画像とを比較することにより被測定物の外観形状の候補を作成する外観形状候補作成手段と、前記外観形状候補作成手段により作成された被測定物の外観形状候補から被測定物の影を除去する影除去手段と、を有する。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、前記背景モデル作成手段は、前記複数の背景画像の各画素の輝度の平均値および輝度の分散を求め、得られた輝度の平均値および分散のデータを保持する背景モデルを作成し、前記外観形状候補作成手段は、前記複数の試料画像の各試料画像において算出された各画素の輝度の値が、前記背景モデルに保持された輝度の分散から得られた標準偏差に基づいて設定された閾値の範囲内にある領域を背景とし、それ以外の領域を外観形状候補とする。

請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の発明において、前記背景モデル作成手段は、前記複数の背景画像の各画素の色相をさらに求め、得られた色相のデータを保持する背景モデルを作成し、前記影除去手段は、前記外観形状候補について、前記複数の試料画像の各試料画像において算出された各画素の色相の値と、前記背景モデルに保持された色相とを比較することにより、前記外観形状候補から被測定物の影を除去する。

請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の発明において、前記外観形状抽出手段は、前記影除去手段により被測定物の影が除去された外観形状候補に対してモフォロジー処理を行い被測定物の外観形状とする最適化手段を有する。

請求項６に記載の発明は、請求項１から請求項５のいずれかに記載の発明において、前記衝突危険領域算出手段は、前記複数の試料画像について、前記外観形状抽出手段により得られた被測定物の外観形状の幅および高さに関する情報の論理積を用いて衝突危険領域を算出する。

請求項１に記載の発明によれば、試料台を回転させながら光学カメラにより撮影した複数の背景画像を用いて背景モデルを作成し、その背景モデルと試料画像との比較に基づき被測定物の外観形状を抽出することから、背景画像の画素ごとのバラツキによる外観形状抽出精度への影響を低減して被測定物の実際の外観形状に近い形状を抽出することができ、衝突危険領域を過大に算出することを防止することが可能となる。

請求項２に記載の発明によれば、被測定物の外観形状の抽出において、外観形状の粗モデルである外観形状候補を作成し、その外観形状候補から被測定物の影を除去することにより、被測定物の実際の外観形状により近い形状を抽出し、衝突危険領域を過大に算出することを防止することが可能となる。

請求項３に記載の発明によれば、背景モデルに各背景画像の画素ごとの輝度の平均および分散のデータを保持させるとともに、試料画像の各画素の輝度が、背景モデルの輝度の分散から得られた標準偏差の範囲内にある領域を背景とし、それ以外の領域を外観形状候補とすることから、高精度に被測定物の外観形状を抽出することが可能となる。

請求項４に記載の発明によれば、背景モデルに照明の明るさ等の影響を受けない物体の色味そのものを表す色相のデータを保持させるとともに、各試料画像の画素ごとの色相を背景モデルに保持させた色相のデータと比較することから、各試料画像でのある画素の輝度が照明等の影響で、背景モデルの輝度の分散から得られた標準偏差の範囲内にないとして外観形状候補とされた場合でも、色相の変化が背景画像と比べて乏しい領域を被測定物の影として除去することができる。このため、より高精度に被測定物の外観形状を抽出することが可能となる。

請求項５に記載の発明によれば、外観形状候補に対してモフォロジー処理を行うことにより、外観形状候補を、より被測定物の実際の外観形状に近い形状へと最適化することができる。

請求項６に記載の発明によれば、衝突危険領域は、被測定物の外観形状の幅および高さに関する情報の論理積を用いて算出されることから、衝突危険領域を過大に設定することがなく、Ｘ線検査装置の操作性を向上させることが可能となる。

この発明に係るＸ線検査装置の要部を模式的に示す概要図である。 被測定物Ｓの外観形状が抽出されるまでの一連の動作を説明するフローチャートである。 最適化部３８における処理の一例を示す説明図である。 衝突危険領域算出部３９での衝突危険領域算出方法の概要を示す説明図である。 被測定物に対するＸ線測定光学系の配置とＸ線画像の解像度との関係を説明する概要図である。

以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は、この発明に係るＸ線検査装置の要部を模式的に示す概要図である。

このＸ線検査装置は、Ｘ線照射部１１とＸ線検出器１２とから成るＸ線測定光学系１３と、被測定物Ｓを載置する試料台であるステージ１４と、Ｘ線測定光学系駆動機構１５ａとステージ駆動機構１５ｂを有する駆動部１５と、被測定物Ｓを可視光により撮影する光学カメラ１６と、Ｘ線検査装置全体の制御を行う演算制御装置２０とから構成される。

