JP6280451B2

JP6280451B2 - 検査装置

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Publication number: JP6280451B2
Application number: JP2014119103A
Authority: JP
Inventors: 一松田
Original assignee: Keyence Corp
Current assignee: Keyence Corp
Priority date: 2014-06-09
Filing date: 2014-06-09
Publication date: 2018-02-14
Anticipated expiration: 2034-06-09
Also published as: JP2015232480A

Description

本発明は検査装置に関する。

フォトメトリックステレオの原理を使ってワーク（検査対象製品）について正確な三次元形状を計測するためには、ワークの各表面に対して均一な光量で照明光が入射するような照明光源が必要となる。また、照明光の入射角は既知である必要がある。さらに、ワークの部位に応じて光の入射角が変化してはならないため、検査したいワークのサイズに応じたサイズの照明光源が必要となる。また、カメラに映し出された画像のスケール情報（１画素あたりの実寸法）も必要となる。外観検査装置はユーザにより設置されることが多く、これらの厳格な設置条件をユーザに要求するのは困難である。そこで、特許文献１によれば、照明とカメラを一体化した専用装置を提案することで、ユーザの設置負担を軽減している。

特開２００７−２０６７９７号公報

特許文献１では４つのスポット照明光源によりそれぞれ平行光をワーク２に照射しているが、スポット照明であるがゆえに影が生じやすい。そのため、ワークの種類や置き方によってワークの表面のうち測定できない領域が多く生じてしまう。ワークの種類や置き方に応じて照明装置をワークから遠ざけて正反射光を利用したり、照明装置をワークに近づけて拡散反射光を利用したりできれば、このような課題を緩和できるであろう。ところで、フォトメトリックステレオ法では多数の照明方向からワークを照明する必要があるため、多数の光源を個別に制御するための多数の信号線が必要となる。しかし、信号線の数が多くなると、コストが増加するだけでなく、多数の信号線を内包するケーブルが太くなり、ケーブルの取り回しに支障を来す。

そこで、本発明は、フォトメトリックステレオ用の照明装置に使用される信号線の数を削減することを目的とする。

本発明によれば、たとえば、
検査対象物を撮像する撮像手段と、
略環状に配置された複数の光源と、前記複数の光源の点灯パターンを記憶した記憶部と、前記記憶部に記憶された点灯パターンであって信号線を介して受信した制御信号によって特定される点灯パターンにしたがって前記複数の光源を点灯させる点灯制御部とを有し、前記撮像手段とは独立して移動することで前記検査対象物に対する距離を調整する照明手段と、
前記撮像手段により取得された複数の輝度画像をフォトメトリックステレオ法により合成して、当該検査対象物の表面の傾きまたは反射率に応じた複数の画素値を有する検査画像を生成する検査画像生成手段と、
前記検査画像を用いて前記検査対象物の良否を判定する判定手段と
を有することを特徴とする検査装置が提供される。

本発明によれば、記憶部に記憶されている点灯パターンを指定する制御信号を伝達可能な信号線を配置し、制御信号にしたがって点灯パターンを特定して複数の光源を点灯させるため、各光源ごとに信号線を配置する場合と比較して、大幅に信号線の数を削減できるようになる。

検査装置の概要を示す図フォトメトリックステレオの原理を説明するための図積み上げ演算を説明するための図特徴サイズに基づく重みの決定方法を示す図特徴サイズの異なる検査画像の一例を示す図表面形状画像の生成に関与する画像を説明する図テクスチャ画像の生成方法を説明する図検査装置の機能ブロック図設定モードを示すフローチャートユーザインタフェースの一例を示す図ユーザインタフェースの一例を示す図ユーザインタフェースの一例を示す図ユーザインタフェースの一例を示す図ユーザインタフェースの一例を示す図ユーザインタフェースの一例を示す図ユーザインタフェースの一例を示す図ユーザインタフェースの一例を示す図ユーザインタフェースの一例を示す図ユーザインタフェースの一例を示す図検査モードを示すフローチャートユーザインタフェースの一例を示す図ユーザインタフェースの一例を示す図ユーザインタフェースの一例を示す図ユーザインタフェースの一例を示す図ユーザインタフェースの一例を示す図ユーザインタフェースの一例を示す図照明装置の構造を説明するための図照明装置の構造を説明するための図点灯制御に関するブロック図点灯制御に関するタイミングシーケンスを示す図点灯パターンの一例を示す図ユーザインタフェースの一例を示す図ユーザインタフェースの一例を示す図

以下に本発明の一実施形態を示す。以下で説明される個別の実施形態は、本発明の上位概念、中位概念および下位概念など種々の概念を理解するために役立つであろう。また、本発明の技術的範囲は、特許請求の範囲によって確定されるのであって、以下の個別の実施形態によって限定されるわけではない。

図１は外観検査システムの一例を示す図である。ライン１は検査対象物であるワーク２を搬送する搬送ベルトなどである。照明装置３はフォトメトリックステレオ法にしたがって検査対象物を照明する照明手段の一例である。カメラ４はフォトメトリックステレオ法にしたがって前記照明された検査対象物からの反射光を受光して輝度画像を生成する撮像手段の一例である。画像処理装置５は、カメラ４により取得された複数の輝度画像からワーク２の表面の法線ベクトルを算出し、複数の輝度画像から算出された法線ベクトルに基づく画素値により構成された傾き画像と、当該傾き画像の縮小画像とについて、注目画素に隣接する隣接画素の法線ベクトルを用いて注目画素の画素値を積み上げ演算し、画素値を有する検査画像を生成し、検査画像を用いて検査対象物の良否を判定する外観検査装置である。傾き画像は法線ベクトル画像と呼ばれることもある。画像処理装置５は輝度画像から反射率画像（アルベド画像）を作成してもよい。表示部７は検査に関連する制御パラメータを設定するためのユーザインタフェースや傾き画像、反射率画像、検査画像などを表示する。入力部６は、コンソール、ポインティングデバイス、キーボードなどであり、制御パラメータを設定するために使用される。画像処理装置５と照明装置３は信号線８によって接続されている。画像処理装置５とカメラ４は信号線９によって接続されている。

とりわけ、図１によればカメラ４と照明装置３とが独立して移動可能なようにそれぞれ異なるフレームによって支持されている。このように照明装置３は、カメラ４から独立して移動可能となっているため、ワーク２から照明装置３までの距離を自在に調整できるようになっている。つまり、ワーク２の種類や置き方に応じて照明装置３をワーク２から遠ざけて配置させることで、カメラ４は正反射光を強く受光できるようになる。また、照明装置３をワーク２に近づけて配置することでカメラ４は拡散反射光を強く受光できるようになる。なお、同一のフレームによってカメラ４と照明装置３とが指示されていてもよい。この場合には、照明装置３の取り付け位置を調整するためのクランプ機構などで照明装置３をフレームに固定すればよい。

＜フォトメトリクスステレオの原理＞
一般的なフォトメトリックステレオ法では、図２に示すように、ワーク２に対して４方向から照明光Ｌ１〜Ｌ４を切り替えながら照射し、４枚の輝度画像を生成する。各輝度画像を撮影する際に使用される照明光の方向は一方向だけである。なお、輝度画像は複数の画素により構成されており、４枚の輝度画像において座標が一致する４つの画素は同一のワーク表面に対応している。４つの画素の画素値（輝度値）Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３、Ｉ４と、法線ベクトルｎとの間には図２示した式１が成り立つ。ここでρは反射率である。Ｌは各方向からの照明光の光量であり、既知である。ここでは４方向とも光量は同一である。Ｓは照明方向行列であり、既知である。この数式を解くことで各座標（ワーク表面）ごとの反射率ρと法線ベクトルｎが求められる。その結果、反射率画像と傾き画像とが得られる。

本実施形態では、さらに、傾き画像から高さ成分を抽出しワークの形状を示す形状画像を検査画像として作成する。検査画像は、図２に示し式２である積み上げ演算式により求められる。ここで、ｚｎはｎ回目の積み上げ結果であり、ワーク表面の形状を示している。ｘ、ｙは画素の座標を示している。ｎは何回目の繰り返し計算であるかを示している。ｐは水平方向の傾き成分を示し、ｑは垂直方向の傾き成分を示している。ｐ、ｑは法線ベクトルｎから求められる。ｗは重みである。また、１回目の積み上げ演算では１／１の傾き画像を用い、２回目の積み上げには１／２の縮小傾き画像を用い、３回目の積み上げには１／４の縮小傾き画像を用いる。縮小画像を作成する際にはガウシアン処理を施してから縮小処理が施されてもよい。

本実施形態では積み上げ演算において特徴サイズというパラメータを採用する。特徴サイズは積み上げ演算において使用される縮小画像の成分に対する重みを与えるパラメータである。特徴サイズはワーク２の表面形状の大きさを示すパラメータである。たとえば、特徴サイズが１であればｘｙ方向で注目画素に隣接した４つの画素についての重みが最も大きくされて積み上げ演算される。特徴サイズが２であればｘｙ方向で注目画素に隣接した８つの画素についての重みが最も大きく設定されて積み上げ演算が実行される。ただし、８つの画素を用いて演算することは演算量の増大を招くため、上述した縮小画像を作成して演算に使用する。つまり、８つの隣接画素を用いる代わりに、傾き画像を１／２に縮小して演算を実行する。これにより、ある注目画素について縮小画像における４つの画素を演算に考慮すればよいことになる。これは特徴サイズが４、８、１６、３２と増加したときもそれに応じた縮小画像を作成し、特徴サイズに対応した縮小画像について重みを最大に設定することで、同様の演算負荷の軽減効果が得られる。

