JP6917781B2 - 画像検査装置 - Google Patents

Description

本発明は、検査対象物を撮像した画像を用いて検査対象物の欠陥を検査する画像検査装置に関する。

従来より、検査対象物の表面に対し、照明部から光を照射して、反射光を撮像部で受光し、受光した光の輝度分布を解析して、検査対象物に存在する傷等の欠陥を検査する画像検査装置が知られている。この画像検査装置では、検査対象物の画像を正しく撮像できるよう、設置時に照明部及び撮像部の位置等が適切な位置になるように調整する必要がある。

特許文献１には、いわゆるデフレクトメトリの原理を応用した画像検査装置が開示されている。この画像検査装置は、照度が周期的に変化するパターン光を検査対象物に照射する照明部と、パターン光が照射されている検査対象物を撮像する撮像部とを備えている。照度分布の位相をシフトさせた複数のパターン光を照明部によって順次照射し、パターン光を照射する都度、撮像部によって検査対象物を撮像し、得られた複数の輝度画像に基づいて検査対象物の形状を示す位相データを生成する。得られた位相データに基づいて検査用画像を生成し、この検査用画像を用いることにより、検査対象物の形状に係る欠陥検査を行うことができるようになっている。

米国特許第６，１００，９９０号明細書

ところで、移動する検査対象物の検査速度を高速化するために、撮像部の撮像周期（ラインカメラの場合はライン撮像周期）を数μｓ程度に極めて短い時間とする場合には、パターン光の位相シフトも撮像周期に合わせて高速に行う必要がある。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、照度分布の位相を受光素子の配列方向及び検査対象物の移動方向の少なくとも一方向にシフトさせた複数のパターン光を生成して検査対象物に順次照射する場合に、高階調のパターン光を高速に位相シフトできるようにすることにある。

上記目的を達成するために、本発明では、一方向に移動する検査対象物を撮像した画像を用いて検査対象物の欠陥を検査する画像検査装置において、２次元状に配置された複数の発光ダイオードと当該発光ダイオードから照射された光を拡散させる拡散部材とを備えるとともに、周期的な照度分布を有するパターン光を生成して検査対象物に照射するパターン光照明部と、ライン状に配列された複数の受光素子を有するとともに該受光素子の配列方向が検査対象物の移動方向と直交する方向となるように設置可能なラインカメラを有する撮像部と、上記パターン光照明部に照明トリガ信号を送信するトリガ信号送信部と、上記複数の発光ダイオードに流す電流値を上記トリガ信号送信部から送信された上記照明トリガ信号に基づいて制御することにより、照度分布の位相を上記受光素子の配列方向及び検査対象物の移動方向にシフトさせた複数のパターン光を上記パターン光照明部に生成させて検査対象物に順次照射させ、当該パターン光が照射されるタイミングで検査対象物を撮像して複数のライン画像を得るように上記パターン光照明部及び上記撮像部を制御する撮像制御部と、デフレクトメトリの原理に基づいて上記撮像部が撮像した上記複数のライン画像から検査対象物の表面の１ライン分の位相データを生成し、当該位相データに基づいて検査対象物の形状を示す検査用画像を生成する画像生成部とを備えている構成とすることができる。

ここで、ＬＥＤを調光する手段としては、ＰＷＭ調光（パルス幅変調）と電流値制御があるが、ＰＷＭ調光では数μｍオーダーの高速位相シフトを試みようとしても困難である。これに対し、本発明によれば、照明トリガ信号に基づいて複数の発光ダイオードに流す電流値が制御される。つまり、ＰＷＭ調光ではなく、電流値制御により、照度分布の位相をラインカメラの受光素子の配列方向及び検査対象物の移動方向の少なくとも一方向にシフトさせた複数のパターン光を生成することができる。そして、生成したパターン光を検査対象物に順次照射してパターン光が照射されるタイミングで検査対象物を撮像して複数のライン画像を得ることができる。複数のライン画像に基づいて１ライン分の位相データを生成することができ、当該位相データに基づいて検査対象物の形状に係る検査用画像を生成し、この検査用画像を用いて検査対象物を検査することができる。

上記パターン光照明部の照明条件を記憶する照明条件記憶部が上記パターン光照明部に組み込まれており、上記パターン光照明部は、上記照明トリガ信号を受信すると、上記照明条件記憶部に記憶された照明条件に従って検査対象物を照明するように構成することができる。

また、上記パターン光照明部の上記発光ダイオードに流す電流を制御する電流制御部が上記パターン光照明部に組み込まれており、上記電流制御部は、上記照明トリガ信号を受信可能に構成され、上記照明トリガ信号を受信すると、上記照明条件記憶部に記憶された照明条件に従って上記発光ダイオードに流す電流値を制御することができる。

また、上記パターン光照明部には、上記受光素子の配列方向及び検査対象物の移動方向の一方向に並ぶように配置されて直列接続された複数の発光ダイオードからなる複数の第１発光ダイオード列と、上記受光素子の配列方向及び検査対象物の移動方向の他方向に並ぶように配置されて直列接続された複数の発光ダイオードからなる複数の第２発光ダイオード列とが形成され、上記複数の第１発光ダイオード列は互いに平行に配置され、上記複数の第２発光ダイオード列は互いに平行に配置することができる。

また、上記第１発光ダイオード列を構成している発光ダイオードに流す電流を制御する上記電流制御部は、Ｄ／Ａコンバータと、上記第１発光ダイオード列ごとに設けられ、該Ｄ／Ａコンバータから出力された電圧を所定のサンプリングパルスに基づいてサンプルホールドして出力するサンプルホールド回路と、上記第１発光ダイオード列ごとに設けられ、該サンプルホールド回路でサンプルされた電圧を、対応する大きさの電流値に変換し、当該電流値の電流を上記発光ダイオードに流す変換回路とを備えている構成とすることができる。

本発明によれば、照度分布の位相を受光素子の配列方向及び検査対象物の移動方向の少なくとも一方向にシフトさせた複数のパターン光を生成して検査対象物に順次照射する場合に、高速かつ高階調でパターン光の位相シフトを行うことができる。