Ｘ線照射部１１は、内部にＸ線源としてのＸ線管を備え、Ｘ線管から発生したＸ線を、ステージ１４上に載置した被測定物Ｓに向けて照射する。Ｘ線検出器１２は、イメージインテンシファイアにＣＣＤカメラを組み合わせたものであり、Ａ／Ｄ変換器１７を介して演算制御装置２０に接続される。Ｘ線照射部１１とＸ線検出器１２とは、駆動部１５に接続された共通のアーム１９により支持されており、両者は被測定物Ｓを挟んで対向配置されるとともに、アーム１９の長軸方向に沿って移動可能に設けられている。

ステージ１４は、回転ステージ１４ａと水平ステージ１４ｂとから構成される。回転ステージ１４ａは、被測定物Ｓを載置して中心軸Ｃ周りに回転可能であるとともに、回転ステージ１４ａの表面に垂直なｚ軸方向に上下動可能に設けられている。水平ステージ１４ｂは、回転ステージ１４ａの下部に設けられ、回転ステージ１４ａを水平面上で互いに直交するｘ，ｙ軸方向に移動させることが可能であるとともに、ステージ１４自体をｙ軸に平行な傾動中心軸で傾けることも可能である。このように、ステージ１４は、中心軸Ｃ周りの回転、ｘ、ｙ、ｚ軸方向の垂直水平移動、ｙ軸に平行な傾動中心軸での傾動、の５軸駆動が可能な装置として構成されている。

駆動部１５は、それぞれモータ等の駆動手段を備えたＸ線測定光学系駆動機構１５ａとステージ駆動機構１５ｂとを有する。Ｘ線測定光学系駆動機構１５ａは、駆動部１５に接続された演算制御部２０の制御下において、アーム１９に設けられた回転軸を駆動してＸ線照射部１１とＸ線検出器１２とを傾動（旋回）させるとともに、アーム１９に支持されたＸ線照射部１１とＸ線検出器１２の両方、または、いずれか一方をアーム１９の長軸方向に沿って移動させ、Ｘ線照射部１１とＸ線検出器１２との間の距離を変更する。ステージ駆動機構１５ｂは、駆動部１５に接続された演算制御部２０の制御下において、回転ステージ１４ａおよび水平ステージ１４ｂを移動させる。

光学カメラ１６は、ビデオカメラもしくはデジタルカメラであり、被測定物Ｓを載置するステージ１４の上部周辺および被測定物Ｓの可視光像を撮影するものである。光学カメラ１６は、Ｘ線測定光学系１３によるＸ線撮影の支障にならない位置に配設されている。光学カメラ１６は、Ａ／Ｄ変換器１８を介して演算制御装置２０に接続されており、光学カメラ１６が撮影した画像は、画像データとして、後述する画像メモリ２４の画像データ蓄積部４１に格納される。

演算制御装置２０は、このＸ線検査装置の動作制御を行うためのアプリケーション等を格納する記憶装置としてのＲＯＭ、ＲＡＭ等と、各種アプリケーションを実行する演算装置としてのＣＰＵと、を備えるコンピュータにより構成されている。そして、演算制御装置２０は、各種演算処理を機能ごとに実行する演算部２１と、各種データを格納する画像メモリ２４とを備える。さらに、演算制御装置２０には、液晶ディスプレイ等の表示装置２３、および、キーボード２２ａとマウス２２ｂから成る入力装置が接続されている。なお、キーボード２２ａやマウス２２ｂは、種々の操作において、オペレータによる入力を行うものである。

画像メモリ２４は、光学カメラ１６により撮影された画像の画像データを格納する画像データ蓄積部４１と、後述する背景モデル蓄積部３４により作成された背景モデルのデータを格納する背景モデルデータ蓄積部４２と、後述する衝突危険領域算出部３９により算出された衝突危険領域のデータを記憶する衝突危険領域データ記憶部４３とを備える。

演算部２１は、Ｘ線画像作成部３１と、光学カメラ撮影制御部３２と、この発明における衝突回避機構２５を構成する、衝突危険領域設定部３３と、衝突判定部５１と、衝突警告部５２と、駆動信号発生部５３と、移動速度制御部５４と、移動停止部５５とを備える。なお、衝突危険領域設定部３３は、この発明の衝突危険領域設定手段として機能する。

