JP5795052B2 - 透明部材内の光学的欠陥の検出 - Google Patents

Description

本開示は概して、検査システムに関するものであり、特に透明部材内の光学的欠陥を検出する方法に関するものである。

透明部材は、海上船舶、陸上車、飛行体、及び／又は宇宙船におけるような輸送用途を含む多種多様な異なる用途において、そして建物及び他の静止構造物におけるような輸送手段以外の用途において使用される。民間航空機におけるような輸送手段用途では、透明部材は、航空機の客室に沿って、そして航空機の操縦室の周りに取り付けることができ、そして風防、及び他の前方窓、側部窓、及び天窓を含むことができる。透明部材は、ガラス材料及びポリマー材料により形成することができる、またはガラス材料及びポリマー材料の積層組み合わせとして形成することができる。透明部材のポリマー材料は、これらに限定されないが、アクリル組成物及びポリカーボネート組成物を含むことができる。

ポリカーボネート材料の透明部材を製造する場合、特定の光学的欠陥が形成プロセス中に生じる虞がある。例えば、炭素微粒子は、ポリカーボネート透明部材が形成されている間に混入する可能性があり、そして透明部材に埋まった比較的小さい黒斑点として現われる可能性がある。透明部材を透かして眺めると、埋まった炭素微粒子は、遠く離れた物体として誤認される可能性がある。

先行技術に記載される幾つかの方法では、透明部材を光学的欠陥について検査する。例えば、航空機キャノピーのような特定の航空機透明部材は、キャノピーを透かして上方を眺めることにより手作業で検査して、欠陥を、空を背景に利用して、透明部材をバックライト照明することにより探し出す必要がある。この検査方法では、背景を一様に照らすために、概ね晴れの（例えば、雲のない）大気状態が必要であり、この背景をバックにして、検査者が透明部材の全体を眺めることができる。予測されることであるが、この検査方法では、適切な大気状態になるのを待っている状態になって航空機の停止時間が大幅に長くなってしまう。

カメラを利用した方法が自動車産業において開発されて、透明部材の自動検査が行なわれているが、このようなカメラを用いた自動検査方法は、航空宇宙用透明部材に必要とされる解像度に欠けている。例えば、自動車産業において使用される検査方法は通常、自動車用透明部材の許容欠陥のサイズが通常、航空宇宙用透明部材の許容欠陥サイズ（例えば、０．０３０インチ）よりも大きい生産ラインにおける高速検査を指向している。この点に関して、自動車用透明部材を検査する際の解像度は、大量生産のために犠牲にされている。

更に、自動車産業において使用される検査方法は通常、より短い半径となる可能性がある更に複雑な曲線を有する必要がある航空機キャノピー及び風防のような航空機透明部材に比べると比較的緩やかな曲率を有する透明部材を対象として行なわれる。更に、航空機風防のような航空機透明部材の断面積層構造は、鳥の衝突及び構造上のハンドリング荷重に耐えるために必要とされる航空機風防の強度要求が高く、かつ厚さが厚い（例えば、最大１インチ厚さ、またはそれ以上の厚さ）ので、自動車用透明部材よりも普通、複雑である。

以上のことから分かるように、この技術分野では、比較的小さいサイズ（例えば、約０．０１０インチ以下）の欠陥を正確に検出する方法が必要である。更に、この技術分野では、透明部材内の光学的欠陥群を速やかに検出して、検査時間を短くする方法が必要である。更に、この技術分野では、透明部材内の光学的欠陥群を検出する方法を、光学的欠陥群のサイズ及び位置を文書化して、欠陥の原因を特徴付ける自動検査手段とすることが必要である。航空機風防を取り替えるために要するコストは、自動車風防を取り替えるために要するコストに比べると非常に高いので、航空機透明部材内の光学的欠陥を正確に定量化する（例えば、欠陥のサイズを測定し、そして当該欠陥の位置を文書化する）という要求が満たされることが望ましい。

透明部材の検査に関連する上述の必要性は、光学的欠陥群のサイズ及び位置を、比較的小さいサイズ（例えば、０．０１０インチ）のものまで検出する光学的欠陥検出方法を提供する本開示により具体的に満たされ、そして軽減される。

欠陥検出システムの技術的効果によって、透明部材を光学的欠陥群について検出する際の信頼性、速さ、及び正確さを、先行技術による手作業検査方法よりも向上させることができる。更に、欠陥検出システムは、比較的小さいサイズの光学的欠陥群を高信頼度で検出し、そしてこのような光学的欠陥群の少なくともサイズ及び／又は位置を記録し、そして文書化する手段となる。

１つの実施形態では、透明部材内の光学的欠陥群を検出する方法は、透明部材のデジタル画像を供給するステップを含むことができ、デジタル画像は複数の画像ピクセルを含み、これらの画像ピクセルはそれぞれ、濃度階調を有することができる。方法では更に、透明部材内の少なくとも１つの欠陥候補を、濃度勾配を、隣接する対の画像ピクセルについて計算することにより検出することができる。更に、画像ピクセル群の各１つの画像ピクセルに、画像ピクセルに関連付けられる濃度勾配群の絶対値の最大値を含むことができる勾配値を割り当てることができる。画像ピクセル群のうちの該当する画像ピクセル群に割り当てられる勾配値群を含む勾配画像を作成することができる。勾配閾値を上回る勾配値を有する画像ピクセル群は、ピクセル候補群として特定することができる。このようなピクセル候補群は、欠陥候補群のうちの１つの欠陥候補を含むことができる。

別の実施形態では、透明部材内の光学的欠陥群を特徴付ける方法は、透明部材のデジタル画像を供給するステップと、そしてピクセル候補群を、画像ピクセル群の中から特定するステップと、を含むことができる。ピクセル候補群は、少なくとも１つの欠陥候補を含むことができる。ピクセル候補群の各１つのピクセル候補の位置を特定することができる。ピクセル候補群は、ピクセルクラスタ群に、ピクセル候補群の相対位置に基づいてクラスタリングすることができる。ピクセルクラスタ群の各１つのピクセルクラスタ内のピクセル候補群の数をピクセル数閾値と比較することにより、欠陥候補を、光学的欠陥または画像欠陥として特定することができる。

方法の更に別の実施形態では、透明部材のデジタル画像を記録する画像記録装置の設定を最適化することができる。設定は、透明部材の平均色相のような透明部材のパラメータ群に基づいて行うことができる。設定の選択では、Ｆ値、ＩＳＯ感度、及び色設定を、例えば画像記録装置によって記録することができる三原色（赤色、緑色、及び青色−ＲＧＢ）の各１つの色に対応して選択することができる。Ｆ値は、ｆ−ストップまたは口径比を表わし、そして画像記録装置のレンズの焦点距離をレンズの有効口径で除算した指標である。ＩＳＯ感度（すなわち、フィルムスピード）は、本明細書において開示される画像記録装置のようなデジタル撮像システムの光感度の指標である。

方法では更に、透明部材のデジタル画像を、例えばカラーフォーマットで記録し、そしてデジタル画像をカラーフォーマットからグレースケールフォーマットに変換することができる。デジタル画像内の画像ピクセル群の各１つの画像ピクセルの濃度階調を求めることができる。方法では更に、透明部材の視認部分の外周縁を、視認部分の所定の外周縁を選択することにより、または連続する所定数の画像ピクセルに亘る濃度階調の変化（すなわち、濃度勾配）を比較することにより、検出することができる。連続するピクセルに亘る濃度階調の変化は、濃度変化割合閾値と比較することができる、または濃度階調の変化は、連続する濃度勾配の均一性閾値と比較することにより、視認部分の外周縁を特定することができる。

説明してきた特徴、機能、及び利点は、本開示の種々の実施形態において個別に実現することができる、または更に他の実施形態において組み合わせることができ、これらの実施形態についての更なる詳細は、次の説明及び以下の図面を参照することにより理解することができる。

本発明のこれらの特徴、及び他の特徴は、同様の参照番号が同様の構成要素群を、これらの図面全体を通じて指している図面を参照することにより一層明らかになる。

図１は、１つ以上の透明部材を有する航空機の斜視図である。 図２は、透明部材のデジタル画像を記録するために使用することができる光学的欠陥検出システムの１つの実施形態の斜視図である。 図３は、図２に示す欠陥検出システムの分解図であり、画像記録装置を取り付けることができる取り付け先の透明部材固定具を示している。 図４は、欠陥検出システムの側部断面図である。 図５は、図４の切断線５−５に沿って切断したときの光学的欠陥検出システムの上部断面図であり、パノラマカメラとして構成される画像記録装置を示している。 図６は、透明部材の画像を記録する方法を示すフローチャートである。 図７は、拡散板、光源、反射板、及びハウジングを省略したときの光学的欠陥検出システムの断面図であり、透明部材及び画像記録装置の相対配置を示している。 図８は、図７に示す画像記録装置によって記録することができる透明部材のパノラマデジタル画像ファイルである。 図９は、透明部材の視認部分の外周縁に隣接する領域における図８のセクション９に沿って切断したときのデジタル画像の一部の拡大図であり、各画像ピクセルが相対濃度階調を有する構成の複数の画像ピクセルを示している。 図１０は、２５６個の濃度値を実現する８ビット表示系の濃度階調の範囲を示す図である。 図１１は、図８のセクション１１に沿って切断したときのデジタル画像の一部の図であり、画像ピクセル群の各１つの画像ピクセルに濃度階調が割り当てられる様子を示し、更に濃度階調値０を有する画像ピクセル群により構成される１対の欠陥候補を示している。 図１２は、図１１に示す画像ピクセル群を表わしており、濃度勾配は、隣接する対の画像ピクセルの各１対の画像ピクセルについて計算される。 図１３は、図１１に示す画像ピクセル群の勾配画像であり、当勾配画像の各画像ピクセルは、当該画像ピクセルに関連付けられる濃度勾配群の絶対値の最大値を含む勾配値を含む。 図１４は、図１１に示す画像ピクセル群を表わしており、勾配閾値を上回る勾配値を有する画像ピクセル群は、ピクセル候補群により構成されるピクセルクラスタ群にクラスタリングされる。 図１５は、図１１に示す画像ピクセル群を表わしており、更に、コンピュータで描く曲線をピクセルクラスタ群の各１つのピクセルクラスタに重ね合わせる様子を示している。 図１６は、図１１に示す画像ピクセル群を表わしており、更に、コンピュータで描く曲線が、ピクセル候補群により画定される光学的欠陥群の該当する境界に収束する様子を示している。 図１７は、図８のセクション１７に沿って切断したときのデジタル画像の一部の図であり、濃度階調値０を有する画像ピクセル群のうちの１つの画像ピクセルを示し、画像ピクセルは、より大きい絶対値の濃度階調を有する画像ピクセル群によって取り囲まれる。 図１８は、図１７に示す画像ピクセル群を表わしており、更に、隣接する対の画像ピクセルの各１対の画像ピクセルについて計算される複数の濃度勾配を示している。 図１９は、図１７に示す画像ピクセル群を表わしており、ピクセル群の各１つのピクセルに関連付けられる濃度勾配群の絶対値の最大値に対応する勾配値群を含む勾配画像を示している。 図２０は、図１７に示す画像ピクセル群を表わしており、濃度階調０を有する画像ピクセル群のうちの１つの画像ピクセルにより構成されるピクセルクラスタを示している。 図２１は、透明部材のデジタル画像の図であり、デジタル画像内の複数の光学的欠陥の相対位置を示している。 図２２は、図１の航空機のコックピットの側面図であり、透明部材内の光学的欠陥群の位置を、デジタル画像内の光学的欠陥を透明部材に第１固定座標変換を用いて変換することにより特徴付ける設計眼（すなわち、パイロットの眼の位置）基準点を示している。 図２３は、図２２の切断線２３に沿って切断したときの風防の図であり、固定座標変換を用いた変換の後の透明部材内の光学的欠陥群の相対位置を示している。 図２４は、欠陥検出システムの側部断面図であり、透明部材内の光学的欠陥のサイズを、第２固定座標変換を用いて変換することにより特徴付ける際の画像記録装置の光学中心からの距離差、及び透明部材内の光学的欠陥の位置を示している。 図２５は、図２４の切断線２５に沿って切断したときの欠陥検出システムの断面図であり、更に、画像記録装置の光学中心と光学的欠陥群との間の距離差を示している。 図２６Ａは、モデル関数ｆ（ｘ，ｙ）を示している。 図２６Ｂは、等価関数ｇ（ｘ，ｙ）を示している。 図２６Ｃは、光学的欠陥の形状を特徴付ける２次元畳み込み行列ｆ^＊ｇ（ｘ，ｙ）を示している。 図２７Ａは、透明部材内の光学的欠陥群を検出する方法の１つの実施形態のフローチャートを集合的に示している。 図２７Ｂは、透明部材内の光学的欠陥群を検出する方法の１つの実施形態のフローチャートを集合的に示している。