実施形態１に係る画像検査装置の運用状態を模式的に示す図である。 実施形態１に係る画像検査装置のブロック図である。 パターン光照明部の発光部の正面図である。 第１発光ダイオード列を示す図である。 第２発光ダイオード列を示す図である。 照度分布の位相を９０゜ずつ変化させた４種類のＹ方向パターン光の照射状態を示す図である。 照度分布の位相を９０゜ずつ変化させた４種類のＸ方向パターン光の照射状態を示す図である。 ワークが円柱状の部材である場合の撮像部とパターン光照明部との位置関係を示す図である。 ワークが透光性を有する部材である場合の撮像部とパターン光照明部との位置関係を示す図である。 照明設置方法選択用インターフェースを示す図である。 カメラ上下確認用インターフェースを示す図である。 カメラ姿勢確認用インターフェースを示す図である。 ワーク移動方向選択用インターフェースを示す図である。 照明方向選択用インターフェースを示す図である。 ケーブル引き出し方向選択用インターフェースを示す図である。 受光素子とパターン光照明部との位置関係情報を取得する際に照射する第１のパターン光及び第２のパターン光を示す図である。 信号線が左方向に出るようにパターン光照明部が配置されている場合の第１画像及び第２画像を示す図である。 信号線が上方向に出るようにパターン光照明部が配置されている場合の第１画像及び第２画像を示す図である。 信号線が下方向に出るようにパターン光照明部が配置されている場合の第１画像及び第２画像を示す図である。 信号線が右方向に出るようにパターン光照明部が配置されている場合の第１画像及び第２画像を示す図である。 エリアカメラを使用した場合の受光素子とパターン光照明部との位置関係情報を取得する要領を説明する図である。 情報取得部の他の形態に係る撮像部及びパターン光照明部を示す図である。 方向選択用インターフェースを示す図である。 検査用画像の生成手順を示すフローチャートである。 デフレクトメトリの原理を応用した検査用画像の生成手順を模式的に示す図である。 実際の輝度画像の例を示す図である。 簡易欠陥抽出の概念を模式的に示す図である。 欠陥抽出用インターフェースを示す図である。 検査用画像の一部を拡大して表示した場合の図２５相当図である。 欠陥部の強制抽出を行う場合の図２５相当図である。 しきい値設定時にヒストグラムとピンを表示させた例を示す図である。 検査用画像の例を示す図である。 各検査用画像に対するフィルタの適否を示す表である。 フィルタ処理のパラメータ設定用インターフェースを示す図である。 フィルタ処理前とフィルタ処理後の検査用画像の変化を示す図である。 背景選択を複数回行う場合のフローチャートである。 パターン光照明部と撮像部との位置関係が正しい場合と間違っている場合の検査用画像の例を示す図である。 撮像トリガ信号及び照明トリガ信号とエンコーダパルスとの関係を示すタイムチャートである。 パターン光照明部の電流制御部の回路構成の一部を示す図である。 電流制御部による電流値制御方法を説明する図である。 実施形態２に係る画像検査装置のブロック図である。 実施形態３に係る画像検査装置のブロック図である。 エッジ生成方法を示すフローチャートである。 エッジ上にポインタを置いた状態を示す検査用画像である。 初期座標を表示した状態を示す検査用画像である。 セグメントを形成してエッジ位置を求める方法を模式的に示す図である。 セグメント内の画素を投影してエッジ位置を求める方法を模式的に示す図である。 連結処理を実行して輪郭を特定した状態を示す図である。 ２つの輪郭が接近している場合の連結処理方法を示す図である。 ２つの輪郭が接近している場合の別の連結処理方法を示す図である。 輪郭の曲率が小さい場合の処理方法を示す図である。 検査対象物がビード等である場合を示す図である。 両側の輪郭特定方法を示すフローチャートである。 両側の輪郭特定方法において制御点Ｐ０を求める方法を模式的に示す図である。 両側の輪郭特定方法においてセグメントを形成してエッジ位置を求める方法を模式的に示す図である。 実施形態４に係る画像検査装置のブロック図である。 ワークの一部を検査対象領域とする手順を説明する図である。 ワークのほぼ全部を検査対象領域とする手順を説明する図である。 複数の部分検査用画像を撮像して検査対象領域を設定する手順を説明する図である。 実施形態の変形例１に係る図２相当図である。 実施形態の変形例２に係る図２相当図である。 実施形態の変形例３に係る図２相当図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。尚、以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。

（実施形態１）
（画像検査装置１の全体構成）
図１は、本発明の実施形態に係る画像検査装置１の運用状態を模式的に示すものである。画像検査装置１は、一方向に移動するワークＷ（検査対象物）を撮像した画像を用いてワークＷの欠陥を検査するように構成されており、具体的には、複数のパターン光をワークＷに対して照射するパターン光照明を実行するパターン光照明部２と、撮像部３と、制御ユニット４と、表示部５と、キーボード６及びマウス７とを少なくとも備えているが、これら以外の機器を備えることもできる。たとえば、制御ユニット４には、プログラマブル・ロジック・コントローラ（ＰＬＣ）等からなる外部制御機器８が接続されている。この外部制御機器８は、画像検査装置１の一部を構成するものとしてもよい。また、外部制御機器８は、画像検査装置１の構成要素としなくてもよい。

図１では、複数のワークＷが搬送用ベルトコンベアＢの上面に載置された状態で図１における白抜き矢印で示す方向へ搬送されている場合を示している。ワークＷは検査対象物である。外部制御機器８は、搬送用ベルトコンベアＢ及び画像検査装置１をシーケンス制御するための機器であり、汎用のＰＬＣを利用することができる。

尚、この実施形態の説明では、搬送用ベルトコンベアＢによるワークＷの搬送方向（ワークＷの移動方向）をＹ方向とし、搬送用ベルトコンベアＢの平面視でＹ方向に直交する方向をＸ方向とし、Ｘ方向及びＹ方向に直交する方向（搬送用ベルトコンベアＢの上面に直交する方向）をＺ方向と定義するが、これは説明の便宜を図るために定義するだけである。

画像検査装置１は、ワークＷの外観検査、即ちワークＷの表面の傷、汚れ、打痕等の欠陥の有無を検査する場合に使用することができるものである。画像検査装置１は、その運用時において、外部制御機器８から信号線を介して、欠陥検査の開始タイミングを規定する検査開始トリガ信号を受信する。画像検査装置１は、この検査開始トリガ信号に基づいてワークＷの撮像及び照明等を行って所定の処理後、検査用画像を得る。その後、検査結果は、信号線を介して外部制御機器８へ送信される。このように、画像検査装置１の運用時には、画像検査装置１と外部制御機器８との間で、信号線を介して検査開始トリガ信号の入力と検査結果の出力が繰り返し行われる。なお、検査開始トリガ信号の入力や検査結果の出力は、上述したように、画像検査装置１と外部制御機器８との間の信号線を介して行ってもよいし、それ以外の図示しない信号線を介して行ってもよい。例えば、ワークＷの到着を検知するためのセンサと画像検査装置１とを直接的に接続し、そのセンサから画像検査装置１へ検査開始トリガ信号を入力するようにしてもよい。

また、画像検査装置１は、専用のハードウェアで構成する他、汎用の機器にソフトウェアをインストールしたもの、たとえば汎用もしくは専用のコンピュータに画像検査プログラムをインストールした構成としてもよい。以下の例では、グラフィックボードなどのハードウェアを画像検査処理に特化させた専用のコンピュータに、画像検査プログラムをインストールした構成とした場合について説明する。