図３は積み上げ演算の一例を示している。この例では法線ベクトルｎから求められた２枚の傾き画像（水平方向の傾き成分ｐの画像と垂直方向の傾き成分ｑの画像）を入力としている。まず、縮小度の大きい傾き画像で全体の形状を積み上げ、それよりも縮小度の小さい画像で細部形状を積み上げる。これにより短時間で全体の形状を復元できるようになる。図３によれば、たとえば、１／３２の縮小画像について式２により注目画素についてワーク表面の形状を示すパラメータであるｚを算出する。重みｗは特徴サイズに応じて決定される。縮小画像を構成する１つ１つの画素を注目画素として積み上げ演算をイタレーション（繰り返し処理）する。ｚの初期値はゼロである。次に式２にしたがって１／１６の縮小画像についてｚを算出する。ここでは、１／３２の演算結果に対して１／１６の縮小画像の傾き成分が積み上げられる。同様にして、１／８縮小画像から１／１画像まで積み上げ演算が実行される。

図４は各特徴サイズごと重みの一例を示している。横軸は解像度レベル（縮小度）を示し、縦軸は重みを示している。図４からわかるように、特徴サイズ１では縮小度が最も小さいレベル０（１／１画像）の重みが最大となる。これにより微細な形状を積み上げることが可能となる。特徴サイズ２ではレベル１（１／２画像）の重みが最大となる。これによりさらに大きなサイズの形状を積み上げることが可能となる。このように各重みは、特徴サイズに対応したレベルでピークが生じるように決定される。

形状画像の復元方法としては、上記の積み上げ演算の他に公知のフーリエ変換積分法を採用することもできる（A Method for Enforcing Integrability in Shape from Shading Algorithms, IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence, Vol.10, No.4 July 1988）。当該方法においても計算プロセスにおいて縮小画像を生成し、重み付け成分を調整することにより抽出する特徴サイズを変更することが可能である。

図５は特徴サイズの違いに応じた検査画像の一例を示している。特徴サイズ４では細部の形状が抽出されており、特徴サイズ６４では全体の形状が抽出されており、特徴サイズ１６ではこれらの中間的なサイズの形状が抽出されていることがわかる。このように小さな特徴サイズは細かい傷を検査するのに役立ち、大きな特徴サイズは物体の有無の判別に適しており、中間の特徴サイズは凹凸文字のＯＣＲなどに適している。つまり検査ツールに応じて適切な特徴サイズを選択することで検査精度を向上させることが可能となる。

図６はフォトメトリックステレオ法による検査画像の作成工程を示す図である。輝度画像６０１〜６０４はそれぞれ照明方向の異なる照明光によりワーク２を照明して取得された輝度画像である。なお、輝度画像６００は４方向から同時に照明して得られた輝度画像である。それぞれ照明方向の異なる照明光によりワーク２を照明して取得された複数の輝度画像から演算によりワーク表面の法線ベクトルが求められる。傾き画像６１１は、輝度画像６０１〜６０４から求められた法線ベクトルのＸ方向の傾き成分を画素値とした傾き画像である。傾き画像６１２は、輝度画像６０１〜６０４から求められた法線ベクトルのＹ方向の傾き成分を画素値とした傾き画像である。反射率画像６１０は、輝度画像６０１〜６０４から求められた法線ベクトルから、ワーク表面の傾きによる輝度値の変動分を除去し、ワーク表面の反射率を画像にした反射率画像である。検査画像６２１〜６２３は傾き画像６１１、６１２から求められたそれぞれ特徴サイズの異なる画像である。なお、検査画像６２１〜６２３も傾き成分に基づく画素により構成されているため、傾き画像の一種である。このような手順でワーク２の検査画像が生成される。なお、検査ツールに依存して全方向照明画像である輝度画像６００や反射率画像６１０が検査画像として採用されてもよい。全方向照明画像とは、照明装置３が備える複数の光源をすべて点灯させて取得された輝度画像のことである。

＜テクスチャ情報＞
テクスチャ情報とはワーク２の表面の反射率ρに基づく情報である。式１によって反射率ρが求められる、つまり４枚の輝度画像から１枚の反射率画像が得られる。反射率画像はワーク表面の反射率ρに比例した画素値を有する画像である。図７に示すように、４枚の輝度画像７０１〜７０４から法線ベクトルを算出し、算出された法線ベクトルと複数の輝度画像の各々対応する画素の輝度値に基づいて各画素の反射率に比例した画素値を算出することで反射率画像であるテクスチャ画像７１１、７１２が求められる。この生成方法としては４枚の輝度画像の画素平均によってテクスチャ画像を求める方法や、４枚の輝度画像からハレーションを除去してから画素平均によってテクスチャ画像を求める方法などがある。テクスチャ画像７１１は画像平均によって求められたものであり、テクスチャ画像７１２はハレーション除去によって求められたものの一例である。４枚の輝度画像において座標が一致する画素が４つ存在する。４つの画素のうち画素値が１番大きい画素を除外したり、画素値の大きい順に１番目からＮ番目（Ｎは３以下の自然数）までの画素を除外したりすることでハレーションを除去することが可能である。ハレーションは高い輝度として画像に現れるからである。テクスチャ画像７１１、７１２はともに反射率に基づく画素により構成されているため、反射率画像の一種である。
＜機能ブロック＞
図８は検査装置のブロック図である。この例では照明装置３、カメラ４および画像処理装置５がそれぞれ個別の筐体に収容されているが、これは一例に過ぎず、適宜に一体化されてもよい。照明装置３は、フォトメトリックステレオ法にしたがって検査対象物を照明する照明手段の一例であり、光源群８０１とこれを制御する照明コントローラ８０２を備えている。複数の発光素子で１つのセグメントが構成され、さらに複数のセグメントによって光源群８０１が構成されていてもよい。セグメントの数は一般的には４つであるが、３つ以上であればよい。これは３方向以上の照明方向からワーク２を照明できれば、フォトメトリックステレオ法により検査画像を生成できるからである。図１に示したように照明装置３の外形はリング状をしていてもよい。また、照明装置３は、それぞれ分離した複数の照明ユニットにより構成されていてもよい。たとえば、市場にはワーク２を撮影するために使用される照明ユニットが存在しているが、これらはフォトメトリックステレオ用に開発されたものではない。ただし、このような照明ユニットを複数個用意するとともに、これらを制御する照明コントローラを接続することで、照明装置３を構成してもよい。照明コントローラ８０２は、画像処理装置５からの制御コマンドに応じて光源群８０１の点灯タイミングや照明パターン（点灯パターン）を制御する。照明コントローラ８０２は照明装置３に内蔵されているものとして説明するが、カメラ４に内蔵されていてもよいし、画像処理装置５に内蔵されていてもよいし、これらからは独立した筐体に収容されていてもよい。

カメラ４はフォトメトリックステレオ法にしたがって照明された検査対象物からの反射光を受光して輝度画像を生成する撮像手段の一例であり、画像処理装置５からの制御コマンドに応じて撮像処理を実行する。カメラ４はワーク２の輝度画像を作成して画像処理装置５に転送してもよいし、撮像素子から得られる輝度信号を画像処理装置５に転送し、画像処理装置５が輝度画像を生成してもよい。輝度信号は輝度画像の元になる信号であるため、広義には輝度信号も輝度画像である。

画像処理装置５は、コンピュータの一種であり、ＣＰＵやＡＳＩＣなどのプロセッサ８１０と、ＲＡＭ、ＲＯＭ、可搬記憶媒体などの記憶装置８２０と、ＡＳＩＣなどの画像処理部８３０と、ネットワークインタフェースなどの通信部８５０とを有している。プロセッサ８１０は検査ツールの設定や、制御パラメータの調整、検査画像の生成・再生成・更新を担当する。フォトメトリック処理部８１１は、カメラ４により取得された複数の輝度画像からワーク２の表面の法線ベクトルｎを算出し、複数の輝度画像から算出された法線ベクトルｎに基づく画素値を有する傾き画像と、傾き画像の縮小画像とについて、注目画素に隣接する隣接画素の法線ベクトルｎを用いて当該注目画素の画素値を積み上げ演算し、当該画素値を有する検査画像を生成する演算手段（検査画像生成手段）として機能する。なお、具体的には上述した数式などを使用して検査画像が生成される。照明制御部８１２は、照明コントローラ８０２に対して制御コマンドを送信することで点灯パターンや照明切り替えタイミングなどを制御する。撮像制御部８１３は、カメラ４を制御する。ＵＩ管理部８１４は、検査ツールを設定するためのユーザインタフェース（ＵＩ）や検査画像を生成するために必要となるパラメータを設定するためのＵＩなどを表示部７に表示し、入力部６から入力された情報したがって検査ツールやパラメータを設定する。とりわけ、特徴サイズ設定部８１５は積み上げ演算において使用される縮小画像の成分に対する重みｗを与えるパラメータである特徴サイズを設定する設定手段として機能する。画像選択部８１６は複数の輝度画像や複数の検査画像、複数の傾き画像、複数の反射率画像のうち表示すべき画像などを選択したりする。画像選択部８１６はカメラ４により取得された複数の輝度画像および検査画像のうち保存対象もしくは出力対象となる画像を選択してもよい。検査ツール設定部８１７は画像選択部８１６により選択された検査画像に対して検査ツールを設定する。検査ツール設定部８１７は、たとえば、基準画像に対して傷検査領域を設定したり、文字認識領域を設定したりする。基準画像設定部８１８は良品から取得された検査画像である基準画像を設定する。表示制御部８５１は輝度画像と検査画像を切り替えて表示部７に表示させたり、または、輝度画像と検査画像とを同時に表示させたりする。また表示制御部８５１は制御パラメータが調整されると表示部７に表示されている画像を当該制御パラメータが反映された画像に更新する。検査ツール設定部８１７は、表示制御部８５１、特徴サイズ設定部８１５、画像選択部８１６、基準画像設定部８１８および条件設定部８１９を内包していてもよい。画像処理部８３０は基準画像を用いて検査画像にパターンサーチを実行し、検査画像に検査領域（例：傷検査領域や文字認識領域など）を設定する検査領域設定手段として機能する。検査領域は、たとえば、文字認識領域である。条件設定部８１９は画像を表示部７や通信部８５０に接続された外部機器に出力する条件や、可搬記憶媒体などに保存する条件を設定する。判定部８４０は検査画像を用いてワーク２の良否を判定する判定手段として機能する。たとえば、判定部８４０は画像処理部８３０において検査画像を用いて実行された検査の結果を受け取って検査結果が良品条件（公差など）を満たしているかどうかを判定する。

