JP2020176893A - Ｘ線検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】厚みが均一でない被検査物を検査対象とする場合であっても、異物を精度良く検出することができるＸ線検出装置を提供する。【解決手段】Ｘ線検査装置１００は、Ｘ線照射部２００と、Ｘ線検出部３００と、被検査物Ａの低エネルギー画像Ｐ１００及び高エネルギー画像Ｐ２００を生成する画像生成部４０１と、平滑輝度変換テーブルＴ１０２を用いることにより、低エネルギー画像Ｐ１００の各画素の輝度を変換する画像変換部４０９と、輝度変換後低エネルギー画像Ｐ１０１と高エネルギー画像Ｐ２００とに基づいて、被検査物Ａに含まれている異物Ｓを検出する検査部４１１と、を備える。平滑輝度変換テーブルＴ１０２は、変換対象となる輝度の範囲のうち範囲Ｒ１に対して適用される平滑輝度変換テーブルＴ１０２Ａと範囲Ｒ２に対して適用される平滑輝度変換テーブルＴ１０２Ｂとを有する。【選択図】図１１

Description

本開示は、Ｘ線検査装置に関する。

被検査物にＸ線を照射し、被検査物を透過したＸ線の検出結果（Ｘ線透過画像）に基づいて、被検査物に含まれる異物を検出するＸ線検査装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載の装置は、被検査物を透過した第１エネルギー帯のＸ線に基づく第１透過画像と、被検査物を透過した第２エネルギー帯のＸ線に基づく第２透過画像と、を生成する。そして、上記装置は、第１透過画像の輝度を第２透過画像の輝度と略一致するように変換させるための輝度変換関数（平滑輝度変換関数）を作成する。上記装置は、予め用意された輝度変換関数を用いて第１透過画像の輝度を変換し、輝度変換後の第１透過画像と第２透過画像とを比較することにより、被検査物の消し込みを行い、異物の領域のみを抽出する。

特許第５６１６１８２号公報

薄い部分と厚い部分とが混在するような厚みが均一でない被検査物（例えば鶏の胸肉等）が検査対象となる場合、当該被検査物について得られるＸ線透過画像では、被検査物の薄い部分は明るくなり易く、被検査物の厚い部分は暗くなり易い。すなわち、薄い部分に対応する輝度は最大輝度に近い値となり、厚い部分に対応する輝度は最小輝度に近い値となる。従って、厚みが均一でない被検査物を検査対象とする場合、変換対象となる輝度の範囲が比較的広くなる。本発明者の知見によれば、このような被検査物が検査対象である場合に、変換対象となる輝度の全範囲で共通の関数（例えば、輝度の全範囲を対象として平滑化することで得られた１つの関数）を上述した輝度変換関数として用いてしまうと、最小輝度に近い輝度を有する画素についての変換誤差（すなわち、第１透過画像の変換後の輝度と第２透過画像の輝度との差）が大きくなり易いという問題がある。

従って、厚みが均一でない被検査物の異物検査において、輝度の全範囲で共通の輝度変換関数を用いて被検査物の消し込みを行った場合、被検査物の厚い部分（暗くなり易い部分）が適切に消し込まれないおそれがある。その結果、異物の検出感度が低下したり、異物以外の部分が異物として誤検出されたりするおそれがある。

そこで、本開示は、厚みが均一でない被検査物を検査対象とする場合であっても、異物を精度良く検出することができるＸ線検出装置を提供することを目的とする。

本開示の一側面に係るＸ線検査装置は、被検査物にＸ線を照射するＸ線照射部と、被検査物を透過した第１エネルギー帯のＸ線及び第２エネルギー帯のＸ線を検出するＸ線検出部と、Ｘ線検出部により検出された第１エネルギー帯のＸ線に基づいて被検査物の第１Ｘ線透過画像を生成すると共に、Ｘ線検出部により検出された第２エネルギー帯のＸ線に基づいて被検査物の第２Ｘ線透過画像を生成する画像生成部と、予め用意された輝度変換関数を用いることにより、第１Ｘ線透過画像の各画素の輝度を変換する画像変換部と、画像変換部により輝度が変換された後の第１Ｘ線透過画像と第２Ｘ線透過画像とに基づいて、被検査物に含まれている異物を検出する検査部と、を備え、輝度変換関数は、被検査物についての第１Ｘ線透過画像の輝度を第２Ｘ線透過画像の輝度と略一致するように変換させる関数であり、輝度変換関数は、変換対象となる輝度の範囲のうち第１範囲に対して適用される第１輝度変換関数と、第１輝度変換関数とは異なる関数であって変換対象となる輝度の範囲のうち第２範囲に対して適用される第２輝度変換関数と、を有する。

上記Ｘ線検査装置では、Ｘ線透過画像における被検査物の消し込みを行って異物のみを抽出するために、予め用意された輝度変換関数を用いることにより、第１Ｘ線透過画像の輝度が第２Ｘ線透過画像の輝度と略一致するように変換される。ここで、例えば、厚みが均一でなく、厚い部分（比較的暗く、輝度が第１範囲に含まれる部分）と薄い部分（比較的明るく、輝度が第２範囲に含まれる部分）とが混在する被検査物が検査対象である場合、変換対象となる輝度の範囲が比較的大きくなる。このため、変換対象となる輝度の全範囲で共通の輝度変換関数を用いてしまうと、第１範囲の輝度を有する画素についての変換誤差が大きくなり易く、被検査物の厚い部分が適切に消し込まれないおそれがある。すなわち、被検査物の厚い部分がノイズとして残存したり、異物として誤って抽出されたりする可能性が高くなる。

そこで、上記Ｘ線検査装置は、変換対象となる輝度の範囲のうち第１範囲については第１輝度変換関数を適用し、変換対象となる輝度の範囲のうち第２範囲については第１輝度変換関数とは異なる第２輝度変換関数を適用する。このように範囲毎に別々に用意された関数を用いて輝度変換を行うことにより、各範囲における変換誤差を低減させることができる。従って、上記Ｘ線検査装置によれば、厚みが均一でない被検査物を検査対象とする場合であっても、被検査物の消し込みを精度良く行うことができる。その結果、異物を精度良く検出することができる。

