JP2015232487A - 画像検査装置、画像検査方法、画像検査プログラム及びコンピュータで読み取り可能な記録媒体並びに記録した機器 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】ワークWKを一定の方向から撮像する撮像手段11を備える撮像手段と、ワークWKを異なる方向から少なくとも3回照明する第一照明手段21〜第四照明手段24を備える照明手段と、第一照明手段21〜第四照明手段24を1つずつ順に点灯させる照明制御手段と、各照明タイミングにて撮像手段11を駆動させることにより、複数のソース画像を生成するソース画像生成手段と、ソース画像生成手段によって生成された複数のソース画像を基にする複数のソース画像SPから、第一照明手段21〜第四照明手段24における実際の照明方向と最も整合する照明方向を検出する照明方向推定手段41gを備える。
【選択図】図37
Description
(1.画像検査装置1の構成)
(撮像手段)
(照明手段)
(照明分岐ユニット)
(照明制御手段)
(画像処理部)
(判定手段)
(基本原理)
(フォトメトリックステレオ法の基本原理)
I=ρLSn
ρ:アルベド
L:照明の明るさ
S:照明方向行列
n:表面の法線ベクトル
I:画像の階調値
n=1/ρL・S+I
S+:正方行列であれば、普通の逆行列
S+:縦長行列の逆行列は以下の式で表現されるムーアペンローズの擬似逆行列
S+=(StS)-1St
で求める。
(アルベド)
ρ=|I|/|LSn|
(2−2.輪郭抽出画像)
(傾き画像)
x方向:δs/δx、y方向:δs/δy
x方向:δ2s/δx2、y方向:δ2s/δy2
(輪郭抽出画像)
E=δ2s/δx2+δ2s/δy2
(微分合成方法)
(1:単純加算)
(2:多重解像度)
(3:二乗和)
(特徴サイズ)
(1:前進差分)
(2:中央差分)
(2−3.テクスチャ抽出画像)
ρ:アルベド
L:照明の明るさ
S:照明方向行列
n:表面の法線ベクトル
I:画像の階調値
(1:平均法)
(2:ハレーション除去法)
(特徴サイズ)
(3−2.ゲイン)
(3−3.ノイズ除去フィルタ)
(3−4.アングルノイズ低減)
(照明手段と撮像手段との分離型構造)
(1:LWDを小さく取った場合)
(2:LWDを大きく取った場合)
(照明方向推定手段41g)
(1)天頂角及び方位角のそれぞれがずれた場合の影響
(2)照明方向を検出する原理
(2−1)ワークWKの形状が未知である場合
(照明方向の回転)
(照明手段のシャッフル)
(3)ソフトウェアによる処理
(3−1)フォトメトリックステレオ法を利用した照明方向の検出方法
(3−2)フォトメトリックステレオ法を利用しない照明方向の検出方法
(画像検査方法)
(変形例)
11…撮像手段
12、32、52、62、82…ケーブル
71、72、73、74、76…ケーブル
20、20’、20”…環状照明ユニット
21、22、23、24、25…照明手段
31…照明制御手段
41…画像処理部;41a…法線ベクトル算出手段;41b…輪郭画像生成手段
41c…テクスチャ抽出画像生成手段;41d…検査領域特定手段
41e…画像処理手段;41f…判定手段;41g…照明方向推定手段
42…信号処理系
43…CPU
44…メモリ
45…ROM
46…バス
51…表示手段
61…操作手段
75…照明分岐ユニット
81…PLC
e1…カメラ
e21〜e24…照明用の光源
WK…ワーク
SG…ステージ
L1…第一照明手段;L2…第二照明手段
n…法線ベクトル
S…拡散反射面
OS…障害物
AL…実際の照明方向
IL…仮定照明方向
Claims (19)
- ワークの外観検査を行うための画像検査装置であって、
ワークを互いに異なる実際の照明方向から照明するための三以上の照明手段と、
前記三以上の照明手段を一ずつ所定の点灯順に点灯させるための照明制御手段と、
前記照明制御手段により各照明手段を点灯させる照明タイミングにて、ワークを一定の方向から撮像することにより、実際の照明方向が異なる複数の部分照明画像を撮像するための撮像手段と、