記憶装置８２０は、カメラ４によって取得された輝度画像のデータである輝度画像データ８２１、フォトメトリック処理部８１１により生成された傾き画像データ８２２や反射率画像データ８２３を記憶する。また、記憶装置８２０は各種の設定データやユーザインタフェースを生成するためのプログラムコードなども記憶している。記憶装置８２０は特徴サイズがそれぞれ異なる検査画像を記憶して保持していてもよい。また、記憶装置８２０は検査画像に加え、検査画像の元になった傾き画像データや反射率画像データを記憶してもよい。これらはワーク２の誤判定が見つかったときに、検査画像、傾き画像または反射率画像のいずれに問題があったのかを特定して、その制御パラメータを修正するのに役立つであろう。

画像処理部８３０は、フォトメトリック処理部８１１によって生成された検査画像（傾き画像データ８２２や反射率画像データ８２３）を用いて外観検査を実行する。傷検査部８３１は、それぞれ異なる特徴サイズ用いて生成された複数の検査画像の傷検査領域において傷検査を実行する。ＯＣＲ部８３２はそれぞれ異なる特徴サイズ用いて生成された複数の検査画像に対して文字認識処理を実行する文字認識処理手段として機能する。傷検査部８３１やＯＣＲ部８３２は記憶装置８２０に記憶されている検査画像（傾き画像データ８２２や反射率画像データ８２３）を読み出し、文字認識領域において検査を実行し、検査結果を記憶装置８２０に書き込んだり、判定部８４０に渡したりしてもよい。判定部８４０はこの検査結果に基づきワーク２の良否を判定する。

＜設定モード＞
検査システムには検査ツールを設定する設定モードと、設定された検査ツールにしたがってワーク２の外観検査を実行する検査モード（運転モード）とを有しいている。ここでは設定モードの一例について説明する。

図９は設定モードに関するフローチャートである。入力部６を通じて設定モードの開始が指示されると、プロセッサ８１０のＵＩ管理部８１４は検査ツールを設定するためのＵＩを表示部７に表示する。

図１０はＵＩの一例を示している。ＵＩ管理部８１４が表示部７に表示するＵＩ１０００には、検査結果の保存先を指定するプルダウンメニュー１００１や検査ツールの名称を入力するテキストボックス１００２が設けられている。ＵＩ管理部８１４は実行ボタンの押し下げを検出すると次のＵＩを表示する。

図１１に示すＵＩ１１００には、検査ツールを設定するためのガイダンス１１０１と、カメラ４に撮像を指示する計測実行ボタン１１０２と、カメラ４により撮像された画像を表示する表示領域１１０３と、カメラ設定の開始を指示するカメラ設定ボタン１１０４を有している。なお、画像選択部１１０５は、表示領域１１０３に表示する画像や検査に使用する画像を選択するためのボタンである。この例では画像選択部１１０５によって、形状１、形状２、テクスチャおよびノーマルのうちいずれか１つの画像が択一的に選択される。計測実行ボタン１１０２が操作されると、撮像制御部がカメラ４に撮像を指示する。ＵＩ管理部８１４はカメラ４により取得された輝度画像を表示領域１１０３にレンダリングする。なお、画像選択部１１０５によって別の画像が選択されると、ＵＩ管理部８１４は画像選択部１１０５によって選択された画像を表示領域１１０３にレンダリングする。このようにユーザは画像選択部１１０５を操作するか、入力部６を通じて画像の切り替えを指示することで表示領域１１０３に表示される画像を切り替えることができる。カメラ設定ボタン１１０４が操作されると、ＵＩ管理部８１４は次のＵＩに切り替える。

Ｓ９０１でＵＩ管理部８１４はカメラ４を設定するためＵＩを表示部７に表示し、カメラ設定を実行する。図１２はカメラ設定ＵＩ１２００の一例を示している。カメラ設定タブ１２０１には、カメラの機種を設定するプルダウンメニュー１２０２、画像サイズを設定するプルダウンメニュー１２０３、シャッタースピードを設定するプルダウンメニュー１２０４、カメラの感度を設定するスライダー１２０５などを有している。なお、計測実行ボタン１１０２が操作されると、ＵＩ管理部８１４は、その時点で設定されている撮像パラメータにしたがってカメラ４によって取得された輝度画像を表示領域１１０３に表示する。これによりユーザは設定したパラメータが適切かどうかを判定できる。

Ｓ９０２でＵＩ管理部８１４はフォトメトリック処理を設定するためＵＩを表示部７に表示し、設定を実行する。たとえば、カメラ設定ＵＩ１２００に設けられているフォトメトリックステレオ設定タブ１２１０が操作されたこと検知すると、ＵＩ管理部８１４は、図１３に示すように、フォトメトリックステレオ設定タブ１２１０を有効に切り替える。有効に切り替えるとは、ユーザ操作可能な状態にフォトメトリックステレオ設定タブ１２１０の表示状態を切り替えることをいう。フォトメトリックステレオ設定タブ１２１０には、画像を選択するためのプルダウンメニュー１３０１と、特徴サイズ設定部１３０２とが含まれている。この例では、それぞれ特徴サイズが異なる３つの検査画像（形状１、形状２、形状３）のいずれかを選択できるものとする。プルダウンメニュー１３０１によって選択された画像ごとに特徴サイズ設定部１３０２により特徴サイズが設定される。

フォトメトリックステレオ設定タブ１２１０に点灯パターンを選択するための選択部が配置されてもよい。また、一回の照明あたりの発光量を指定する指定部が設けられてもよい。

Ｓ９０３でＵＩ管理部８１４は検査ツールを設定するためのＵＩを表示部７に表示し、設定を実行する。図１４は検査ツールを設定するＵＩ１４００の一例である。画像選択ボタン１４０１は、複数ある検査画像のうち検査に使用する検査画像を選択するためのボタンである。検査カテゴリー選択ボタン１４０２は、複数ある検査カテゴリーのうち検査ツールとして追加すべきツールのカテゴリーを選択するためのボタンである。認識対象設定ボタン１４０３は複数ある認識対象のうち１つを選択するためのボタンである。この例では、検査画像として「形状１」が選択され、カテゴリーとして「認識」が選択され、認識処理として「文字認識」が選択されている。追加ボタン１４０４が操作されると、ＵＩ管理部８１４は次のＵＩに切り替える。図１５は基準画像登録ＵＩ１５００を示している。基準画像登録ＵＩ１５００には、上述した計測実行ボタン１１０２、表示領域１１０３に加え、登録ボタン１５０１が配置されている。登録ボタン１５０１が操作されると、ＵＩ管理部８１４は計測実行ボタン１１０２によって取得され、表示領域１１０３に表示されている画像を基準画像として登録する。登録が完了すると、ＵＩ管理部８１４は次のＵＩに切り替える。

図１６は計測領域設定ＵＩ１６００を示している。計測領域設定ＵＩ１６００の表示領域１１０３には基準画像１６０１と、計測領域を示すフレーム１６０２が配置される。ＵＩ管理部８１４は入力部６からの指示に応じてフレーム１６０２の位置とサイズを変更する。ユーザは基準画像１６０１のうち計測対象としたい部分の位置とサイズに合わせてフレーム１６０２の位置とサイズを調整する。なお、さらに、ＵＩ管理部８１４は、文字の切り出し設定や、認識すべき文字の具体例（文字画像）と文字画像に対応する文字キャラクタを登録するための辞書設定などを実行してもよい。

次に傷検査ツールについて説明する。図１７に示すように、検査カテゴリー選択ボタン１４０２によって傷検査が選択されると、ＵＩ管理部８１４は、検査内容選択ボタン１７０１を表示する。この例では、検査内容選択ボタン１７０１によって傷の総面積を計測するツールが選択されている。追加ボタン１４０４が操作されると、ＵＩ管理部８１４はＵＩを切り替える。