（パターン光照明部２の構成）
パターン光照明部２は、周期的な照度分布を有するパターン光をワークＷに照射するためのものであり、たとえば複数の発光ダイオード、液晶パネル、有機ＥＬパネル、デジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）等で構成することができ、単に照明部と呼ぶこともできる。液晶パネル、有機ＥＬパネル、ＤＭＤについては図示しないが、従来から周知の構造のものを用いることができる。パターン光照明部２は、制御ユニット４に対して信号線１００ａを介して接続されており、撮像部３及び制御ユニット４から離して設置することができるようになっている。

パターン光照明部２に複数の発光ダイオードを用いる場合には、複数の発光ダイオードをドットマトリクス状に配置して電流値制御によって周期的な照度分布を有するパターン光を生成することができる。液晶パネル及び有機ＥＬパネルの場合は、各パネルを制御することで各パネルから照射される光が周期的な照度分布を有するパターン光となるようにすることができる。デジタルマイクロミラーデバイスの場合は、内蔵された微小鏡面を制御することで周期的な照度分布を有するパターン光を生成して照射することができる。尚、パターン光照明部２の構成は上述したものに限られるものではなく、周期的な照度分布を有するパターン光を生成することができる機器や装置等であれば使用することができる。

以下、パターン光照明部２に複数の発光ダイオードを用いる場合について詳細に説明する。この場合、パターン光照明部２は、２次元状に配置された複数の発光ダイオード２０、２１を基板２３ａに実装してなる発光部２３（図３に示す）と、発光ダイオード２０、２１から照射された光を拡散させる拡散部材２４（図１、図５Ａ、図５Ｂに示す）とを備えている。発光部２３は全体として略矩形状をなしている。発光部２３の発光面は、該発光部２３のＸ方向の中央部を通ってＹ方向に延びる仮想区画線Ｊ１と、発光部２３のＹ方向の中央部を通ってＸ方向に延びる仮想区画線Ｊ２とによって仮想的に第１〜第４領域Ｓ１〜Ｓ４に分けることができるようになっている。第１〜第４領域Ｓ１〜Ｓ４は全て同じ大きさの略矩形状である。各領域Ｓ１〜Ｓ４をブロックと呼ぶこともでき、１ブロックは、ＬＥＤが１２個×１２列×２方向からなる。

第１領域Ｓ１には、図４Ａに示すようにＹ方向に等間隔に並ぶように配置されて直列接続された複数の発光ダイオード２０からなる１２列の第１発光ダイオード列Ａ１〜Ａ１２と、図４Ｂに示すようにＸ方向に等間隔に並ぶように配置されて直列接続された複数の発光ダイオード２１からなる１２列の第２発光ダイオード列Ｂ１〜Ｂ１２とが形成されている。図３に示すように、第１領域Ｓ１における第１発光ダイオード列Ａ１〜Ａ１２の並び方向はＸ方向であり、互いに平行に配置されている。各第１発光ダイオード列Ａ１〜Ａ１２には、個別に電力が供給されるようになっている。

図３に示すように、第１領域Ｓ１における第２発光ダイオード列Ｂ１〜Ｂ１２の並び方向はＹ方向であり、互いに平行に配置されている。各第２発光ダイオード列Ｂ１〜Ｂ１２には、個別に電力が供給されるようになっている。

第１発光ダイオード列Ａ１〜Ａ１２及び第２発光ダイオード列Ｂ１〜Ｂ１２は、第１領域Ｓ１内で互いに交差するように配置されることになる。第１発光ダイオード列Ａ１〜Ａ１２を構成する発光ダイオード２０と、第２発光ダイオード列Ｂ１〜Ｂ１２を構成する発光ダイオード２１とが、光の照射方向には重ならないように配置されている。これにより、第１領域Ｓ１内で複数の発光ダイオード２０、２１がドットマトリクス状に配置されることになる。

１２個の発光ダイオード２０、２１を直列に接続して各列Ａ１〜Ａ１２、Ｂ１〜Ｂ１２を構成しているので、発光ダイオード２０、２１毎に制御線を設けることなく、制御線は各列に１組で済む。また、第２領域Ｓ２、第３領域Ｓ３及び第４領域Ｓ４の各領域も第１領域Ｓ１と同様に、第１発光ダイオード列Ａ１〜Ａ１２及び第２発光ダイオード列Ｂ１〜Ｂ１２が互いに交差するように配置されている。つまり、この実施形態では、発光ダイオード２０、２１の数を増やして発光部２３の光源を緻密に配置しながら、制御対象となる発光ダイオード列は、第１領域Ｓ１の第１発光ダイオード列Ａ１〜Ａ１２及び第２発光ダイオード列Ｂ１〜Ｂ１２と、第２領域Ｓ２の第１発光ダイオード列Ａ１〜Ａ１２及び第２発光ダイオード列Ｂ１〜Ｂ１２と、第３領域Ｓ３の第１発光ダイオード列Ａ１〜Ａ１２及び第２発光ダイオード列Ｂ１〜Ｂ１２と、第４領域Ｓ４の第１発光ダイオード列Ａ１〜Ａ１２及び第２発光ダイオード列Ｂ１〜Ｂ１２の合計９６列分（１２列×２×４領域）の制御で済む。

第１領域Ｓ１の第２発光ダイオード列Ｂ１〜Ｂ１２と、第２領域Ｓ２の第２発光ダイオード列Ｂ１〜Ｂ１２とは、それぞれ、Ｘ方向に延びる同一直線上に並ぶように配置されている。第３領域Ｓ３の第２発光ダイオード列Ｂ１〜Ｂ１２と、第４領域Ｓ４の第２発光ダイオード列Ｂ１〜Ｂ１２とは、それぞれ、Ｘ方向に延びる同一直線上に並ぶように配置されている。

また、第１領域Ｓ１の第１発光ダイオード列Ａ１〜Ａ１２と、第３領域Ｓ２の第１発光ダイオード列Ａ１〜Ａ１２とは、それぞれ、Ｙ方向に延びる同一直線上に並ぶように配置されている。第２領域Ｓ２の第１発光ダイオード列Ａ１〜Ａ１２と、第４領域Ｓ４の第１発光ダイオード列Ａ１〜Ａ１２とは、それぞれ、Ｙ方向に延びる同一直線上に並ぶように配置されている。

図５Ａ、図５Ｂ等に示す拡散部材２４は、第１〜第４領域Ｓ１〜Ｓ４の発光ダイオード２０、２１の全てを覆うことができるように配置された透光性板材で構成されている。拡散部材２４を構成する板材は周知のものを用いることができ、入射した光を拡散させて出射させることができる。

第１〜第４領域Ｓ１〜Ｓ４の第１発光ダイオード列Ａ１〜Ａ１２及び第２発光ダイオード列Ｂ１〜Ｂ１２に流す電流値を個別に制御することで、図５Ａに示すようにＹ方向に照度が変化してＸ方向には照度が均一なＹ方向パターン光と、図５Ｂに示すようにＸ方向に照度が変化してＹ方向には照度が均一なＸ方向パターン光とを生成することができる。発光ダイオード２０、２１が上述のようにドットマトリクス状に配置されているので、発光部２３においては、光源が点状に配置されることになるが、拡散部材２４を設けることで、各発光ダイオード２０、２１の光が拡散して外部に照射されることになり、各図に示すように外部から見ると照度が徐々に変化したパターン光にすることができる。