Ｘ線画像作成部３１は、Ｘ線検出器１２からのＸ線検出信号をＡ／Ｄ変換器１７を介して受信し、その信号に基づいて表示装置２３にＸ線像を表示するものである。

光学カメラ撮影制御部３２は、光学カメラ１６に可視光での被測定物Ｓの撮影信号を与えるとともに、光学カメラ１６により撮影された画像信号をＡ／Ｄ変換器１８を介して受信し、得られた画像データに基づいて、被測定物Ｓの可視光像を表示装置２３に表示するものである。

衝突危険領域設定部３３は、Ｘ線測定光学系１３が被測定物に接触する可能性のある衝突危険領域を設定するものであり、背景モデル作成部３４と、外観形状抽出部３５と、衝突危険領域算出部３９とを備える。これら各部は、それぞれこの発明の、背景モデル作成手段、外観形状抽出手段および衝突危険領域算出手段として機能する。さらに、外観形状抽出部３５は、外観形状候補作成部３６と、影除去部３７と、最適化部３８とを有し、これら各部は、それぞれこの発明の、外観形状候補作手段、影除去手段および最適化手段として機能する。なお、衝突危険領域設定部３３を構成する各部の詳細は、後述する。

衝突判定部５１は、Ｘ線測定光学系１３の一部が、衝突危険領域設定部３３により設定された衝突危険領域に侵入したか否かを判定するものである。この衝突判定部５１においては、Ｘ線照射部１１、Ｘ線検出器１２およびステージ１４の現在位置ならびにＸ線検査時のこれら各構成の軌跡データに基づいて、Ｘ線測定光学系１３の一部が衝突危険領域に侵入したか否かが判定される。

衝突警告手段５２は、衝突判定部５１によりＸ線測定光学系１３の一部が衝突危険領域に侵入したと判定されたときに、ステージ１４またはＸ線測定光学系１３の移動を停止させる停止信号を発生させるとともに、表示装置２３に、Ｘ線測定光学系１３の一部が衝突危険領域に侵入したことを示す表示や警告音の発生等を行って、オペレータに衝突の危険を知らせる。

駆動信号発生手段５３は、オペレータによるキーボード２２ａおよびマウス２２ｂからの入力に従って、駆動部１５に送られるＸ線測定光学系１３およびステージ１４等を移動させる駆動信号を発生させるものである。また、駆動信号発生部５３は、衝突判定部５１によりＸ線測定光学系１３の一部が衝突危険領域に侵入したと判定された場合には、被測定物ＳとＸ線測定光学系１３との衝突を回避するために、後述する移動速度制御部５４お設定された駆動信号を発生させている。

移動速度制御部５４は、衝突判定部５１によりＸ線測定光学系１３の一部が衝突危険領域に侵入したと判定されたときに、Ｘ線照射部１１、Ｘ線検出器１２または／およびステージ１４の移動速度を、Ｘ線測定光学系１３の一部が衝突危険領域に侵入していないときよりも遅い所定の速度に設定するものである。ここでの所定の速度とは、オペレータによる手動制御が可能な程度の速度であって、ステージ１４等の動きをオペレータが目視でも追従可能な速度であり、仮にＸ線測定光学系１３が被測定物Ｓに衝突したとしても、この両者を破損させることのない速度である。

移動停止手段５５は、Ｘ線測定光学系１３とＸ線測定光学系１３とが接触したときに、Ｘ線照射部１１、Ｘ線検出器１２または／およびステージ１４の移動の停止制御を行うものである。この停止制御は、例えば、Ｘ線測定光学系駆動機構１５ａまたはステージ駆動機構１５ｂのモータ等に通常のＸ線検査時とは異なる負荷がかかったときに、移動停止手段５５が、Ｘ線測定光学系１３が被測定物Ｓに接触したものと判断し、停止信号の発生および駆動部１５への送信を行うなどの制御を意味する。

次に、衝突危険領域設定部３３を構成する各部の詳細についてさらに説明する。図２は、被測定物Ｓの外観形状が抽出されるまでの一連の動作を説明するフローチャートである。

背景モデル作成部３４は、画像データ蓄積部４１に蓄積された、回転ステージ１４ａ上に被測定物Ｓを載置していない状態で、回転ステージ１４ａを回転させながら光学カメラ１６により撮影して得た複数の背景画像の画像データを用いて、背景モデルを作成するものである。ここでの複数の背景画像の画像データは、同一視点からの同一解像度の画像データである。しかし、回転ステージ１４ａを回転させているため、光学カメラ１６に対する回転ステージ１４ａの向きが個々の背景画像によって異なる。このため、回転ステージ１４ａの向きによる光の反射の違いが、画像データの画素単位で表れている。