次に、図示が本開示の好適な種々の実施形態を示すためにのみ行なわれ、これらの実施形態を限定するために行なわれるのではないこれらの図面を参照するに、図２〜５に図示されているのは、図１に示す航空機１００の透明部材１０４のような透明部材１０４の画像を記録する光学的欠陥検出システム１０である。当該画像は、図８に示すデジタル画像１５０を含むことができ、そしてデジタル画像１５０内の光学的欠陥群１６２を、以下に更に詳細に説明するように検出する図８〜２６に示す欠陥検出方法に用いることができる。

図２〜５を参照するに、光学的欠陥検出システム１０は、拡散板４８を含むことができる検出固定具１２を含むことができ、この拡散板４８は、透明部材１０４の幾何学構造と相補的な形状の凹凸に形成する、または相補的な形状に形成することができる。透明部材１０４は、透明部材固定具７０に取り付けることができ、この透明部材固定具７０は、パノラマカメラ２４のような撮像記録装置２２に位置合わせされるように位置決めすることができる。撮像記録装置２２は、透明部材１０４の視認部分１２２の詳細（すなわち、高解像度）画像を記録するように構成することができる。

これらの透明部材１０４は、輸送手段用途に、または輸送手段以外の用途に使用することができる透明パネルまたは比較的透き通ったパネル１６を備えることができる。例えば、図１は、幾つかの透明部材１０４を有する航空機１００を示しており、これらの透明部材１０４に対して欠陥検出システム１０を用いることにより、これらの透明部材１０４の画像を記録して、光学的欠陥群１０６を検出することができる。図１に示す航空機１００は、航空機１００の機体前方端１３２のキャノピー１１２または風防１１０のような１つ以上の透明部材に覆われたコックピットを有する胴体１０２を含む。風防１１０の透明部材１０４は、透明部材１０４を支持する機体後方アーチ部材１２０を有する透明部材枠１１６を含むことができる。風防１１０の透明部材１０４は視認部分１２２を含むことができ、この視認部分１２２を通して、パイロットは、風防１１０の外部の物体を視認することができる。この点に関して、視認部分１２２は、透明部材１０４のうち、図４〜５に示す透明部材枠１１６で隠れてしまうことがない透き通った部分、または透明部分を含む。

本明細書において開示される欠陥検出システム１０は、これに限定されないが、風防１１０のポリカーボネート層の内部に埋まっている可能性のある炭素微粒子のような光学的欠陥群１０６を検出する手段となる。これらの図全体を通じて図示され、かつ本明細書において記載される航空機１００風防１１０の透明部材１０４は、欠陥検出システム１０を使用して欠陥群１０６を検出する際の対象となる他の種類の透明部材１０４を限定するものとして捉えられるべきではないことに留意されたい。この点に関して、欠陥検出システム１０を用いて、画像を記録し、そして多種多様な異なる用途における非常に多種多様な透明部材の内部の光学的欠陥群１０６を検出することができる。例えば、欠陥検出システム１０を使用して、何れかの海上船舶、陸上車、飛行体、及び／又は宇宙船における透明部材１０４の画像を記録するだけでなく、輸送手段以外の用途において使用される透明部材１０４の画像を記録することができ、輸送手段以外の用途において使用される透明部材として、建物及び構造物において使用される、そして計測器、照明アセンブリ、レンズのような他のアセンブリまたはシステムにおいて使用される、更には、光学的欠陥群の検出が望まれる何れかのガラス組成物及び／又はプラスチック組成物またはポリマー組成物として使用されるウィンドウパネルまたは光沢材料を挙げることができる。

有利な点として、欠陥検出システム１０によって、凹凸形状または湾曲形状を有する透明部材１０４の検査が可能になるが、略平坦構造または略平板構造を有する透明部材１０４は、欠陥検出システム１０を使用して検査することができる。凹凸形状または輪郭形状をした透明部材１０４の場合、拡散板４８及び光源５４は、透明部材１０４の凹凸と相補的な形状に形成することができる。例えば、航空機１００風防１１０、及び／又は航空機１００キャノピー１１２が、図１に示す１つ以上の湾曲部を有する場合、拡散板４８は、透明部材１０４の形状を、透明部材１０４から離間した距離の位置で正確に映し出した形状に形成されて、透明部材１０４の視認部分１２２が、光源５４及び拡散板４８の組み合わせによって略均一にバックライト照明されるようにすることが好ましい。

図２〜５を概観するに、光源５４は、１つ以上の発光素子５６を並べた構造として構成することができ、これらの発光素子５６は、拡散板４８を照明するように構成することができる。このようにして、光源５４から放出される光は、拡散板４８全体に亘って略均一に拡散または分散されて、透明部材１０４の視認部分１２２全体の後方から均一に分散して背景照明を行うことができる。更に、光源５４及び拡散板４８は、視認部分１２２の全体が、画像記録装置２２の視野角内で照明されるように配置されることが好ましい。図２〜５に誇張サイズで示される欠陥と同様の光学的欠陥群１０６は、欠陥検出システム１０によって確実に検出することができる。

図４〜５を簡単に参照するに、画像記録装置２２は、上に説明したパノラマカメラ２４のようなカメラ２４を備えることができ、当該カメラ２４は、垂直視野角３０を有する広角レンズ２６（すなわち、魚眼レンズ）を含むことができ、この垂直視野角３０は、レンズ２６から突出する、または延びるベクトル群３４で示すように、透明部材３４の上縁端１２４及び下側辺縁１２６を含むことができる。しかしながら、画像記録装置２２の（すなわち、レンズ２６の）垂直視野角３０は、上縁端１２４と下側辺縁１２６との間の領域の一部しか撮影されないような視野としてもよい。

前に示したように、画像記録装置２２から突出する、または延びるベクトル３４は、物体をレンズ２６から或る方向に沿って視認するときの当該方向を表わす。レンズ２６から延びるベクトル３４は、レンズ２６の画角に収まる。画像記録装置２２を、画像を記録するときに動かす（例えば、並進移動させる、回転させる）ことにより、視野角を広げることができる。例えば、画像記録装置２２を、画像を記録しながら垂直軸８８回りに回転させることにより、水平視野角３２を広くする。同様に、画像記録装置２２を、水平回転軸（図示せず）回りに回転させることにより、垂直視野角３０を広くすることができる。画像記録装置２２を、他の軸の回りに回転させる構成を想到することもできる。画像記録装置２２の垂直移動または水平移動のような画像記録装置２２の並進移動によって、視野角が同様に広がる。

画像記録装置２２は、水平視野角３２を有することができ、この水平視野角は、ベクトル群３４で示すように、透明部材１０４の各側方部にある側方辺縁１２８のような透明部材１０４の対向する側方部を含む。この目的のために、画像記録装置２２は、回転軸８８回りに回転することができるので、透明部材１０４の対向する側方辺縁１２８の間の視認部分１２２の全体の記録が可能になる。画像記録装置２２を、回転軸８８回りに回転させることにより、画像記録装置２２が垂直視野角３０及び水平視野角３２を実現するので、透明部材１０４の物理的な最縁端領域に在る光学的欠陥を含む、これらの物理的な最縁端領域の間に在る光学的欠陥群１０６の検出が可能になる。

図２〜５を概観するに、図示されているのは、光源５４と、拡散板４８と、そして画像記録装置２２と、を備える光学的欠陥検出システム１０である。光源５４は、光を放出するように構成され、そしてこの点に関して、拡散板４８によって拡散される光を供給する、または放出することができる何れかの適切な照明装置を備えることができる。例えば、光源５４は、１つ以上の白熱灯及び／又は蛍光灯６２または電球により構成することができる。図３に示すように、複数の蛍光発光素子５６または蛍光管は、アーチパターンに並べることができ、かつ互いに平行に離間して配置することができる。しかしながら、これらの発光素子５６は、過剰な熱を発生することなく光を放出することができる何れかの適切なデバイスとして構成することができ、過剰な熱が発生すると、拡散板４８及び／又は透明部材１０４にダメージを与える虞がある。

更に、白熱電球、及び発光ダイオード（ＬＥＤ）のような他の光源５４を光源５４に用いることができるが、蛍光管が、白熱電球または白熱灯に比べて、蛍光管の強度または輝度（すなわち、光度）が相対的に高く、熱出力が小さく、そして動作寿命が長いので、好適な構成となり得る。図３に複数の細長の蛍光灯６２として図示されているが、光源５４は、多種多様な別の配置になるように製造または構成することができ、例えば白熱電球アレイ、及び／又はＬＥＤアレイとして製造または構成することができる、または単一光源５４として、または複数の発光素子５６として提供することができる他の何れかの発光素子群５６の組み合わせとして製造または構成することができる。

更に、この点に関して、光源５４は、比較的高い強度の光を、熱出力を低く維持しながら放出することが好ましい何れかの適切な発光素子５６により構成することができる。発光素子構造の非限定的な例として：キセノンショートアークランプ、水銀ランプ、タングステン写真電球、タングステンハロゲンランプ、高圧ナトリウムランプ、及び他の何れかの適切な発光素子構造を挙げることができる。画像記録装置は、画像のホワイトバランスを、光源により生成される光の色温度、及び光の色または色合いを考慮に入れて、そして透明部材の自然色を考慮に入れて調整する手段を含むことができる。

図３〜５を参照するに、蛍光灯６２は、垂直姿勢に配置される複数の照明固定具５８に取り付けることができる。これらの照明固定具５８は、検出固定具１２のハウジング１４に固く取り付けることができる。これらの発光素子５６（すなわち、蛍光灯６２）の各１つの発光素子は、拡散板４８の凹凸に沿って等間隔で離間させることにより、均一に分散された光出力を拡散板４８に供給することができる。各照明固定具５８は、これらの蛍光灯６２のうちの１つ以上の（例えば、一対の）蛍光灯６２を、各照明固定具５８の上側ランプ保持具及び下側ランプ保持具６０に取り付けるように構成することができる。１つの実施形態では、これらの照明固定具５８は、各蛍光灯が５，５００ルーメンの蛍光発光能力を有する構成の８５ワット蛍光灯６２に給電する１２０／２７７Ｖ給電用固定具として構成することができる。しかしながら、何れかの電圧、電流を引き出す能力を持つ、または何れかの数値のルーメンで発光する能力を持つ蛍光灯６２を使用してもよい。均一に離間するこれらの蛍光灯６２は、均一分散光を拡散板４８に、透明部材１０４の画像を記録する背景光として供給する。しかしながら、上に示したように、何れの構成の発光素子５６も、拡散板４８を照明するために使用することができる。

図３〜５を参照し続けると、欠陥検出システム１０は反射板６４を含むことができ、この反射板６４は、光源５４に隣接配置することができる。図４〜５に示すように、反射板６４は、これらの照明固定具５８とこれらの蛍光灯６２との間に配置することができる。この配置では、反射板６４は、発光素子５６のうち、拡散板４８とは反対の側に配置されて、反射板６４が光源５４から放出される光を反射するようにしている。当該光は、拡散板４８の方に向かう方向に反射されて、拡散板４８に供給される光の合計量を最大にすることが好ましい。この点に関して、反射板６４によって、拡散板４８に対する均一な照明が容易になり、この場合、光は、拡散板４８全体に略均一に分散される。