また、各発光ダイオード２０、２１の制御としては、たとえばＰＷＭ制御や電流値による制御（電流値制御）があるが、電流値制御とするのが特に好ましい。電流値制御とすることで、発光ダイオード２０、２１が持っている応答速度の速さを十分に活かした素早い照度変化を実現でき、たとえば、あるパターン光を別のパターン光に切り替える時間間隔を２μ秒程度の短い間隔にすることができる。

尚、全ての発光ダイオード２０、２１に同じ電流値の電流を流すことで照度分布が面内で均一な光を照射することもできる。全ての発光ダイオード２０、２１に流す電流値を同じにして変化させていくと、暗い面発光状態から明るい面発光状態まで発光状態を変化させることができる。

図５Ａに示すＹ方向パターン光の場合、明暗がＹ方向に変化しているので、縞模様がＹ方向に繰り返されるパターン光という表現とすることもできる。Ｙ方向パターン光を生成する場合に、照度分布の位相をＹ方向にシフトさせることにより、照度分布の位相が異なった複数のＹ方向パターン光を生成することができる。Ｙ方向パターン光の照度分布をｓｉｎ波形に近似した波形で表すこともでき、この場合、たとえば位相を９０゜ずつ変化させて、０゜の場合のＹ方向パターン光、９０゜の場合のＹ方向パターン光、１８０゜の場合のＹ方向パターン光、２７０゜の場合のＹ方向パターン光を生成することができる。

また、図５Ｂに示すＸ方向パターン光の場合、明暗がＸ方向に変化しているので、縞模様がＸ方向に繰り返されるパターン光という表現とすることもできる。Ｘ方向パターン光を生成する場合に、照度分布の位相をＸ方向にシフトさせることにより、照度分布の位相が異なった複数のＸ方向パターン光を生成することができる。Ｘ方向パターン光の照度分布をｓｉｎ波形に近似した波形で表すこともでき、この場合、たとえば位相を９０゜ずつ変化させて、０゜の場合のＸ方向パターン光、９０゜の場合のＸ方向パターン光、１８０゜の場合のＸ方向パターン光、２７０゜の場合のＸ方向パターン光を生成することができる。つまり、パターン光照明部２は、異なる照明態様でワークＷを照明することができる。

後述するデフレクトメトリ処理を行う場合、ワークＷに照射するパターン光はｓｉｎ波形だけでなく、三角波等のパターン光でも可能である。

また、発光部２３の一辺の長さは、たとえば１００ｍｍに設定することができる。１００ｍｍ四方の内側に発光ダイオード２０、２１が縦２４個、横２４個配置されることになる。発光ダイオード２０、２１を電流値制御することで、高速にかつ高階調のパターン光を生成することができる。尚、発光部２３の一辺の長さ、発光ダイオード２０、２１の数、列の数、発光部２３の領域の数は一例であり、特に限定されるものではない。パターン光の照度分布をｓｉｎ波形に近似した波形で表すことができる場合、発光部２３の一辺の長さをｓｉｎ波形の一波長分とすることができる。

（撮像部３の構成）
図２に示すように、撮像部３は、ライン状に配列された複数の受光素子３ａを有するとともに該受光素子３ａの配列方向がワークＷの移動方向（Ｙ方向）と直交する方向（Ｘ方向）となるように設置可能なラインカメラ３１と、集光系光学系３２とを有している。受光素子３ａは、集光系光学系３２を通して得られた光の強度を電気信号に変換するＣＣＤ(charge-coupled device)やＣＭＯＳ（complementary metal oxide semiconductor）等の撮像素子からなるイメージセンサである。集光系光学系３２は、外部から入射する光を集光するための光学系であり、典型的には一以上の光学レンズを有している。

撮像部３は、制御ユニット４に対して、パターン光照明部２の信号線１００ａとは別の信号線１００ｂを介して接続されており、パターン光照明部２及び制御ユニット４から離して設置することができるようになっている。つまり、撮像部３は、パターン光照明部２とは独立して設置可能に構成されている。パターン光照明部２の信号線１００ａから撮像部３の信号線１００ｂを分岐させてもよい。

撮像部３には、制御ユニット４の制御部４１から送信される撮像トリガ信号が信号線１００ｂを介して入力されるようになっている。撮像部３は、撮像トリガ信号を受信したら、その都度、撮像を実行するように構成されている。撮像トリガ信号については後述する。

図１に示すように、平面形のワークＷの場合、パターン光照明部２からワークＷの表面に向けて照射されたパターン光が該ワークＷの表面で反射して撮像部３の集光系光学系３２に入射するように、撮像部３とパターン光照明部２との位置関係を設定することができる。

また、図６Ａに示すように、ワークＷが円柱状の部材である場合にも、パターン光照明部２からワークＷの表面に向けて照射されたパターン光が該ワークＷの表面で反射して撮像部３の集光系光学系３２に入射するように、撮像部３とパターン光照明部２との位置関係を設定することができる。

また、図６Ｂに示すように、ワークＷが透明フィルムやシートのように透光性を有する部材である場合、パターン光照明部２からワークＷの表面に向けて照射されたパターン光が該ワークＷを透過して撮像部３の集光系光学系３２に入射するように、撮像部３とパターン光照明部２との位置関係を設定することができる。

上記したいずれの場合も、ワークＷの表面で反射した正反射成分が撮像部３の集光系光学系３２に入射するように、パターン光照明部２と撮像部３とを配置する。

図１に示す撮像部３とパターン光照明部２との位置関係及び図６Ａに示す撮像部３とパターン光照明部２との位置関係は、それぞれ、パターン光照明部２から照射されてワークＷで反射されたパターン光をラインカメラ３１の受光素子３ａが受光する反射光受光の位置関係である。

一方、図６Ｂに示す撮像部３とパターン光照明部２との位置関係は、パターン光照明部２から照射されて検査対象物を透過したパターン光をラインカメラ３１の受光素子３ａが受光する透過光受光の位置関係である。この場合、パターン光の反射回数は０回になる。

反射光受光の位置関係ではパターン光の反射回数は１回になり、透過光受光の位置関係ではパターン光の反射回数は０回になる。また、撮像部３にラインカメラ３１ではなく、エリアカメラ（受光素子がＸ方向とＹ方向に並ぶように配置されたカメラ）を用いることもでき、このエリアカメラの場合は、同軸照明という形態も可能である。この場合、反射光設置とするのにハーフミラーでの反射が加わるため、反射回数は２回となる。パターン光の反射回数を使用者に入力させることによって、反射光受光の位置関係にあるか否か、透過光受光の位置関係にあるか否かを判定することもできる。