この背景モデル作成部３４においては、背景画像の画像データの色の成分を、このＸ線検査装置の操作制御のためのアプリケーションが採用するＨＳＶ色空間を用いて数値化している。そして、この背景モデル作成部３４では、数値化された色成分のうちの輝度および色相に着目し、画素ごとの輝度の平均値と分散、および、色相が算出され、しかる後、それらのデータを保持する背景モデルの作成が行われる。

背景モデル作成部３４は、画素ごとの輝度の平均値および分散を算出するために、まず、複数の背景画像の画像データ間において同一位置となる画素位置（ｘ，ｙ）での輝度Ｉ（ｘ，ｙ）を、複数の背景画像の画像データ分合計した輝度合計Ｉ_ａｃｃ（ｘ，ｙ）、および、輝度２乗Ｅ（ｘ，ｙ）の複数の背景画像の画像データ分合計した輝度２乗合計Ｅ_ａｃｃ（ｘ，ｙ）を求める。このため、図２に示すように、まず、輝度合計Ｉ_ａｃｃ（ｘ，ｙ）および輝度２乗合計Ｅ_ａｃｃ（ｘ，ｙ）に、初期値として０（ゼロ）を代入しておき（ステップＳ１）、続いて、画像データ蓄積部４１から背景画像の画像データを読み込む（ステップＳ２）。この背景画像の画像データの読み込みは、読み込むべき背景画像の画像データがある場合には繰り返し行われ、読み込むべき複数の背景画像の画像データをすべて読み込みむまで行われる（ステップＳ３）。

読み込むべき背景画像の画像データがなくなると（ステップＳ３）、次に、読み込んだ１〜ｎ枚分の背景画像の画像データにおけるすべての画素位置（ｘ，ｙ）について、得られた輝度Ｉ（ｘ，ｙ）の値と、輝度２乗Ｅ（ｘ，ｙ）＝Ｉ（ｘ，ｙ）＊Ｉ（ｘ，ｙ）の値をそれぞれ積算する（ステップＳ４）。このステップＳ４では、輝度の積算処理を、以下の計算を繰り返すことにより行う。すなわち、初期値０である輝度合計Ｉ_ａｃｃ（ｘ，ｙ）に、１枚目の背景画像の画像データの輝度Ｉ_１（ｘ，ｙ）を加算した値０＋Ｉ_１（ｘ，ｙ）を、輝度合計Ｉ_ａｃｃ（ｘ，ｙ）として代入し、さらに、この新たな輝度合計Ｉ_ａｃｃ（ｘ，ｙ）に、２枚目の背景画像の画像データの輝度Ｉ_２（ｘ，ｙ）を加算する。続いて、その値Ｉ_ａｃｃ（ｘ，ｙ）＋Ｉ_２（ｘ，ｙ）を、輝度合計Ｉ_ａｃｃ（ｘ，ｙ）の値として再び代入する。このような加算と代入処理を、読み込んだｎ枚目の背景画像の画像データの輝度Ｉｎ（ｘ，ｙ）を加算した輝度合計Ｉ_ａｃｃ（ｘ，ｙ）が得られるまで繰り返す。

輝度２乗の積算についても同様に、初期値０であるＥ_ａｃｃ（ｘ，ｙ）に、１枚目の背景画像の画像データの輝度の２乗Ｉ_１（ｘ，ｙ）＊Ｉ_１（ｘ，ｙ）を加算した値０＋Ｉ_１（ｘ，ｙ）＊Ｉ_１（ｘ，ｙ）を、輝度２乗合計Ｅ_ａｃｃ（ｘ，ｙ）に代入し、さらに、この新たな輝度２乗合計Ｅ_ａｃｃ（ｘ，ｙ）に、２枚目の背景画像の画像データの輝度の２乗Ｉ_１（ｘ，ｙ）＊Ｉ_１（ｘ，ｙ）を加算する。続いて、その値Ｅ_ａｃｃ（ｘ，ｙ）＋Ｉ_２（ｘ，ｙ）＊Ｉ_２（ｘ，ｙ）を、輝度２乗合計Ｅ_ａｃｃ（ｘ，ｙ）の値として再び代入する。このような加算と代入処理を、読み込んだｎ枚目の背景画像の画像データの輝度２乗Ｉｎ（ｘ，ｙ）＊Ｉｎ（ｘ，ｙ）を加算した輝度２乗合計Ｅ_ａｃｃ（ｘ，ｙ）が得られるまで繰り返す。