図１８は計測領域設定ＵＩ１８００を示している。計測領域設定ＵＩ１８００には、計測領域（傷検査領域）を示すフレーム１８０２が配置される。フレーム１８０２の形状は変更可能であり、たとえば、形状を選択するためのプルダウンメニュー１８０１によって複数の形状のうちいずれかの形状が選択される。ＵＩ管理部８１４はプルダウンメニュー１８０１によって選択された形状のフレーム１８０２を表示領域１１０３にレンダリングする。ＵＩ管理部８１４は入力部６からの指示に応じてフレーム１８０２の位置とサイズを変更する。

図１９は傷の検出条件を設定するための設定ＵＩ１９００を示している。設定ＵＩ１９００には、傷の検出方向を選択するためのプルダウンメニュー１９０１と、傷のセグメントサイズを指定するためのボックス１９０２と、傷のレベルを指定するためのスライダー１９０３が配置されている。設定ＵＩ１９００により設定された傷検出条件に基づいて傷検査領域内（フレーム１８０２内）で傷検査部８３１が傷を検出したときは、ＵＩ管理部８１４が傷の位置に傷検出マーク１９１０を表示してもよい。これにより、ユーザは、傷検出条件が適切かどうかを判断できよう。

＜検査モード＞
図２０は検査モードを示すフローチャートである。入力部６を通じて検査モードの開始が指示されると、プロセッサ８１０が動作モードを検査モードに移行させる。

Ｓ２００１でプロセッサ８１０は設定された点灯パターンにしたがって照明方向を切り替えながらワーク２の画像を撮像して取得する。具体的には、照明制御部８１２が、記憶装置８２０に保持されている設定データを参照して点灯パターンを特定し、点灯パターンを指定するためのコマンドを照明コントローラ８０２に送出する。撮像制御部８１３は記憶装置８２０に保持されている設定データを参照してカメラ４に関する制御パラメータ（シャッタースピードや感度など）を特定し、これを指定するコマンドをカメラ４に送信する。フォトメトリック処理部８１１は照明の開始を指示するためのトリガー信号を照明コントローラ８０２に送信するとともに、これと連動して撮像の開始を指示するためのトリガー信号をカメラ４に送信する。照明コントローラ８０２はトリガー信号に同期して照明方向を切り替える。たとえば、照明コントローラ８０２はコマンドにより指定された点灯パターンにしたがって４つの照明方向について１つずつ順番に対応する発光素子を点灯させる。照明コントローラ８０２はコマンドと点灯パターンとの対応関係をメモリなどに保持していてもよい。トリガー信号は照明開始時に１つだけ発行されてもよいし、切り替えタイミングにおいても発行されてもよい。カメラ４は制御パラメータにしたがってワーク２を撮像し、輝度画像を画像処理装置５に転送する。このようにして、たとえば、１つの照明方向につき１枚の輝度画像が生成される。

Ｓ２００２でプロセッサ８１０は複数の輝度画像から法線ベクトルｎと反射率ρとを求める。上述したようにフォトメトリック処理部８１１は複数の輝度画像の画素値について式１を適用し、法線ベクトルｎと反射率ρとを求める。

Ｓ２００３でプロセッサ８１０は設定された特徴サイズにしたがって検査画像を生成する。上述したようにフォトメトリック処理部８１１は特徴サイズに対応する重みＷを重みテーブルなどから決定し、式２を用いて積み上げ演算を実行して検査画像（傾き画像）を生成する。このように、フォトメトリック処理部８１１は複数の輝度画像からワーク２の表面の法線ベクトルｎに基づく画素値を有する傾き画像を生成してもよい。なお、それぞれ値の異なる複数の特徴サイズを設定されている場合、フォトメトリック処理部８１１は設定された複数の特徴サイズのそれぞれについて検査画像を生成してもよい。また、フォトメトリック処理部８１１は上述した手法により反射率画像やテクスチャ画像を生成してもよい。たとえば、フォトメトリック処理部８１１は複数の輝度画像からワーク２の表面の法線ベクトルｎとともにワーク２の表面の反射率ρを算出し、当該反射率ρに基づく画素値を有する反射率画像を生成してもよい。ここでは検査の対象とされる画像が生成され、検査の対象とさていない画像については生成が省略されてもよい。

Ｓ２００４でプロセッサ８１０は検査画像を表示部７に表示する。ＵＩ管理部８１４は検査画像とともに、輝度画像、傾き画像、反射率画像を表示部７に同時または選択的に表示してもよい。選択的に表示する場合、ＵＩ管理部８１４は入力部６からの切り替え指示にしたがって、たとえば、４つの輝度画像を順番に切り替え表示してもよい。たとえば、入力部６のうちコンソールに設けられた特定のキーが画像の切替ボタンとして割り当てられていてもよい。

Ｓ２００５でプロセッサ８１０は画像処理部８３０に検査の実行を指示する。画像処理部８３０は検査を指示されると、予め設定された検査ツールを起動して検査画像に対して検査を実行する。たとえば、傷検査部８３１は設定された計測領域や検出条件にしたがって傷のレベルを判別し、検査結果（傷のレベル）を判定部８４０に転送する。なお、傷検査部８３１は、上述した基準画像を用いてパターンサーチを実行して検査領域を設定し、検査領域において検査を実行してもよい。また、ＯＣＲ部８３２は、予め設定された文字認識設定にしたがって検査画像に対して文字認識処理を実行し、文字認識結果を判定部８４０に転送する。ＯＣＲ部８３２も上述した基準画像を用いてパターンサーチを実行して検査領域（文字認識領域）を設定し、検査領域において検査を実行してもよい。

Ｓ２００６でプロセッサ８１０の判定部８４０は検査結果と判定閾値とを比較して、ワーク２が良品であるかどうかを判定する。たとえば、傷検査とＯＣＲの両方を実行するように設定されている場合、判定部８４０は傷検査部８３１の検査結果とＯＣＲ部８３２の文字認識結果との両方が合格レベルにあるときに、ワーク２を良品と判定する。

＜画像保存設定＞
図２１は検査フローを設定するＵＩ２１００の一例を示している。ＵＩ管理部８１４はＵＩ２１００を表示部７に表示させ、検査フローのスタートからエンドまでの間に実行される複数の工程を入力部６から入力される指示にしたがって設定して行く。この例では、撮像工程、パターンサーチ工程、位置補正工程および傷検査工程が検査フローに追加されている。たとえば、入力部６を通じて検査フローのエンドが指定されると、ＵＩ管理部８１４はエンドにおいて検査履歴を蓄積するように設定してもよい。検査履歴とは、検査結果や検査に使用された画像などである。

なお、各工程を追加するときにＵＩ管理部８１４は各工程で使用される画像の選択を、入力部６を通じて受け付けてもよい。たとえば、ユーザは入力部６を通じて撮像工程に対しては照明方向と異なる４つの輝度画像や傾き画像、反射率画像などを取得対象として指定し、パターンサーチ工程に対してはいずれかの輝度画像（全方向照明画像など）をサーチ対象として指定し、傷検査工程に対しては傾き画像から生成された検査画像などを検査対象として指定してもよい。本実施例では撮像工程にて撮像された複数の輝度画像から生成された複数の形状画像や反射率画像を後段の検査工程に出力することができるため、ユーザは、共通の撮像工程から生成された複数の検査画像を各画像の特性に応じた様々な検査に応用することができる。

図２２は履歴を蓄積する条件を設定するＵＩ２２００の一例を示している。蓄積条件を識別するための識別情報を設定する設定部２２０１は複数ある識別情報から設定対象となる識別情報を選択するためのプルダウンメニューによって構成されている。この例では設定部２２０１において「０：」という識別情報の蓄積条件が選択されている。蓄積条件としては、たとえば、検査結果が良品ではないときにのみ画像を蓄積するといった条件や、検査結果に依存せずに各ワークごとに常に画像を蓄積するといった条件などがある。ここでは、プロセッサ８１０は詳細設定ボタンなどが押されたことを検知すると条件設定部８１９を起動する。条件設定部８１９は、たとえば、常に画像を保存または出力するモードと、判定部８４０により検査対象物が良品ではないと判定されたときに画像を保存または出力するモードとのうちいずれかを設定してもよい。画像選択部２２０２は蓄積条件が満たされたときに保存する画像を選択する。ここでは画像選択部２２０２によって「すべて」と「指定」とを選択することができる。保存先選択部２２０３は、画像の保存先（例：内蔵メモリ、メモリカードなどの可搬メディアやＦＴＰサーバなどのネットワークストレージ）を選択するためのプルダウンメニューによって構成されている。

図２３は画像選択部２２０２で「指定」が選択されたときにＵＩ管理部８１４が表示部７に表示させるＵＩ２３００の一例を示している。この例では、検査フローにおいて扱われるすべての種類の画像のうち実際に保存すべき画像を選択するためのチェックボックス２３０１が設けられている。形状１、２は特徴サイズが異なる検査画像（傾き画像）である。テクスチャは反射率画像である。ノーマルは全方向照明により取得された画像である。４つの矢印は照明方向を示すアイコンである。つまり矢印マークによって照明方向が異なる４つの輝度画像が区別されている。チェックボックスにチェックされた画像が保存対象として設定される。

ところで、プロセッサ８１０は判定部８４０が判定を終了した後で画像を保存または出力する条件が満たされているかどうかを判断する判断手段を備えていてもよい。すなわち、検査フローのエンド部において、プロセッサ８１０は、条件設定部８１９により設定された蓄積条件や出力条件が満たされているかどうかを判断してもよい。