図２に示すように、撮像部３には、ＬＥＤポインタ３４が設けられている。ＬＥＤポインタ３４は、集光系光学系３２の軸方向にポインタ光を照射するためのものであり、制御ユニット４からの制御信号によって照射状態と非照射状態とに切り替えることもできるように構成されている。ポインタ光の照射形態の例としては、たとえば図８に示すように、ラインカメラ３１の上下方向を確認するための形態にすることができる。図８では、ラインカメラ３１の上側と下側とにポインタ光をそれぞれ照射し、上側を連続点灯、下側を点滅させている。ポインタ光はどのような形態であってよく、たとえば文字等をポインタ光とすることもできる。ラインカメラ３１を受光側から見て受光素子３ａの配列方向と直交する方向をラインカメラ３１の上下方向とすることができる。

また、図２に示すように、撮像部３には、重力加速度を検出する重力加速度センサ３５が設けられている。重力加速度センサ３５は、撮像部３の姿勢（集光系光学系３２の軸方向と水平面とのなす角度、集光系光学系３２の軸方向と鉛直面とのなす角度等）を把握するためのものであり、重力加速度センサ３５の出力値を利用して従来から周知の手法に従って撮像部３の姿勢をほぼリアルタイムで得ることができる。

（表示部５の構成）
表示部５は、たとえば有機ＥＬディスプレイや液晶ディスプレイ等からなるものである。表示部５は、制御ユニット４に接続され、たとえば、撮像部３で撮像された画像、撮像部３で撮像した画像に基づいて生成された各種画像、ワークＷの欠陥検査結果、操作用のインターフェース、各種設定用のインターフェース、設定値等を表示させることができるように構成されている。表示部５には、一度に複数の検査用画像等を表示させることもできるようになっている。

表示部５をタッチパネルとすることで、表示部５に各種情報の入力機能を持たせることができる。

（キーボード６及びマウス７の構成）
キーボード６及びマウス７は、従来から周知のコンピュータ操作用の機器であり、制御ユニット４が有する入力情報受付部４４（図２に示す）に接続されている。キーボード６またはマウス７の操作により、各種情報を制御ユニット４に入力することができるとともに、表示部５に表示されている画像等を選択することができる。

具体的には、キーボード６またはマウス７の操作により、ラインカメラ３１の受光素子３ａの配列方向に対するワークＷの移動方向に関する移動方向情報と、ラインカメラ３１の受光素子３ａとパターン光照明部２との位置関係に関する位置関係情報とを入力情報受付部４４に入力すると、入力情報受付部４４が入力された移動方向情報及び位置関係情報を受け付けることができるようになっている。キーボード６、マウス７及び入力情報受付部４４は、本発明の情報取得部９である。

移動方向情報は、図１に例示しているワークＷの移動方向であり、白抜きの矢印の方向か、白抜きの矢印とは反対方向かのいずれかとすることができる。この移動方向情報には、ラインカメラ３１を受光側から見て受光素子３ａの配列方向と直交する方向をラインカメラ３１の上下方向としたとき、ラインカメラ３１の上下方向と、ワークＷの移動方向とを含むことができる。また、位置関係情報は、上述した反射光受光の位置関係と、透過光受光の位置関係とを含んでいる。

尚、キーボード６及びマウス７の代わり、またはキーボード６及びマウス７に加えて、たとえば、音声入力機器、タッチ操作パネル等のコンピュータ操作用の機器を使用することもできる。

（制御ユニット４の構成）
制御ユニット４は、画像検査装置１の各部を制御するためのユニットであり、ＣＰＵやＭＰＵ、システムＬＳＩ、ＤＳＰや専用ハードウェア等で構成することができる。制御ユニット４は、後述するように様々な機能を搭載しているが、これらは論理回路によって実現されていてもよいし、ソフトウェアを実行することによって実現されていてもよい。

図２に示すように、制御ユニット４は、フィルタ処理部４０と、制御部４１と、画像生成部４２と、ＵＩ生成部４３と、入力情報受付部４４と、画像解析部４５と、操作受付部４６と、表示制御部４７と、位置指定受付部４８と、設定部４９とを有している。制御ユニット４には、記憶装置１０が接続されている。記憶装置１０は、画像検査装置１の構成要素の一部とすることもできるし、画像検査装置１とは別の装置とすることもできる。記憶装置１０は、半導体メモリやハードディスク等で構成することができる。また、記憶装置１０には、ＣＤ−ＲＯＭやＤＶＤ−ＲＯＭ等の各種記憶媒体に記憶されている情報を読み取り可能な読み取り装置を設けることもできる。

（ＵＩ生成部４３の構成）
ＵＩ生成部４３は、表示部５に表示させる各種インターフェースを生成するための部分であり、このＵＩ生成部４３で生成された各種インターフェースは、制御ユニット４から表示部５に出力されて表示部５に表示される。

ＵＩ生成部４３で生成されるインターフェースは、たとえば図７に示す照明設置方法選択用インターフェース５０、図８に示すカメラ上下確認用インターフェース５１、図９に示すカメラ姿勢確認用インターフェース５２、図１０に示すワーク移動方向選択用インターフェース５３、図１１に示す照明方向選択用インターフェース５４がある。インターフェース５０〜５４は、画像検査装置１を運用する前に行われる該画像検査装置１の設定時に表示部５に表示される。

図７に示す照明設置方法選択用インターフェース５０は、ラインカメラ３１の受光素子３ａとパターン光照明部２との位置関係情報を入力するためのインターフェースであり、受光素子３ａとパターン光照明部２との位置関係が、反射光受光の位置関係と、透過光受光の位置関係とのいずれであるかを入力可能に構成されている。照明設置方法選択用インターフェース５０には、反射光受光の位置関係を模式的に示すための反射光設置イラスト５０ａと、透過光受光の位置関係を模式的に示すための透過光設置イラスト５０ｂが表示されている。使用者は、表示部５に表示されている反射光設置イラスト５０ａ及び透過光設置イラスト５０ｂを見て、実際の現場に設置されている受光素子３ａとパターン光照明部２との位置関係と同じ位置関係になっているイラストをマウス７等で選択すればよいので、入力間違いが起こりにくくなる。使用者の入力操作は、入力内容が入力情報受付部４４によって受け付けられる。これにより、位置関係情報を容易にかつ誤ることなく入力することができる。

図８に示すカメラ上下確認用インターフェース５１は、ラインカメラ３１の上下方向を確認するためのインターフェースである。撮像部３のＬＥＤポインタ３４からポインタ光を照射したときに、点滅する側がラインカメラ３１の下側であることが使用者に分かるように、ポインタ光を含むイラスト５０ａが表示されるようになっている。また、どちら側がラインカメラ３１の下側であるか文章で記載されている。

