JP2014119413A - 粒状物の外観測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高精度の機体差補正を行うことが可能な基準板を備えた粒状物の外観測定装置を提供することを技術的課題とする。
【課題を解決するための手段】粒状物を載置する底板を備えた試料用トレーと、透明プレートが下側に、着色プレートが上側となるように接合してなる基準板、該基準板及び試料用トレーを載置する画像読み取り面、該画像読み取り面の下方に設けて前記画像読み取り面に対して光を照射する照射部、前記基準板と試料用トレー上の粒状物とを撮像する撮像部を備えた画像読み取り手段と、該画像読み取り手段で撮像した撮像画像を処理する画像処理手段とを備える粒状物の外観測定装置において、前記基準板は、透明プレートと着色プレートとの接合面の位置が、当該基準板と試料用トレーとを画像読み取り面に載置した時に、試料用トレーの底板の上面よりも上側に設けられる、という技術的手段を講じた。
【選択図】図１

Description

本発明は、粒状物の外観測定装置に関し、より具体的には、試料となる粒状物を載置する試料用トレーと、画像を補正するための基準板を有する画像読み取り手段と、該画像読み取り装置で撮像した画像を処理する画像処理手段とを備える粒状物の外観測定装置に関するものである。

従来、前記外観測定装置としては、特許文献１のものが知られている。このものには、試料用トレー、画像読み取り手段（スキャナ）及び画像処理手段（パソコン）から構成され、前記画像読み取り手段を使用して前記試料用トレーに載置された複数の穀粒を撮像し、撮像画像を前記画像処理手段で処理することで穀粒の外観を測定する装置が記載されている。

前記画像読み取り手段においては、機体が異なる画像読み取り手段ごとに、撮像した画像に色彩などの機体差が生じるため、この機体差が粒状物の外観測定結果に誤差等の影響を及ぼさないために、前記機体差を補正する必要がある。このため、特許文献１では、補正（校正）用の治具として非透過性の基準板を使用して前記機体差の補正を行っている。具体的には、粒状物を載置した試料用トレーと前記基準板とを画像読み取り手段の画像読み取り面に載置し、前記画像読み取り手段にて前記粒状物及び基準板の画像を同時に撮像し、この基準板の画像情報を使用して、同時に撮像した粒状物の画像を補正することで、機体差を補正している。

ところで、測定対象の粒状物が透過性のものである場合には次のような問題がある。すなわち、前記外観測定装置で粒状物を撮像する場合は、当該粒状物の表面で反射した反射光と前記粒状物を透過した透過光とを撮像する。しかし、前記外観測定装置で前記基準板を撮像する場合は、当該基準板の表面で反射した反射光のみの撮像となる。したがって、透過性のある粒状物と反射光のみを撮像する基準板とでは、撮像時の平均的な光路長が異なることになる。このため、前記光路長の異なる基準板の画像情報を使用して透過性の粒状物の画像を補正しても、前記光路長の差が誤差原因となり、機体差補正が十分に行えないという問題が生じてしまう。

国際公開第ＷＯ２０１０／０４１３８８号公報

そこで、本発明は上記問題点にかんがみ、前記光路長の差を生じさせない基準板を備え、機体差補正を十分に行える粒状物の外観測定装置を提供することを技術的課題とする。

そこで、本発明は上記問題を解決するために、試料となる粒状物を載置する透明の底板を備えた試料用トレーと、透明材質からなる透明プレートが下側に、非透過性の着色材質からなる着色プレートが上側となるように接合してなる基準板、該基準板及び試料用トレーを載置する透明材質からなる画像読み取り面、該画像読み取り面の下方に設けて前記画像読み取り面に対して光を照射する照射部、前記基準板と試料用トレー上の粒状物とを撮像する撮像部及び前記画像読み取り面上に載置した基準板と試料用トレーの上方に配置する背景板を備えた画像読み取り手段と、該画像読み取り手段で撮像した撮像画像を処理する画像処理手段とを備える粒状物の外観測定装置において、前記基準板は、前記透明プレートと着色プレートとの接合面の位置が、当該基準板と試料用トレーとを画像読み取り面に載置したときに、前記試料用トレーの底板の上面よりも上側に設けられる、という技術的手段を講じた。