図２４は画像出力工程２４０１を検査フローに追加する例を示している。上述した実施例では検査フローの最後に画像を出力するように設定したが、この例では入力部６から入力されるユーザ指示にしたがってＵＩ管理部８１４が検査フローの任意の位置に画像出力工程２４０１を設定する。このように、プロセッサ８１０は、判定部８４０が判定を終了する前に位置する画像出力工程２４０１で画像を保存または出力する条件が満たされているかどうかを判断してもよい。画像出力工程２４０１に関連する蓄積設定等は図２１ないし図２３を用いて説明したのと同様であってもよいし、異なってもよい。

図２５は蓄積設定（出力設定）に関するＵＩの別の例を示している。画像出力工程２４０１が入力部６により選択された状態で、さらに入力部６により設定を開始する指示が入力されると、ＵＩ管理部８１４はＵＩ２５０１を表示する。画像変数２５０２は出力すべき画像を選択する画像選択部として機能し、この例では検査フローにおける各工程に付与されている画像変数によって出力すべき画像が指定される。つまり、各工程ごとに出力すべき画像を選択できる。ＵＩ２５０１において画像の出力枚数や画像形式なども設定されてもよい。出力先選択部２５０３は画像の出力先（例：内蔵メモリ、メモリカードなどの可搬記憶メディアやＦＴＰサーバなどのネットワークストレージ）を選択するためのプルダウンメニューである。

図２６は画像を選択するＵＩ２６００の一例である。ＵＩ２５０１において詳細設定ボタンが押し下げられると、ＵＩ管理部８１４はＵＩ２６００を表示する。ＵＩ２６００ではすべての画像を保存するか、個別指定するかを選択するためのラジオボタンや、画像を個別に選択するためのチェックボックスなどが配置されている。この例では、ラジオボタンにより個別指定が選択されているため、チェックボックスが有効となり、チェックボックスを通じていくつかの画像が選択されている。このように、複数の輝度画像、検査画像、全方向照明画像および複数の輝度画像を合成して得られた合成輝度画像から保存対象もしくは出力対象となる画像が選択されてもよい。また、それぞれ特徴サイズが異なる複数の検査画像から保存対象もしくは出力対象となる画像を選択できるようにＵＩ２６００が構成されてもよい。また、複数の輝度画像、検査画像および検査対象物の表面の反射率を画素値とした反射率画像から保存対象もしくは出力対象となる画像を選択できるようにＵＩ２６００が構成されてもよい。

＜照明装置の構成＞
図２７（Ａ）は照明装置３の斜視図である。図２７（Ｂ）は照明装置３の上面図である。図２７（Ｃ）は照明装置３の底面図である。図２７（Ｄ）は照明装置３の側面図である。照明装置３の筐体は上ケース２７０１と下ケース２７０２を有している。下ケース２の下部には複数の光源（ＬＥＤなどの発光素子）のそれぞれが出力する光を拡散させる光拡散部材２７０３が配置されている。図２７（Ａ）や図２７（Ｃ）が示すように上ケース２７０１や下ケース２７０２と同様に光拡散部材２７０３も円環状を成している。図２７（Ｂ）や図２７（Ｄ）が示すように上ケース２７０１の上面にはコネクタ２７０４が設けられている。コネクタ２７０４には照明装置３に格納されている照明コントローラ８０２と画像処理装置５とが通信するためのケーブルが接続される。

図２８（Ａ）は照明装置３に格納されている制御基板２８０１とＬＥＤ基板２８０２とを示す側面図である。制御基板２８０１は点灯制御部が実装された第二基板の一例である。ＬＥＤ基板２８０２は複数の光源が実装された第一基板の一例である。図２８（Ｂ）はＬＥＤ基板２８０２の上面図である。図２８（Ｃ）は照明装置３のうちＬＥＤ２８０３の付近を拡大した断面図である。図２８（Ｄ）はＬＥＤ基板２８０２の底面図である。図２８（Ｅ）はＬＥＤ基板２８０２のうちＬＥＤ２８０３の付近を拡大した側面図である。

制御基板２８０１には照明コントローラ８０２やコネクタ２７０４が配置されている。光源群８０１を構成するＬＥＤなどの発光素子はＬＥＤ基板２８０２に搭載されている。図２８（Ｂ）が示すように、本実施例は４つのＬＥＤ基板２８０２が設けられている。４つのＬＥＤ基板２８０２のそれぞれには４つのＬＥＤ２８０３が配置されているものとする。これにより光源群８０１は１６個の発光素子により構成されている。図２８（Ｃ）、図２８（Ｄ）および図２８（Ｅ）が示すように、複数のＬＥＤ２８０３のうち隣り合った２つのＬＥＤ２８０３の間には遮光部材２８０５が配置されている。多数のＬＥＤ２８０３を密接に配置すると、隣り合った２つのＬＥＤ２８０３からそれぞれ照射される照明光が光拡散部材２７０３の同一の領域を通過することがある。この場合、点灯パターンに応じて一方のＬＥＤ２８０３を非点灯とし、かつ、他方のＬＥＤ２８０３を点灯した場合と、他方のＬＥＤ２８０３を非点灯とし、かつ、一方のＬＥＤ２８０３を点灯した場合とで、ワーク２の表面には同一の照明方向から同一の光量で照明光が照射されてしまう。これでは高い精度で検査画像を生成することが難しくなる。そこで、隣り合った２つのＬＥＤ２８０３の間に遮光部材２８０５を配置することで、隣り合った２つのＬＥＤ２８０３について光量の均一性と光源の独立性とのバランスを取っている。図２８（Ｃ）が示すようにＬＥＤ２８０３の光の射出方向２８２１と、主な照明方向２８２２とは一致していない。そこで、反射鏡２８０４を配置することでＬＥＤ２８０３から射出される光を光拡散部材２７０３の方向へ偏向している。これによりＬＥＤ２８０３が発光した光を効率よくワーク２へ照射できるようになろう。この例では射出方向２８２１と反射鏡２８０４の反射方向とが概ね直交しているが、これは光拡散部材２７０３の断面形状が円弧を成しており（図２８（Ｃ））、円弧に関する角度（中心角）が約９０度になっているからである。このように中心角を大きくすることで、照明装置３をワーク２に対して遠ざけたり、近づけたりしてもワーク２の表面に対してほぼ均一な平行光を照射しやすくなる。

＜照明装置の回路構成＞
図２９は照明装置３の回路構成の一例を示している。この例では光源群８０１を構成する４つのＬＥＤグループのうち１つのグループを示している。４つのＬＥＤ２８０３ａ〜ＬＥＤ２８０３ｄは直列に接続されている。電圧が可変の可変電源２９００は照明コントローラ８０２によって指定される電圧値（例：２Ｖ〜２０Ｖ）の電圧を生成して出力する。可変定電流源２９０１は、照明コントローラ８０２によって指定される電流値（例：０Ａ〜１Ａ）となるようにＬＥＤグループに流れる電流を調整する。このような電流制御方式を採用することでリニアリティの高い調光を実現しやすくなる。また、可変定電流源２９０１は、可変定電流源２９０１に印加されている電圧の値を検出して照明コントローラ８０２にフィードバックし、過電圧から可変定電流源２９０１を保護している。ＬＥＤ２８０３ａ〜ＬＥＤ２８０３ｄのそれぞれには並列にスイッチ２９０３ａ〜ＬＥＤ２８０３ｄが接続されている。照明コントローラ８０２の点灯制御部２９１１はこれらのスイッチ２９０３ａ〜ＬＥＤ２８０３ｄを個別に開閉させることで、ＬＥＤ２８０３ａ〜ＬＥＤ２８０３ｄのそれぞれを個別に点灯と非点灯とを切り替えることができる。このように、ＬＥＤ２８０３ａ〜ＬＥＤ２８０３ｄのそれぞれに並列にスイッチ２９０３ａ〜ＬＥＤ２８０３ｄを接続することで、ＬＥＤ２８０３ａ〜ＬＥＤ２８０３ｄのいずれか１つを点灯させたり、すべてを点灯させたりするといった個別点灯が可能となる。これは様々な点灯パターンを実現するのに役立っている。なお、点灯制御部２９１１は可変定電流源２９０１とグランドとの間に挿入されたメインスイッチ２９０３ｅのオン／オフを切り替えることで１つのＬＥＤグループ単位での点灯制御を実行する。通信部２９１０は点灯パターンを指示する制御信号や点灯の開始を指示するトリガー信号を画像処理装置５の照明制御部８１２から受信し、点灯制御部２９１１に渡す。点灯制御部２９１１は、制御信号に対応する点灯パターンデータ２９２０を記憶部８０３から読み出し、点灯パターンデータ２９２０にしたがってスイッチ２９０３ａ〜ＬＥＤ２８０３ｄを制御する。点灯パターンデータ２９２０には、複数の光源のうち１回の点灯タイミングで同時に点灯する光源の識別情報や複数の光源の点灯順序を示す情報などが含まれていてもよい。たとえば、１６個のＬＥＤは４ビットの識別情報によって区別可能である。点灯パターンデータ２９２０には、照明方向の数（分割数）を示す情報が含まれていてもよい。照明方向の数は基本的に４であるが、８であってもよい。点灯パターンデータ２９２０には、点灯幅（１回の点灯タイミングで同時に点灯する光源の数）を示す情報が含まれてもよい。たとえば、基本的な点灯幅では４つのＬＥＤが点灯する。これに対して、１／２の点灯幅では２個のＬＥＤが点灯し、１／４の点灯幅では１個のＬＥＤが点灯する。点灯パターンデータ２９２０には、すべてのＬＥＤが点灯するタイミングを指定する情報が含まれてもよい。たとえば、フォトメトリックステレオ法にしたがった点灯を実行する前に全点灯が指示されたり、フォトメトリックステレオ法にしたがった点灯を実行した後に全点灯が指示されたりしてもよい。また、点灯パターンデータ２９２０には、点灯開始位置を示す情報が含まれていてもよい。たとえば、１６個のＬＥＤのうち、最初に点灯すべきＬＥＤを示す識別情報が含まれていてもよい。この場合、最初に点灯すべきＬＥＤから時計回りの照明方向にしたがって点灯すべきＬＥＤが変更されてゆく。なお、点灯パターンデータ２９２０は、１つの点灯サイクルにおける点灯回数（１回〜１６回）を示す情報や点灯すべきＬＥＤの識別情報（０ｘ０００〜０ｘＦＦＦＦ）によって構成されていてもよい。点灯パターンデータ２９２０には、１つのＬＥＤあたりの照明光量や点灯時間（露光時間）、点灯間隔を示すインターバル時間などが含まれてもよい。このように点灯制御部２９１１は記憶部８０３に記憶された点灯パターンデータ２９２０であって信号線８を介して受信した制御信号によって特定される点灯パターンデータ２９２０にしたがって複数のＬＥＤ２８０３を点灯させる。よって、各ＬＥＤごとに信号線８を配置する場合と比較して、大幅に信号線の数を削減できるようになる。

