JP4653340B2 - 3板式ccdカメラを用いた缶外観検査装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、簡単な構成で画素ずれ等の影響を考慮した補正、変換を行って判定する3板式CCDカメラを用いた缶外観検査装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年は、缶(食品缶詰用缶、飲料缶詰用缶)の印刷図柄模様が正しく印刷されているか否かを自動的に判定し、不良品を自動的に除去する製缶検査装置が用いられるようになって来ている。
【0003】
例えば、特開平5−126762号公報のマルチ処理型円筒缶検査装置においても、缶の外周をラインセンサカメラで走査して、全体の外周の画像から缶の印刷図柄模様の良否を判定している。
【0004】
しかし、近年は缶の印刷図柄模様も複雑になり、より精度良く印刷図柄模様の良否を検査する装置が求められている。
【0005】
このため、1個のラインセンサによって画像を取り込む方式に代えて3板式のCCDカメラを用いて缶の表面を検査する検査装置が用いられるようになって来ている。このような3板式CCDカメラによる検査装置は、3板式CCDカメラによって缶表面を撮像して得られたRGB(色の三原色である赤、緑、青)画像をHSI変換し、このHSIのパターンと基準の良品パターンとを比較して良否を判定する。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、3板式CCDカメラを用いた場合には、光学的な位置ずれ等によって、画素ずれが生じて後工程の判定に影響を与えるという課題があった。
【0007】
ところが、3板式CCDカメラを用いた従来の缶表面検査装置においては、前述の課題を簡単な構成で解決したものがなかった。
【0008】
従って、簡単な構成で画素ずれ等の誤差の影響を考慮した変換を行って判定する3板式CCDカメラを用いた缶外観検査装置を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明は、所定の印刷図柄模様が周囲に設けられた缶を搬送機構によって搬送しながら缶外観の表面を検査し、不良品と判定された缶を除去する缶外観検査装置において、
【0010】
前記搬送機構で搬送されてきた缶を受け取って回転する回転台と、
前記回転台の近傍に設けられ、前記缶を撮像可能に設けられた3板式CCDカメラと、
【0011】
前記3板式CCDカメラから1画素あたりのR画像、B画像、G画像が入力する毎に、それぞれを、デジタル変換してシューディング補正し奇数成分と偶数成分とを加算して出力する画像入力部と、
前記画像入力部からのR画像データ、B画像データ、G画像データが入力する毎に、設定されている変換式に基づいてH、S、I変換したHSI画像を出力する色変換部と、
【0012】
前記画像用入力部からのR画像データ、G画像データ、B画像データを入力し、これらに所定係数を乗算して輝度レベルを求め、この輝度レベルに所定の係数を含ませたH、S、I変換式を求めて前記色変換部に設定するHSI変換処理部と、
【0013】
前記色変換部からのH、S、I画像の各データと予め設定されている各々の基準パターンと比較して、不良品と良品とを判定する判定処理部と、
を備え、
【0014】
前記HSI変換処理部は、
前記Sの変換式を、
【数5】
とし、
前記Iの変換式を、
【数6】
【0015】
前記Hの変換式は、
ある方向の色の範囲が大きい場合は、
【数7】
逆の方向に色の範囲が大きい場合は、
【数8】
いずれでもない場合は、
H=254
とし、
【0016】
前記判定処理部は、
基準パターンを生成するために、
前記前記色変換部からの良品のHSI画像を分割する手段と、
前記分割したHSI画像に領域[(2m+1)×(2n+1)]を定義する手段と、
【0017】
及前記領域のS画像データにおいて、その第1の上限値にしきい値を付加した第2の上限値び第1の下限値にしきい値を付加した第2の下限値を決定し、この範囲をS画像データの基準パターンとする手段と、
前記領域のI画像データにおいて、その第1の上限値にしきい値を付加した第2の上限値及び第1の下限値にしきい値を付加した第2の下限値を決定し、この範囲を前記I画像データの基準パターンとする手段と、
【0018】
前記領域のH画像データにおいて、その第1の上限角度にしきい値に対応する角度を付加した第2の上限角度及び第1の下限角度にしきい値に対応する角度を付加した第2の下限角度を、色相空間に定義し、この定義された角度範囲をH画像データの基準パターンとする手段と、
【0019】
を備えたことを要旨とする。
【0020】