更に、反射板６４は、光を、拡散板４８内の影、輝点、及び／又はホットスポットの発生が無くなるように反射することにより、拡散板４８に効果的に作用することができる。反射板６４は、検出固定具１２のハウジング１４に固く取り付ける、または一時的に取り付けることができる。反射板６４は、図４から最も良く分かるように、光源５４の後方に配置することができ、かつハウジング１４の上側パネル１６と下側パネル１６との間に延設することができる。１つの実施形態では、反射板６４は、照明固定具５８に固く取り付けられる金属材料シートにより構成することができる、そして／または図３に示すように、拡散板４８の凹凸に、そして／または光源５４のアーチ形に一致するように形成することができる。更に、反射板６４は、これらの発光素子５６から僅かに離間して配置されて、拡散板４８の方に向かって誘導することができる反射光の量を最大にすることが好ましい。以上から分かるように、反射板６４は、何れかの適切な材料を含むことができ、そしてこれらには限定されないが、紙シート、プラスチックシート、金属シート、またはこれらのシートの組み合わせを含む多種多様な構造に構成することができる。更に、反射板６４は、何れかの適切な反射色の、または反射仕上げのペイント層として構成することができる。更に、反射板６４は、照明固定具５８に施される、そして／または透明部材１０４のうち、拡散板４８とは反対の側１０８に配置される裏打ち材（図示せず）に施される反射コーティングまたは反射処理剤により簡単に構成することができる。

図３〜５を参照し続けると、図示されているのは拡散板４８であり、この拡散板４８は、光源５４と透明部材１０４との間に配置されることが好ましく、かつ透明部材１０４と相補的な形状の凹凸に形成される、または相補的な形状に形成されて、画像記録装置２２によって視認または撮像されるときの透明部材１０４に対する均一なバックライト照明を容易に行うことができる。この目的のために、拡散板４８は、所望の透過率を有する適切なガラス材料及び／又はポリマー材料で作製することができる。拡散板４８は、熱処理することにより、航空機１００のキャノピー１１２、及び小型高速航空機風防１１０のような非常に短い曲率を有する特定の透明部材１０４に忠実に追従するために必要とされる比較的短い曲率半径に拡散板４８を成形するときの亀裂及び／又は割れを回避することができる。所望の半径に成形する前の拡散板４８に対する熱処理が更に、拡散板４８が曲率の変化が少ない半径、または曲率が大きい半径に向かって弾性力で戻る、または徐々に変化するのを防止するために必要となる。

この目的のために、拡散板４８に拡散板枠５０を設けて、拡散板４８の曲率を保持することができる。拡散板枠５０は、これらには限定されないが、金属構造及び／又はポリマー構造を含む何れかの構造とすることができるが、他の材料を使用して、拡散板枠５０を形成することにより拡散板４８の曲率を保持するようにしてもよい。この点に関して、拡散板４８をハウジング１４の上側及び下側パネル１６の各パネルに形成される切欠き部１８に締結固定することにより、拡散板４８の位置及び曲率を保持することができる構成を想到することができる。

単一の湾曲構造を有するものとして図示されているが、拡散板４８は、複雑な形状または輪郭形状に形成することができる。例えば、図１に示すキャノピーのような湾曲した航空機１００キャノピー１１２を検査する場合、拡散板４８は、複合湾曲形状に形成することができ、そして所定の材料組成及び厚さの場合に許容される最小曲げ半径によって異なるが、拡散板４８に熱処理を施して、拡散板４８をキャノピー１１２の小半径に成形する必要がある。

拡散板４８は、光のうち所望の百分率に相当する光を透過することができるポリマー材料のような材料からなるシートとして構成することができる。例えば、拡散板４８は、光源５４から放出される、そして／または反射板６４によって反射される光のような光の約２５〜７５％を透過するように構成することができる。別の実施形態では、拡散板４８は、光源５４から放出される、そして／または反射板６４によって反射される光の少なくとも約５０％を透過するように構成することができる。しかしながら、拡散板４８は、如何なる量の光でも透過するように構成することができる。

拡散板４８の材料に関しては、アクリルのような材料から成る熱可塑性透明シートを使用することができるが、他のポリマー組成物を使用してもよく、他のポリマー組成物として、これに限定されないが、ポリカーボネート材料を挙げることができる。更には、拡散板４８を、光を拡散板４８の面積全体に亘って均一に分散させる適切な拡散特性を有するガラスにより作製する構成を想到することができる。しかしながら、ポリマー組成物は、ポリマーシートを複雑な形状または輪郭形状に成形することが相対的に容易であるので、好ましい。この点に関して、拡散板４８は、何れかの適切な範囲の光透過率を示す材料により作製する、または構成することができ、この範囲の光透過率は、透明部材１０４の視認部分１２２を均一に照明するために十分であることが好ましく、これにより更に、拡散板４８内の輝点の発生を無くすこともできる。

１つの実施形態では、拡散板４８は、約０．０３０〜０．２５インチの範囲の厚さを有するプレキシガラス（Ｐｌｅｘｉｇｌａｓ）シートとして構成することができるが、如何なる厚さを用いてもよい。一般的に、シートの厚さを最小に保って、輪郭に成形するときの拡散板４８内の曲げ応力を低減し、そして拡散板４８に対する熱処理の時間を最小にすることが好ましく、熱処理時間を最小にすることは、残留応力を低減する、または除去するために必要であり、低減または除去しない場合には、拡散板４８が、当該拡散板の初期の平板形状または平坦形状に弾性力で戻り易くなる。例えば、拡散板４８は、拡散板４８を輪郭形状に成形するために必要な熱処理の長さを最小にしつつ十分高い光透過率を有する０．０６３インチ厚のシート材料として設けることができる。しかしながら、可用性及び／又はコストによって、例えば０．１１８インチ厚のプレキシガラス板のような、より厚い材料厚さが決定され、このプレキシガラス板は、上側パネルと下側パネル１６との間を、そしてハウジング１４の対応する側面の間を連続して延びる長さ、及び幅を持つものとして設けることにより、透明部材１０４の照明背景の不連続または中断を回避することができる。透明部材１０４が航空機１００風防１１０を構成する図示の実施形態では、拡散板４８を、０．１１８インチの厚さ、及び適切な長さ及び幅（例えば、６フィート×８フィート）を有するプレキシガラス板として設けることにより、透明部材１０４の背景を連続させることができる。プレキシガラスは、５０％の可視光透過率を有することができるが、拡散板４８は、何れかの光透過度を示す何れの材料によっても組み立てることができる。

図４〜５を参照するに、図示されているのは、ハウジング１４に固く取り付けることができ、かつ拡散板間隙５２で指示されるように、光源５４に対して離間して配置されることが好ましい拡散板４８である。この点に関して、拡散板４８は、光源５４から離間配置して、拡散板４８及び／又は透明部材１０４にダメージを与え得る過熱を回避することができる。更に、拡散板４８を光源５４から離間配置することにより、拡散板４８内の輝点の発生を無くすことができる。１つの実施形態では、拡散板４８は、光源５４から、約１インチの拡散板間隙５２だけ離間させることができるが、拡散板3４８は、及び光源５４は、何れのサイズの拡散板間隙５２でも離間させることができる。

図２，３，及び５を参照するに、図示されているのは、上側パネル及び下側パネル１６を相互に接続する１つ以上の垂直枠部材２０を備えることができるハウジング１４である。ハウジング１４は、光源５４、拡散板４８、及び／又は反射板６４を、互いに対して固定して、または調整可能に取り付けるように構成することができる。ハウジング１４の１つの実施形態では、照明固定具５８の上端及び下端を、パネル群１６に、例えば機械的な締結固定手段、接着手段、または他の適切な手段により取り付けることができる。同様に、図３から最も良く分かるように、反射板６４及び／又は拡散板４８は、これらのパネル１６に、これらのパネル１６に形成される切欠き部１８に沿って取り付けることができる。ハウジング１４は、部分閉鎖構造として構成することにより、ハウジング１４の内部への接近が可能になり、例えば照明固定具５８または電気配線を操作して、電力を電源（図示せず）から照明固定具５８に供給することができる。また、配線を施して、電力を画像記録装置２２に供給する、そして／またはプロセッサに供給する、または画像記録装置２２を制御するために使用することができるようなパーソナルコンピュータまたはラップトップのようなコントローラに供給することができる。

ハウジング１４は、任意であるが、電力を付属部品群に供給する１つ以上の電源出力８４を含むことができる。更に、１つ以上のスイッチ８６をハウジング１４の外側部分に取り入れて、光源５４を作動させる、そして／または画像記録装置２２への電力供給を有効にする、または電力を画像記録装置２２に供給することができる。例えば、検出固定具１２は、一対のスイッチ８６を含むことができ、これらのスイッチ８６は、ハウジング１４に取り付けられて発光素子群５６の異なる部分を作動させる。一方のスイッチ８６は、ハウジング１４の左側のスイッチ８６は、ハウジング１４の左側の発光素子群５６を作動させるように適合させることができるのに対し、他方の照明スイッチ８６は、ハウジング１４の右側の発光素子群５６を作動させるように適合させることができる。

切欠き部１８が上側パネル及び下側パネル１６に設けられる構成の略直交形状を有するものとして図示されているが、ハウジング１４は、多種多様な別の構造として構成することができ、そして図示の構造に限定されない。例えば、ハウジング１４は、半モノコック構造として、または管状部材配列構造として組み立てることにより、発光素子群５６、反射板６４、及び／又は拡散板４８を取り付けることができる。更に、ハウジング１４に車輪７８を取り付けて、組立施設またはメンテナンス施設におけるように、異なる現場への可搬性を向上させる構成を想到することもできる。

図２〜５を参照し続けると、図示されているのは、透明部材１０４及び画像記録装置２２を互いに対して固定して取り付ける透明部材固定具７０である。透明部材固定具７０を拡散板４８に対して位置決めすることにより、画像記録装置２２を通して視認される場合の視認部分１２２の全体における何れの点も拡散板４８を背景に有することができるようにする。更に詳細には、画像記録装置２２、透明部材１０４、及び拡散板４８は、画像記録装置２２から延び、かつ視認部分１２２内の或る点を通過するベクトル３４が必ず、拡散板４８と交差する、または衝突するように構成される、そして／または位置決めされる。

拡散板４８が均一に照明されるので、欠陥検出システム１０は、透明部材１０４の視認部分１２２の詳細写真画像及び／又はビデオ撮影画像の記録を容易にするように適合させる。透明部材１０４を、均一に照明される拡散板４８を利用して背景照明することにより、比較的小さい欠陥群１０６に対する照明が容易になり、照明が容易にならない場合には、レーザ駆動機構から見えなくなる可能性がある。更に、透明部材固定具７０によって画像記録装置２２を位置決めして、レンズ２６で、透明部材１０４の上縁端１２４及び下側辺縁１２６における詳細画像だけでなく、透明部材１０４の対向する側方辺縁１２８の詳細画像を撮影することができるようにすることが好ましい。例えば、図２に示す航空機１００風防１１０では、風防１１０の先端１３０が風防１１０の上縁端１２４を画定し、そしてアーチ部材１２０が風防１１０の下側辺縁１２６を画定する。対向する側方縁端１２８は同様にして、アーチ部材１２０が透明部材枠１１６と交差する点によって画定される。

透明部材１０４が航空機１００風防１１０として図示されているが、本明細書において開示される欠陥検出システム１０は、何れかのサイズ、形状、及び構造の何れかの透明部材１０４内の光学的欠陥群１０６を検出するように適合させることができる。更に、本明細書において開示される欠陥検出システム１０は、凹凸形状または湾曲形状を有する透明部材１０４の検査に限定されない。例えば、欠陥検出システム１０は、更に具体的には、拡散板４８は、略平板の透明部材、略平坦な透明部材、または僅かに湾曲した透明部材１０４の光学検査が容易になって、拡散板４８を平板形に形成することができるように適合させることができる構成を想到することができる。同様に、透明部材１０４が平板である場合、反射板６４及び／又は光源５４も、拡散板４８と相補的な形状に形成されるように構成することができる。更に、検出固定具１２は、透明部材１０４が、画像記録装置２２を基準に取り付けられるものとして図示されているが、画像記録装置２２をハウジング１４に取り付けることができる構成を想到することができる。同様に、検出固定具１２は完全に無くしてもよく、そして透明部材１０４を拡散板４８及び画像記録装置２２に対して、画像記録装置２２のレンズ２６を通過し、かつ透明部材１０４の視認部分１２２を通って延びるベクトル３４が必ず、拡散板４８と衝突する、または交差するように簡単に位置決めすることができる。この点に関して、図４及び５に示すベクトル群３４は、所定の視野角を持つ所定のレンズを通してどの位の範囲を視認することができるかを表わしている。