図３０は点灯制御のタイミングシーケンスを示す図である。時刻ｔ１で制御信号を受信すると点灯制御部２９１１は点灯パターンに応じて電圧値を決定して可変電源２９００に設定する。可変電源２９００が出力する電圧が目標電圧に安定するまでには時間がかかるため、最初に電圧設定が実行される。これにより点灯の応答性が向上する。

時刻ｔ２で点灯制御部２９１１は点灯パターンに応じてスイッチ２９０３ａ〜ＬＥＤ２８０３ｄのオンオフを個別に設定する。つまり、点灯パターンにより点灯することが指示されているＬＥＤに対して並列に接続されているスイッチがオンに切り替えられ、点灯パターンにより非点灯を指示されているＬＥＤに対して並列に接続されているスイッチがオフに切り替えられる。

時刻ｔ３でトリガー信号を受信すると点灯制御部２９１１はメインスイッチ２９０３ｅをオンに切り替える。これにより、点灯パターンにしたがってＬＥＤが点灯する。なお、点灯するＬＥＤの数に応じて（過電圧フィードバックに応じて）点灯制御部２９１１はＬＥＤグループに印加される電圧を調整する。時刻ｔ４でこの電圧調整が終了する。

時刻ｔ５で点灯制御部２９１１はメインスイッチ２９０３ｅをオフに切り替え、点灯したＬＥＤを消灯させる。点灯制御部２９１１は次の点灯サイクルに備えて可変電源２９００の電圧を十分に高く設定する。可変電源２９００の電圧を十分に高く設定することで点灯指令に対する点灯の応答性が向上する。とりわけ、フォトメトリックステレオ法では多数の輝度画像を取得する必要があるため、１回の撮影に要する時間を短縮することが求められる。とりわけ、ワーク２が移動しているときには、各輝度画像でのワーク２の位置がずれてしまうため、撮影時間が長くなればなるほど検査画像の精度が落ちてしまう。よって、照明装置３の応答性の向上がこれらの課題を緩和する。

＜点灯パターン＞
図３１は点灯パターンの一例を示す図である。点灯パターンＰ１は１６個のＬＥＤを用いて４つの照明方向からの照明を実現するパターンである。点灯パターンＰ２は１６個のＬＥＤを用いて８つの照明方向からの照明を実現するパターンである。４つの照明方向からの輝度画像と比較して８つの照明方向からの輝度画像では、法線ベクトルｎや反射率の演算精度が向上するため、検査画像の精度が向上するといったメリットがある。また、照明方向を増やすことで、斜め方向に存在するエッジの検出精度や円形ワークの外形検出精度が向上する。点灯パターンＰ３は１６個のＬＥＤを用いて４つの照明方向からの照明を実現するパターンである。点灯パターンＰ１と比較して点灯パターンＰ３では１回の点灯で点灯するＬＥＤの数が半分になっている。光源面積が小さくなるため、ワーク２への光源の映り込みを低減できる。点灯パターンＰ４は１６個のＬＥＤを用いて８つの照明方向からの照明を実現するパターンである。点灯パターンＰ２と比較して点灯パターンＰ４では１回の点灯で点灯するＬＥＤの数が２倍になっている。これは、検査画像の精度とともに光量も要求されるケースで有利となる。点灯パターンＰ５は、基本パターンである点灯パターンＰ１の前後に全点灯を追加したパターンである。全方向から照明して取得された２枚の輝度画像はワーク２の移動量を推定する上で役に立つ。これによりワーク２を移動させながら撮影を実行する場合にも精度よく輝度画像内でのワーク２の位置を補正しながら、検査画像を作成できるようになろう。点灯パターンＰ６は点灯パターンＰ１において時計回りに１つだけ点灯開始位置をシフトした点灯パターンである。本実施例では照明装置３がカメラ４から独立して移動できるため、カメラ４の設置方向と照明装置３の設置方向とがずれていることがある。また、一度固定した照明装置３の位置を修正することは簡単ではない。そこで、カメラ４の設置方向と照明装置３の設置方向とのずれの分だけ照明装置３の点灯開始位置を修正することで、輝度画像において想定されている照明方向と実際の照明方向とを一致させることができる。

＜点灯パターン照明位置の調整＞
図３２は点灯開始位置を調整するためのＵＩ３２００の一例を示している。検査ツール設定部８１７は上述した点灯開始位置を調整するための調整部を備えており、表示部７にＵＩ３２００を設定する。ＵＩ３２００は輝度画像を表示する表示領域１１０３と点灯開始位置を調整するための調整ボタン３２０１を有している。検査ツール設定部８１７は輝度画像について想定されている照明方向を示すためのアイコンである矢印３２０２を輝度画像に対して重畳させて表示する。これにより、輝度画像について想定されている照明方向と実際の照明方向とが一致しているかどうかを確認しやすくなる。ユーザは入力部６を通じて調整ボタン３２０１を操作する。検査ツール設定部８１７はこの調整操作を検知し、調整量を照明制御部８１２に通知する。照明制御部８１２は点灯開始位置の調整量を照明コントローラ８０２に送信する。照明コントローラ８０２の点灯制御部２９１１は通信部２９１０を通じて調整量を受け取ると、記憶部８０３に保存する。これにより、点灯制御部２９１１は点灯パターンデータ２９２０によって指定されている点灯パターンにおける点灯開始位置を調整量に応じて修正する。なお、調整が正しいかどうかを判別するために、検査ツール設定部８１７は撮像制御部８１３を通じてカメラ４に撮像を実行させて、輝度画像を取得させ、表示領域１１０３に表示させてもよい。このように検査ツール設定部８１７は点灯すべきＬＥＤが偏光されたときは輝度画像を更新して表示してもよい。なお、図３２が示すように、表示制御部８５１は表示領域１１０３に表示される輝度画像を切り替えて表示部７に表示してもよい。これにより照明方向の異なるすべての輝度画像において照明方向を正しく設定できるようになろう。図３３は、点灯開始位置を調整するためのＵＩ３３００の一例を示している。図３３が示すように検査ツール設定部８１７は表示領域１１０３に４つの輝度画像を並べて表示してもよい。これによりユーザは４つの輝度画像を切り替える手間を省けるようになろう。

＜まとめ＞
本実施例によれば、フォトメトリック処理部８１１は、フォトメトリックステレオ法にしたがってカメラ４により取得された複数の輝度画像からワーク２の表面の法線ベクトルを算出し、複数の輝度画像から算出された法線ベクトルに基づく画素値により構成された傾き画像と、当該傾き画像の縮小画像とについて、注目画素に隣接する隣接画素の法線ベクトルを用いて当該注目画素の画素値を積み上げ演算し、当該画素値を有する検査画像を生成する。とりわけ、本実施例によれば、積み上げ演算において使用される縮小画像の成分に対する重みを与えるパラメータである特徴サイズを設定する特徴サイズ設定部８１５を設けている。このように特徴サイズという概念を導入することで、フォトメトリックステレオの原理を用いて取得された画像から検査用画像を生成する際のパラメータを容易に設定できるようになる。

特徴サイズ設定部８１５はそれぞれ値の異なる複数の特徴サイズを設定してもよい。この場合、フォトメトリック処理部８１１は、特徴サイズ設定部８１５により設定された複数の特徴サイズのそれぞれについて検査画像を生成してもよい。検査ツールの種類に応じて適切な特徴サイズが異なることが考えられる。よって、それぞれ値の異なる複数の特徴サイズに応じて検査画像を生成することは、検査に対応したより適切な検査画像を選択する上で有利であろう。