また、前記接合面の位置を、前記試料用トレーの底板上に載置された粒状物の下面よりも上側で、かつ、前記粒状物の上面よりも下側に設ける、という技術的手段を講じた。

さらに、前記接合面の位置を、前記試料用トレーの底板上に載置された粒状物の高さ方向の中心位置に設ける、という技術的手段を講じた。

その上、前記接合面の位置を、前記透明プレートの厚みによって調整する、という技術的手段を講じた。

そして、前記着色プレートは、少なくとも二種類の色を配置してなることを特徴とする。

本発明の粒状物の外観測定装置は、画像読み取り面に載置したときに、基準板の基準面となる透明プレートと着色プレートとの接合面の高さ方向の位置が、試料用トレーの底板の上面よりも上側に設定されているので、画像読み取り手段の照射部から照射された光が前記基準面で反射して前記撮像部で受光されるまでの光路を長くすることができる。このため、撮像部で前記基準板と粒状物とを同時に撮像する際、粒状物の光路に基準板の光路を合わせることが可能となり、粒状物と基準板とで撮像時の光路長が等しくなるので、光路長が等しい画像情報を使用して粒状物の画像の補正を行うことが可能となる。よって、機体差補正を十分に行えるようになった。

また、前記接合面の高さ方向の位置を、前記透明プレートの厚みにより調整可能としたので、測定対象となる粒状物の厚みが変わった場合でも、前記位置の調整を容易に行うことができる。

さらに、前記着色プレートが複数の色を配置するので、補正式の作成に使用する反射光の波長の範囲が広くなり、より高精度の機体差補正が可能となる。

本発明の基準板の斜視図である。 本発明の基準板の平面図である。 本発明の基準板の正面図である。 図３において基準板をＡ−Ａ線で切断した断面図である。 基準面と画像読み取り面との位置関係を示した図である。 基準板の使用例を示す図である。 本発明の基準板の底面図である。 基準板を撮像した画像のイメージ図である。 補正式を作成するためのグラフである。

以下、本発明について図面を参照しながら詳細に説明する。図６は、本発明の基準板２０を使用して補正を行う場合の外観測定装置３０の斜視図である。なお、外観測定装置３０は、粒状物を載置する試料用トレー５と、補正用の基準板２０を備える画像読み取り手段１と、画像処理手段となるパソコン１０とを有する。図６に示すように、基準板２０は画像読み取り手段１の画像読み取り面３に載置して使用される。

図１〜図４は、本発明の外観測定装置３０で使用する基準板２０を示した図ある。図１〜図４に示されるように、基準板２０は、ガラス又は樹脂等の透明材質からなる透明プレート２１の上に、２色の着色プレート２２、２３を設けたものである。着色プレート２２と着色プレート２３の色は、それぞれ異なる色にすることが望ましく、補正条件に対応した色をそれぞれ選択すればよい。なお、着色プレートを一枚とし、一色のみとしてもよい。また、一枚の着色プレートを複数の領域に区分けし、該領域毎に異なる色にするようにしてもよい。

また、粒状物の画像の補正に使用するのは、着色プレート２２及び着色プレート２３の底面（基準面７）の画像である。このため、着色プレート２２及び２３には非透過性のものを用いる必要がある。なお、本発明においては着色プレート２２及び２３の色を、測定対象となる穀粒（玄米）と同様の色としており、一方の着色プレートの色を前記穀粒の明るめの色とし、もう一方の着色プレートの色を前記穀粒の暗めの色としており、着色プレート２２の色を前記穀粒の明るめの色とし、着色プレート２３の色を前記穀粒の暗めの色としている。これは、後述する補正式の作成時に、広い範囲の波長帯の反射光を取得するのに有効だからである。