図４を参照するに、透明部材固定具７０は、画像記録装置２２をカメラマウント４２に取り付けることができるように構成することができる。画像記録装置２２を位置決めして、レンズ２６の光軸２８を透明部材１０４の高さ１１４に沿った略中点に位置させることにより、視認部分１２２の上縁端１２４及び下側辺縁１２６の検査を十分高い解像度で容易に行なえるようにすることができる。この点に関して、画像記録装置２２に、上縁端１２４及び下側辺縁１２６を含む垂直視野角３０を持たせることが好ましい。図４から分かるように、レンズ２６から延び、かつ視認部分１２２の上縁端１２４及び下側辺縁１２６を通過するベクトル群３４は拡散板４８と交差する。明らかなことであるが、水平方向に向いた光軸２８が交差する透明部材１０４の領域は、透明部材１０４の残りの領域と比べると、最適な解像度で撮像することができる。図４に示す画像記録装置２２の垂直視野角３０は、画像記録装置２２を集合的に支持するオフセットアーム３６及び垂直アーム３８に邪魔されるので約１７５°として図示されている。しかしながら、垂直視野角３０は、１８０°に拡大することができるが、画像記録装置２２は、視野角の他の値を設定することができる。

図５を参照するに、画像記録装置２２は更に、水平視野角３２を設定し、この水平視野角３２は、レンズ２６の焦点距離によって異なるが、１８０°以上に拡大することができる。しかしながら、画像記録装置２２が回転軸８８の回りに回転方向９０に沿って回転すると、水平視野角３２を最大３６０°まで拡大することができ、そして画像記録装置２２の回転性能によって異なるが、３６０°を僅かに超える角度まで拡大することができる。透明部材１０４が図５に示す構成の場合、回転方向９０に沿った画像記録装置２２の合計回転角度は、２２５°に制限することができる。画像記録装置２２のこのような制限回転角度を、適切な魚眼レンズ２６の１８０°の静的視野と組み合わせるだけで、透明部材１０４の対向する側の透明部材枠１１６の間を延びる視認部分１２２の全体を撮影するために十分である。３６０°の回転が行なわれる場合、画像記録装置２２は、略球形の視野を実現することができる。

画像記録装置２２は更に、並進移動して所望の物体を撮像するように適合させることができる。例えば、画像記録装置２２は、垂直方向に、水平方向に、対角方向に、またはこれらの方向を組み合わせた方向に移動して、透明部材１０４のような物体の画像を記録するように適合させることができる。同様に、画像記録装置２２は、回転しながら並進移動することにより、透明部材１０４のような物体の撮像を容易にするように適合させることができる。この点に関して、画像記録装置２２は、透明部材１０４または他の物体の撮像中に、回転、並進移動、チルト、及びロール、及び他の何れかの動き、またはこれらの動きの組み合わせを含む何れかの動作で移動するように適合させることができる。例えば、比較的高さが高く、かつ幅が狭い物体を撮像する場合、画像記録装置２２は、当該物体の底部から当該物体の上部に向かう方向のような垂直方向に、物体の高速撮像中に並進移動するように適合させることができる。比較的平坦な物体が比較的広い幅を有し、かつ比較的低い高さを有する場合、画像記録装置２２は、物体の高速撮像中に物体の一方の端部から反対側の端部に水平方向に並進移動するように適合させることができる。更に、物体がレンズ２６の最大視野角からはみ出す場合、漸次撮像するステップ群を組み合わせて、物体の全体を撮影し、続いて後処理して複数の画像を継ぎ合わせて１枚のパノラマ画像を生成する必要がある。

画像記録装置２２は、十分に高い解像度を持ち、かつ軸回りに回転可能な何れかの装置として構成することができる。例えば、画像記録装置２２は、カリフォルニア州Ｖａｎ Ｎｕｙｓ（ヴァンナイス市）にあるＰａｎｏｓｃａｎ（パノスキャン）社から市販され、かつＰａｎｏｓｃａｎ ＭＫ−３カメラの商品名で知られるカメラのようなパノラマカメラ２４として構成することができる。広角レンズ２６を取り付ける場合、画像記録装置２２は、透明部材１０４の３６０°パノラマ画像を記録することができる。炭素微粒子のような光学的欠陥群１０６の検出は、画像が、このような欠陥群１０６が無いことが分かっている基準画像と比較される場合には、ピクセルごとにピンポイントで行うことができる。欠陥の無い基準画像は、拡散板４８を、同じレンズ２６を有し、かつ透明部材１０４の画像を記録するために使用される同じ光源５４、拡散板４８、及び／又は反射板６４の設定を使用する画像記録装置２２で走査することにより記録することができる。保存基準画像、またはリアルタイム基準画像を被検査透明部材１０４の保存画像またはリアルタイム画像とピクセルごとに比較することにより、潜在的な光学的欠陥群１０６の位置及びサイズを検出し、そして記録することができる。

画像記録装置２２は、何れかの適切なスチルカメラ２４またはビデオカメラ２４と、そして何れかのデジタルまたはアナログカメラ２４と、を備えることができ、そして画像記録装置２２に、何れかの焦点距離の何れかのレンズ２６を取り付けることができる。更に、画像記録装置２２は、回転基台４０に取り付けられる構成に限定されず、透明部材１０４の画像、または他の物体の画像を集合的に記録する複数のカメラ２４として構成してもよい。更には、画像記録装置２２は、光軸２８が、上縁端１２４と下側辺縁１２６との間の（すなわち、先端１３０からアーチ部材１２０に向かう）透明部材１０４の高さ１１４に沿った略中点に配置されるように位置決めされることが好ましい。しかしながら、画像記録装置２２は更に、高さを調整することができるので、透明部材１０４に対する、そしてレンズ２６の垂直視野角３０に収めることができる物体よりも大きい他の物体に対する走査が可能になる。例えば、画像記録装置２２は、上側位置及び下側位置（図示せず）に位置決めすることができるので、透明部材１０４の上側部分のパノラマ画像を記録し、続いて透明部材１０４の下側部分をパノラマ撮像し、その後、透明部材１０４の画像群を、各位置で記録された画像群を継ぎ合わせることにより合成することができる。画像記録装置２２の高さを調整することができることにより、透明部材１０４の上側位置及び下側位置における透明部材１０４の画像群の解像度を高めることができる。

図４〜５を参照し続けると、画像記録装置２２は、透明部材固定具７０に、これらの図に取り付けプレート７２に取り付けられるものとして図示されているカメラマウント４２を介して取り付けることができる。画像記録装置２２の基台４０はモータ駆動機構を含むことができ、このモータ駆動機構によって、回転軸８８回りの画像記録装置２２の回転が容易になる。前に示したように、画像記録装置２２は、レンズ２６の光学中心が図５に示すように、回転軸８８に一致して、画像記録装置２２が回転軸８８回りに回転している間に、光学中心が略静止するように取り付けることができる。しかしながら、画像記録装置２２は、光学中心が、画像記録装置２２の回転中に回転するように構成することができる。

１つの実施形態では、画像記録装置２２は、少なくとも約０．０１０インチのという短い幅を有する欠陥群１０６を記録するために十分高い解像度を透明部材１０４の視認部分１２２の全体に亘って有することが好ましい。例えば、カメラ２４は、カメラ２４の回転角度によって異なるが、最高で少なくとも約９，０００ピクセルの垂直解像度、及び最高で少なくとも約６５，０００ピクセルの水平解像度を有することができる。しかしながら、画像記録装置２２は、所定のサイズの欠陥群１０６を記録するために十分高い何れかの解像能力を有するように提供することができる。理想的には、画像記録装置２２は、デジタルカメラ２４として構成して、欠陥１０６のサイズ及び位置のデジタル記録の生成を可能にするだけでなく、少なくとも約０．０３０インチという小さいサイズ、更に好ましくは、少なくとも約０．０１０インチ以下という小さいサイズを持つ欠陥群１０６を特定する能力を有することができる。例えば、画像記録装置２２は、０．００５インチ以下という微小な欠陥群１０６を記録するために十分高い解像度を有することができる。更に、カメラ２４を高速デジタルカメラ２４として提供して大型の透明部材１０４を走査し、そして透明部材１０４の画像を記録するために必要な時間の長さを短くすることが好ましい。有利な点として、欠陥検出システム１０によって、欠陥群１０６に対する照明、及び欠陥群１０６の検出が容易になり、これらが容易にならない場合には、欠陥１０６を記録するレーザ駆動機構には見えなくなる。更に、拡散板４８を、透明部材１０４と相補的な形状の凹凸に形成する、または相補的な形状に形成すると、比較的小さい光学的欠陥群１０６を、上縁端１２４と下側辺縁１２６との間に沿って、そして透明部材１０４の対向する側方辺縁１２８の間に沿って確実に、正確に検出することが容易になる。

図４〜５を参照し続けると、透明部材固定具７０は、透明部材１０４を支持して、透明部材１０４が略垂直な姿勢になって、カメラ２４から上縁端１２４及び下側辺縁１２６にある透明部材１０４までの距離が等しくなるように構成される。このようにして、視認部分１２２の上縁端１２４及び下側辺縁１２６を、略等しい解像度で撮像することができる。理想的には、透明部材１０４は更に、透明部材固定具７０に取り付けられて、透明部材１０４が拡散板４８に対して略平行な姿勢になる、または拡散板４８と略一致する姿勢になって、透明部材１０４の視認部分１２２が拡散板４８によって略一様に、または略均一に照明されるようになることが好ましい。

上に示したように、カメラ２４及び拡散板４８に対する透明部材１０４の位置決めは、好ましくは、かつ任意であるが、ベクトル３４が、レンズ２６から突出する、または延び、そして次に、透明部材１０４の視認部分１２２の何れかの位置を通過する場合には必ず、ベクトル３４が拡散板４８と衝突する、または交差するように行なわれることが好ましい。この目的のために、透明部材１０４を一対のシムブロック７６または他の適切な高さ調整機構に取り付けて、透明部材１０４が略垂直な姿勢を採るのを容易にすることができる。透明部材１０４は、透明部材固定具７０に、透明部材取り付け孔群１１８に通して透明部材枠１１６に挿入される機械式仮止めファスナー７４を使用して固く固定することができる。透明部材１０４は図５に、透明部材固定具７０にＣｌｅｃｏ（クリコ）ファスナーのような一対の機械式仮止めファスナー７４を介して固く固定されるものとして図示されているが、任意の数の機械式ファスナー、及び接続ブラケットを設けて、透明部材１０４を固く固定することにより、検査中の動きを防止することができる。例えば、図４から最も良く分かるように、３番目の機械式ファスナー７４を、透明部材１０４のクレスト（山頂）に位置するアーチ部材１２０に設けられた１つ以上の透明部材取り付け孔１１８に通して突出させることができる。しかしながら、透明部材１０４は、透明部材固定具７０の上で、機械的手段または他の取り付け手段を援用することなく支持することができる。

透明部材固定具７０は、水平方向を向いた一連の水平パネル８２を相互接続する一連の垂直枠８０を備えるものとして図示されている。しかしながら、透明部材固定具７０は、画像記録装置２２及び透明部材１０４を透明部材固定具７０に固く固定するために適する多種多様な別の構造として構成することができる。更に、透明部材固定具７０に車輪群７８または他の機構を取り付けることにより、検出固定具１２に対する透明部材１０４の移動を容易にすることができる。しかしながら、上に示したように、透明部材１０４は、検出固定具１２に取り付けることにより、透明部材固定具７０を無くすことができる。

また、透明部材固定具７０は、透明部材１０４が、先端が上方を向いた構成になっているものとして図示されているが、透明部材１０４は、画像記録装置２２による透明部材１０４の撮像を可能にするために十分な何れか別の姿勢を採ることができることに留意されたい。更に、欠陥検出システム１０は、デジタルカメラ２４が透明部材１０４の画像を垂直配向回転軸８８の回りの、そして／または水平配向回転軸の回りの、または他の方向を向いた軸の回りの回転を利用して記録することができる何れかの構造になるように構成することができる。更に、欠陥検出システム１０は、透明部材１０４を一度に１つだけ検査する動作に限定されると捉えられるべきではなく、複数の（すなわち、２つ以上の）透明部材１０４または他の物体を、１回の撮像動作中に検査するように構成することができる。透明部材群１０４を検査する動作について上に説明されているが、欠陥検出システム１０を用いて、可視光を透過しない不透明物体または不透明物体群を検査する構成を想到することもできる。この点に関して、画像記録装置２２を用いて、湾曲形状を有する物体のパノラマ画像を記録することができる。