上記Ｘ線検査装置は、第１Ｘ線透過画像の輝度分布を示す第１ヒストグラムを作成すると共に、第２Ｘ線透過画像の輝度分布を示す第２ヒストグラムを作成するヒストグラム作成部と、第１ヒストグラムを積分することにより第１ヒストグラム積算曲線を算出すると共に、第２ヒストグラムを積分することにより第２ヒストグラム積算曲線を算出するヒストグラム積算部と、第１ヒストグラム積算曲線が第２ヒストグラム積算曲線に一致又は近似するように、第１ヒストグラム積算曲線の積算値と第２ヒストグラム積算曲線の積算値とが一致する輝度の変換比を各輝度で求めることにより、輝度と変換比とが関連付けられた輝度変換テーブルを作成する輝度変換テーブル作成部と、輝度変換テーブルのうち第１範囲に対応する部分を平滑化することにより第１輝度変換関数を取得すると共に、輝度変換テーブルのうち第２範囲に対応する部分を平滑化することにより第２輝度変換関数を取得する平滑化部と、を更に備えてもよい。

上記構成によれば、第１Ｘ線透過画像及び第２Ｘ線透過画像によって得られた輝度変換テーブルを平滑化することによって、同種の被検査物に共通する輝度の特性を示す輝度変換関数を取得することができる。さらに、輝度変換テーブルの各範囲（第１範囲及び第２範囲）に限定した平滑化を行うことにより、各範囲に応じた輝度変換関数（第１輝度変換関数及び第２輝度変換関数）を取得することができる。このような処理によれば、上述のように各範囲における変換誤差を低減させることが可能な輝度変換関数を容易かつ適切に得ることができる。

本開示によれば、厚みが均一でない被検査物を検査対象とする場合であっても、異物を精度良く検出することができるＸ線検出装置を提供することができる。

一実施形態のＸ線検査装置の構成図である。 Ｘ線検査装置の機能構成を示すブロック図である。 （Ａ）は低エネルギー画像を示す図であり、（Ｂ）は高エネルギー画像を示す図である。 拡大された低エネルギー画像を示す図である。 位置合わせされた低エネルギー画像を示す図である。 （Ａ）は位置合わせ前の低エネルギー画像と高エネルギー画像とが重ね合わされた状態を示す図であり、（Ｂ）位置合わせ後の低エネルギー画像と高エネルギー画像とが重ね合わされた状態を示す図である。 低エネルギー画像及び高エネルギー画像の輝度ヒストグラムを示す図である。 低エネルギー画像及び高エネルギー画像の輝度ヒストグラム積算曲線を示す図である。 低エネルギー画像及び高エネルギー画像の輝度ヒストグラム積算曲線を示す図である。 輝度変換テーブルを示す図である。 平滑輝度変換テーブルの一例を示す図である。 比較例に係る平滑輝度変換テーブルを示す図である。 （Ａ）は輝度変換前の低エネルギー画像を示す図であり、（Ｂ）は輝度変換後の低エネルギー画像を示す図である。 低エネルギー画像、高エネルギー画像、及び輝度変換後低エネルギー画像の輝度ヒストグラムを示す図である。 （Ａ）は輝度変換後低エネルギー画像を示す図であり、（Ｂ）は高エネルギー画像を示す図であり、（Ｃ）は結果画像を示す図である。 （Ａ）は結果画像を示す図であり、（Ｂ）はノイズ除去画像を示す図であり、（Ｃ）は２値化画像を示す図であり、（Ｄ）は最終画像を示す図である。 Ｘ線検査装置による検査方法の一例を示すフローチャートである。 Ｘ線検査装置による平滑輝度変換テーブルの取得方法の一例を示すフローチャートである。 変形例における平滑輝度変換テーブルを示す図である。

以下、本開示の実施形態について図面を参照しながら説明する。各図において同一又は相当の部分には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

図１に示されるように、Ｘ線検査装置１００は、Ｘ線照射部２００と、Ｘ線検出部３００と、画像処理部４００と、搬送部５００と、を備えている。Ｘ線検査装置１００は、Ｘ線の透過性を利用して被検査物Ａに含まれる異物を検出する。本実施形態では、厚みが均一でない被検査物Ａとして、袋入りの複数のソーセージ等を例示する。すなわち、本実施形態では、複数の物品（ここではソーセージ）同士が互いに重なり合う部分があるために全体として厚みが均一とはなっていない被検査物Ａを例示する。なお、厚みが均一でない被検査物Ａは、例えば鶏の胸肉のように、単一の物品内において薄い部分と厚い部分とが混在する物品であってもよい。

［搬送部］
搬送部５００は、被検査物Ａを搬送する。搬送部５００には、ベルトコンベア、トップチェーンコンベア、回転テーブル等、様々な搬送機構を適用することが可能である。

［Ｘ線照射部］
Ｘ線照射部２００は、搬送部５００によって搬送される被検査物ＡにＸ線を照射する。Ｘ線照射部２００から照射されるＸ線には、低エネルギー帯（長波長）から高エネルギー（短波長）までの様々なエネルギー帯のＸ線が含まれている。なお、上述した低エネルギー帯及び高エネルギー帯における「低」及び「高」は、Ｘ線照射部２００から照射される複数のエネルギー帯の中で相対的に「低い」及び「高い」ことを示すものであり、特定の範囲を示すものではない。