傷検査部８３１はそれぞれ異なる特徴サイズ用いて生成された複数の検査画像に対して傷検査を実行し、判定部８４０は、傷検査部８３１の検査結果を用いてワーク２の良否を判定してもよい。複数の検査画像に対して傷検査を実行することで、予め１つの検査画像を選択する必要がなくなり、ユーザにとっては便利であろう。ＯＣＲ部８３２はそれぞれ異なる特徴サイズ用いて生成された複数の検査画像に対して文字認識処理を実行し、判定部８４０はＯＣＲ部８３２の文字認識結果を用いてワーク２の良否を判定してもよい。複数の検査画像に対して文字認識処理を実行することで、予め１つの検査画像を選択する必要がなくなり、ユーザにとっては便利であろう。

本来はフォトメトリックステレオ法によりワーク２の高さを示す高さ画像を生成することができる。しかし、ワーク２の表面の高さを計測するためには、かなり厳密にカメラ４と照明装置３の位置関係を設定する必要がある。一方で、フォトメトリックステレオ法により得られた画像のうち高さの情報を使用せずに形状の情報やテクスチャ（模様）の情報を使用することも可能である。たとえば、傷検査やＯＣＲに高さ画像を使用するのであれば、カメラ４と照明装置３の厳密な設定は不要である。このように正確な高さデータの不要な検査ツールであれば、カメラ４と照明装置３の配置条件を緩和することができる。なお、照明方向は３方向以上であればよい。

フォトメトリック処理部８１１はカメラ４により取得された複数の輝度画像からワーク２の表面の法線ベクトルとともにワーク２の表面の反射率を算出し、当該反射率に基づく画素値により構成された反射率画像を生成し、判定部８４０は反射率画像を用いてワーク２の良否を判定してもよい。これは反射率画像が検査に適している検査ツールも存在するからである。フォトメトリック処理部８１１はカメラ４により取得された複数の輝度画像からワーク２の表面の法線ベクトルに基づく画素値により構成された傾き画像を生成し、判定部８４０は傾き画像を用いてワーク２の良否を判定してもよい。これは傾き画像が検査に適している検査ツールも存在するからである。判定部８４０は輝度画像を用いてワーク２の良否を判定してもよい。傾き画像や反射率画像に加工する前の輝度画像が検査に適している検査ツールも存在するからである。判定部８４０は、それぞれ照明方向が異なる複数の輝度画像のうち少なくとも１つの輝度画像を用いてワーク２の良否を判定してもよい。照明方向の違いによって明確になるような傷なども存在するため、そのような傷の検出にはある方向からワーク２を照明することで得られた輝度画像が好適であろう。

判定部８４０は照明装置３のすべて光源を同時に点灯してカメラ４により取得された輝度画像を用いてワーク２の良否を判定してもよい。いわゆる全方向照明画像を用いることでワーク２の良否が判定されてもよい。たとえば、ワーク２のある部分の面積計算や端子の長さの測定などは、全方向照明画像が好適なことがある。

判定部８４０はそれぞれ照明方向が異なる複数の輝度画像を合成して生成された合成輝度画像を用いてワーク２の良否を判定してもよい。合成輝度画像は全方向照明画像に類似した画像となる。よって、全方向照明画像に代えて合成輝度画像を用いることで、全方向照明画像を取得することなく、検査を実行することが可能となろう。全方向照明画像が必要な場合、それぞれ照明方向が異なる４枚の輝度画像と、同時に４方向から照明して得られた１枚の全方向照明画像とを取得しなければならない。つまり、５回の照明と５回の撮像とが必要となる。一方で、合成輝度画像を使用すれば、４回の照明と４回の撮像とを実行すればよい。このように合成輝度画像を採用することで、短時間で複数の検査画像を処理する必要があるときにはプロセッサ８１０の処理負荷を軽減できる。また、画像の取得枚数が多くなればなるほどライン１の搬送速度を低下させる必要が生じるが、本実施例では、画像の取得枚数を削減できるため、ライン１の搬送速度の高速化も可能である。

記憶装置８２０は検査画像を記憶して保持してもよい。判定部８４０または画像処理部８３０は記憶装置８２０から検査画像を読み出して検査を実行し、検査結果に基づいてワーク２の良否を判定してもよい。なお、記憶装置８２０は内蔵メモリや可搬型記憶メディア、ネットワークストレージのいずれであってもよい。たとえば、可搬型記憶メディア、ネットワークストレージに検査画像を記憶すれば、検査画像を生成した装置とは異なる装置において検査処理を実行することも可能となろう。

記憶装置８２０はそれぞれ値の異なる特徴サイズを適用して生成された複数の検査画像を記憶してもよい。記憶装置８２０は、検査画像に加え、傾き画像および反射率画像のうち少なくとも一方を記憶してもよい。画像選択部８１６は複数の検査画像から１つの検査画像を選択してもよい。また、検査ツール設定部８１７は画像選択部８１６により選択された検査画像に対して検査ツールを設定してもよい。それぞれ値の異なる特徴サイズを適用して生成された複数の検査画像のうち検査に不要なものも存在しうる。よって、ユーザは検査ツールに応じて検査画像を設定してもよい。

図１５などを用いて説明したように、画像処理部８３０は良品から取得された基準画像を用いてパターンサーチを実行して検査領域を設定してもよい。判定部８４０は検査領域において実行された検査の結果を用いてワーク２の良否を判定してもよい。検査領域は、たとえば、文字認識領域である。

図１１、図２１ないし図２６を用いて説明したように、画像選択部８１６はカメラ４により取得された複数の輝度画像および検査画像のうち保存対象もしくは出力対象となる画像を選択してもよい。また、画像選択部８１６は複数の輝度画像、検査画像、照明装置３が備える複数の光源をすべて点灯させて取得された輝度画像および複数の輝度画像を合成して得られた合成輝度画像から保存対象もしくは出力対象となる画像を選択してもよい。さらに、画像選択部８１６はそれぞれ特徴サイズが異なる複数の検査画像から保存対象もしくは出力対象となる画像を選択してもよい。さらに、画像選択部８１６は複数の輝度画像、検査画像およびワーク２の表面の反射率を画素値とした反射率画像から保存対象もしくは出力対象となる画像を選択してもよい。このように検査に関連する画像を適宜選択できるようにすることで、所望の画像を保存または出力することが容易となろう。

画像を保存または出力する条件を設定する条件設定部８１９がさらに設けられてもよい。たとえば、図２２や図２６を用いて説明したように、条件設定部８１９は常に画像を保存または出力するモードと判定部８４０によりワーク２が良品ではないと判定されたときに画像を保存または出力するモードとのうちいずれかを設定してもよい。図２１ないし図２６を用いて説明したように、プロセッサ８１０は、判定部８４０が判定を終了した後でまたは前に画像を保存または出力する条件が満たされているかどうかを判断してもよい。たとえば、検査フローにおいて検査が終了した時点で画像を保存するかどうかが判断されてもよいし、検査フローのいずれかの工程で画像を保存するかどうかが判断されてもよい。とりわけ、後者の場合は検査フローの途中で生じる中間画像についても保存することが可能となろう。このような中間画像は検査に失敗した原因を探り、制御パラメータを調整する際に役立つであろう。

本実施例によれば、照明装置３は、略環状に配置された複数のＬＥＤ２８０３と、複数のＬＥＤ２８０３のそれぞれが出力する光を拡散させる光拡散部材２７０３と、点灯開始を指示されると所定の点灯パターンにしたがって複数の光源を点灯させる点灯制御部２９１１とを有している。とりわけ、照明装置３はカメラ４とは独立して移動することでワーク２に対する距離を調整する。これによりワークの種類や置き方に応じて照明装置３をワークから遠ざけて正反射光を利用したり、照明装置３をワークに近づけて拡散反射光を利用したりできるようになる。なお、点灯制御部２９１１などの照明コントローラ８０２は照明装置３の外部に配置されてもよい。

図２８（Ｃ）〜図２８（Ｅ）を用いて説明したように、複数のＬＥＤ２８０３のうち隣り合った２つのＬＥＤ２８０３の間には遮光部材２８０５が設けられてもよい。これにより隣り合った２つのＬＥＤ２８０３について光量の均一性と光源の独立性とのバランスが維持される。

照明装置３は、複数のＬＥＤ２８０３が実装された第一基板であるＬＥＤ基板２８０２と、点灯制御部２９１１が実装された第二基板である制御基板２８０１とを有していてもよい。基板を分離することで複数のＬＥＤ２８０３の発熱の影響を緩和できる。

図２７や図２８を用いて複数のＬＥＤ２８０３が円環状に配置される例を説明した。円環状配置は各照明方向から平行光を実現する上で有利である。なお、円環状は一例にすぎず、正多角形的な配置などが配置されてもよい。たとえば、１６個のＬＥＤ２８０３が正十六角形の各頂点に配置されてもよい。

照明装置３は、複数のＬＥＤ２８０３の点灯パターンを記憶した記憶部８０３を有していてもよい。点灯制御部２９１１は、制御信号やトリガー信号により点灯開始を指示されると記憶部８０３に記憶された点灯パターンにしたがって複数のＬＥＤ２８０３を点灯させてもよい。このように点灯制御部２９１１は記憶部８０３に記憶された点灯パターンデータ２９２０であって信号線８を介して受信した制御信号によって特定される点灯パターンデータ２９２０にしたがって複数のＬＥＤ２８０３を点灯させてもよい。よって、各ＬＥＤごとに信号線８を配置する場合と比較して、大幅に信号線の数を削減できるようになる。たとえば、１６個のＬＥＤ２８０３を画像処理装置５から制御しようとすると少なくとも１７本の信号線が必要となる。しかしながら、本実施例では点灯パターンを指示する制御信号を伝送できる信号線８を採用できるため、信号線の数を減らすことが可能となり、画像処理装置５と照明装置３とを接続するケーブルのコストを削減できる。