図６に示すフローチャートを参照し、そして図１〜５を併せて参照するに、図示されているのは、透明部材１０４の画像を記録する方法である。上に示したように、透明部材１０４は、透明部材枠１１６で区切られる視認部分１２２を含むことができる。当該方法は、ステップ２００を含むことができ、このステップ２００では、光源５４を透明部材１０４に隣接するように位置決めする。前に示したように、光源５４は、多種多様な別の構造として構成することができ、これらの構造では、これに限定されないが、一連の蛍光灯６２を互いに離間する平行な向きにしてアーチ状に配置する。光源５４は、透明部材１０４に対して離間して配置して、透明部材１０４に対する過度の放射加熱を回避することができる。

ステップ２０２では、光を光源５４から放出して、光が拡散板４８に入射するようにする。反射板６４を、図３〜５に示すように、光源５４の後方に設けて、拡散板４８に入射する光の量及び／又は強度を増大させることができる。上に示したように、反射板６４は、光を拡散板４８に向かって反射して、または再誘導して、拡散板４８に影が生じるのを、または拡散板４８が不均一に照明されるのを回避し、そして透明部材１０４が画像記録装置２２によって撮像されるときの撮像対象の背景を均一に照らすように構成されることが好ましい。過度の熱が拡散板４８に蓄積されるのを回避するために、拡散板４８は、光源５４から、図４〜５に示す拡散板隙間５２で定義される離間距離だけ離れて配置される必要がある。拡散板４８を光源５４から離間させると、拡散板４８に対する略均一な照明が、拡散板４８内の影、ホットスポット、及び／又は輝点が無くなることにより一層容易になる。

ステップ２０４では、光を拡散させて拡散板４８を照明することにより、光を、拡散板４８全体に亘って略均一に拡散させる、または分散させて透明部材１０４を均一に撮像する。好適であり、かつ任意である実施形態では、拡散板４８は、光源５４から放出される光の約５０％を透過するように構成することができるが、拡散板４８は、透明部材１０４を十分に照明する、またはバックライト照明するどの程度の量の光でも透過するように構成してもよい。拡散板４８は、多種多様な異なる材料により形成することができ、これらの材料として、これらには限定されないが、アクリルシートまたはプレキシガラスシートのようなポリマー材料を挙げることができるが、何れの材料を用いてもよい。当該材料は、所望の光透過特性を実現するように選択されることが好ましい。拡散板４８は任意であるが、複数種類の材料の組み合わせとして、または透明部材１０４を視認するために背景を均一に照明することができるように構成されるアセンブリとして形成することができる。

ステップ２０６では、画像記録装置２２を透明部材１０４のうち、拡散板４８とは反対の側に配置して、視認部分１２２の一部を通過するベクトル３４が必ず、図４〜５に示すように、拡散板４８と交差する、または衝突するようにする。この点に関して、拡散板４８は、透明部材１０４の凹凸と相補的な形状の凹凸に形成されて、視認部分１２２の全体が、拡散板４８によって均一にバックライト照明されることが好ましい。同様に、光源５４及び／又は反射板６４は、レンズ２６を通して視認することができる視認部分１２２の領域が必ず、バックライト照明に寄与する拡散板４８の外周縁を含む拡散板４８の均一照明領域によってバックライト照明されるように配置されることが好ましい。この目的のために、拡散板４８は、透明部材１０４よりも大きいサイズとする必要がある。

透明部材１０４の画像を記録する方法では、画像記録装置２２を適切な位置に位置決めして、透明部材１０４の全領域における解像度を最高にすることができる。例えば、画像記録装置２２を透明部材１０４の高さ１１４に沿った中点に位置決めして、上縁端１２４及び下側辺縁１２６における解像度を等しくすることができる。画像記録装置２２は、透明部材１０４の側方辺縁１２８における解像度が等しくなる位置に位置決めすることができる。画像記録装置２２は、画像記録装置２２が静止している場合に、視認部分１２２の少なくとも一部を、レンズ２６の視野角３０，３２内で撮影することができるように位置決めされることが好ましい。比較的大きい透明部材１０４が、視野角３０，３２から普通は外れている領域を有する場合（すなわち、カメラ２４が静止している場合）、視認部分１２２の全体を撮像するためには、画像を記録しながら画像記録装置２２を移動させる必要がある。図４に示す透明部材１０４の例では、視認部分１２２の上縁端１２４及び下側辺縁１２６は、画像記録装置２２の垂直視野角３０内に収まっている。

しかしながら、図５に示すように、視認部分１２２の側方辺縁１２８は、視野角３０，３２から外れているので（すなわち、カメラ２４が静止している場合）、画像記録装置２２は、視認部分１２２の全体を、一方の側方辺縁１２８から対向する側方辺縁１２８に亘って撮像するために移動させる必要がある。透明部材１０４が凹凸形状または湾曲形状に形成されている場合、ステップ２０８では、図５に示すように、画像記録装置２２を、視認部分１２２の画像を記録しながら、回転軸８８回りに回転させることができる。しかしながら、画像記録装置２２を、何れかの適切な方法で移動させて、視認部分１２２の全体を撮像することができる。画像記録装置２２の移動は、並進移動、回転、ロール、チルト、または他の移動、及びこれらの動きの組み合わせを含むことができる。画像記録装置２２の移動は更に、図４に示され、かつ垂直回転軸８８として図示される回転軸８８のような少なくとも１つの回転軸の回りの画像記録装置２２の回転を含むことができる。しかしながら、画像記録装置２２は、他の回転軸の回りに回転させることができる。更に、画像記録装置２２は、並進移動させる（例えば、垂直に、水平に、横方向などに移動させる）ことができる、または画像を記録しながら回転移動と併せて並進移動させることができる。前に説明したように、透明部材１０４の異なる領域の複数の画像は、継ぎ合わせる、またはそれ以外には、組み合わせることにより透明部材１０４の１枚の複合画像またはパノラマ画像を生成することができる。

上に示したように、拡散板４８は凹凸を有することができ、この凹凸は、透明部材１０４の凹凸と相補的な形状に形成されることが任意であるが好ましい。画像記録装置２２は、画像記録装置２２が回転軸８８回りに回転すると、レンズ２６から、上縁端１２４と下側辺縁１２６との間の透明部材１０４までの距離の変化を最小にすることができることにより、画像の品質（すなわち、解像度）が上縁端１２４及び下側辺縁１２６において略等しくなるように、透明部材１０４及び拡散板４８に対して位置決めされることが好ましい。同様に、画像記録装置２２は、対向する側方辺縁１２８における解像度が略等しくなるように、透明部材１０４に対して位置決めされることが好ましい。しかしながら、画像記録装置２２を透明部材１０４に対して位置決めして、解像度が他の領域と比べて、透明部材１０４の特定の領域において高くなるようにする構成を想到することができる。光学的欠陥検出システム１０は、少なくとも約０．０１０インチ以下という狭い幅を透明部材１０４の全体に亘って持つ欠陥群の記録が可能になるように構成されることが好ましい。この目的のために、画像記録装置２２は、デジタル記録される欠陥１０６を位置特定することができ、そして文書化することができるように、デジタルカメラ２４として構成することができる。

図２７Ａ〜２７Ｂを参照し、そして図７〜２６Ｃを併せて参照するに、開示されているのは、透明部材１０４内の光学的欠陥群１６２を検出する方法である。前に示したように、透明部材１０４は視認部分１２２を含み、この視認部分１２２は、図４〜５に示すように、透明部材枠１１６及び／又はアーチ部材１２０で隠れてしまうことが殆どない透明部材１０４の透き通った部分、または透明部分を含むことができる。有利な点として、開示される方法は、透明部材１０４の画像ファイルをピクセルごとに解析し、そして透明部材１０４内の多種多様な不透明欠陥及び／又は半透明欠陥または物質を検出するプロセスとなり、これらの欠陥として、これに限定されないが、透明部材１０４の内部に埋まっている可能性がある炭素微粒子欠陥を挙げることができる。更に、本明細書において開示される方法は、透明部材１０４の内部のこのような光学的欠陥群１６２のサイズ、形状、及び／又は位置に関する詳細情報を生成する手段となる。更に、本開示では、透明部材１０４の画像ファイルを、欠陥候補群１６０について、最適な撮像設定で走査して、このような光学的欠陥群１６２を検出し、そして分類する手段となる自動化方法について説明する。

図２７Ａ〜２７Ｂを参照するに、当該方法のステップ３００では、まず、画像記録装置２２（図７）の設定を、撮像対象の透明部材１０４に対して最適化することができる。例えば、Ｆ値（すなわち、ｆストップ）、ＩＳＯ感度（すなわち、フィルムスピード）、及び色設定（すなわち、赤、緑、青）のようなカメラ設定は、透明部材１０４（図７）の色相に応じて調整することができる。Ｆ値を調整して、カメラ２４のセンサに達する光の量を制御することができる。例えば、Ｐａｎａｓｃａｎ（パノスキャン）社から市販されている上に説明したパノラマカメラ２４は、Ｆ値を３０にして、十分な量の光を受光することにより、透明部材１０４内の欠陥群の検出が可能になるように調整することができる。

同様に、ＩＳＯ感度またはフィルムスピードは、撮像対象の透明部材１０４及び照明環境に応じて調整することができる。ＩＳＯ感度を約４００未満に調整することにより、透明部材１０４の自然の平均色相を補正することができるが、ＩＳＯ感度は、何れの値にも調整することができる。同様に、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、及び青色（Ｂ）の各色の色設定は、透明部材１０４の色相に応じて調整することができる。設定は、透明部材１０４の組成に応じて変えることができる。例えば、航空機１００風防１１０は、アクリルコーティング、ポリウレタンコーティング、ポリカーボネートコーティング、及び１種類以上のコーティングから成る複数枚のプライにより構成することができ、これらのコーティングの全てが、画像記録装置２２の設定に影響を与える。

図２７Ａ〜２７Ｂを参照し続けると、ステップ３０２では、透明部材１０４のデジタル画像１５０を記録することができる。図６は、上に詳細に説明したように、透明部材１０４のデジタル画像１５０を記録する方法を示している。結果として得られるデジタル画像１５０ファイルは、図２〜５に示す画像記録装置２２を、図７に示す方法で走査させて、図８に示すデジタル画像１５０を生成することにより記録することができる。

図８に示すように、デジタル画像１５０は、ＲＧＢ形式（すなわち、三原色）で表現することができる複数の画像ピクセル１５２により構成することができる。しかしながら、デジタル画像１５０は階調に、図２７Ａのステップ３０４において変換することができる。欠陥検出方法の１つの実施形態では、カラーデジタル画像１５０を階調に、何れかの適切なソフトウェアパッケージを用いて変換することができる。デジタル画像１５０ファイルは、サンプリングされるピクセル当たり８ビットで保存することにより、図２７Ａのステップ３０６において決定されるように、画像ピクセル群１５２を２５６濃度階調（すなわち、階調）で表示することができる。図１０は、８ビット表示系における黒の濃度値Ｉ−０から白の最大濃度階調値Ｉ−２５５を含む画像ピクセル群１５２の相対濃度階調の図を示している。しかしながら、これに限定されないが、１６ビット表示形式を含む他のファイル形式を、本明細書において開示される欠陥検出方法に用いることができる。

図８から分かるように、画像記録装置２２は、透明部材枠１１６に収まるように取り付けることができ、かつ下側辺縁１２６でアーチ部材１２０によって区切られ、更に透明部材１０４の先端１３０に向かって上方に延びる両側の側方辺縁１２８を有する透明部材１０４のデジタル画像１５０を撮影する。当該枠は、透明部材１０４の視認部分１２２の外周縁１３６を画定することができる。図８に更に図示されているのは、幾つかの欠陥候補１６０であり、これらの欠陥候補１６０は、透明部材１０４に含まれている可能性があり、かつ透明部材１０４の撮像中に記録することができる。このような欠陥候補群１６０は、光学的欠陥群１６２として特定することができる。前に示したように、このような光学的欠陥群１６２は、これに限定されないが、炭素微粒子のような透明部材１０４内に埋まった微粒子物質を含む任意の数の多種多様な異なる種類の欠陥を含むことができる。しかしながら、任意の数の異なる種類の欠陥が透明部材１０４内に発生する可能性があり、そしてこれらの欠陥を当該方法によって検出することができる。