［Ｘ線検出部］
Ｘ線検出部３００は、搬送部５００によって搬送される被検査物Ａに照射されたＸ線を検出する。Ｘ線検出部３００は、低エネルギー用センサ３１０と、高エネルギー用センサ３２０と、フィルタ３５０と、を備えている。低エネルギー用センサ３１０、フィルタ３５０、及び高エネルギー用センサ３２０は、Ｘ線照射部２００に近い方からこの順に配置されている。すなわち、フィルタ３５０は、低エネルギー用センサ３１０と高エネルギー用センサ３２０との間に配置されている。低エネルギー用センサ３１０は、低エネルギー帯（第１エネルギー帯）のＸ線（軟Ｘ線）を検出する。すなわち、低エネルギー用センサ３１０は、低エネルギー帯のＸ線を捕捉するように設計されている。高エネルギー用センサ３２０は、高エネルギー帯（第２エネルギー帯）のＸ線（硬Ｘ線）を検出する。すなわち、高エネルギー用センサ３２０は、高エネルギー帯のＸ線を捕捉するように設計されている。フィルタ３５０は、軟Ｘ線と硬Ｘ線との間のエネルギー帯のＸ線を吸収する。

低エネルギー用センサ３１０及び高エネルギー用センサ３２０の各々は、例えば、１次元に配列された複数のＸ線検出素子を含むラインセンサである。複数のＸ線検出素子は、搬送部５００による被検査物Ａの搬送方向Ｄ１及びＸ線照射部２００によるＸ線の照射方向Ｄ２（すなわち、Ｘ線照射部２００とＸ線検出部３００とが互いに対向する方向）の両方向に交差する方向（Ｘ線検査装置１００では、両方向に直交する方向）に沿って配列されている。

［画像処理部］
図２に示されるように、画像処理部４００には、低エネルギー用センサ３１０から出力された検出信号が入力されると共に、高エネルギー用センサ３２０から出力された検出信号が入力される。画像処理部４００は、これらの検出信号に基づいてＸ線透過画像を生成し、当該Ｘ線透過画像に対して各種の画像処理を実行する。画像処理部４００は、例えば、プロセッサ（例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）等）及びメモリ（例えば、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）等）等によって構成されている。画像処理部４００は、画像生成部４０１、画像拡縮部４０２、画像位置合わせ部４０３、ヒストグラム作成部４０４、ヒストグラム積算部４０５、輝度変換テーブル作成部４０６、データ補完部４０７、平滑化部４０８、画像変換部４０９、仮想データ調整部４１０、及び検査部４１１を有している。検査部４１１は、除算部４１１ａ、フィルタ部４１１ｂ、２値化部４１１ｃ、及び検出部４１１ｄを有している。

［画像生成部］
画像生成部４０１は、低エネルギー用センサ３１０から出力された軟Ｘ線検出信号に基づいて、被検査物Ａの軟Ｘ線透過画像である低エネルギー画像Ｐ１００（第１Ｘ線透過画像）を生成する。また、画像生成部４０１は、高エネルギー用センサ３２０から出力された硬Ｘ線検出信号に基づいて、被検査物Ａの硬Ｘ線透過画像である高エネルギー画像Ｐ２００（第２Ｘ線透過画像）を生成する。図３の（Ａ）に示されるように、低エネルギー画像Ｐ１００は、相対的にコントラストが高く、全体的に暗くなっている。また、図３の（Ｂ）に示されるように、高エネルギー画像Ｐ２００は、相対的にコントラストが低く、全体的に明るくなっている。更に、図３の（Ａ）及び（Ｂ）に示されるように、低エネルギー画像Ｐ１００における異物Ｓと被検査物Ａ（被検査物Ａの重なりの無い領域）とのコントラストに比べて、高エネルギー画像Ｐ２００における異物Ｓと被検査物Ａ（被検査物Ａの重なりの無い領域）とのコントラストが、小さくなっている。これは、異物Ｓと被検査物Ａとの間に、Ｘ線吸収率の違いがあることに起因する。

［画像拡縮部］
画像拡縮部４０２は、低エネルギー画像Ｐ１００における被検査物Ａの大きさと高エネルギー画像Ｐ２００における被検査物Ａの大きさとを合わせる。Ｘ線照射部２００から照射されるＸ線は、扇状に放射される。また、Ｘ線照射部２００から低エネルギー用センサ３１０までの距離は、Ｘ線照射部２００から高エネルギー用センサ３２０までの距離と異なる。このため、低エネルギー画像Ｐ１００における被検査物Ａの大きさと高エネルギー画像Ｐ２００における被検査物Ａの大きさとは一致しない。具体的には、高エネルギー画像Ｐ２００における被検査物Ａは、低エネルギー画像Ｐ１００における被検査物Ａよりも僅かに大きくなる。そこで、図４に示されるように、画像拡縮部４０２は、低エネルギー画像Ｐ１００を変換比Ｒだけラインセンサの配列方向に拡大する。変換比Ｒは、Ｘ線照射部２００から低エネルギー用センサ３１０までの距離をＬ１、Ｘ線照射部２００から高エネルギー用センサ３２０までの距離をＬ２とすると、Ｒ＝Ｌ２／Ｌ１で得られる。ここでは、低エネルギー画像Ｐ１００を拡大する例について説明したが、当然、高エネルギー画像Ｐ２００をＲの逆数（１／Ｒ）の比率で縮小してもよい。

［画像位置合わせ部］
画像位置合わせ部４０３は、低エネルギー画像Ｐ１００における被検査物Ａの位置と高エネルギー画像Ｐ２００における被検査物Ａの位置とを合わせる。具体的には、図５に示されるように、低エネルギー画像Ｐ１００を上下左右に移動させて、低エネルギー画像Ｐ１００と高エネルギー画像Ｐ２００との差異が最小になるようにしている。本実施形態の画像位置合わせ部４０３は、両画像を重ね合わせて、各画素において両画像の輝度（輝度値）の差の絶対値の総和を算出し、その総和が最小となるように自動的に位置合わせを行う。図６の（Ａ）に示されるように、画像位置合わせ部４０３による位置合わせ前では、被検査物Ａのエッジ部分Ｅ１及び異物Ｓのエッジ部分Ｅ２が現れる。なお、画像上のエッジ部分が、被検査物Ａのエッジ部分Ｅ１か、異物Ｓのエッジ部分Ｅ２かは、判別不可能である。そして、図６の（Ｂ）に示されるように、画像位置合わせ部４０３による位置合わせ後では、被検査物Ａ及び異物Ｓの位置ズレが解消されて、ほぼ黒一色の状態の画像となる。