ステップＳ４（ループによる積算処理）により、画素位置（ｘ，ｙ）ごとの輝度合計Ｉ_ａｃｃ（ｘ，ｙ）および輝度２乗合計Ｅ_ａｃｃ（ｘ，ｙ）の値が得られると、それらの値を用いて各画素の輝度の平均と分散が算出され、続いて、輝度の平均と分散をデータとして保持する背景モデルが作成される（ステップＳ５）。作成された背景モデルは、背景モデルデータ蓄積部４２に格納される。また、このステップＳ５で作成される背景モデルは、後述する影除去工程（ステップＳ９）で利用する色相の値も保持するものでもある。

背景モデルが作成されると、次に、被測定物Ｓの外観形状を抽出する一連の動作が行われる。なお、図２に示すステップＳ６以降の工程は、図１に示す外観形状抽出部３５により実行される。

外観形状抽出部３５は、背景モデル作成部３４において作成された背景モデルと、回転ステージ１４ａ上に被測定物Ｓを載置している状態で、回転ステージ１４ａを回転させながら光学カメラ１６により撮影して得た複数の試料画像とを比較することで被測定物Ｓの外観形状を抽出するものであり、外観形状候補作成部３６と、影除去部３７と、最適化部３８とを有する。

外観形状候補作成部３６は、一枚の試料画像ごとに背景モデルとの間で輝度の比較を行い、背景モデルに保持された輝度の分散から得られた標準偏差の範囲内にある領域を背景とし、それ以外の領域を被測定物Ｓの領域として外観形状候補を作成するものである。外観形状候補作成部３６では、１枚の試料画像の画像データを画像データ蓄積部４１より読み込み（ステップＳ６）、その画像データにおける画素ごとの輝度および色相の値を算出する（ステップＳ７）。しかる後、外観形状候補作成部３６では、図２に示すステップＳ８の平均背景法による領域抽出工程が実行される。

ステップＳ８の平均背景法による領域抽出工程は以下の手順により行われる。まず、背景モデルに保持された背景画像の画像データの画素ごとの輝度の平均値と、ステップＳ７で算出された試料画像の画像データの画素ごとの輝度とを比較する。なお、背景画像を撮影するときと、試料画像を撮影するときの光学カメラ１６の位置等の撮影条件は同一としているため、背景画像の画像データの画素位置と試料画像の画像データの画素位置は対応している。さらに、外観形状候補作成部３６では、試料画像の画像データと背景モデルとを輝度を用いて比較した結果、試料画像の画像データの画素のうち、その輝度の値が背景モデルに保持された輝度の分散から得られた標準偏差（σ）に基づいて設定された閾値（例えば、±σ）の範囲内にある領域を、背景としている。

背景モデルに保持された輝度の分散から得られた標準偏差に基づいて決定された閾値の範囲内にある領域を背景とするのは、以下の理由による。回転ステージ１４ａ上に被測定物Ｓを載置すれば、被測定物Ｓは背景と色が異なるため、画素値の違いにより被測定物Ｓをおおよそ抽出することは可能であるが、被測定物Ｓを回転ステージ１４ａに載置したことで背景画像と試料画像との間に生じる画素値の変化は、被測定物Ｓの領域以外の領域にまで及んでいる。すなわち、被測定物Ｓを回転ステージ１４ａ上に載置したことにより、背景の一部が影になった領域や、逆に被測定物Ｓの反射光が背景の特定の領域に集中して強い光が当たる領域の画素値にも変化が生じている。このため、画素値の変化だけで被測定物Ｓの外観形状の抽出を行うと、これら被測定物Ｓの領域以外の領域も被測定物Ｓの領域であると誤判断して抽出してしまう。しかしながら、このような画素値の変化が生じている被測定物Ｓの領域以外の領域は、物体への光の当り方が違うだけで、本来、映っているものは同じであることから、画素値の変化の度合いは、背景の領域と被測定物Ｓの領域との輝度差に比べれば小さいことが多い。この発明においては、このような性質を利用して、背景画像の各画素の輝度の分散を用いた閾値を画素ごとに決定している。なお、この閾値は、画像内のある領域に位置する画素では±２σに、別の領域に位置する画素では±３σに設定する等、必要に応じて変更することが可能であり、異なる領域に対して別個の閾値を設定することにより被測定物Ｓの外観形状抽出精度を向上させることができる。

回転ステージ１４ａに被測定物Ｓを載置しても、輝度の値が背景モデルに保持された輝度の分散から得られた標準偏差に基づく閾値の範囲内にある場合は、輝度が変化したとはみなされない領域である背景としている。したがって、試料画像の画像データの画素のうち、その輝度の値が背景モデルに保持された輝度の分散から得られた標準偏差の範囲内にある領域を背景とし、それ以外の領域、すなわち、背景モデルに保持された輝度の分散から得られた標準偏差の範囲外となった領域を、回転ステージ１４ａに被測定物Ｓを載置したことで変化があった被測定物Ｓの領域とみなして、外観形状候補の作成が行われている。