図９に示すカメラ姿勢確認用インターフェース５２もラインカメラ３１の上下方向を確認するためのインターフェースである。カメラ姿勢確認用インターフェース５２には、撮像部３の重力加速度センサ３５により得られた撮像部３の現在の姿勢を模式的に表示する姿勢表示領域５２ａが組み込まれている。姿勢表示領域５２ａには、撮像部３を背面から見たときの水平面に対する傾きを示す背面図５２ｂと、撮像部３を側面から見たときの鉛直面に対する傾きを示す側面図５２ｃと、撮像部３を上面から見たときの姿勢を示す上面図５２ｄとが表示される。使用者は、姿勢表示領域５２ａに表示されている各図５２ｂ、５２ｃ、５２ｄを見ることでラインカメラ３１の上下方向を確認することができる。

図１０に示すワーク移動方向選択用インターフェース５３は、ワークＷの移動方向を選択して入力するためのインターフェースである。ワーク移動方向選択用インターフェース５３には、図８に示すカメラ上下確認用インターフェース５１を組み込むことができる。ワーク移動方向選択用インターフェース５３には、ラインカメラ３１の下側（底面側）から上側に向かってワークＷが移動する様子を示す上方向移動イラスト５３ａと、ラインカメラ３１の上側から下側に向かってワークＷが移動する様子を示す下方向移動イラスト５３ｂとが表示されている。使用者は、表示部５に表示されているカメラ上下確認用インターフェース５１を見てラインカメラ３１の上下方向を把握した上で、上方向移動イラスト５３ａと、下方向移動イラスト５３ｂとを見てワークＷのラインカメラ３１に対する移動方向を選択して入力することができる。

図１１に示す照明方向選択用インターフェース５４は、ラインカメラ３１とパターン光照明部２との位置関係を選択して入力するためのインターフェースである。照明方向選択用インターフェース５４は、使用者がラインカメラ３１の向き（上側または下側がどちらであるか）を知っていることを前提として表示することができるものであり、ラインカメラ３１に対するパターン光照明部２の向きを複数のイラストの中から選択することができるように構成されている。

すなわち、照明方向選択用インターフェース５４には、パターン光照明部２をラインカメラ３１に対して信号線１００ａが左側へ出るように配置した状態を示す第１のイラスト５４ａと、パターン光照明部２をラインカメラ３１に対して信号線１００ａが上側へ出るように配置した状態を示す第２のイラスト５４ｂと、パターン光照明部２をラインカメラ３１に対して信号線１００ａが下側へ出るように配置した状態を示す第３のイラスト５４ｃと、パターン光照明部２をラインカメラ３１に対して信号線１００ａが右側へ出るように配置した状態を示す第４のイラスト５４ｄとが表示されている。使用者は、表示部５に表示されている第１〜第４のイラスト５４ａ〜５４ｄを見て、実際の現場に設置されているラインカメラ３１とパターン光照明部２との位置関係を選択して入力することができる。

ＵＩ生成部４３で生成されるインターフェースは、図１２に示すケーブル引き出し方向選択用インターフェース５５を含むことができる。「ケーブル」とは、パターン光照明部２に接続されている信号線１００ａのことである。ケーブル引き出し方向選択用インターフェース５５は、いわゆるプルダウンメニューボタンを含む形態として構成することができる。このケーブル引き出し方向選択用インターフェース５５は、使用者がラインカメラ３１の向き（上側または下側がどちらであるか）を知っていることを前提として表示することができるものであり、ラインカメラ３１に対するパターン光照明部２の向きを複数の選択肢の中から選択することができるように構成されている。

すなわち、ケーブル引き出し方向選択用インターフェース５５のプルダウンメニュー５５ａには、「基準方向」、「時計回りに９０゜」、「時計回りに１８０゜」及び「時計回りに２７０゜」の４つの選択肢が含まれている（図１２では「基準方向」のみ表示した状態となっている）。ここで、「基準方向」とは、図１１に示す照明方向選択用インターフェース５４の第１のイラスト５４ａで示す方向（左方向）に信号線１００ａが出るようにパターン光照明部２を配置した状態のときに選択する選択肢である。「時計回りに９０゜」とは、上方向に信号線１００ａが出るようにパターン光照明部２を配置した状態のときに選択する選択肢である。「時計回りに１８０゜」とは、右方向に信号線１００ａが出るようにパターン光照明部２を配置した状態のときに選択する選択肢である。「時計回りに２７０゜」とは、下方向に信号線１００ａが出るようにパターン光照明部２を配置した状態のときに選択する選択肢である。各選択肢の表現は一例であり、上記した表現に限られるものではない。

（画像解析部４５の構成）
図２に示す画像解析部４５は、撮像部３で撮像された複数の画像を解析することにより、ラインカメラ３１の受光素子３ａとパターン光照明部２との位置関係に関する位置関係情報を取得するための部分であり、情報取得部９の一部とすることができる。

具体的には、画像解析部４５は、画像検査装置１を運用する前に行われる該画像検査装置１の設定時に、初めのステップとして、一方向に周期的な照度分布を有する第１のパターン光を照射した照射面を撮像した第１画像と、上記一方向に直交する方向に周期的な照度分布を有する第２のパターン光を照射した照射面を撮像した第２画像とを生成するように、パターン光照明部２及び撮像部３を制御する。照射面はワークＷであってもよいし、他の部材であってもよい。

初めのステップにおける第１のパターン光は、図１３の左側に示すようにＸ方向に照度が変化するＸ方向パターン光とすることができ、図１３の右側へ行くほど暗くなるパターン光としておく。第２のパターン光は、図１３の右側に示すようにＹ方向に照度が変化するＹ方向パターン光とすることができ、図１３の下側へ行くほど暗くなるパターン光としておく。

まず、図１３の左側のＸ方向パターン光を任意の照射面に照射してＸ方向パターン光が照射されている照射面を撮像部３で撮像して第１画像を得る。第１画像は図１４に示すように右側へ行くほど暗くなるグラデーションありの画像になったとする。その後、図１３の右側のＹ方向パターン光を任意の照射面に照射してＹ方向パターン光が照射されている照射面を撮像部３で撮像して第２画像を得る。第２画像は図１４に示すようにグラデーションなしの画像になったとする。受光素子３ａの配列方向がＸ方向であるので、図１４に示す第１画像及び第２画像が得られた場合には、図１４の下側に示すように信号線１００ａが左方向に出るようにパターン光照明部２が配置されていると推定できる。尚、この関係は事前に定義しておけばよい。

図１５に示すように第１画像がグラデーションなしの画像で、第２画像が右側へ行くほど暗くなるグラデーションありの画像になった場合には、図１５の下側に示すように信号線１００ａが上方向に出るようにパターン光照明部２が配置されていると推定できる。

図１６に示すように第１画像がグラデーションなしの画像で、第２画像が左側へ行くほど暗くなるグラデーションありの画像になった場合には、図１６の下側に示すように信号線１００ａが下方向に出るようにパターン光照明部２が配置されていると推定できる。