前記画像読み取り手段１は、画像読み取り面３を有し、この画像読み取り面３を測定時に覆うカバー９には、背景板２が設けられている。画像読み取り面３には、測定時に粒状物が投入された試料用トレー５及び基準板２０が載置される。

前記カバー９の一辺は、画像読み取り手段１の上端一辺にヒンジ結合されているので、該ヒンジにより回動可能である。このため、測定時にはカバー９によって画像読み取り手段１の画像読み取り面３を覆うことができ、外部からの迷光を防止することができる。なお、画像読み取り手段１には一般的なスキャナを用いることができる。

前記画像読み取り手段１内には、画像読み取り面３に対して光を照射する照射部（光源）１３と、該照射部１３から照射されて粒状物表面及び背景板２で反射された反射光を受光して撮像する撮像部１４が配設されている。なお、前記照射部１３と撮像部１４とでスキャナの走査装置となる。

前記撮像部１４は、カラーＣＣＤ等で構成されており、画像読み取り面３に載置された粒状物及び基準板２０からの反射光又は透過光を例えばＲＧＢの三色（赤色、緑色及び青色）の光毎に受光（撮像）し、受光して得られた各ＲＧＢの光量（輝度値）を画像情報としてパソコン１０に出力するようになっている。

前記パソコン１０には、画像読み取り手段１にて撮像して得た画像情報を分析する分析手段、前記画像情報を保存する保存手段、測定結果をネットワーク経由で配信する機能等が装備されている。このため、画像読み取り手段１にて撮像した基準板２０の画像情報はパソコン１０にて処理され、測定のために撮像された粒状物の画像の補正に利用される。なお、前記画像情報は、基準板２０の着色プレート２２及び２３が透明プレート２１と接している面を撮像した画像の情報であって、本発明では前記面を基準面７としている。

前記基準板２０は、基準板２０単独で画像読み取り手段１にて撮像してもよいが、本発明では、図６に示すように測定対象の粒状物と同時に基準板２０を撮像し、基準面７の画像情報を取得している。基準板２０を撮像する位置は、その位置が特定できるのであれば特に限定されることはなく、設計上都合の良い箇所に配置すればよい。本発明では、画像読み取り面３の角部Ｂを形成する二つの辺に、基準板２０の長手方向及び幅方向の辺をそれぞれ当接させる位置に配置している。いわゆる右詰の状態で配置している。この位置に配置することで、撮像した画像における基準板２０の基準面７の位置が容易に認識できる。また、基準板２０の形状は、特に限定されることはないが、画像読み取り手段１で撮像しやすい形状が望ましく、本実施例では矩形状としている。

ここで、基準板２０の基準面７の画像情報を用いた補正方法について説明する。図８は、前記補正方法を説明するための図であって、基準板２０を画像読み取り手段１で撮像した画像のイメージ図である。前記補正方法では、粒状物を撮像した画像を画素単位で補正する。具体的には、基準板２０の長手方向（図８の符号Ｂで示す方向）に並ぶ画素に対して列毎に光量（輝度値）の補正式を求めて補正している。このため、長手方向の位置（列）が同じであれば、基準板２０の幅方向（図８の符号Ｃで示す方向）の各画素は共通の補正式で補正されることになる。なお、図８において、長手方向の画素の並びを１〜ｍ個の「列」として表している。

前記補正式は、基準板２０の基準面７を撮像した画像において長手方向に並ぶ画素毎に求めているが、前記画像には、基準板２０の長手方向に並ぶ画素毎に、列が同一の画素が基準板２０の幅方向に複数存在する。図８では列が同一の画素をｎ個として示している。それらｎ個の画素は、着色プレート２２を撮像した画素と、着色プレート２３を撮像した画素である。本発明では、列が同一の各画素（ｎ個）の光量（輝度値）を使用して、前記列単位で補正式を求めている。