前記撮像手段によって撮像された複数の部分照明画像同士で、対応関係にある画素毎の画素値を用いて、フォトメトリックステレオ法に基づき、照明方向を仮定した仮定照明方向におけるワークの表面のソース画像を、複数の異なる仮定照明方向毎に生成するためのソース画像生成手段と、
前記ソース画像生成手段によって仮定照明方向毎に生成された複数のソース画像に基づき、前記照明手段における実際の照明方向と最も整合する推定照明方向を検出するための照明方向推定手段と
を備えることを特徴とする画像検査装置。 - 請求項1に記載の画像検査装置であって、
前記三以上の照明手段が、一体的に構成されており、かつ前記撮像手段の光軸を中心とした仮想回転面上に実際の照明方向を有しており、
前記照明方向推定手段が、仮想回転面上に位置すると仮定された複数の仮定照明方向の中から、推定照明方向を推定してなることを特徴とする画像検査装置。 - 請求項1に記載の画像検査装置であって、
前記三以上の照明手段が、互いに独立して配置可能に構成されており、かつ前記撮像手段の光軸を中心とした仮想回転面上に実際の照明方向を有しており、
前記照明方向推定手段が、仮想回転面上に位置すると仮定された複数の仮定照明方向の中から、推定照明方向を推定すると共に、前記三以上の照明手段のそれぞれの設置位置を推定可能に構成してなることを特徴とする画像検査装置。 - 請求項1〜3のいずれか一に記載の画像検査装置であって、
前記照明方向推定手段は、ワークの表面形状を凸状と仮定して照明照明方向を推定してなることを特徴とする画像検査装置。 - 請求項1〜4のいずれか一に記載の画像検査装置であって、
前記ソース画像生成手段は、前記複数のソース画像を、照明方向を特定する天頂角及び方位角を変数として生成するものであり、
前記照明方向推定手段は、前記ソース画像生成手段でもって生成されたソース画像のうち、実際の照明方向によるソース画像との整合の度合いを示す第1評価関数に従い、最も上位と評価されるソース画像を選択し、該ソース画像における天頂角及び方位角の変数値を推定照明方向として推定してなることを特徴とする画像検査装置。 - 請求項5に記載の画像検査装置であって、
前記第1評価関数は、天頂角及び方位角を変数として算出されて生成されたソース画像から、天頂角及び方位角に対して、前記ソース画像におけるワークの表面形状とソース画像にした実際の表面形状とのズレの大きさを数値化した関数であることを特徴とする画像検査装置。 - 請求項1〜4のいずれか一に記載の画像検査装置であって、
前記ソース画像生成手段は、前記複数のソース画像を、照明方向を特定する天頂角及び方位角のうち、天頂角を定数とし、方位角を変数として生成するものであり、
前記照明方向推定手段は、前記ソース画像生成手段でもって生成されたソース画像のうち、実際の照明方向によるソース画像との整合の度合いを示す第2評価関数によって、最も上位と評価されるソース画像を選択し、該ソース画像における方位角の変数値と天頂角の定数値を推定照明方向として推定してなることを特徴とする画像検査装置。 - 請求項7に記載の画像検査装置であって、
前記第2評価関数は、天頂角を定数とし、方位角を変数として算出されて生成されたソース画像から、方位角に対して、ワークの表面の凸凹の凸成分の表出割合を数値化した関数であることを特徴とする画像検査装置。 - 請求項5〜8のいずれか一に記載の画像検査装置であって、
変数としての方位角は、予め定められた組み合わせの中から値が設定されることを特徴とする画像検査装置。 - 請求項5〜8のいずれか一に記載の画像検査装置であって、
変数としての方位角は、均等の角度巾で値が設定されることを特徴とする画像検査装置。 - 請求項5〜10に記載の画像検査装置であって、
前記照明方向推定手段は、ワークを、鏡面反射成分を含む半球状と推定し、さらに前記ソース画像毎に、ワークのソース画像中での中心座標を基点として、ワークからの鏡面反射成分の画像での中心にあるハレーション座標のベクトルを求め、前記ベクトルの方向を、前記ソース画像を生成した際の照明方向の方位角として算出し、前記ベクトルの画素数とワークの大きさの画素数との比から、前記ソース画像を生成した際の照明方向の天頂角を算出してなることを特徴とする画像検査装置。 - 請求項5〜10に記載の画像検査装置であって、