本開示では更に、透明部材１０４内の非微粒子欠陥群（ｎｏｎ−ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ ｄｅｆｅｃｔｓ）の検出を容易にすることができる。例えば、開示の方法は、透明部材１０４のヘイズ透過率及び／又は視感透過率を求めるように適合させることができる。この技術分野で公知の如く、ヘイズは普通、透明部材１０４を透過する光が散乱される度合いを示し、この散乱によって、透明部材１０４を通して視認することができる物体のコントラストが低下してしまう。視感透過率は、透明部材１０４に入射する光の量に対する透明部材１０４を透過することができる光の量の割合として定義することができる。

本明細書において開示される装置及び方法実施形態では、透明部材１０４のヘイズ透過率、視感透過率、及び種々の他の光学係数の測定を、デジタル画像１５０のピクセルごとの解析に基づいて容易にすることができる。この点に関して、画像ファイルについてカラーフォーマット（すなわち、ＲＧＢフォーマット）で解析することにより、このような光学パラメータ群の測定を容易にすることができる。普通、色が黒である炭素微粒子のような欠陥群を検出する場合、デジタル画像１５０は、上に説明したように、カラーフォーマットから階調に変換することにより、演算密度を低くすることができる。

図８〜１０を参照するに、図２７Ａ〜２７Ｂに開示される方法のステップ３０８では、透明部材１０４の外周縁１３６を検出することができる。外周縁１３６の検出は、視認部分１２２の所定の外周縁１３８を選択することにより、そして／または画像ピクセル群１５２をピクセルごとに解析することにより行うことができる。しかしながら、外周縁１３６の検出は、何れかの適切なエッジ検出方法を使用することにより行うことができる。外周縁１３６を、所定の外周縁１３８を選択することにより検出するに当たって、当該方法では、視認部分１２２の外周縁１３６に関して事前に定義された位置座標を使用することができる。

図８のデジタル画像１５０を参照すると、視認部分１２２の外周縁１３６は、透明部材１０４のうち、透明部材枠１１６から透明部材１０４の略透明視認部分１２２に移行する部分として定義することができる。この点に関して、所定の外周縁１３８は、透明部材１０４の３次元ファイルを２次元投影図に変更することにより求めることができ、この２次元投影図は、画像記録装置２２によって記録されているパノラマデジタル画像１５０に関連付けることができる。図１〜５に示す航空機１００風防１１０の直円錐のような比較的簡単な幾何学構造の場合、透明部材１０４の視認部分１２２の外周縁１３６は、幾何学構造を３次元から２次元投影図に、デジタル画像１５０に酷似するように投影することにより求めることができる。

別の構成として、ステップ３０８における透明部材１０４の視認部分１２２の外周縁１３６の検出では、デジタル画像１５０の画像ピクセル群１５２のピクセルごとの解析を行うことができ、この場合、濃度階調の比較的均一な変化を外周縁１３６の検出に対応させることができる。例えば、図９を参照するに、図示されているのは、デジタル画像１５０のうち、複数の画像ピクセル１５２を含んでいる部分であり、これらの画像ピクセル１５２の各１つの画像ピクセルは、１つの濃度階調を有する。所定の連続する（すなわち、所定の数の）ピクセルについての隣接ピクセル間の濃度階調の比較的均一な変化（すなわち、濃度勾配）は、透明部材１０４の視認部分１２２の外周縁１３６に対応させることができる。図９に示す非限定的な例では、デジタル画像１５０の一部の左側は、濃度階調Ｉ−０を有するピクセル群を含み、この濃度階調は、勾配値Ｉ−１０だけ、図９のデジタル画像１５０の一部の左側から、図９のデジタル画像１５０の一部の右側に向かう方向に沿って比較的均一に増大する。

これとは異なり、隣接する画像ピクセル１５２の濃度階調の不均一な変化、または急峻な変化は、視認部分１２２の外周縁１３６を示唆するのではなく、炭素微粒子のような欠陥を示唆することができる。別の非限定的な例では、複数のＩ−２００で表わされる濃度階調が１桁（すなわち、Ｉ−０）の濃度階調に急峻に変化する場合の連続するピクセルに沿った濃度階調の変化は、１つの欠陥を表わすことができ、そして透明部材１０４の外周縁１３６を必ずしも表わしてはいない。この点に関して、当該方法では、外周縁１３６を検出するパラメータ群を調整する、または選択するようにする、例えば連続する画像ピクセル１５２の個数を調整する、または選択して、当該個数を外周縁１３６の検出中に考慮に入れる構成を想到することができる。

図１１〜１６を参照するに、図２７Ａ〜２７Ｂの方法のステップ３１０では、視認部分１２２内の欠陥候補群１６０を検出して、このような欠陥候補群１６０を光学的欠陥群１６２と見なすことができるかどうかを、または欠陥候補群１６０が画像欠陥群１５８を含んでいるかどうかを判断する。このような画像欠陥群１５８は、相対的に少ない個数の画像ピクセル１５２（例えば、３画像ピクセル未満）を、非常に低い濃度階調（例えば、Ｉ−０）を有する透明部材１０４の局所領域に含むことができる。このような画像ピクセル群１５２は、非常に高い濃度階調（例えば、Ｉ−２００の濃度階調）を有する画像ピクセル群１５２によって取り囲まれる可能性がある。

欠陥候補群１６０を解析するに当たって、当該方法は、濃度勾配（すなわち、Δ２１０）を、デジタル画像１５０内の隣接する対の画像ピクセル１５２の各１対の画像ピクセル１５２について計算するステップ３１２（図２７Ａ）を含むことができる。例えば、図１１に示すデジタル画像１５０の一部に関して、画像ピクセル群１５２の各１つの画像ピクセルは、当該画像ピクセルに関連付けられる濃度階調を有する。図１１から分かるように、画像ピクセル群１５２のうちの幾つかの画像ピクセルは、非常に低い濃度階調を有することができ、そして１つ以上の集合にクラスタリングすることができる。画像ピクセル群１５２から成る同様の集合群は、透明部材１０４全体に分散している可能性がある。濃度勾配は、図１２に示すように、隣接する対の画像ピクセル１５２の各１対の画像ピクセルについて、水平方向（例えば、ｘ）及び垂直方向（例えば、ｙ）に計算することができる、またはデジタル画像１５０内の互いに対するピクセル群の配置によって異なるが、他の方向に計算することができる。例えば、図１２の画像ピクセル群１５２のうちの１つの画像ピクセルがＩ−０の濃度階調を有する場合、当該画像ピクセルに隣接する４個の画像ピクセル１５２は、Ｉ−０，Ｉ−１５，１−２４０，及び１−１５の濃度階調を有することができる。

図１３を参照するに、当該方法のステップ３１４（図２７Ａ）では、画像ピクセル群１５２の各１つの画像ピクセルに、１つの勾配値を割り当てることができる。画像ピクセル群１５２の各１つの画像ピクセルに対応して選択される勾配値は、画像ピクセル群１５２の各１つの画像ピクセルに関連付けられる濃度勾配群の絶対値の最大値を含むことができる。上記例の場合、画像ピクセル群１５２には、４個の隣接する画像ピクセル１５２の濃度階調（Ｉ−０，Ｉ−１５，１−２４０，１−１５）の最大勾配値（すなわち、Δ２４０）を割り当てることができる。１つの勾配値を１個のピクセルに割り当てる別の手法では、関連する濃度勾配をｘ方向に記録し、濃度勾配をｘ方向に記録し、そして次に、ｘ方向勾配値、及びｙ方向勾配値のうちの大きい方の勾配値を、画像ピクセル１５２に割り当てられる値として割り当てることになる。１つの勾配値を画像ピクセル群１５２の各１つの画像ピクセルに対応して選択すると、図２７Ａのステップ３１６では、画像ピクセル群１５２の各１つの画像ピクセルに図１３に示す通りに割り当てられる勾配値群により構成される勾配画像１５４を作成することができる。

図２７Ａのステップ３１８では、所定の勾配閾値を上回る勾配値を有する画像ピクセル群１５２を特定する。例えば、Δ１００以上の勾配値を有する各画像ピクセル１５２を特定することができ、そして当該画像ピクセルの位置にフラグを立てる、または注記を貼付することができる。このようにして、勾配閾値は、濃度階調の極めて急峻な変化を特定する手段となり、この急峻な変化は、視認部分１２２の外周縁１３６とは異なり、光学的欠陥１６２の位置に対応させることができる。明らかなことであるが、勾配閾値は、検査対象の透明部材１０４に適する何れかの所望値に設定することができる。勾配閾値を上回る勾配値を有する画像ピクセル群１５２を特定すると、このような画像ピクセル群１５２は、ピクセル候補群１５６として指定することができる。これらのピクセル候補１５６は、透明部材１０４内の１つ以上の欠陥候補１６０を含むことができる。

図１４を参照するに、当該方法のステップ３２０（図２７Ｂ）では、欠陥候補群１６０を分類することができ、この分類では、ステップ３１８において指定されたピクセル候補群１５６の各１つのピクセル候補の位置を特定することができる。欠陥候補群１６０を分類するステップの一部として、ピクセル候補群１５６の各１つのピクセル候補の位置をステップ３２２（図２７Ｂ）において特定することができる。ピクセル候補群１５６の位置は、図８に示すように、デジタル画像１５０の原点及び座標系を基準として特定することができる。図４を参照し続けると、分類操作のステップ３２４（図２７Ｂ）では、ピクセル候補群１５６を１つ以上のピクセルクラスタ１６４に、ピクセル候補群１５６の相対位置に基づいて、クラスタリングする、または分割することができる。例えば、図１４は、ステップ３１８でフラグを立てた、または特定された２つのピクセル集合を、非常に大きい勾配値の領域として図示している。

一旦、特定されると、ピクセル候補群１５６は、ステップ３２４において、適切なクラスタリング法でクラスタリングすることができる。更に、重心１６６をピクセル候補群１５６のピクセルクラスタ群１６４の各１つのピクセルクラスタに対応して定義することができる。このようにして、ピクセル候補群１５６の位置は、極めて近接する他のピクセル候補群１５６と一緒にグループ化することができる。ピクセル候補群１５６のグループ化またはクラスタリングでは、デジタル画像１５０を複数のピクセルクラスタ１６４に分割することができる。図１４は、２つのピクセルクラスタ１６４を分割するパーティション１６８を図示している。しかしながら、透明部材１０４のデジタル画像１５０全体に亘って、画像ピクセル群１５２は、パーティション群１６８で分割することができる複数のピクセルクラスタ１６４にクラスタリングすることができるピクセル候補群１５６を含むことができる。

１つの実施形態では、ピクセル候補群１５６をクラスタリングするステップは、ｋ−平均クラスタリングを用いて行うことができる、または他の何れかの適切なクラスタリング法を用いることにより行うことができる。ｋ−平均クラスタリングでは、ｋは、ｋ個のクラスタに対応する整数を指す。ｋの値は、クラスタリングプロセスを開始する前に予め選択しておくことができる、またはｋの値は、デジタル画像１５０内の画像ピクセル群１５２の合計数以上の数値として、または他の何れかの適切な値として指定することができる。図１４に示すように、ピクセルクラスタ群１６４の各１つのピクセルクラスタは、当該ピクセルクラスタに関連付けられる重心１６６を含むことができる。重心１６６は、ピクセルクラスタ１６４内に含まれるピクセル候補群１５６の中心を表わすことができる。

当該方法のステップ３２６（図２７Ｂ）では更に、ピクセルクラスタ群１６４の各１つのピクセルクラスタ内のピクセル候補群１５６の数をピクセル数閾値と比較することにより、欠陥候補１６０が光学的欠陥１６２または画像欠陥１５８を含んでいるかどうかを判断することができる。１つの実施形態では、ピクセル数閾値は、画像ピクセル群１５２の比較的少ない個数として選択することができる（例えば、３つよりも多くの画像ピクセル１５２を光学的欠陥１６２と見なすことができる）。例えば、図１４では、ピクセルクラスタ群１６４のうちの最も下側のピクセルクラスタは、ピクセル候補群１５６のうちの７つのピクセル候補を含む。同様に、ピクセルクラスタ群１６４のうちの上側のピクセルクラスタは、ピクセル候補群１５６のうちの５つのピクセル候補を含むことにより、図１４に示すピクセルクラスタ群１６４の各ピクセルクラスタを、例示的なピクセル数閾値を用いて、光学的欠陥１６２と見なすことができる。