記憶部８０３は、それぞれ同時に点灯する光源の数が異なる複数の点灯パターン（Ｐ１やＰ３など）を記憶していてもよい。これにより光量を簡単に半分または２倍に変更することが可能となる。記憶部８０３は、それぞれ照明方向の数が異なる複数の点灯パターン（Ｐ１やＰ２など）を記憶していてもよい。これにより照明方向の異なる輝度画像を容易に得られるようになる。記憶部８０３は、それぞれ４方向から順番に検査対象物を照明する複数の点灯パターン（Ｐ１やＰ３、Ｐ５、Ｐ６）や８方向から順番に検査対象物を照明する点灯パターン（Ｐ２やＰ４）を記憶していてもよい。これにより光量を簡単に半分または２倍に変更することが可能となる。記憶部８０３は、複数の光源のすべてを同時に点灯させる点灯パターン（Ｐ５など）を記憶しておいてもよい。これにより簡単に全方向照明画像を得られるようになる。画像処理部８３０の推定部８３３は全方向照明画像からワーク２の位置を推定する。点灯パターンＰ５が示すように照明制御部８１２および撮像制御部８１３は第１タイミングにおいて複数のＬＥＤ２８０３のすべてを同時に点灯させてカメラ４に第１の輝度画像を取得させる。また、点灯パターンＰ５が示すように、照明制御部８１２および撮像制御部８１３は第Ｎタイミング（点灯パターンＰ５では６番目のタイミング）において複数のＬＥＤ２８０３のすべてを同時に点灯させてカメラ４段に第２の輝度画像を取得させる。推定部８３３は第１の輝度画像と第２の輝度画像とからワーク２の移動量を推定する。つまり、推定部８３３は、点灯パターンＰ５のうち第１タイミングの輝度画像と第６タイミングの輝度画像とから第２タイミングないし第５タイミングの輝度画像におけるワーク２の位置を推定する。フォトメトリック処理部８１１は、推定部８３３から各タイミングでのワーク２の移動量を取得して、第２タイミングないし第５タイミングの輝度画像におけるワーク２の位置が一致するように各輝度画像を補正し、補正した輝度画像から検査画像を作成する。ワーク２の位置を推定するには、全方向照明画像が有利であるため、点灯パターンＰ５のように複数のＬＥＤ２８０３のすべてを同時に点灯させることを含む点灯パターンが必要となる。

図２９を用いて説明したように、複数のＬＥＤ２８０３は、所定数（例：４個）のＬＥＤ２８０３ごとに光源グループを形成しており、各光源グループにおいて複数のＬＥＤ２８０３が直列に接続されていてもよい。複数のＬＥＤ２８０３ａ〜２８０３ｄのそれぞれには点灯制御部２９１１によってオン／オフを切り替え可能なスイッチ２９０３ａ〜２９０３ｄが並列に接続されている。これにより、点灯パターンに応じて自在に複数のＬＥＤ２８０３ａ〜２８０３ｄの点灯と非点灯とを切り替えることが可能となる。つまり、様々な点灯パターンを採用できる。

図２９を用いて説明したように、点灯制御部２９１１は、複数のＬＥＤ２８０３に電圧を供給する可変電源２９００と、複数のＬＥＤ２８０３に流れる電流を調整する可変定電流源２９０１と、可変定電流源２９０１のオン／オフを切り替えるメインスイッチ２９０３ｅを制御してもよい。つまり、図３０を用いて説明したように、点灯制御部２９１１は、可変電源が供給する電圧が十分に高くなってから、点灯パターンに応じて複数のＬＥＤ２８０３のそれぞれに並列に接続されているスイッチを切り替え、メインスイッチ２９０３ｅをオンに切り替えて点灯パターンに応じて複数のＬＥＤ２８０３のいずれかを点灯させてもよい。これにより点灯の高い応答性と電力効率の向上とを達成できるであろう。点灯制御部２９１１は、可変定電流源２９０１に過電圧が印加されないように可変定電流源２９０１からフィードバックされる電圧値に応じて可変電源２９００の電圧を制御してもよい。これにより可変定電流源２９０１を過電圧から保護できるようになろう。

図２などを用いて説明したように、照明装置３は、それぞれ光量が等しい光源のペアを少なくとも２つ含んでいる。図２においては、照明光Ｌ１と照明光Ｌ２とはそれぞれ光量が等しく、照明方向も１８０度異なっており、ペアを構成している。同様に、照明光Ｌ３と照明光Ｌ４とはそれぞれ光量が等しく、照明方向も１８０度異なっており、ペアを構成している。このように少なくとも２つの光源ペアを用意することで、精度よく、ワークの各表面の法線ベクトルや反射率を算出できるようになる。図３０などを用いて説明した点灯パターンについてもこのような光源ペアが形成されている。たとえば、点灯パターンＰ１、Ｐ３、Ｐ５、Ｐ６では２つの光源ペアが設けられており、点灯パターンＰ２、Ｐ４では４つの光源ペアが設けられている。

１…ライン、２…ワーク、３…照明装置、４…カメラ、５…画像処理装置、６…入力部、７…表示部

Claims

検査対象物を撮像する撮像手段と、
略環状に配置された複数の光源と、前記複数の光源の点灯パターンを記憶した記憶部と、前記記憶部に記憶された点灯パターンであって信号線を介して受信した制御信号によって特定される点灯パターンにしたがって前記複数の光源を点灯させる点灯制御部とを有し、前記撮像手段とは独立して移動することで前記検査対象物に対する距離を調整する照明手段と、
前記撮像手段により取得された複数の輝度画像をフォトメトリックステレオ法により合成して、当該検査対象物の表面の傾きまたは反射率に応じた複数の画素値を有する検査画像を生成する検査画像生成手段と、
前記検査画像を用いて前記検査対象物の良否を判定する判定手段と
を有することを特徴とする検査装置。
前記点灯パターンは、フォトメトリックステレオ法にしたがった点灯パターンであることを特徴とする請求項１に記載の検査装置。
前記照明手段はさらに通信部を有し、
前記照明手段の前記制御部は前記通信部により受信した情報に対応する点灯パターンを前記記憶部から読み出して使用することを特徴とする請求項１または２に記載の検査装置。
前記点灯パターンには、前記複数の光源のうち１回の点灯タイミングで同時に点灯する光源の識別情報が含まれていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の検査装置。
前記点灯パターンには、前記複数の光源の点灯順序を示す情報が含まれていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の検査装置。
前記記憶部は、それぞれ同時に点灯する光源の数が異なる複数の点灯パターンを記憶していることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の検査装置。
前記記憶部は、それぞれ照明方向の数が異なる複数の点灯パターンを記憶していることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載の検査装置。
前記記憶部は、それぞれ４方向から順番に前記検査対象物を照明する複数の点灯パターンを記憶していることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１項に記載の検査装置。
前記記憶部は、８方向から順番に前記検査対象物を照明する点灯パターンを記憶していることを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１項に記載の検査装置。
前記記憶部は、前記複数の光源のすべてを同時に点灯させる点灯パターンを記憶していることを特徴とする請求項１ないし９のいずれか１項に記載の検査装置。
第１タイミングにおいて前記複数の光源のすべてを同時に点灯させて前記撮像手段に第１の輝度画像を取得させ、第Ｎタイミングにおいて前記複数の光源のすべてを同時に点灯させて前記撮像手段に第２の輝度画像を取得させ、前記第１の輝度画像と前記第２の輝度画像とから前記検査対象物の移動量を推定する推定手段をさらに有し、
前記第１タイミングから前記第Ｎタイミングまでの間に存在する各タイミングにおいてフォトメトリックステレオ法にしたがって前記複数の光源のいずれかが点灯することを特徴とする請求項１０に記載の検査装置。
前記複数の光源は、所定数の光源ごとに光源グループを形成しており、各光源グループにおいて所定数の光源が直列に接続されており、
前記制御部は、前記点灯パターンに応じて定電流源を制御して各光源グループに電流を供給するとともに、前記定電流源に印加される電圧に応じて前記光源グループに電圧を供給する可変電源の出力電圧を調整することを特徴とする請求項１ないし１１のいずれか１項に記載の検査装置。
前記所定数の光源のそれぞれには並列にスイッチが接続されており、前記制御部は、当該スイッチを制御することで前記所定数の光源のそれぞれの消灯と点灯とを切り替えることを特徴とする請求項１２に記載の検査装置。
前記検査対象物の輝度画像を表示する表示手段と、
前記点灯パターンにおける点灯すべき光源を変更することで照明方向を調整する調整手段と
をさらに有することを特徴とする請求項１ないし１２のいずれか１項に記載の検査装置。
前記表示手段は、前記検査対象物の輝度画像と、当該輝度画像を取得したときに適用された照明方向を示すアイコンとを同時に表示することを特徴とする請求項１４に記載の検査装置。
前記調整手段により点灯すべき光源が変更されると、前記表示手段は前記輝度画像を更新して表示することを特徴とする請求項１４または１５に記載の検査装置。
前記複数の光源は、それぞれ光量が等しい光源のペアを少なくとも２つ含むことを特徴とする請求項１ないし１６のいずれか１項に記載の検査装置。