前記照明方向推定手段は、ワークの高さを既知として、前記ソース画像毎に、ワークのソース画像での中心座標を基点として、ワークのソース画像での影の先端にある影座標のベクトルを求め、前記ベクトルの方向を、前記ソース画像を生成した際の照明方向の方位角として算出し、前記ベクトルの画素数とワークの高さの画素数との比から、前記ソース画像を生成した際の照明方向の天頂角を算出してなることを特徴とする画像検査装置。 - 請求項5〜10に記載の画像検査装置であって、
前記照明方向推定手段は、予め設定された、前記撮像手段及び前記照明手段が配置された状態での天頂角及び/又は方位角の設定範囲を、推定された天頂角及び/又は方位角と比較して、前記設定範囲を外れた場合には警告を発するよう構成してなることを特徴とする画像検査装置。 - 請求項1〜13のいずれか一に記載の画像検査装置であって、
前記照明制御手段は、異なる仮定照明方向毎にソース画像を生成する際の点灯順を、任意に変更可能に構成してなることを特徴とする画像検査装置。 - 請求項1〜14のいずれか一に記載の画像検査装置であって、
前記ソース画像生成手段は、
前記撮像手段によって撮像された複数の部分照明画像同士で、対応関係にある画素毎の画素値を用いて、フォトメトリックステレオ法に基づき、各画素のワークの表面に対する法線ベクトルを算出するための法線ベクトル算出手段と、
前記法線ベクトル算出手段で算出された各画素の法線ベクトルに対して、X方向及びY方向に微分処理を施し、ワークの表面の傾きの輪郭を示す輪郭画像を生成するための輪郭画像生成手段と、
を含むことを特徴とする画像検査装置。 - 請求項1〜15のいずれか一に記載の画像検査装置であって、さらに、
生成された輪郭画像に対して検査対象となる検査領域の位置を特定するための検査領域特定手段と、
前記検査領域特定手段で特定された検査領域内の傷を検出するための画像処理を施すための画像処理手段と、
前記画像処理手段の処理結果に基づいて、ワーク表面の傷の有無を判定するための判定手段と
を備えることを特徴とする画像検査装置。 - ワークの画像を撮像して外観を検査する検査方法であって、
ワークを、三以上の照明手段を一ずつ所定の点灯順にて点灯させて、異なる実際の照明方向から所定の点灯タイミングで照明すると共に、共通の撮像手段を用いて、各実際の照明方向毎に一の部分照明画像を撮像して、実際の照明方向が異なる複数枚の部分照明画像を取得する工程と、
異なる照明手段で照明して取得した複数の部分照明画像同士で、対応関係にある画素毎の画素値を用いて、フォトメトリックステレオ法に基づき、照明方向を仮定した仮定照明方向におけるワークの表面のソース画像を、ソース画像生成手段で複数の異なる仮定照明方向毎に生成する工程と、
前記ソース画像生成手段によって仮定照明方向毎に生成された複数のソース画像に基づき、照明方向推定手段でもって、前記照明手段における実際の照明方向と最も整合する推定照明方向を検出する工程と、
を含むことを特徴とする画像検査方法。 - ワークの画像を撮像して外観を検査するための検査プログラムであって、コンピュータに、
ワークを、三以上の照明手段を一ずつ所定の点灯順にて点灯させて、異なる実際の照明方向から所定の点灯タイミングで照明すると共に、共通の撮像手段を用いて、各実際の照明方向毎に一の部分照明画像を撮像して、実際の照明方向が異なる複数枚の部分照明画像を取得する機能と、
異なる照明手段で照明して取得した複数の部分照明画像同士で、対応関係にある画素毎の画素値を用いて、フォトメトリックステレオ法に基づき、照明方向を仮定した仮定照明方向におけるワークの表面のソース画像を、ソース画像生成手段で複数の異なる仮定照明方向毎に生成する機能と、
前記ソース画像生成手段によって仮定照明方向毎に生成された複数のソース画像に基づき、照明方向推定手段でもって、前記照明手段における実際の照明方向と最も整合する推定照明方向を検出する機能と、
を実現させることを特徴とする画像検査プログラム。 - 請求項18に記載の画像検査プログラムを記録したコンピュータで読み取り可能な記録媒体又は記録した機器。
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