図１７に示すように第１画像が左側へ行くほど暗くなるグラデーションありの画像で、第２画像がグラデーションなしの画像になった場合には、図１７の下側に示すように信号線１００ａが右方向に出るようにパターン光照明部２が配置されていると推定できる。

つまり、画像解析部４５は撮像部３で撮像された第１画像及び第２画像を解析するステップを実行し、その結果、第１画像及び第２画像がグラデーションありの画像であるかグラデーションなしの画像であるかを得て、グラデーションありの画像の場合、どちら側に向かって暗くなっている（または明るくなっている）かを得ることによって受光素子３ａとパターン光照明部２との位置関係情報を取得することができる。

また、撮像部３にラインカメラ３１ではなく、エリアカメラ（受光素子がＸ方向とＹ方向に並ぶように配置されたカメラ）を用いることもできる。このエリアカメラの場合、画像解析部４５は、撮像部３で撮像された１枚の画像を解析することにより、エリアカメラとパターン光照明部２との位置関係情報を取得することができる。

具体的には、図１８Ａに示すように、パターン光照明部２からアルファベットの「Ｒ」を表示可能なパターン光を任意の照射面に照射してパターン光が照射されている照射面を撮像部３で撮像する。その結果、図１８の最も上に記載されている「Ｒ」の画像が得られた場合には、信号線１００ａが左方向に出るようにパターン光照明部２が配置されていると推定できる。図１８の上から２番目に記載されている「Ｒ」の画像が得られた場合には、信号線１００ａが上方向に出るようにパターン光照明部２が配置されていると推定できる。図１８の上から３番目に記載されている「Ｒ」の画像が得られた場合には、信号線１００ａが右方向に出るようにパターン光照明部２が配置されていると推定できる。図１８の最も下に記載されている「Ｒ」の画像が得られた場合には、信号線１００ａが下方向に出るようにパターン光照明部２が配置されていると推定できる。パターン光は「Ｒ」以外を示すものであってもよく、たとえば文字、記号、図形、それらの組み合わせ等であってもよい。

（情報取得部の他の形態）
図１９に示すように、撮像部３に所定のマーク３ｃを設けておき、パターン光照明部２には４つの方向をそれぞれ示す左側記号Ａ、下側記号Ｂ、右側記号Ｃ及び上側記号Ｄを設けておく。ＵＩ生成部４３は図２０に示す方向選択用インターフェース５６を生成する。生成された方向選択用インターフェース５６は表示部５に表示される。方向選択用インターフェース５６には、左側記号Ａ、下側記号Ｂ、右側記号Ｃ及び上側記号Ｄを選択できるプルダウンメニュー５６ａを設けておく。

使用者は、撮像部３のマーク３ｃがパターン光照明部２のどちら側に位置しているかを目視で確認した後、方向選択用インターフェース５６のプルダウンメニュー５６ａにより、撮像部３のマーク３ｃが指す方向にある記号Ａ〜Ｄを選択する。これにより、ラインカメラ３１の受光素子３ａとパターン光照明部２との位置関係情報を入力することができる。

（注意喚起機能）
図１１の照明方向選択用インターフェース、図１２のケーブル引き出し方向選択用インターフェース及び図２０の方向選択用インターフェースを利用することで、使用者が受光素子３ａとパターン光照明部２との位置関係情報を入力することができる。しかし、使用者が入力操作を誤ってしまうことや、そもそもラインカメラ３１の上下方向を誤って認識している場合があり、使用者の入力結果が実際の設置状況と異なる場合が考えられる。

このことに対して、画像検査装置１に注意喚起機能を設けることができる。注意喚起機能は、図１１の照明方向選択用インターフェース、図１２のケーブル引き出し方向選択用インターフェース及び図２０の方向選択用インターフェースを利用して使用者が受光素子３ａとパターン光照明部２との位置関係情報を入力した後、図１３〜図１７に示す解析を行うか、エリアカメラの場合には図１８に示す解析を行うことで、入力された位置関係情報が実際の設置状況と一致しているか否かを判定し、判定の結果、入力された位置関係情報が実際の設置状況と一致していない場合には、表示部５にたとえばメッセージを表示して使用者に再度確認及び入力を促す機能である。

（制御部４１の構成）
図２に示す制御部４１は、パターン光照明部２及び撮像部３の制御を行うための撮像制御部である。具体的には、照度分布の位相を受光素子３ａの配列方向及びワークＷの移動方向の少なくとも一方向にシフトさせた複数のパターン光を生成してワークＷに順次照射し、当該パターン光が照射されるタイミングでワークＷにおけるパターン光の照射面を少なくとも含んだ領域を撮像して複数の輝度画像を得るように、パターン光照明部２及び撮像部３を制御する。複数の輝度画像を得る際、パターン光照明部２の照明条件及び撮像部３の撮像条件の両方を変化させてもよいし、一方のみ変化させてもよい。

パターン光照明部２の照明条件は、たとえば生成するパターン光の種類、複数のパターン光を生成する場合にパターン光の生成の順番、パターン光の明るさ（光の強度）等を含むことができる。生成するパターン光の種類としては、たとえば図５Ａに示す４つのＹ方向パターン光及び図５Ｂに示す４つのＸ方向パターン光を少なくとも含むことができるが、これら以外にも、波長が異なるパターン光等を含むことができる。パターン光の生成の順番としては、図５Ａに示す０゜の場合のＹ方向パターン光、９０゜の場合のＹ方向パターン光、１８０゜の場合のＹ方向パターン光、２７０゜の場合のＹ方向パターン光の順番とし、その後、図５Ｂに示す０゜の場合のＸ方向パターン光、９０゜の場合のＸ方向パターン光、１８０゜の場合のＸ方向パターン光、２７０゜の場合のＸ方向パターン光とすることができる。

パターン光照明部２の照明条件は、記憶装置１０に設けられている照明条件記憶部１０ａに記憶させておくことができる。また、パターン光照明部２に、パターン光照明部２の照明条件を記憶することが可能な照明条件記憶部２ｂを有する演算装置（field programmable gate array ： ＦＰＧＡ）２ａを組み込むことができる。ＦＰＧＡに限定されるものではなく、ＦＰＧＡ以外の演算部と照明条件記憶部２ｂを組み込むことができる。

撮像部３の撮像条件は、たとえば、撮像時のゲイン及び露光時間（シャッタースピード）の少なくとも一方を含んでいる。制御部４１は撮像部３のゲイン及び露光時間を任意に変化させることができ、撮像部３は制御部４１により設定されたゲイン及び露光時間で撮像を実行する。

（トリガ信号の送信）
制御部４１は、エンコーダパルス信号が外部から入力されたときに、エンコーダパルス信号を受け付けることが可能に構成されている。エンコーダパルス信号は、たとえば、搬送用ベルトコンベアＢの回転軸に設けられたロータリエンコーダから出力されるパルス信号、外部制御機器８から出力されるパルス信号等、制御部４１外で生成されたパルス信号である。