次に前記補正式の求め方を説明する。基準板２０の基準面７を撮像した画像の各画素の光量は、各基準板２０で同一となるように求める必要がある。このため、本発明では、基準となる基準板Ｍを用意し、この基準板Ｍを画像読み取り手段で撮像した画像の各画素の光量を基準値とし、この基準値に、その他の基準板を撮像した画像の光量を画素単位で合わせる補正を行っている。なお、基準となる基準板を撮像する画像読み取り手段も基準となる装置を用意することが好ましい。

前記補正式は、基準板２０を撮像した画像から各画素の光量を求め、横軸に実測値、縦軸に前記基準値を設けたグラフ（図９）に、前記光量を実測値としてプロットし、プロットした複数の点から一次の回帰式を算出して求める。なお、前記グラフにおける縦軸の各基準値は、前記基準板Ｍを撮像した画像における各画素の光量である。前記回帰式が前記補正式となるが、この補正式は各列でそれぞれ求める。そして、列毎に求めた前記補正式によって、粒状物を撮像した画像の各画素の光量を補正する。なお、各列の補正式は、ＲＧＢの三色の光量毎に求めることが望ましい。また、補正方法は、回帰式を利用したものに限定されるわけではなく、基準となる基準板Ｍを撮像した画像の各画素の光量との差分等を利用してもよい。

ところで、画像読み取り手段１として使用するスキャナは、紙等の薄い物を主な測定対象としている。このため、基準板２０の厚みは薄い方が好ましい。しかし、基準板２０の厚みは測定する粒状物に合わせて設定する必要がある。基準板２０の着色プレート２２及び２３については非透過性であれば可能な範囲で薄くすればよいが、透明プレート２１については、測定対象となる粒状物の厚みに対応させて設定する必要がある。

ここで、基準板２０を構成する透明プレート２１の厚みについて説明する。図５（ａ）〜図５（ｄ）は、画像読み取り手段１の画像読み取り面３と基準板２０の着色プレート２２及び２３との高さ方向の位置関係を示している。なお、図５（ａ）〜図５（ｄ）では米粒４を測定対象の粒状物の一例として使用している。また、米粒４は試料用トレー５に載置して撮像されるので、試料用トレー５（点線で表示）の底板６上に米粒４を載置した状態で表示している。

図５（ａ）は、基準板２０に透明プレート２１を設けず、着色プレート２２及び２３が直接画像読み取り面３と接している場合を表している。この場合、着色プレート２２及び２３の基準面７の高さは０ｍｍとなる。この状態を条件ａとする。

図５（ｂ）は、試料用トレー５の底板６と同一の厚さの透明プレート２１を設け、着色プレート２２及び２３の基準面７が試料用トレー５の底板６の上面と同一の高さに位置している場合を表している。この場合、底板６の厚みを１．０ｍｍとすれば、着色プレート２２及び２３の基準面７の高さは１．０ｍｍとなる。この状態を条件ｂとする。

図５（ｃ）は、試料用トレー５の底板６上に載置された米粒４の厚みの中心位置８の高さと着色プレート２２及び２３の基準面７とが同一の高さとなるように透明プレート２１を設けた場合を表している。この場合、試料用トレー５の底板６の厚みを１．０ｍｍ、米粒４の厚みを３．０ｍｍとすれば、着色プレート２２及び２３の基準面７の高さは、２．５ｍｍとなる。この状態を条件ｃとする。

図５（ｄ）は、着色プレート２２及び２３の基準面７の高さが、試料用トレー５の底板６上に載置された米粒４の上面と同一の高さとなるように透明プレート２１を設けた場合を表している。この場合、試料用トレー５の底板６の厚みを１．０ｍｍ、米粒の厚みを３．０ｍｍとすれば、プレート２２及び２３の基準面７の高さは、４．０ｍｍとなる。この状態を条件ｄとする。