なお、図６の（Ｂ）の位置合わせ後の画像に示されるように、単に低エネルギー画像Ｐ１００の拡大及び位置合わせを実行するだけでは、異物Ｓの領域についてもほぼ黒一色になり、異物Ｓの判別が不可能である。そこで、以下で説明するヒストグラム作成部４０４、ヒストグラム積算部４０５、輝度変換テーブル作成部４０６、データ補完部４０７、平滑化部４０８、画像変換部４０９、仮想データ調整部４１０、及び検査部４１１により、低エネルギー画像Ｐ１００の画像処理を施すことによって、異物Ｓの判別を可能にする。

［ヒストグラム作成部］
ヒストグラム作成部４０４は、低エネルギー画像Ｐ１００の輝度分布を示す低エネルギーヒストグラムＨ１００（第１ヒストグラム）を作成すると共に、高エネルギー画像Ｐ２００の輝度分布を示す高エネルギーヒストグラムＨ２００（第２ヒストグラム）を作成する。上述したように、低エネルギー画像Ｐ１００は、高エネルギー画像Ｐ２００に比べて全体的に暗くなっている。このため、図７に示されるように、低エネルギーヒストグラムＨ１００は、高エネルギーヒストグラムＨ２００に比べて、図中の左側（輝度が小さい側（明るい側））に寄っている。

［ヒストグラム積算部］
図８に示されるように、ヒストグラム積算部４０５は、低エネルギーヒストグラムＨ１００を積分することにより低エネルギーヒストグラム積算曲線Ｃ１００（第１ヒストグラム積算曲線）を算出すると共に、高エネルギーヒストグラムＨ２００を積分することにより高エネルギーヒストグラム積算曲線Ｃ２００（第２ヒストグラム積算曲線）を算出する。

［輝度変換テーブル作成部］
輝度変換テーブル作成部４０６は、低エネルギーヒストグラム積算曲線Ｃ１００と高エネルギーヒストグラム積算曲線Ｃ２００とを比較することにより、低エネルギーヒストグラム積算曲線Ｃ１００を高エネルギーヒストグラム積算曲線Ｃ２００に一致又は近似させる輝度変換テーブルＴ１００を作成する。具体的には、図９に示されるように、輝度変換テーブル作成部４０６は、低エネルギーヒストグラム積算曲線Ｃ１００の積算値Ｉ１と、高エネルギーヒストグラム積算曲線Ｃ２００の積算値Ｉ２とが一致する輝度の変換比Ｉ＝Ｉ１／Ｉ２を各輝度で求める。これにより、図１０に示されるように、輝度変換テーブル作成部４０６は、輝度と変換比とが関連付けられた輝度変換テーブルＴ１００を得る。

［データ補完部］
低エネルギー画像Ｐ１００及び高エネルギー画像Ｐ２００に輝度値の低い画素（暗い画素）が無い場合には、当該輝度値の変換比Ｉを求めることができない。そのため、図１０に示されるように、輝度変換テーブル作成部４０６により作成された輝度変換テーブルＴ１００の輝度値の低い領域Ｌには、変換データが存在しない。この場合、輝度値の低い画素については、輝度変換を行うことができない。そこで、データ補完部４０７は、上述した輝度変換テーブルＴ１００に、輝度値の低い領域Ｌにおいて仮想の変換データＤを補完する。以下、仮想の変換データＤが補完された輝度変換テーブルを、「補完後輝度変換テーブルＴ１０１」という。

［平滑化部］
平滑化部４０８は、図１１に示されるように、補完後輝度変換テーブルＴ１０１を平滑化する。以下、この平滑化部４０８により平滑化された補完後平滑輝度変換テーブルを、「平滑輝度変換テーブルＴ１０２」という。画像生成部４０１により生成された低エネルギー画像Ｐ１００及び高エネルギー画像Ｐ２００の輝度分布が狭い場合等には、平滑化前の輝度変換テーブルＴ１００が滑らかでない曲線でない場合がある。この場合、上述した低エネルギー画像Ｐ１００及び高エネルギー画像Ｐ２００とは異なる輝度分布を有する被検査物Ａを対象にした場合、妥当な輝度変換が行えない。そのため、平滑化部４０８は、種々の輝度分布を有する被検査物Ａに対応可能な一般化された輝度変換テーブルを取得すべく、補完後輝度変換テーブルＴ１０１を平滑化することにより、滑らかな曲線を描く平滑輝度変換テーブルＴ１０２（輝度変換関数）を取得する。

本実施形態では、平滑化部４０８は、補完後輝度変換テーブルＴ１０１を、変換対象となる輝度の範囲のうち下限値を含む範囲Ｒ１（第１範囲）に対応する部分と、変換対象となる輝度の範囲のうち上限値を含む範囲Ｒ２（第２範囲）に対応する部分と、に分割する。本実施形態では、範囲Ｒ１の下限値は、データ補完部４０７により補完された変換データＤに対応する輝度値である。

平滑化部４０８は、補完後輝度変換テーブルＴ１０１のうち範囲Ｒ１に対応する部分を平滑化することにより、平滑輝度変換テーブルＴ１０２Ａ（第１輝度変換関数）を取得する。すなわち、平滑化部４０８は、範囲Ｒ１に含まれるデータ（輝度値と変換比とが互いに関連付けられたデータ）のみを対象として平滑化処理を行う。例えば、平滑化部４０８は、範囲Ｒ１に含まれるデータを２次関数で近似することにより、平滑輝度変換テーブルＴ１０２Ａを取得する。これにより、範囲Ｒ２に含まれるデータ（すなわち、明るい部分に関するデータ）の影響が排除された分だけ範囲Ｒ１に対応する部分を精度良く近似した平滑輝度変換テーブルＴ１０２Ａが得られる。