これにより、回転台上の缶の外観及び回転台の所定部に設けられた基準板を3板式CCDカメラが撮影すると、画像処理装置は、その3板式CCDカメラからのR画像、G画像、B画像をそれぞれ入力し、それぞれの3原色成分毎に基準板の濃度値を基準にして濃度変換が行われる。そして、この3原色成分の画像をHSI変換で、明度I、色相H、彩度Sの画像データに分解され、この各画像に対してH.S.I毎の基準パターンとが比較されて良否が判定される。
【0021】
従って、人間の視覚の感覚に近い、明度、色相、彩度での、缶の良否判定が可能になる。
【0022】
また、これにより、画像入力と、以降の画像処理を非同期にすることが可能となり高速な処理ができる。
【0023】
つまり、明度や彩度が低く、色調判定しにくい色等が、判定しにくくならないような係数を含んだHSI毎の変換式を用いるため、明度や彩度の大小によらず安定した検査が可能となる。
【0024】
また、缶の印刷図柄等に色、輝度等の1缶毎のばらつきがあっても精度良く良品と不良品とを仕分けさせることができる。
【0025】
また、缶に対しての輝度レベルに応じた3原色成分がH、S、I変換されるので、印刷図柄が変わっても、安定して、良品と不良品とを仕分けさせることができる。
【0026】
また、良品の時系列的変動に追従した良品の基準パターンを常に得ることが可能になる。
【0027】
また、缶の外面の印刷図柄等に色、輝度等の1缶毎のばらつきがあっても、最適な検査精度を維持し、精度良く良品と不良品とを仕分けさせることができる。
また、色相のような循環数で表現される画像に対して、ばらつきに対応した良否を判定できる。
【0028】
【発明の実施の形態】
図1は本実施の形態の缶外観検査装置の概略構成図である。図1の缶外観検査装置1は、円筒缶の外周部の印刷状態を画像処理を用いて検査するシステムであり、カラー画像を得るために、3板式CCDカメラの視野範囲で缶を一周以上回転させながら缶の表面のカラー画像を得る。そして、このカラー画像をHSI変換で、明度I、色相H、彩度Sの画像データに分解し、この各画像に対してH、S、I毎の基準パターンと比較して判定するものである。
【0029】
図1の缶外観検査装置1は、所定の印刷図柄模様が印字又は塗布された缶2を第1の搬送系3によって搬送し、図示しないターレットで回転台4に搭載し、この回転台4を回転させながら3板式CCDカメラ5で撮像して後述する画像処理装置で缶2の表面の欠陥の有無を検査判定する。なお、前述した回転台4は、台に限定することなく何らかの手法で缶2を回転させる機構をもつものであればよい。
【0030】
また、缶2が3板式CCDカメラ5で撮像し終わると、この缶2は第2の搬送系6で後段に運ばれ、画像処理装置からその缶2が不良品の場合はリジェクト装置9で不良品搬送用の第3の搬送系7に分けられて不良品箱8に投缶される。
【0031】
前述の回転台4の近傍にはバーコードスキャナ10、光源11、レンズ12が設けられている。前述の回転台4には、濃度変換の基準となる色が塗布された基準板13が設けられている。なお、この基準板13は、板に限らず濃度変換の基準となる色をしたもので、3板式CCDカメラ5の撮影視野内に存在し、3板式CCDカメラ5において缶2と同時に撮影されるものであればよい。
【0032】
また、3板式CCDカメラ5は、画像処理装置15が接続され、この画像処理装置15は、3板式CCDカメラ5からのR成分の画像(以下単にR画像という)、G成分の画像(以下単にG画像という)、B成分の画像(以下単にB画像という)を所定の処理を行って表示部16に映像を表示する。
【0033】
画像処理装置15は、R画像用入力部18aと、G画像用入力部18bと、B画像用入力部18cと、色変換部19と、HSI変換処理部20と、判定処理部21等を備えている。
【0034】
前述のR画像用入力部18aの構成を説明する。G画像用入力部18b及びB画像用入力部18cについては、R画像用入力部18aと同様であるので説明を省略する。
【0035】
R画像用入力部18aは、3板式CCDカメラ5からの1画素当たりのR画像が入力する毎に、デジタル変換してシェーディング補正した後に奇数成分と偶数成分とを加算した1画素当たりのR画像を、R画像用フレームメモリに順次書き込む。
【0036】
このR画像用入力部18aは、図2に示すように、初段に3板式カメラ5のR画像を増幅するアンプ23を備えている。そして、このアンプ23の後に、A/D24と、明暗箇所を補正するためのシェーディングメモリ25と、奇数及び偶数の画素のR成分を加算してフレームメモリ27に順次書き込む加算器26、フレームメモリ27のR画像の濃度を補正する濃度変換回路28の順に、接続した回路構成にされている。
【0037】