これとは異なり、図１７〜２０を参照するに、図１７に示すデジタル画像１５０の一部は、画像ピクセル群１５２のうち、非常に小さい濃度階調値（すなわち、Ｉ−０）を有する画像ピクセルを１つだけ含み、当該画像ピクセルは、非常に大きい濃度階調値（すなわち、Ｉ−２４０）を有する画像ピクセル群１５２によって取り囲まれる。図１７〜２０に示すデジタル画像１５０の一部を解析するプロセスは、図８〜１６に示すデジタル画像１５０の一部について上に説明したプロセスと同様である。この点に関して、欠陥候補群１６０を検出するステップ３１０を含むプロセスは、図１７に示すデジタル画像１５０の一部に対して行なわれ、これにより、図１８に示すように、濃度勾配群の計算がステップ３１２において行なわれることになる。

当該プロセスでは更に、図１９に示すように、ステップ３１４において、勾配値を画像ピクセル群１５２の各１つの画像ピクセルに割り当て、そしてステップ３１８の勾配閾値を上回る勾配値を有するピクセル候補群１５６を特定して、図２０に示す画像ピクセル群１５２に、潜在的な光学的欠陥１６２を示唆する高勾配領域としてフラグを立てる。上の例に示すピクセル数閾値基準（すなわち、３つよりも多くの画像ピクセル１５２を光学的欠陥１６２と見なす）によれば、図２０に示すピクセル候補群１５６の数を比較するステップによって、１つの画像ピクセル１５２を、光学的欠陥１６２ではなく、画像欠陥１５８として分類することになる。図２０に示す１つのピクセル候補１５６は、透明部材１０４を撮像するプロセス中の異常による不良ピクセルに起因している可能性がある。

図１５を参照するに、当該方法のステップ３２８（図２７Ｂ）では、光学的欠陥群１６２の境界１７４（図１６）を求めることができる。この点に関して、境界１７４は、当該境界に関連付けられる動的輪郭１８４（図１５）を有するエネルギー関数を用いることにより求めることができる。エネルギー関数は、内部エネルギー及び外部エネルギーを含むことができる。動的輪郭１８４は、内部エネルギー関数及び外部エネルギー関数のエネルギーが最小になるまで、境界１７４に繰り返し収束させることができる。１つの実施形態では、エネルギー関数によって、境界１７４を求める操作が、コンピュータで描く曲線１７０（すなわち、円、楕円など）のような曲線を、光学的欠陥群１６２を表わすピクセル候補１５６クラスタに重ね合わせることにより容易になる。コンピュータで描く曲線１７０は、制御点群１７２を含むことができ、そして閉鎖輪郭の概要を表わすことができ、この閉鎖輪郭は、光学的欠陥群１６２の境界１７４に、これらの制御点１７２を操作することにより収束させることができる。

例えば、図１５は、略円形の動的輪郭１８４を、ピクセルクラスタ群１６４の各１つのピクセルクラスタに重ね合わせる様子を示している。各ピクセルクラスタ１６４では、動的輪郭１８４（すなわち、円）のサイズは、ピクセルクラスタ１６４を構成するピクセル候補群１５６の外側限界内に収まるように決定することができる。次に、動的輪郭１８４を所定の方法で拡大することができる。例えば、図１５の上側ピクセルクラスタ１６４の動的輪郭１８４の制御点群１７２を操作して、動的輪郭１８４の所定の曲率を維持することができる。別の構成として、動的輪郭１８４は、ピクセルクラスタ１６４を構成するピクセル候補群１５６の外側限界を囲むように選択することができる。次に、動的輪郭１８４を、所定の方法で、ピクセルクラスタ１６４の境界１７４までサイズ低減する、または縮小することができる。

上に示したように、動的輪郭１８４は、内部エネルギー及び外部エネルギーを含むエネルギー関数に関連付けられる。内部エネルギーは、特定の用途に合わせることができ、そして内部エネルギーによって、動的輪郭１８４を湾曲させることができる度合いを極めて小さくすることができるので、輪郭を曲がり難くすることができる。別の構成として、内部エネルギーは、動的輪郭１８４の剛性が低いことに起因して、動的輪郭１８４に近づくときに非常に大きくなり得る。更に、動的輪郭１８４の内部エネルギーは、動的輪郭１８４の傾向を規定することにより、サイズを拡大する、または縮小することができる。例えば、図１５に示す動的輪郭１８４では、これらの動的輪郭１８４の各１つの動的輪郭の内部エネルギーは、動的輪郭１８４がピクセルクラスタ１６４の境界１７４に近似するまでサイズが大きくなる傾向を規定することができる。同様に、動的輪郭１８４は、図１５のピクセル候補群１５６により表わされる光学的欠陥群１６２に対応する外部エネルギー関数を持つ。

図１５の例では、動的輪郭１８４が、光学的欠陥群１６２の境界１７４の方に向かって拡大すると、動的境界１７４の形状に、光学的欠陥群１６２に隣接する画像ピクセル群１５２の濃度勾配に応じた影響を与えることができる。例えば、低エネルギー領域は、光学的欠陥群１６２の境界１７４の外部に位置する画像ピクセル群１５２の非常に低い濃度勾配で定義することができる。別の構成として、高エネルギー領域は、境界１７４に隣接して位置する画像ピクセル群１５２に関連付けることができるので、非常に高い濃度勾配を有することができる。動的輪郭１８４は、内部エネルギー関数及び外部エネルギー関数のエネルギーが、上に示したように最小になるまで、境界１７４に繰り返し収束させることができる。図１６は、これらの動的輪郭１８４が、これらの光学的欠陥群１６２のうちの該当する光学的欠陥群の境界１７４に収束する様子を示している。

図２１〜２３を参照するに、デジタル画像１５０内の光学的欠陥群１６２の境界１７４を求めると、ステップ３３０（図２７Ｂ）において、透明部材１０４自体に対する光学的欠陥群１６２の位置を特徴付けることができる。更に具体的には、デジタル画像１５０内の光学的欠陥群１６２の２次元位置を、第１固定座標変換を用いて変換することにより、光学的欠陥群１６２を３次元透明部材１０４上で特徴付け、そして位置特定することができる。このようにして、光学的欠陥群１６２の位置を、透明部材１０４、輸送手段、構造物の上の既知の基準点、または予め選択されている基準点、または他の基準点に対して特定することができる。例えば、光学的欠陥群１６２の位置は、航空機１００の設計眼１４０に対して特定することができる。設計眼１４０は、近似位置にある乗務員（例えば、パイロット）の眼を含むことができ、この近似位置から、光学的欠陥群１６２を、図２２に示すように、視認する、または知覚することができる。

この点に関して、図２１は、図２１に示すデジタル画像原点１７６及びデジタル画像座標系１７８を基準として透明部材１０４のデジタル画像１５０上に位置する第１、第２、及び第３光学的欠陥１６２，ＯＤ_１，ＯＤ_２，ＯＤ_３を示している。第１固定座標変換を用いて、第１、第２、及び第３光学的欠陥１６２，ＯＤ_１，ＯＤ_２，ＯＤ_３の各１つの光学的欠陥の位置を、図２１のデジタル画像１５０上のこれらの欠陥のそれぞれの位置から、図２２に示す３次元物理透明部材１０４上の対応する位置に変換することができる。図２２の光学的欠陥群１６２の位置は、図２２に示す透明部材原点１８０及び透明部材座標系１８２を基準として定義することができる。しかしながら、何れかの適切な基準位置または原点を用いて、光学的欠陥群１６２の位置を特徴付けることができる。図２３は、図２１のデジタル画像１５０内に特定され、かつ透明部材１０４に変換される第１、第２、及び第３光学的欠陥１６２，ＯＤ_１，ＯＤ_２，ＯＤ_３の位置を示している。

図２４〜２５を参照するに、当該方法のステップ３３２（図２７Ｂ）では、透明部材１０４に対する光学的欠陥群１６２のサイズを特徴付けることができる。更に詳細には、ステップ３３２では、図２１の透明部材１０４のデジタル画像１５０内に特定される光学的欠陥群１６２のサイズを、光学的欠陥群１６２から、透明部材１０４を撮像するために使用される画像記録システムの光学中心１４２までの距離に比例して拡大縮小することができる。例えば、図２４は、透明部材固定具７０に取り付けられる画像記録装置２２の側面図を示しており、そして画像記録装置２２の光学中心１４２から第４光学的欠陥１６２，ＯＤ_４、及び第５光学的欠陥１６２，ＯＤ_１５までの距離ｄ_４，ｄ_５をそれぞれ示している。図２５は同様に、画像記録装置２２の光学中心１４２から第４光学的欠陥１６２，ＯＤ_４、及び第６光学的欠陥１６２，ＯＤ_６までの側方距離ｄ_４，ｄ_６をそれぞれ示している。

この点に関して、ステップ３３２では、光学的欠陥群１６２のサイズを、物理的サイズによって、かつ画像記録装置２２上の位置（例えば、光学中心１４２）からの光学的欠陥群１６２の距離に比例して、第２固定座標変換及び／又はスケーリング変換を用いることにより特徴付けることができる。このようにして、デジタル画像１５０内の光学的欠陥群１６２のサイズは、画像記録装置２２と透明部材１０４との間の相対距離に比例して拡大するか、または縮小することができる。更に、当該変換では、光学的欠陥群１６２を画像記録装置２２で撮像するときの角度を、光学的欠陥群１６２を３次元透明部材１０４内に、例えば図２２に示すパイロットの設計眼１４０の位置から視認することができる角度に対して補正することができる。このようにして、ステップ３３２は、デジタル画像１５０内に特定される光学的欠陥群１６２を、ピクセル群の数から所定の基準点を基準とする長さ単位（すなわち、インチ、ミリメートル）、または面積単位（すなわち、平方インチ、平方ミリメートル）のような測定単位にマッピングする手段となる。

ステップ３３４（図２７Ｂ）では、当該方法において、光学的欠陥群１６２の形状を特徴付けることができる。更に詳細には、ステップ３３０及び３３２において位置及びサイズについて検出され、そして特徴付けられる光学的欠陥群１６２の形状をそれぞれ、任意であるが、特徴付けることができる。形状の特徴付けは、光学的欠陥群１６２の形状の比較、及びこれらの光学的欠陥１６２に関連する他のパラメータ群の比較を、続いて解析される透明部材１０４内の光学的欠陥群１６２の発生を追跡する手段として容易にすることができる。

１つの実施形態では、光学的欠陥群１６２の形状を特徴付けるステップ３３４において、図２６Ａ〜２６Ｃに示すように、２次元畳み込み積分を用いることができ、この２次元畳み込み積分では、モデル関数を、透明部材１０４のデジタル画像１５０の視認部分のような動的セグメントを表わすことができる等価関数に畳み込むことができる。当該畳み込みによる出力は、同様の構成の、または同一の構成の他の透明部材１０４内の光学的欠陥群１６２の形状特性に基づく、検査対象の透明部材１０４内の光学的欠陥群１６２の種類の予測を容易にする。

この点に関して、光学的欠陥群１６２の形状を特徴付けるステップによって、微粒子の特定の種類を特定の形状に関連付けるときの、特定の形状または特定のクラスの形状（例えば、円形、楕円形など）に関連付けられる特定の種類の欠陥（例えば、炭素微粒子）の所定の分類に基づく、上記方法で検出される微粒子物質の種類の同定が容易になる。例えば、微粒子の種類及びこれらの微粒子の種類に関連する形状のリストを含むデータベースを、透明部材の所定のプライ積層板のような所定の構成の連続する透明部材の検査中に継続的に記録することができる。例えば、上に示したように、航空機１０風防１１０（図２４）は、アクリル、ポリウレタン、ポリカーボネートから成る複数枚のプライで構成することができ、この場合、これらのプライのうちの１枚以上のプライが、ポリカーボネート層内のポリカーボネート微粒子のような特定の種類の微粒子物質を含んでいる。当該データベースを、各透明部材１０４を検査するときに、光学的欠陥群について特徴付けされた形状、及びこれらの形状に関連付けられる微粒子物質の種類またはクラスで継続的に更新することにより、更に別の透明部材１０４内の光学的欠陥群１６２を検出する能力を向上させることができる。また、光学的欠陥群の特徴付けは更に、このような欠陥群の原因に関する示唆を与える、またはこのような光学的欠陥群１６２が、所定の透明部材１０４構造内に発生する態様に関する示唆を与えることができる。