上記と同様に、平滑化部４０８は、補完後輝度変換テーブルＴ１０１のうち範囲Ｒ２に対応する部分を平滑化することにより、平滑輝度変換テーブルＴ１０２Ｂ（第２輝度変換関数）を取得する。すなわち、平滑化部４０８は、範囲Ｒ２に含まれるデータ（輝度値と変換比とが互いに関連付けられたデータ）のみを対象として平滑化処理を行う。例えば、平滑化部４０８は、範囲Ｒ２に含まれるデータを２次関数で近似することにより、平滑輝度変換テーブルＴ１０２Ｂを取得する。これにより、範囲Ｒ１に含まれるデータ（すなわち、暗い部分に関するデータ）の影響が排除された分だけ範囲Ｒ２に対応する部分を精度良く近似した平滑輝度変換テーブルＴ１０２Ｂが得られる。

図１２は、比較的に係る平滑輝度変換テーブルＴ２００を示している。平滑輝度変換テーブルＴ２００は、補完後輝度変換テーブルＴ１０１を範囲Ｒ１に対応する部分と範囲Ｒ２に対応する部分とに分割せずに平滑化処理を行うことにより得られた変換テーブルである。上述したように、厚みが均一でなく、厚い部分（比較的暗く、輝度が範囲Ｒ１に含まれる部分）と薄い部分（比較的明るく、輝度が範囲Ｒ２に含まれる部分）とが混在する被検査物Ａが検査対象である場合、変換対象となる輝度の範囲が比較的大きくなる。このため、図１２に示されるように、変換対象となる輝度の全範囲で共通の平滑輝度変換テーブルＴ２００では、特に、範囲Ｒ１に含まれる輝度において、実際の変換比と平滑輝度変換テーブルＴ２００で近似される変換比との間の近似誤差Ｅが大きくなり易い。これに対して、図１１に示されるように、範囲Ｒ１に適用される平滑輝度変換テーブルＴ１０２Ａと範囲Ｒ２に適用される平滑輝度変換テーブルＴ１０２Ｂとを有する平滑輝度変換テーブルＴ１０２によれば、範囲Ｒ１及び範囲Ｒ２の各々について、近似精度を向上させることができ、近似誤差を効果的に低減させることができる。

［画像変換部］
図１３の（Ａ）及び（Ｂ）に示されるように、画像変換部４０９は、平滑輝度変換テーブルＴ１０２に基づいて、低エネルギー画像Ｐ１００の各画素の輝度を変換する。これにより、画像変換部４０９は、輝度変換後低エネルギー画像Ｐ１０１を取得する。

［仮想データ調整部］
図１４に示されるように、輝度変換後低エネルギー画像Ｐ１０１の輝度ヒストグラムＨ１０１と、高エネルギー画像Ｐ２００の高エネルギーヒストグラムＨ２００とを比較すると、厳密には一致していない。そこで、仮想データ調整部４１０は、輝度変換後低エネルギー画像Ｐ１０１の輝度分布の各輝度値と、高エネルギー画像Ｐ２００の輝度分布の各輝度値と、の差の総和が最小（最小２乗法）になるように、平滑輝度変換テーブルＴ１０２を取得するのに用いた仮想の変換データＤの値を調整する。これにより、最適化された平滑輝度変換テーブルＴ１０２を取得することができる。最適化された平滑輝度変換テーブルＴ１０２を用いて取得された輝度変換後低エネルギー画像Ｐ１０１の輝度と、高エネルギー画像Ｐ２００の輝度とが略一致するので、被検査物Ａの消し込みが可能となる。なお、最適化された平滑輝度変換テーブルＴ１０２は、画像処理部４００の記憶部（図示省略）に格納される。

［検査部］
検査部４１１は、画像変換部４０９により輝度が変換された後の低エネルギー画像（すなわち、輝度変換後低エネルギー画像Ｐ１０１）と高エネルギー画像Ｐ２００とに基づいて、被検査物Ａに含まれている異物Ｓを検出する。本実施形態では一例として、検査部４１１は、後述する除算部４１１ａ、フィルタ部４１１ｂ、２値化部４１１ｃ、及び検出部４１１ｄにより、異物Ｓの検出を行う。

［除算部］
図１５に示されるように、除算部４１１ａは、輝度変換後低エネルギー画像Ｐ１０１（図１５の（Ａ）参照）の輝度値と、高エネルギー画像Ｐ２００（図１５の（Ｂ）参照）の輝度値とを各画素で除算することによって、被検査物Ａの消し込みを行う。輝度変換後低エネルギー画像Ｐ１０１の各画素の輝度値と高エネルギー画像Ｐ２００の各画素の輝度値との差を求めることによって、被検査物Ａの消し込みを行ってもよいが、実験の結果から、除算する方が被検査物Ａの消し込み精度が良いことが分かったので、本実施形態の除算部４１１ａは、除算を行うことにより、被検査物Ａの消し込みを行う。ただし、単純に除算すると、画像処理部４００が整数しか保持できない構成となっているので、殆どの演算結果が１となってしまう。例えば、その演算結果は、１．０１、１．１１、１．２１等の値となる。そのため、除算部４１１ａは、両画像の輝度値を除算した結果を１００倍にすることにより、被検査物Ａの消し込みがなされた結果画像Ｐ３００（図１５の（Ｃ）参照）を出力する。なお、結果画像Ｐ３００は、後述するフィルタ部４１１ｂによる処理の後に、輝度値を１００だけオフセットする処理が行われる。これにより、異物Ｓ以外の領域とは異なる輝度値を保持する異物Ｓが現れた結果画像Ｐ３００を取得することができる。

［フィルタ部］
フィルタ部４１１ｂは、結果画像Ｐ３００に含まれるランダムノイズを除去するために設けられている。通常、Ｘ線透過画像には、ランダムノイズが含まれており、被検査物Ａの消し込みを行った結果画像Ｐ３００（図１６の（Ａ）参照）にも当該ランダムノイズが含まれている。被検査物Ａに異物Ｓが含まれている場合、Ｘ線透過画像の異物Ｓがある領域は、ノイズより大きな値となっている。そこで、本実施形態のフィルタ部４１１ｂは、ガウシアンフィルタを用いて細かいノイズを除去すると共に、上述したように輝度値を１００だけオフセットすることによって、異物Ｓがある領域を抽出する。なお、整数値の桁数を減らすことができるので、簡易な演算処理装置で高速処理することができる。また、フィルタ部４１１ｂによってノイズが除去されたノイズ除去画像Ｐ３０１（図１６の（Ｂ）参照）は、全体が暗く（ほぼ黒一色に）なっているが、実際には、異物Ｓの領域は、異物Ｓ以外の領域（ほぼ黒一色の）とは異なるデータ値を保持している。