また、フレームメモリ27には所定のスキャンニング角度でフレームメモリ27のR画像を濃度変換部28に読み込む画像読取回路29が接続されている。
【0038】
すなわち、缶2が搬送されて回転台4に載置されると、光源11から光を缶2に照射しながら3板式CCDカメラ5で、缶2表面のR画像、G画像及びB画像を取得する。これらの画像の取得は、例えばバーコードスキャナ10がバーコードを検出して、缶2が一周するまでの範囲の画像を缶2の全体の画像としている。
【0039】
色変換部19は、R画像用入力部18aからのR画像と、G画像用入力部18bからのG画像と、B画像用入力部18cからのB画像とを入力し、後述するHSI変換処理部20によって設定された変換式に基づいてH(色相;hue)、S(彩度;saturation)、I(明度;intensity)に変換してフレームメモリ22a、22b、22cに書込む。
【0040】
HSI変換処理部20は、R用の濃度変換部、G用の濃度変換部、B用の濃度変換部からのR画像、G画像、B画像を入力し、この画像を輝度Yに基づいて量子誤差を考慮した色変換式を色変換部19に設定する。このHSIの色変換については詳細に後述する。
【0041】
判定処理部21は、フレームメモリ22a、22b、22cにおける所定範囲の複数の画像をメッシュ分割し、この領域の基準パターンを作成して記憶する。
【0042】
すなわち、入力した画像(メッシュ分割した画像)を
fj(X,Y) (0≦X<W,0≦Y<H)
但し、Wは入力画像の幅、Hは入力画像の高さ
(j=H,S,I)
とし、
この画像データの各画素毎に(2m+1)×(2n+1)
但し、m、nは正の整数
からなるメッシュに定義し、このメッシュのパターンを生成する。
【0043】
S、Iにおける基準パターンは、良品の缶2の画像パターンにおけるS、Iの上限と下限とを決定し、この範囲に入る入力画像のS、Iを、その画像のS、Iにおける良品の基準パターンとして記憶する。
【0044】
また、H画像の場合は、
(2m+1)×(2n+1)の近傍画素のHの値を色相空間にプロットする。具体的には、図53に示す色相空間に、読み込んだHの値をプロットした点を結合した領域を作成し、反時計回りで右側をHinf 、左側をHsup とし、この間のHの角度の範囲を良品のHの基準パターンとして記憶する。
【0045】
但し、(2m+1)×(2n+1)に非検査領域が含まれる場合は、Hinf =0、Hsup =254とする。
【0046】
さらに、入力した画像のHSIデータとHSI毎の良品の基準パターンと比較を行い、入力画像が良品と判定した場合は、その入力画像のパターンに基準パターンを変更する。これにより、良品の時系列的変動に追従した良品の基準パターンを常に得ることが可能となる。
【0047】
また、基準パターンを複数に分割し、かつ入力画像を複数に分割し、分割した画像毎にマッチング処理を行う。
【0048】
さらに、2段階の工程を踏んでマッチング処理を行う。また、ヒストグラムを利用してしきい値を更新する機能を備える。
【0049】
上記のように構成された3板式CCDカメラを用いた缶外観検査装置について以下に動作を説明する。
【0050】
バーコードの検出に伴って、画像処理装置15はR用画像入力部18a、G用画像入力部18b及びB用画像入力部18cの各画像読取回路に読出信号を送出する。
【0051】
この読出信号の送出によって、例えばR用画像入力部18aは、アンプ23、A/D24、シェーディングメモリ25、加算器26、フレームメモリ27、濃度変換回路28を用いてR画像に所定の処理を施した後に、色変換部19に送出する。例えば、複数のバー及び複数のスペースからなるバーコードのR画像(G画像及びB画像も同様)を撮像させて読み込んだ場合は、表示部16には、バーのR画像とG画像とB画像とが重なって表示される。
【0052】
一方、HSI変換処理部20は、R画像、G画像、B画像を入力し、この画像を輝度Yに基づいて量子誤差を考慮した色変換式を色変換部19に設定する。
【0053】
このHSI変換処理部20においては、輝度Yを数1に示すように定義している。
【0054】
【数9】
そして、R画像、G画像、B画像がR用画像入力部18a、G用画像入力部18b及びB用画像入力部18cに入力したとき、これらの値を数2、数3の式に代入して色変換部19に設定する。但し、IはYの式と同様であるので本説明では省略する。
【0055】
【数10】
【数11】
従来は、Yが大きい場合はSの相対誤差が小さくなり、反対にYが小さいときはSの相対誤差が大きくなる。前述の数2のSを求める式は、YにPが乗算され、かつQが加算されている。これによりYの大小によらずSの安定した検査が可能となっている。
【0056】