なお、背景画像を撮影するときと試料画像を撮影するときの光学カメラ１６の位置等の撮影条件は同一としているため、背景画像の画像データの画素位置と試料画像の画像データの画素位置は対応している。なお、この外観形状候補は、後述する影除去部３７での影の除去に用いる色相の値も、データとして保持した状態で作成される。

影除去部３７は、外観形状候補作成部３６において作成された外観形状候補から、被測定物Ｓそのものの形状ではない背景に映りこんだ被測定物Ｓの影を除去するものである。影除去部３７では、図２に示すステップＳ９の影除去工程が実行される。まず、外観形状候補は、色相を用いて背景モデルと比較される。この色相を用いた比較は、外観形状候補とされた試料画像の画像データの画素ごとに、対応する背景モデルの画素位置の色相と比較するものである。なお、ＨＳＶ色空間における色相は、赤、青、黄色のような色の種類を意味するものであり、０〜３６０度の範囲で表現され、光の強弱によって変化する値ではない。このため、背景画像間の同一画素位置、および、背景に映りこんだ被測定物Ｓの影の領域と背景画像の同一画素位置では、色相は殆ど変わらない。

外観形状候補と背景モデルとの間での色相の比較の結果、外観形状候補のうち、背景モデルがデータとして保持する色相との差が小さく、色相の変化が乏しいと判断された画素領域が影部分とみなされ、外観形状候補から除去される。なお、色相の変化が乏しいか否かの指標としては、任意の値を変化の許容値として設定してよい。

最適化部３８は、影除去部３７において外観形状候補から影の除去が行われた領域に対して、ダイレーション（ｄｉｌａｔｉｏｎ）、エロージョン（ｅｒｏｓｉｏｎ）、オープニング（ｏｐｅｎｉｎｇ）、クロージング（ｃｌｏｓｉｎｇ）等の演算を含むモフォロジー処理を実行し、影の除去が行われた外観形状候補を、被測定物Ｓの外観形状として最適化するものである。最適化部３８では、図２に示すステップＳ１０の最適化工程が行われ、この実施形態では、膨張収縮処理等が行われる。

図３は、最適化部３８における処理の一例を示す説明図である。図３（ａ）は、回転ステージ１４ａに載置した被測定物Ｓを正面から撮影した可視光像を示し、図３（ｂ）はその平面図を示している。図３（ｃ）は、モフォロジー処理を実行する前の状態、図３（ｄ）は、モフォロジー処理を実行した後の状態を示している。なお、図３（ｃ）および図３（ｄ）のハッチングを付した部分は、被測定物Ｓの外観形状とみなされている領域を示している。

図３（ａ）および（ｂ）に示すように、この被測定物Ｓの実際の外観形状は、上側の鍔付の円形部分と、下側の正面視においては矩形である楕円柱部分との基本図形の異なる２つの形状が組み合わされたものである。そして被測定物Ｓの上側の円形部分の中央には、貫通孔が形成されている。このような形状の被測定物Ｓの試料画像に対して、外観形状抽出部３５における外観形状候補からの影除去までの処理を行ったときには、図３（ｃ）に外観形状候補から影が除去がされた後の領域をハッチングで示すように、上側の円形部分と下側の楕円柱部分とを一体の外観形状として抽出できないことがある。このように、一つの被測定物Ｓにおいて、外観形状とみなされる領域が分断されているような場合には、膨張収縮処理等を行うことにより、被測定物Ｓの実際の外観形状に近い領域を一体化し、外観形状として抽出することができる。

１枚の試料画像について、最適化部３８における処理までが終わると、他に処理すべき試料画像がある場合には（ステップＳ１１）、画像データ蓄積部４１から試料画像の画像データを読み込み、図２に示すステップＳ６〜Ｓ１０までを繰り返す。なお、試料画像は、回転ステージ１４ａを回転させた状態での複数の角度からの被測定物Ｓを、光学カメラ１６により撮影したものである。したがって、図２に示すステップＳ６〜Ｓ１０までの工程は、複数の角度からの被測定物Ｓの外観形状から、被測定物Ｓの高さと最大幅が分かる程度の枚数の試料画像に対して繰り返し行われることになる。画像データ蓄積部４１から読み込むべき試料画像の画像データがない場合には（ステップＳ１１）、外観形状抽出のための一連の動作を終了する。