［２値化部］
フィルタ部４１１ｂによってノイズが除去されたノイズ除去画像Ｐ３０１は、２値化部４１１ｃにより、一定の値を閾値として、２値化される。これにより、異物Ｓのみが抽出された２値化画像Ｐ３０２（図１６の（Ｃ）参照）を取得することができる。

［検出部］
検出部４１１ｄは、２値化画像Ｐ３０２と高エネルギー画像Ｐ２００とを重ね合わせることにより、被検査物Ａに含まれている異物Ｓを検出（特定）する。本実施形態では、検出部４１１ｄは、２値化画像Ｐ３０２と高エネルギー画像Ｐ２００とを重ね合わせて、最終画像Ｐ４００（図１６の（Ｄ）参照）を作成する。これにより、検出部４１１ｄは、被検査物Ａに異物Ｓが含まれている場合において、被検査物Ａにおける異物Ｓの位置が映し出された最終画像Ｐ４００を得ることができる。なお、ここでは、２値化画像Ｐ３０２と高エネルギー画像Ｐ２００とを重ね合わせたが、当然、２値化画像Ｐ３０２と低エネルギー画像Ｐ１００とを重ね合わせてもよい。

［Ｘ線検査装置による検査方法］
図１７のフローチャートを参照して、Ｘ線検査装置１００による検査方法について説明する。

まず、搬送部５００により検査位置に被検査物Ａが搬送されると、Ｘ線照射部２００が被検査物ＡにＸ線を照射する。また、低エネルギー用センサ３１０が被検査物Ａを透過した低エネルギー帯のＸ線を検出し、高エネルギー用センサ３２０が被検査物Ａを透過した高エネルギー帯のＸ線を検出する。そして、画像生成部４０１が、低エネルギー用センサ３１０から出力された軟Ｘ線検出信号に基づいて低エネルギー画像Ｐ１００（図３の（Ａ）参照）を生成すると共に、高エネルギー用センサ３２０から出力された硬Ｘ線検出信号に基づいて被検査物Ａの高エネルギー画像Ｐ２００（図３の（Ｂ）参照）を生成する（ステップＳ１：画像取得）。

続いて、画像拡縮部４０２が、低エネルギー画像Ｐ１００における被検査物Ａの大きさと高エネルギー画像Ｐ２００における被検査物Ａの大きさとを合わせる（図５参照）。続いて、画像位置合わせ部４０３が、低エネルギー画像Ｐ１００における被検査物Ａの位置と高エネルギー画像Ｐ２００における被検査物Ａの位置とを合わせる（図６参照）。これらの処理により、低エネルギー画像Ｐ１００と高エネルギー画像Ｐ２００との調整が図られる（ステップＳ２：画像アライメント）。なお、上述した画像拡縮部４０２及び画像位置合わせ部４０３の処理は、アフィン変換により実現することができる。

続いて、画像変換部４０９が、予め用意された平滑輝度変換テーブルＴ１０２（本実施形態では、画像処理部４００の記憶部（図示省略）に予め記憶された平滑輝度変換テーブルＴ１０２）に基づいて、低エネルギー画像Ｐ１００の輝度変換を行う。これにより、画像変換部４０９は、輝度変換後低エネルギー画像Ｐ１０１（図１３の（Ｂ）参照）を取得する（ステップＳ３：コントラスト整合）。

続いて、検査部４１１（除算部４１１ａ、フィルタ部４１１ｂ、２値化部４１１ｃ、及び検出部４１１ｄ）が、輝度変換後低エネルギー画像Ｐ１０１及び高エネルギー画像Ｐ２００に基づいて、被検査物Ａに含まれている異物Ｓを検出する。まず、除算部４１１ａが、輝度変換後低エネルギー画像Ｐ１０１の輝度値と高エネルギー画像Ｐ２００の輝度値とを画素ごとに除算することにより、被検査物Ａの消し込みが行われた結果画像Ｐ３００（図１５の（Ｃ）参照）を生成する（ステップＳ４：２画像間演算）。続いて、フィルタ部４１１ｂが、結果画像Ｐ３００に含まれるランダムノイズを除去することにより、ノイズ除去画像Ｐ３０１（図１６の（Ｂ）参照）を生成する（ステップＳ５：ノイズ除去）。続いて、２値化部４１１ｃが、ノイズ除去画像Ｐ３０１を２値化することにより、２値化画像Ｐ３０２（図１６の（Ｃ）参照）を生成する（ステップＳ６：２値化）。続いて、検出部４１１ｄが、２値化画像Ｐ３０２と高エネルギー画像Ｐ２００とを重ね合わせて最終画像Ｐ４００（図１６の（Ｄ）参照）を生成することにより、被検査物Ａに含まれる異物Ｓを検出する（ステップＳ７：異物検出）。すなわち、被検査物Ａに異物Ｓが含まれている場合において、被検査物Ａに対する異物Ｓの位置が特定される。

［Ｘ線検査装置による平滑輝度変換テーブルの取得方法］
図１８のフローチャートを参照して、Ｘ線検査装置１００による平滑輝度変換テーブルＴ１０２の取得方法について説明する。平滑輝度変換テーブルＴ１０２の取得方法は、上述した検査方法よりも前に実施される。また、平滑輝度変換テーブルＴ１０２の取得方法は、異物Ｓが含まれていない被検査物Ａ（予め異物Ｓが含まれていないことが判明している被検査物Ａ）に対して実施される。

まず、上述した検査方法と同様の手順により、画像生成部４０１が、低エネルギー画像Ｐ１００及び高エネルギー画像Ｐ２００を生成し（ステップＳ１１：画像取得）、画像拡縮部４０２及び画像位置合わせ部４０３が、画像の拡大及び移動の処理を行う（ステップＳ１２：画像アライメント）。