図２６Ａ〜２６Ｃを参照するに、光学的欠陥１６２の形状を分類する方法では、モデル関数ｆ（ｘ，ｙ）（図２６Ａ）が円形のような所定の欠陥形状を表わすことができる２次元畳み込みを用いることができる。しかしながら、モデル関数ｆ（ｘ，ｙ）は、多種多様な異なる所定の欠陥形状のうちの何れか１つの欠陥形状を表わすことができ、そして円形に限定されない。例えば、モデル関数ｆ（ｘ，ｙ）は楕円形を表わすことができ、この楕円形は更に、楕円形のアスペクト比で定義することができる。等価関数ｇ（ｘ，ｙ）（図２６Ｂ）は、上に説明され、かつ図８に示すデジタル画像１５０の視認部分１２２のようなデジタル画像１５０の動的セグメントの一部として定義することができる。しかしながら、等価関数ｇ（ｘ，ｙ）は、デジタル画像１５０の１つのセグメントの或る部分の全体として定義することができ、そしてデジタル画像１５０の特定の部分に限定されない。

光学的欠陥１６２の形状を特徴付ける２次元畳み込み演算の非限定的な例では、そして図２６Ａ〜２６Ｃを参照するに、図示されているのは、モデル関数ｆ（ｘ，ｙ）及び等価関数ｇ（ｘ，ｙ）をそれぞれ表わす２つの入力行列である。図２６Ａに示すモデル関数ｆ（ｘ，ｙ）の行列は、図１６に示す光学的欠陥群１６２のうちの上側の欠陥として図示される欠陥と同様の円形をした光学的欠陥１６２を表わすことができる。行列ｆ（ｘ，ｙ）の中の値は、図１１に示す濃度階調と同様の、透明部材１０４の画像ピクセル群１５２の正規化された濃度階調に対応させることができる。関数ｇ（ｘ，ｙ）は、図８の透明部材１０４のデジタル画像１５０の一部を表わすことができ、そして図１１に示す濃度階調と同様の、画像ピクセル群１５２の正規化された濃度階調に対応する値を含む行列を含むことができる。

図２６Ａ〜２６Ｃに示すように、２次元畳み込みは、ｆ（ｘ，ｙ）行列及びｇ（ｘ，ｙ）行列の畳み込み行列ｆ^＊ｇ（ｘ，ｙ）として定義することができる。非限定的な例では、畳み込み行列ｆ^＊ｇ（ｘ，ｙ）の値は、方程式ｆ^＊ｇ（ｘ，ｙ）＝｛ｆ（ｘ−１，ｙ−１）ｇ（１，１）＋ｆ（ｘ，ｙ−１）ｇ（２，１）＋ｆ（ｘ＋１，ｙ−１）ｇ（３，１）＋ｆ（ｘ−１，ｙ）ｇ（１，２）＋ｆ（ｘ，ｙ）ｇ（２，２）＋ｆ（ｘ＋１，ｙ）ｇ（３，２）＋ｆ（ｘ−１，ｙ＋１）ｇ（１，３）＋ｆ（ｘ，ｙ＋１）ｇ（２，３）＋ｆ（ｘ＋１，ｙ＋１）ｇ（３，３）｝／９により求めることができ、ｘ及びｙは、行列要素値の相対的な位置を示す行列インデックスである。上述の例では、ｘ行列インデックス及びｙ行列インデックスは、これらの行列の各１つの行列において、左から右の方向に、そして上から下の方向にそれぞれ、１つずつ増える。

出力畳み込み行列ｆ^＊ｇ（ｘ，ｙ）を、光学的欠陥群１６２のデータベースと比較して、透明部材１０４内の微粒子物質の形状、及び関連する種類またはクラスを特定することができる。このようにして、形状特徴付けステップによって、同様の構造の、または同一の構造の他の透明部材内に発生する光学的欠陥群１６２の種類の予測が容易になる。図２６Ｃでは、出力畳み込み行列ｆ^＊ｇ（ｘ，ｙ）の要素の最大値（例えば、５／９）は、光学的欠陥１６２の中心に対応させることができる。この点に関して、当該最大値は、図２６Ａに示すモデル関数ｆ（ｘ，ｙ）の行列で表現される光学的欠陥１６２の所定の形状に関連付けることができる。上に示したように、光学的欠陥１６２の形状のデータベースを、各透明部材１０４を検査するときに継続的に更新することにより、光学的欠陥群１６２の検出が容易になり、そしてこのような欠陥群の原因に関する、そして／またはこのような光学的欠陥群１６２が製造中に発生する態様に関する示唆を与えることができる。

本開示に対して種々の変更及び改善を加え得ることは、この技術分野の当業者には明らかである。従って、本明細書において記載され、そして例示される構成要素群の特定の組み合わせは、本開示の特定の実施形態のみを表わすものであり、そして本開示の思想及び範囲に含まれる別の実施形態またはデバイスを限定するために利用されるべきではない。

Claims (12)

1. 透明部材内の光学的欠陥群を検出する方法であって：
   透明部材のデジタル画像を供給するステップであって、デジタル画像が、各画像ピクセルが濃度階調を有する構成の複数の画像ピクセルを含む、供給するステップと、
   少なくとも１つの欠陥候補を以下のステップ：すなわち、
   画像ピクセル群の各１つの画像ピクセルの濃度階調を求めるステップ、
   濃度勾配を、隣接する対の画像ピクセルについて計算するステップ、
   各画像ピクセルに、画像ピクセルに関連付けられる濃度勾配群の絶対値の最大値を含む勾配値を割り当てるステップ、
   画像ピクセル群のうちの該当する画像ピクセル群に割り当てられる勾配値群を含む勾配画像を作成するステップ、及び
   欠陥候補を含むピクセル候補群として、勾配閾値を上回る勾配値を有する画像ピクセル群を特定するステップ、
   を行うことにより、検出するステップと
   を含む、方法であって
   更に：
   光学的欠陥群を欠陥候補の中から、以下のステップ：すなわち、
   ピクセル候補群の各１つのピクセル候補の位置を求めるステップ、
   ピクセル候補群の相対位置に基づいて、ピクセル候補群を少なくとも１つのピクセル候補群のクラスタにクラスタリングするステップ、及び
   該ピクセル候補群のクラスタ内のピクセル候補群の数を、ピクセル数閾値と比較して、欠陥候補を、光学的欠陥及び画像欠陥のうちの少なくとも１つの欠陥として特定するステップ
   を行うことにより特定するステップ、並びに
   該光学的欠陥の境界を、エネルギー関数を用いて求めるステップであって、生成された曲線を該光学的欠陥群を表わす該ピクセル候補群のクラスタに重ね合わせることにより該光学的欠陥の境界が決定され、制御点を操作することにより該光学的欠陥の境界に収束される、ステップを含む、方法。
2. 更に：
   透明部材の視認部分の外周縁を検出するステップを含み、
   欠陥候補を検出するステップでは、視認部分の内部の欠陥候補を検出する、請求項１に記載の方法。
3. 外周縁を検出するステップでは：
   視認部分の所定の外周縁を選択する、請求項２に記載の方法。
4. 外周縁を検出するステップでは：
   画像ピクセル群の各１つの画像ピクセルの濃度階調を求め、そして
   連続するピクセルに亘る濃度階調の変化を濃度変化割合閾値と比較する、請求項２に記載の方法。
5. 更に：
   複数の画像ピクセルを含む透明部材のデジタル画像を供給するステップと、
   デジタル画像をカラーフォーマットからグレースケールフォーマットに変換するステップと、
   各画像ピクセルが、該当する濃度階調を有する構成の画像ピクセル群を含む透明部材の画像を供給するステップと
   を含む、請求項１に記載の方法。
6. 透明部材のデジタル画像を供給するステップでは：
   カラーフォーマットの複数の画像ピクセルを含む透明部材のデジタル画像を供給し、そして
   デジタル画像をカラーフォーマットからグレースケールフォーマットに変換する、請求項１に記載の方法。
7. ピクセルクラスタ内のピクセル候補群の数を、ピクセル数閾値と比較するステップでは：
   ピクセルクラスタが画像ピクセル群のうちの少なくとも３つの画像ピクセルを含む場合に、欠陥候補を光学的欠陥として特定し、そして
   ピクセルクラスタが画像ピクセル群のうち３個未満の画像ピクセルを含む場合に、欠陥候補を画像欠陥として特定する
   請求項１に記載の方法。
8. ピクセル候補群をクラスタリングするステップは、ｋ−平均クラスタリングを用いて行なわれる、請求項１に記載の方法。
9. ｋは、デジタル画像内の画像ピクセル群の合計数以上の数に対応する整数を含む、請求項８に記載の方法。
10. エネルギー関数は動的輪郭を有し、光学的欠陥の境界を求めるステップでは：
    コンピュータで描いた曲線を境界に収束させ、そして
    コンピュータで描いた曲線の制御点群を操作して、曲線を境界に収束させる、請求項１に記載の方法。
11. 更に、光学的欠陥群を、位置、サイズ、及び形状のうちの少なくとも１つによって、以下のステップ：すなわち
    透明部材に対する光学的欠陥の位置を、座標変換を用いて特徴付けるステップ、
    透明部材に対する光学的欠陥のサイズを、スケーリング変換を用いて特徴付けるステップ、及び
    光学的欠陥の形状を、畳み込み積分を用いて特徴付けるステップ、
    のうちの該当する１つのステップを行うことにより特徴付けるステップを含む、請求項１に記載の方法。
12. 視認部分を有する透明部材内の光学的欠陥群を検出する方法であって、方法は：
    透明部材のデジタル画像を供給するステップであって、デジタル画像が、各画像ピクセルが濃度階調を有する構成の複数の画像ピクセルを含む、供給するステップと、
    視認部分の外周縁を、以下のステップ：すなわち、
    視認部分の所定の外周縁を選択するステップ、
    連続するピクセルに亘る濃度階調の変化を、濃度変化割合閾値と比較するステップ、
    のうちの少なくとも１つのステップを行うことにより検出するステップと、
    視認部分内の欠陥候補群を、以下のステップ：すなわち、
    濃度勾配を、隣接する対の画像ピクセルの各１対の画像ピクセルについて計算するステップであって、濃度勾配が、隣接する対の画像ピクセルの濃度階調の差を表わす、計算するステップ、
    各画像ピクセルに、画像ピクセルに関連付けられる、濃度勾配群の絶対値の最大値を含む勾配値を割り当てるステップ、
    画像ピクセル群のうちの該当する画像ピクセル群に割り当てられる勾配値を含む勾配画像を作成するステップ、
    欠陥候補を含むピクセル候補群として、勾配閾値を上回る勾配値を有する画像ピクセル群を特定するステップ、
    を行うことにより検出するステップと、
    欠陥候補群を、以下のステップ：すなわち、
    画像ピクセル群の各１つの画像ピクセルの位置を特定するステップ、
    ピクセル候補群を少なくとも１つの該ピクセル候補群のクラスタに、ピクセル候補群の位置に基づいてクラスタリングするステップ、
    該ピクセル候補群のクラスタ内のピクセル候補群の数を、ピクセル数閾値と比較して、欠陥候補を、光学的欠陥及び画像欠陥のうちの少なくとも１つの欠陥として特定するステップ、
    光学的欠陥の境界を、エネルギー関数を用いることにより求めるステップであって、生成された曲線を該光学的欠陥群を表わす該ピクセル候補群のクラスタに重ね合わせることにより該光学的欠陥の境界が決定され、制御点を操作することにより該光学的欠陥の境界に収束される、ステップ、
    及び
    光学的欠陥群を、位置、サイズ、及び形状のうちの少なくとも１つとして特徴付けるステップ、
    を行うことにより分類するステップと
    を含む、方法。

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