また、数3のHを求める式は、Sが小さい(Hsより小さい)場合は、固定値を入れる事によりHの相対誤差が増大するのを防止している。
【0057】
また、Yが小さくなったとき(YHmin以下)固定値を入れる事によりHの相対誤差が増大するのを防止している。
【0058】
従って、3板式CCDカメラ5が缶2の一こまの画像を得る毎に、リアルタイムでその缶2のRGBに対して濃度変換を行うようにし、さらにこの濃度変換されたRGBに対するHSI変換を、輝度に応じた誤差を考慮して変換している。
【0059】
そして、判定処理部21は、このHSIをフレームメモリ22a、22b、22cから読み、SとI及びHのパターンマッチングを行う。
【0060】
例えば、入力した画像におけるS、Iのばらつきから良品の範囲を求め、このS、Iの基準パターンと比較する。つまり、図4に示すように、入力画像が基準パターンのAの範囲にあるとき良品と判定する。この図4は、入力した画像における上限と下限のS、Iとを求め、これをそれぞれの基準パターンとし、この基準パターンと入力画像とを比較し、入力画像が図4のAの範囲にあるとき良品と判定する。
【0061】
一方、Hのパターンマッチングにおいては、図5に示すように、(2m+1)×(2n+1)の近傍画素のHの値を色相空間に、プロットした点を結合した領域Bを作成し、これを基準パターンとし、この基準パターンの領域Bに含まれているとき良品と判断する。
【0062】
このとき、図6に示すように、マッチング手段30と2値化手段31と、判定手段32とを備えて、基準パターンを複数に分割し、かつ入力画像を複数に分割し、分割した画素をそれぞれマッチング手段30に読み込んで比較させて判定させている。
【0063】
また、Hのマッチングにおいては、例えば8ビットのコンピュータを用いている場合は、図7に示すように、8ビットの入力画像データと、8ビットのHinf 画像データと、8ビットのHsup 画像データとを入力することになり、合計24ビットのデータ列を一度に取り扱わなければならないので装置が複雑になる。
【0064】
そこで、図8に示すように2段階の過程を踏んでマッチングを行うようにしている。この図8は、図9に示すように、入力した検査対象の色相をHINとしたときに、Hの基準パターンをHinf =0になるようにHIN、Hsup を回転し、HTIN 、HTSUPを得ることを意味する。但し、HTsup は前もって計算で求めておくようにする。
【0065】
次に、図10に示すように、基準パターンから得られたHTSUP、HTINFとHTINとの差を求め、小さい方を基準パターン(HR)と検査対象画像との差とする。このような処理を検査対象となる画像の全画素について行う。
【0066】
さらに、判定手段32においては、図11に示すようにマッチング処理された画像の2値化後の画像に対してウィンドウ加算を行い、ウィンドウ毎の欠陥画素数を得る。この結果に対してしきい値Tで不良品の判定を行う。また、このしきい値Tは、図11のウィンドウ加算で得られた結果のヒストグラムを求め、分布のすそのに設定する方法により決めることができる。
【0067】
すなわち、判定処理部21においては、
(1)色相空間において範囲を表現したパターンを用いることを可能としている。
【0068】
(2)色相空間におけるパターンマッチングで範囲を指定している。
【0069】
(3)3板式CCDカメラを用いた場合に、現状の缶に応じた基準パターンを登録している。
【0070】
(4)画像の判断は複数カ所で行うため、精度の高い判定が可能となる。
【0071】
(5)輝度のばらつきに対応した判定処理を可能としている。
【0072】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、人間の視覚の感覚に近い、明度、色相、彩度での、缶の良否判定が可能になり、不良品を排除することができるという効果が得られている。
【0073】
また、画像入力と、以降の画像処理を非同期にすることが可能となり高速な処理ができるという効果が得られている。
【0074】
また、人間の視覚の感覚に近い、明度、色相、彩度での、缶の良否判定が可能になる。
【0075】
また、缶の表面に色、輝度等のばらつきがあっても精度良く良品と不良品とを仕分けさせることができるという効果が得られている。
【0076】
また、良品の時系列的な変動に追従した良品の基準パターンを常に得ることが可能になる効果が得られている。
【0077】
【図面の簡単な説明】
【図1】 本実施の形態の缶外観検査装置の概略構成図である。
【図2】 画像入力部の構成図である。
【図3】 Hの基準パターンの生成を説明する説明図である。
【図4】 SとIとのマッチング処理を説明する説明図である。