続いて、ヒストグラム作成部４０４が、低エネルギー画像Ｐ１００の輝度分布を示す低エネルギーヒストグラムＨ１００を作成すると共に、高エネルギー画像Ｐ２００の輝度分布を示す高エネルギーヒストグラムＨ２００を作成する（図７参照）（ステップＳ１３：ヒストグラム作成）。

続いて、ヒストグラム積算部４０５が、低エネルギーヒストグラムＨ１００を積分することにより低エネルギーヒストグラム積算曲線Ｃ１００を算出すると共に、高エネルギーヒストグラムＨ２００を積分することにより高エネルギーヒストグラム積算曲線Ｃ２００を算出する（図８参照）（ステップＳ１４：ヒストグラム積算）。

続いて、輝度変換テーブル作成部４０６が、低エネルギーヒストグラム積算曲線Ｃ１００と高エネルギーヒストグラム積算曲線Ｃ２００とを比較することにより、輝度変換テーブルＴ１００を作成する（図１０参照）（ステップＳ１５：輝度変換テーブル作成）。この際、データ補完部４０７が、輝度変換テーブルＴ１００に、輝度値が低い領域Ｌにおける仮想の変換データＤを補完する（ステップＳ１６：仮想データ補完）。

続いて、平滑化部４０８が、補完後輝度変換テーブルＴ１０１を平滑化することにより、平滑輝度変換テーブルＴ１０２を取得する（ステップＳ１７：平滑化）。本実施形態では、平滑化部４０８は、補完後輝度変換テーブルＴ１０１のうち範囲Ｒ１に対応する部分を平滑化することにより、平滑輝度変換テーブルＴ１０２Ａを取得すると共に、補完後輝度変換テーブルＴ１０１のうち範囲Ｒ２に対応する部分を平滑化することにより、平滑輝度変換テーブルＴ１０２Ｂを取得する（図１１参照）。これにより、各範囲Ｒ１，Ｒ２において、近似精度の良い（近似誤差が低減された）輝度変換関数（すなわち、平滑輝度変換テーブルＴ１０２Ａ及び平滑輝度変換テーブルＴ１０２Ｂ）が得られる。

続いて、仮想データ調整部４１０が、輝度変換後低エネルギー画像Ｐ１０１の輝度分布の各輝度値と、高エネルギー画像Ｐ２００の輝度分布の各輝度値と、の差の総和が最小（最小２乗法）になるように、仮想の変換データＤの値を調整する（ステップＳ１８：仮想データ調整）。その結果、最適化された平滑輝度変換テーブルＴ１０２が取得され、画像処理部４００の図示しない記憶部に格納される。これにより、上述した検査方法を実施する際において、画像変換部４０９が、予め用意された平滑輝度変換テーブルＴ１０２を利用することが可能となる。

［作用及び効果］

Ｘ線検査装置１００では、Ｘ線透過画像における被検査物Ａの消し込みを行って異物Ｓのみを抽出するために、予め用意された平滑輝度変換テーブルＴ１０２を用いることにより、低エネルギー画像Ｐ１００の輝度が高エネルギー画像Ｐ２００の輝度と略一致するように変換される。ここで、例えば、厚みが均一でなく、厚い部分（比較的暗く、輝度が範囲Ｒ１に含まれる部分）と薄い部分（比較的明るく、輝度が範囲Ｒ２に含まれる部分）とが混在する被検査物Ａが検査対象である場合、変換対象となる輝度の範囲が比較的大きくなる。このため、変換対象となる輝度の全範囲で共通の輝度変換関数（例えば、図１２に示される平滑輝度変換テーブルＴ２００）を用いてしまうと、範囲Ｒ１の輝度を有する画素についての変換誤差が大きくなり易く、被検査物Ａの厚い部分が適切に消し込まれないおそれがある。すなわち、被検査物Ａの厚い部分がノイズとして残存したり、異物Ｓとして誤って抽出されたりする可能性が高くなる。

そこで、Ｘ線検査装置１００は、変換対象となる輝度の範囲のうち下限値（ここでは、仮想の変換データＤに対応する輝度値）を含む範囲Ｒ１については平滑輝度変換テーブルＴ１０２Ａを適用し、変換対象となる輝度の範囲のうち上限値を含む範囲Ｒ２については平滑輝度変換テーブルＴ１０２Ａとは異なる平滑輝度変換テーブルＴ１０２Ｂを適用する。このように範囲毎に別々に用意された関数を用いて輝度変換を行うことにより、各範囲Ｒ１，Ｒ２における変換誤差を低減させることができる。従って、Ｘ線検査装置１００によれば、厚みが均一でない被検査物Ａを検査対象とする場合であっても、被検査物Ａの消し込みを精度良く行うことができる。その結果、異物Ｓを精度良く検出することができる。

また、Ｘ線検査装置１００は、上述したヒストグラム作成部４０４、ヒストグラム積算部４０５、輝度変換テーブル作成部４０６、及び平滑化部４０８を備えている。これによれば、低エネルギー画像Ｐ１００及び高エネルギー画像Ｐ２００によって得られた輝度変換テーブル（本実施形態では、補完後輝度変換テーブルＴ１０１）を平滑化することによって、同種の被検査物Ａに共通する輝度の特性を示す平滑輝度変換テーブルＴ１０２を取得することができる。さらに、補完後輝度変換テーブルＴ１０１の各範囲（範囲Ｒ１及び範囲Ｒ２）に限定した平滑化を行うことにより、各範囲Ｒ１，Ｒ２に応じた輝度変換関数（すなわち、平滑輝度変換テーブルＴ１０２Ａ及び平滑輝度変換テーブルＴ１０２Ｂ）を取得することができる。このような処理によれば、各範囲Ｒ１，Ｒ２における変換誤差を低減させることが可能な輝度変換関数を容易かつ適切に得ることができる。