従来は、図５（ａ）に示す条件ａ又は図５（ｂ）に示す条件ｂにて、基準板２０の基準面７を画像読み取り手段１にて撮像し、撮像して得た画像情報を用いて、測定対象を撮像して得た画像の色彩等の補正をパソコン１０にて行っていた。しかし、前記条件（ａ）や条件（ｂ）で得た基準板２０の画像情報による補正では、画像読み取り手段間において色彩の値の機体差が十分に解消されないという問題があった。前記問題の原因は、粒状物と基準板２０の基準面７とを撮像する際のそれぞれ光路長の差が原因と考えられる。米粒（特に白米）のように厚みがあり透過性の粒状物が測定対象である場合は、画像読み取り手段１の照射部１３から撮像のために照射された光の一部が前記粒状物の表面で反射せず、図５（ａ）及び図５（ｂ）に示す矢印βのように、前記粒状物を透過し画像読み取り手段１の背景板２で反射し再度粒状物を透過した透過光となって画像読み取り手段１の撮像部１４で受光される。このため、透過性の粒状物を画像読み取り手段１にて撮像する場合、前記撮像部１４は、前記透過光と前記粒状物の表面で反射した反射光（矢印α）とを合わせた光を受光することになり、それら光の平均的な反射位置は、前記試料用トレーの底板の上側であって、前記底板上の粒状物の下面と上面の間となる。

また、前記基準板２０は、前記画像読み取り手段１の照射部１３から撮像のために照射された照射光を反射する基準面７が非透過性であるので、画像読み取り手段１の照射部１３から照射された照射光は、基準面７を透過することなく、基準面７にて反射して画像読み取り手段１の撮像部１４で反射光（矢印γ）として受光される。したがって、前記反射光の反射位置は基準面７となる。

このため、粒状物を撮像した場合の前記照射光の反射位置と、基準板を撮像した場合の前記照射光の反射位置とが異なることになり、すなわち、粒状物と基準板とにおいて撮像時の光路長に差が生じることになる。したがって、光路長の異なる基準板の画像情報を使用して粒状物の画像を補正しても、前記光路長の差が誤差原因となり、基準板を撮像して得る画像情報では、前記透過光を含む粒状物の画像の補正を十分に行えなかった。

また、図５（ｄ）に示す条件ｄのように、基準面７と画像読み取り面３の距離が離れている場合も、基準板２０の画像情報による補正では、画像読み取り手段間において色彩の値の機体差が十分に解消されないという問題があった。これは、基準面７と画像読み取り手段１の撮像部１４との距離が、米粒４の中心位置８と撮像部１４との距離よりもさらに離れるために光路長が長くなり光量が低下することが原因となり十分な機体差補正が行えなかったと考えられる。

そこで、図５（ｃ）に示す条件ｃのように、画像読み取り面３からの基準面７の位置（高さ方向）を、測定対象である米粒４の中心位置８と同一として、基準板２０の基準面７を画像読み取り手段１で撮像し、撮像して得た画像情報を利用して画像読み取り手段１の補正を行うと、上記条件ａ〜条件ｄの中で最も機体差が少ない補正ができることが判明した。これは、基準板２０の基準面７と測定対象の米粒４とを画像読み取り手段１で同時に撮像するときの平均的な光路長が同じとなり、差が生じなかったためである。したがって、基準板２０の基準面７は、試料用トレー５の底板６の上面より上側であって、撮像時の粒状物の下面より上側に設けることが望ましい。また、基準面７を撮像時の粒状物の中心付近、特に中心位置に設けることが適切である。

なお、測定対象となる粒状物の中心位置は、複数のサンプルの厚みを計測して平均値を算出し、その平均値から求めることができる。米粒のように一般的に流通している粒状物については、既存の厚みに関する各種計測データを使用して求めてもよい。また、基準板２０の基準面７の位置は、透明プレート２１の厚みによって調整することになる。

ところで、基準板２０には、個別に管理するためにシリアルナンバーが設けられており、各基準板２０をシリアルナンバーで管理している。また、粒状物の画像の色彩を補正するために使用する補正用係数（設定値）が基準板２０毎に設けられている。このため、各シリアルナンバーと組み合わせて前記補正用係数を設けている。前記補正用係数は、各基準板２０間の個体差を補正するためのものであって、製品の出荷時に基準板毎に設定され、パソコン１０に事前に登録されるものである。そして、前記基準板２０を使用する際には、使用する基準板２０のシリアルナンバーを使用者がパソコン１０に手入力し、入力されたシリアルナンバーから前記補正用係数をパソコン１０で選択するように構成されていた。