なお、上述した実施形態では、ＨＳＶ色空間を用いて色を色相（Ｈｕｅ）、彩度（Ｓａｔｕｒａｔｉｏｎ）、輝度（ｂｒｉｇｈｔｎｅｓｓ Ｖａｌｕｅ）の３つの要素で数値化しているため、背景モデルの作成には主に輝度の値を利用、影の除去には色相の値を利用している。しかし、影の除去には色相の変化を用いるほか、明度、彩度、あるいはそれらの組み合わせ等の画像の色情報を用いても良く、種々の変形が可能である。

色の見え方は、物に光がどのように当たっているか等により変化するものであり、色は、色味と、その濃淡（鮮やかさ）と、明暗という３つの要素で捉えることができる。影の除去においては、物が持つ色そのものを表す色味の要素に着目することにより、効果的な処理を行うことができる。影の除去の変形例として、色の要素の数値化にＬ^＊ａ^＊ｂ^＊表色系を採用した場合には、補色軸であるａ^＊ｂ^＊から色味を定量化することができる。ａ^＊ｂ^＊から求められた色味の変化の乏しい領域を影とみなして外観形状候補から除去することも可能である。

図４は、衝突危険領域算出部３９での衝突危険領域算出方法の概要を示す説明図である。図４（ａ）は、この発明における衝突危険領域の算出の基本的な考え方を説明するものであり、図４（ｂ）は、衝突危険領域算出後の衝突危険領域を示すものである。なお、図中ハッチングを付している領域は、衝突危険領域である。

衝突危険領域算出部３９での衝突危険領域の算出は、外観形状抽出部により得られた被測定物Ｓの外観形状の高さと幅の情報を用いて、より被測定物Ｓの実際の外観形状に合った衝突危険領域を設定しようとするものである。このうち、被測定物Ｓの外観形状の幅の情報を用いて算出される衝突危険領域（平面視において回転ステージ１４ａ上に占める領域）は、Ｘ線源を被測定物Ｓの表面により近づけてＸ線検査を行うために、より被測定物Ｓの外観形状に即したものとなることが望まれる。

図４（ａ）に示すように、平面視における回転ステージ１４ａの回転軸を原点０とするＸ−Ｙ座標を仮定し、光学カメラ１６の焦点位置（Ｄ，０）を通る回転ステージ１４ａ上の原点０と画像平面上の原点位置とを結ぶ直線があるとする。そして、光学カメラ１６の焦点位置（Ｄ，０）を通り、仮想線で示す被測定物Ｓの外観形状に外接する接線を引き、これらの接線で囲われた回転ステージ１４ａの領域を、図４（ａ）にハッチングで示すように、この角度からの試料画像に基づく衝突危険領域とする。この接線は、光学カメラ１６の焦点位置（Ｄ，０）と、接線と回転ステージ１４ａ上の原点０と画像平面上の原点位置とを結ぶ直線（図４（ａ）においてはＸ軸と重なっている）との開き角度θＲ、θＬ、および、画像平面上における被測定物Ｓの外観形状の回転ステージ１４ａ上の原点０と被測定物Ｓの外観形状エッジとの間の幅ωＬ、ωＲとから、それぞれの接線を関数ｙ＝ｆ_Ｒ（ｘ）、および、ｙ＝ｆ_Ｌ（ｘ）と表すことができる。

このような衝突危険領域とそれ以外の領域との境界を決め、衝突危険領域としての領域を区切っていく処理を、光学カメラ１６から見る角度の異なる試料画像ごとに繰り返し行う、すなわち、被測定物Ｓの幅の情報に基づく外接接線の関数の論理積をとることで、図４（ｂ）に示すように、衝突危険領域を仮想線で示した被測定物Ｓの外観形状よりやや大きい程度にまで正確に設定することができる。なお、実際には回転ステージ１４ａが回転することにより光学カメラ１６から見る角度が変化しているが、図４（ａ）においては、複数の試料画像の外観形状を外観形状がほぼ一致するように重ね合わせ、その重ね合わせた外観形状に対し、光学カメラ１６の焦点位置（Ｄ，０）が回転ステージ１４ａの回りに動いていくイメージとなる。

また、図４（ｂ）に鎖線で示す領域Ｅは、この実施形態での被測定物Ｓの外観形状に対し、特開２００７−２０６１９号に記載されたような、従来の外接円筒形状近似により衝突危険領域を設定した場合の衝突危険領域を示すものである。図４（ｂ）に示すように、この発明を適用して設定した衝突危険領域は、領域Ｅと比較して小さく、衝突危険領域を過大に設定するという従来の問題を解決している。