【図5】 Hのマッチング処理を説明する説明図である。
【図6】 複数位置マッチングの処理を説明する説明図である。
【図7】 Hを回転しないときの欠点を説明する説明図である。
【図8】 Hを回転させてマッチングしたときの効果を説明する説明図である。
【図9】 基準パターンの回転を説明する説明図である。
【図10】 入力画像を回転させたときの説明図である。
【図11】 ヒストグラムのしきい値の算出を説明する説明図である。
【符号の説明】
2 缶
4 回転台
5 3板式CCDカメラ
10 バーコードスキャナ
15 画像処理装置
18a R画像用入力部
18b G画像用入力部
18c B画像用入力部
19 色変換部
20 HSI変換処理部
21 判定処理部
Claims (4)
- 所定の印刷図柄模様が周囲に設けられた缶を搬送機構によって搬送しながら缶外観の表面を検査し、不良品と判定された缶を除去する缶外観検査装置において、
前記搬送機構で搬送されてきた缶を受け取って回転する回転台と、
前記回転台の近傍に設けられ、前記缶を撮像可能に設けられた3板式CCDカメラと、
前記3板式CCDカメラから1画素あたりのR画像、B画像、G画像が入力する毎に、それぞれを、デジタル変換してシューディング補正し奇数成分と偶数成分とを加算して出力する画像入力部と、
前記画像入力部からのR画像データ、B画像データ、G画像データが入力する毎に、設定されている変換式に基づいてH、S、I変換したHSI画像を出力する色変換部と、
前記画像用入力部からのR画像データ、G画像データ、B画像データを入力し、これらに所定係数を乗算して輝度レベルを求め、この輝度レベルに所定の係数を含ませたH、S、I変換式を求めて前記色変換部に設定するHSI変換処理部と、
前記色変換部からのH、S、I画像の各データと予め設定されている各々の基準パターンと比較して、不良品と良品とを判定する判定処理部と
を備え、
前記HSI変換処理部は、
前記Sの変換式を、
前記Iの変換式を、
ある方向の色の範囲が大きい場合は、
H=254
とし、
前記判定処理部は、
基準パターンを生成するために、
前記色変換部からの良品のHSI画像を分割する手段と、
前記分割したHSI画像に領域[(2m+1)×(2n+1)]を定義する手段と、
前記領域のS画像データにおいて、その第1の上限値にしきい値を付加した第2の上限値及び第1の下限値にしきい値を付加した第2の下限値を決定し、この範囲をS画像データの基準パターンとする手段と、
前記領域のI画像データにおいて、その第1の上限値にしきい値を付加した第2の上限値及び第1の下限値にしきい値を付加した第2の下限値を決定し、この範囲を前記I画像データの基準パターンとする手段と、
前記領域のH画像データにおいて、その第1の上限角度にしきい値に対応する角度を付加した第2の上限角度及び第1の下限角度にしきい値に対応する角度を付加した第2の下限角度を、色相空間に定義し、この定義された角度範囲をH画像データの基準パターンとする手段と
を有することを特徴とする3板式CCDカメラを用いた缶外観検査装置。 - 前記判定処理部は、
前記色変換部からのS画像と前記S画像データの基準パターンと比較し、該S画像が前記S画像データの基準パターンの範囲に入る場合は、前記色変換部からのS画像が良品と判定する手段と、
前記色変換部からのI画像と前記I画像データの基準パターンと比較し、該I画像が前記I画像データの基準パターンの範囲に入る場合は、前記色変換部からのS画像が良品と判定する手段と、
前記色変換部からのH画像と前記H画像データの基準パターンと比較し、前記H画像データが前記H画像の基準パターンに入る範囲の場合は、前記色変換部からのH画像データが良品と判定する手段と
を有することを特徴とする請求項1記載の3板式CCDカメラを用いた缶外観検査装置。 - 前記判定処理部は、
前記色変換部からのS画像、I画像、H画像が良品と判定された場合は、前記S画像データの基準パターンを前記色変換部からのS画像のデータに、前記I画像データの基準パターンを前記色変換部からのI画像のデータに、前記H画像データの基準パターンを前記色変換部からのH画像のデータに変更することを特徴とする請求項1又は2記載の3板式CCDカメラを用いた缶外観検査装置。 - 前記判定処理部は、
前記前処理工程からのHSI画像を分割し、それぞれ対応する領域のH、S、I成分データとH、S、I画像データの基準パターンとをそれぞれ比較し、それぞれの基準パターンに含まれる場合は、前記被検査物を良品とすることを特徴とする請求項1、2又は3の何れかに記載の3板式CCDカメラを用いた缶外観検査装置。
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