そこで、図７（基準板２０の底面図）に示すように本発明の基準板２０の基準面７の一部分に、ＱＲコード（登録商標）１２を設けることが考えられる。この位置にＱＲコード（登録商標）１２を設けることで、基準板２０を撮像して基準面７の画像情報を取得するときに、ＱＲコード（登録商標）１２の情報も同時にパソコン１０に取り組むことが可能となる。前記情報としては、各々の基準板２０の固有のシリアルナンバー等がある。

前記画像読み取り手段１にて基準板２０を撮像した画像からＱＲコード（登録商標）１２によってシリアルナンバーを自動的にパソコン１０によって特定させることで、使用する基準板２０に対応した補正用係数を自動的に選択し、選択された補正用係数によって基準板の個体差補正が行えるようになる。また、シリアルナンバーを手動で入力する必要が無くなるので、誤入力が原因となって基準板と補正用係数との組み合わせが一致しないこと等による補正用係数の誤使用を防止できる。

また、ＱＲコード（登録商標）１２を複数設け、基準板２０のシリアルナンバーと該シリアルナンバーに対応した補正用係数とを、基準板２０を撮像することで同時にパソコン１０で取得することが可能となる。この場合、補正用係数を事前にパソコン１０に登録する工程を省略できる。

なお、基準板２０を構成する着色プレートは二色に限定されるわけではなく、画像読み取り手段１を補正する条件によっては三枚以上の着色プレートを使用し、三色以上の色を使用して補正を行うことも可能である。また、本発明は、上記実施の形態に限るものではなく、発明の範囲を逸脱しない限りにおいてその構成を適宜変更できることはいうまでもない。

１ 画像読み取り手段
２ 背景板
３ 画像読み取り面
４ 米粒
５ 試料用トレー
６ 底板
７ 基準面
８ 中心位置
９ カバー
１０ パソコン
１１ 基準板
１２ ＱＲコード（登録商標）
１３ 照射部
１４ 撮像部
２０ 基準板
２１ 透明プレート
２２ 着色プレート
２３ 着色プレート

Claims (5)

1. 試料となる粒状物を載置する透明の底板を備えた試料用トレーと、
   透明材質からなる透明プレートが下側に、非透過性の着色材質からなる着色プレートが上側となるように接合してなる基準板、該基準板及び試料用トレーを載置する透明材質からなる画像読み取り面、該画像読み取り面の下方に設けて前記画像読み取り面に対して光を照射する照射部、前記基準板と試料用トレー上の粒状物とを撮像する撮像部及び前記画像読み取り面上に載置した基準板と試料用トレーの上方に配置する背景板を備えた画像読み取り手段と、
   該画像読み取り手段で撮像した撮像画像を処理する画像処理手段と、
   を備える粒状物の外観測定装置において、
   前記基準板は、前記透明プレートと着色プレートとの接合面の位置が、当該基準板と試料用トレーとを画像読み取り面に載置したときに、前記試料用トレーの底板の上面よりも上側に位置することを特徴とする粒状物の外観測定装置。
2. 前記接合面の位置が、前記試料用トレーの底板上に載置された粒状物の下面よりも上側で、かつ、前記粒状物の上面よりも下側に位置することを特徴とする請求項１に記載の粒状物の外観測定装置。
3. 前記接合面の位置が、前記試料用トレーの底板上に載置された粒状物の高さ方向の中心位置に位置することを特徴とする請求項２に記載の粒状物の外観測定装置。
4. 前記接合面の位置を、前記透明プレートの厚みによって調整することを特徴とする請求項１乃至３に記載の粒状物の外観測定装置。
5. 前記着色プレートは、少なくとも二種類の色を配置してなることを特徴とする請求項１乃至５に記載の粒状物の外観測定装置。
   

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