そして、被測定物Ｓの幅の情報に基づいて確定された衝突危険領域に高さに関する情報を加味する（論理積をとる）ことで、衝突危険領域を立体的な空間として設定することができる。こうして衝突危険領域算出部３９による衝突危険領域の算出が終了すると、得られた衝突危険領域データは、衝突危険領域データ記憶部４３に記憶される。

上述したように、この発明を適用して衝突危険領域を設定すると、Ｘ線源等を被測定物Ｓの表面により近づけても、衝突回避動作が作動しないため、解像度の高いＸ線画像を得ることができるとともに、Ｘ線検査をスムースに行うことができる。

１１ Ｘ線照射部
１２ Ｘ線検出器
１３ Ｘ線測定光学系
１４ ステージ
１５ 駆動部
１６ 光学カメラ
２０ 演算制御装置
２１ 演算部
２４ 画像メモリ
２５ 衝突回避機構
３３ 衝突危険領域設定部
３４ 背景モデル作成部
３５ 外観形状抽出部
３６ 外観形状候補作成部
３７ 影除去部
３８ 最適化部
３９ 衝突危険領域算出部
Ｓ 被測定物

Claims (6)

1. 被測定物を載置する試料台と、
   被測定物に対して透視用Ｘ線を照射するＸ線源と、前記Ｘ線源と対向配置されるとともに前記Ｘ線源から照射され被測定物を通過したＸ線を検出するＸ線検出器からなるＸ線測定光学系と、
   前記試料台を並進および回転させる駆動機構と、
   前記試料台上に載置された被測定物の可視光像を撮影する光学カメラと、
   前記Ｘ線測定光学系が前記被測定物に接触する可能性のある衝突危険領域を設定することにより前記Ｘ線測定光学系と前記被測定物との衝突を回避する衝突回避機構と、
   を備えるＸ線検査装置において、
   前記衝突回避機構は、
   前記試料台に被測定物を載置していない状態で、前記試料台を回転させながら前記光学カメラにより撮影した複数の背景画像を用いて背景モデルを作成する背景モデル作成手段と、
   前記試料台に被測定物を載置した状態で、前記試料台を回転させながら前記光学カメラにより撮影した複数の試料画像と、前記背景モデル作成手段により作成された背景モデルとを比較することで被測定物の外観形状を抽出する外観形状抽出手段と、
   前記外観形状抽出手段により抽出された被測定物の外観形状に基づいて、前記被測定物と前記Ｘ線測定光学系とが接触する可能性のある衝突危険領域を算出する衝突危険領域算出手段と、
   を有する衝突危険領域設定手段を備えることを特徴とするＸ線検査装置。
2. 請求項１に記載のＸ線検査装置において、
   前記外観形状抽出手段は、
   前記背景モデルと前記複数の試料画像とを比較することにより被測定物の外観形状の候補を作成する外観形状候補作成手段と、
   前記外観形状候補作成手段により作成された被測定物の外観形状候補から被測定物の影を除去する影除去手段と、
   を有するＸ線検査装置。
3. 請求項２に記載のＸ線検査装置において、
   前記背景モデル作成手段は、前記複数の背景画像の各画素の輝度の平均値および輝度の分散を求め、得られた輝度の平均値および分散のデータを保持する背景モデルを作成し、
   前記外観形状候補作成手段は、前記複数の試料画像の各試料画像において算出された各画素の輝度の値が、前記背景モデルに保持された輝度の分散から得られた標準偏差に基づいて設定された閾値の範囲内にある領域を背景とし、それ以外の領域を外観形状候補とするＸ線検査装置。
4. 請求項３に記載のＸ線検査装置において、
   前記背景モデル作成手段は、前記複数の背景画像の各画素の色相をさらに求め、得られた色相のデータを保持する背景モデルを作成し、
   前記影除去手段は、前記外観形状候補について、前記複数の試料画像の各試料画像において算出された各画素の色相の値と、前記背景モデルに保持された色相とを比較することにより、前記外観形状候補から被測定物の影を除去するＸ線検査装置。
5. 請求項４に記載のＸ線検査装置において、
   前記外観形状抽出手段は、前記影除去手段により被測定物の影が除去された外観形状候補に対してモフォロジー処理を行い被測定物の外観形状とする最適化手段を有するＸ線検査装置。
6. 請求項１から請求項５のいずれかに記載のＸ線検査装置において、
   前記衝突危険領域算出手段は、前記複数の試料画像について、前記外観形状抽出手段により得られた被測定物の外観形状の幅および高さに関する情報の論理積を用いて衝突危険領域を算出するＸ線検査装置。

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