［変形例］
以上、本開示の一実施形態について説明したが、本開示は、上述した実施形態に限定されない。

例えば、上記実施形態では、補完後輝度変換テーブルＴ１０１が２つの範囲Ｒ１，Ｒ２に二分割され、各範囲に応じた輝度変換関数（平滑輝度変換テーブルＴ１０２Ａ及び平滑輝度変換テーブルＴ１０２Ｂ）が用意されたが、補完後輝度変換テーブルＴ１０１は、３つ以上の範囲に分割されてもよい。図１９は、補完後輝度変換テーブルＴ１０１を３つの範囲Ｒ１１，Ｒ１２，Ｒ１３に三分割した場合の例を示している。範囲Ｒ１１は、変換対象となる輝度の範囲のうち下限値を含む範囲（第１範囲）である。範囲Ｒ１３は、変換対象となる輝度の範囲のうち上限値を含む範囲（第２範囲）である。範囲Ｒ１２は、範囲Ｒ１１と範囲Ｒ１３との間の範囲である。この場合、平滑化部４０８により取得される平滑輝度変換テーブルＴ１０３は、範囲Ｒ１１に対応する平滑輝度変換テーブルＴ１０３Ａ（第１輝度変換関数）と、範囲Ｒ１２に対応する平滑輝度変換テーブルＴ１０３Ｂと、範囲Ｒ１３に対応する平滑輝度変換テーブルＴ１０３Ｃ（第２輝度変換関数）と、を含む。平滑輝度変換テーブルＴ１０３Ａ，Ｔ１０３Ｂ，Ｔ１０３Ｃは、補完後輝度変換テーブルＴ１０１のうち範囲Ｒ１１，Ｒ１２，Ｒ１３に対応する部分を平滑化することにより得られる。

また、上記実施形態では、互いに異なる輝度変換関数が用意される対象となる第１範囲及び第２範囲の例として、下限値を含む範囲Ｒ１と上限値を含む範囲Ｒ２とを例示したが、第１範囲は必ずしも下限値を含む範囲でなくてもよく、第２範囲は必ずしも上限値を含む範囲でなくてもよい。すなわち、第１範囲は、第２範囲と重複しない範囲であればよく、第１範囲及び第２範囲は、変換対象となる輝度の範囲のうちの任意の範囲を含み得る。

１００…Ｘ線検査装置、２００…Ｘ線照射部、３００…Ｘ線検出部、４０１…画像生成部、４０４…ヒストグラム作成部、４０５…ヒストグラム積算部、４０６…輝度変換テーブル作成部、４０９…画像変換部、４１１…検査部、Ａ…被検査物、Ｃ１００…低エネルギーヒストグラム積算曲線（第１ヒストグラム積算曲線）、Ｃ２００…高エネルギーヒストグラム積算曲線（第２ヒストグラム積算曲線）、Ｐ１００…低エネルギー画像（第１Ｘ線透過画像）、Ｈ１００…低エネルギーヒストグラム（第１ヒストグラム）、Ｈ２００…高エネルギーヒストグラム（第２ヒストグラム）、Ｐ２００…高エネルギー画像（第２Ｘ線透過画像）、Ｒ１，Ｒ１１…範囲（第１範囲）、Ｒ２，Ｒ１３…範囲（第２範囲）、Ｔ１００…輝度変換テーブル、Ｔ１０２，Ｔ１０３…平滑輝度変換テーブル（輝度変換関数）、Ｔ１０２Ａ，Ｔ１０３Ａ…平滑輝度変換テーブル（第１輝度変換関数）、Ｔ１０２Ｂ，Ｔ１０３Ｃ…平滑輝度変換テーブル（第２輝度変換関数）。

Claims (2)

1. 被検査物にＸ線を照射するＸ線照射部と、
   前記被検査物を透過した第１エネルギー帯のＸ線及び第２エネルギー帯のＸ線を検出するＸ線検出部と、
   前記Ｘ線検出部により検出された前記第１エネルギー帯のＸ線に基づいて前記被検査物の第１Ｘ線透過画像を生成すると共に、前記Ｘ線検出部により検出された前記第２エネルギー帯のＸ線に基づいて前記被検査物の第２Ｘ線透過画像を生成する画像生成部と、
   予め用意された輝度変換関数を用いることにより、前記第１Ｘ線透過画像の各画素の輝度を変換する画像変換部と、
   前記画像変換部により輝度が変換された後の前記第１Ｘ線透過画像と前記第２Ｘ線透過画像とに基づいて、前記被検査物に含まれている異物を検出する検査部と、を備え、
   前記輝度変換関数は、被検査物の前記第１Ｘ線透過画像の輝度を前記第２Ｘ線透過画像の輝度と略一致するように変換させる関数であり、
   前記輝度変換関数は、変換対象となる輝度の範囲のうち第１範囲に対して適用される第１輝度変換関数と、前記第１輝度変換関数とは異なる関数であって変換対象となる輝度の範囲のうち第２範囲に対して適用される第２輝度変換関数と、を有する、Ｘ線検査装置。
2. 前記第１Ｘ線透過画像の輝度分布を示す第１ヒストグラムを作成すると共に、前記第２Ｘ線透過画像の輝度分布を示す第２ヒストグラムを作成するヒストグラム作成部と、
   前記第１ヒストグラムを積分することにより第１ヒストグラム積算曲線を算出すると共に、前記第２ヒストグラムを積分することにより第２ヒストグラム積算曲線を算出するヒストグラム積算部と、
   前記第１ヒストグラム積算曲線が前記第２ヒストグラム積算曲線に一致又は近似するように、前記第１ヒストグラム積算曲線の積算値と前記第２ヒストグラム積算曲線の積算値とが一致する輝度の変換比を各輝度で求めることにより、輝度と変換比とが関連付けられた輝度変換テーブルを作成する輝度変換テーブル作成部と、
   前記輝度変換テーブルのうち前記第１範囲に対応する部分を平滑化することにより前記第１輝度変換関数を取得すると共に、前記輝度変換テーブルのうち前記第２範囲に対応する部分を平滑化することにより前記第２輝度変換関数を取得する平滑化部と、を更に備える、請求項１に記載のＸ線検査装置。
   
   

Images