制御ユニット４はトリガ信号送信部４ｂを有している。トリガ信号送信部４ｂは、制御部４１の一部を構成するものとしてもよいし、制御部４１とは別に構成してもよい。制御部４１が外部からの一のエンコーダパルス信号を受け付けると、パターン光照明部２の照明条件及び撮像部３の撮像条件の少なくとも一方を変化させて複数の輝度画像が生成されるように、トリガ信号送信部４ｂが撮像部３に対して複数の撮像トリガ信号を順次送信するとともに、パターン光照明部２に対して複数の照明トリガ信号を送信するように構成されている。撮像部３に対してのみ複数の撮像トリガ信号を順次送信するように構成することもできる。

この実施形態では、上述したように、パターン光照明部２が８種類のパターン光を順次照射するので、図３５に示すように、トリガ信号送信部４ｂは、外部からの一のエンコーダパルス信号ＥＰ１を受け付けると、撮像トリガ信号を８回（Ｃ１〜Ｃ８）送信する。その後、エンコーダパルス信号ＥＰ２を受け付けると、同じように撮像トリガ信号を８回送信する。

また、トリガ信号送信部４ｂは、外部からの一のエンコーダパルス信号を受け付けると、パターン光照明部２に対して複数の照明トリガ信号を撮像トリガ信号と同期させて順次送信するように構成されている。パターン光照明部２には、８種類のパターン光を順次照射させる必要があるので、トリガ信号送信部４ｂは、外部からの一のエンコーダパルス信号ＥＰ１を受け付けると、照明トリガ信号を８回（Ｌ１〜Ｌ８）送信する。その後、エンコーダパルス信号ＥＰ２を受け付けると、同じように照明トリガ信号を８回送信する。

また、制御部４１は、外部からの一のエンコーダパルス信号を受け付けると、撮像部３に対して複数の撮像トリガ信号を照明トリガ信号と同期させて順次送信するように構成することもできる。

（パターン光照明部によるパターン光の生成）
パターン光照明部２は、発光ダイオード２０、２１に流す電流値をトリガ信号送信部４ｂから送信された照明トリガ信号に基づいて制御することにより、複数のパターン光を生成する。パターン光は周期的な照度分布を有しているので、その照度分布が得られるように、各発光ダイオード２０、２１に流す電流値は、生成するパターン光に応じてそれぞれ設定されている。各発光ダイオード２０、２１に流す電流値は、照明条件に相当しており、記憶装置１０の照明条件記憶部１０ａに記憶させておくことができる。

照明条件は、パターン光照明部２の発光ダイオード２０、２１の照明タイミング情報（点灯時間、点灯間隔）、照明強度情報、照明パターン情報を含む照明設定データとすることができる。この照明設定データはいずれも、照明設定用のユーザインタフェースを表示部５に表示させ、使用者による調整を受け付けることができる。

点灯タイミング情報とは、照明トリガ信号を受けてから発光ダイオード２０、２１を点灯させておく点灯時間と、点灯させる発光ダイオード２０、２１を切り替える際に、先に点灯している発光ダイオード２０、２１を消灯させてから次の発光ダイオード２０、２１を点灯させるまでの点灯間隔（インターバル）とからなる。また、照明強度情報とは、発光ダイオード２０、２１の照明強度（明るさ）を示す情報であり、具体的には電流値を挙げることができる。また、照明パターン情報とは、ｓｉｎ波状パターンを規定する情報であり、例えば周期、位相シフト量（１回の位相シフトでどの程度シフトさせるか）を含む。照明パターンはｓｉｎ波でなくてもよく、例えば矩形波等であってもよい。

上記照明設定データの作成は、照明条件記憶部１０ａに対してキーボード６及びマウス７等の入力手段によって可能にしてもよい。

照明条件記憶部１０ａはパターン光照明部２に設けられていてもよいし、撮像部３に設けられていてもよく、画像検査装置１のどの構成要素に設けられていてもよい。

記憶装置１０の照明条件記憶部１０ａに記憶していた照明条件を制御部４１が一旦読み込み、その照明条件記憶部１０ａに記憶していた照明条件をパターン光照明部２の演算装置２ａに出力し、演算装置２ａが有する照明条件記憶部２ｂに記憶させておくことができる。これにより、パターン光照明部２が外部から照明トリガ信号を受信すると、照明条件記憶部２ｂに記憶された照明条件に従ってワークＷを照明することができるので、照明条件を記憶装置１０の照明条件記憶部１０ａから読み込む場合に比べてパターン光照明部２のパターン光の生成速度を速くすることができる。

図３６にも示すように、パターン光照明部２には、発光ダイオード２０、２１に流す電流値を制御する電流制御部２ｃが組み込まれている。電流制御部２ｃは、照明トリガ信号を受信可能に構成されており、照明トリガ信号を受信すると、照明条件記憶部２ｂに記憶された照明条件に従って発光ダイオード２０、２１に流す電流値を制御する。

第１発光ダイオード列Ａ１〜Ａ１２を制御する電流制御部２ｃと、第２発光ダイオード列Ｂ１〜Ｂ１２を制御する電流制御部２ｃとが設けられており、いずれの電流制御部２ｃも同じ構成である。図３６に示す電流制御部２ｃは、第１発光ダイオード列Ａ１を制御するものであり、電流制御部２ｃは、１つのＤ／Ａコンバータ２ｄと、複数のサンプルホールド回路２ｅと、複数の電圧／電流変換回路２ｆとを備えている。サンプルホールド回路２ｅ及び電圧／電流変換回路２ｆは、第１発光ダイオード列Ａ１を構成する発光ダイオード２０の数（１２個）と同じ数だけ設けられている。１２個のサンプルホールド回路２ｅがＤ／Ａコンバータ２ｄに接続されている。また、各サンプルホールド回路２ｅの出力側には、電圧／電流変換回路２ｆが接続されている。電圧／電流変換回路２ｆの出力側には、各発光ダイオード２０が接続されている。

パターンを切り替える際、Ｄ／Ａコンバータ２ｄは、図３７に示すようにＡ１〜Ａ１２用の制御電圧を順次出力するように構成されている。１２個のサンプルホールド回路２ｅは、外部から入力されるサンプリング信号に基づいて各々が所定のサンプルタイミングでＤ／Ａコンバータ２ｄから出力される波形信号の電圧をサンプリングする。図３７における第１サンプルホールド回路がサンプリングした後に、第２サンプルホールド回路がサンプリングし、このようにして電圧を順次サンプリングしていく。

第１サンプルホールド回路でサンプリングされた電圧値は、電圧／電流変換回路２ｆによって電圧値に応じた電流値に変換され、その電流値の電流が発光ダイオードＡ１に流れる。この例では、第１サンプルホールド回路でサンプリングされた電圧値が最も低く、第２、第３サンプルホールド回路の順にサンプリングされた電圧値が高くなっていく。つまり、第１電流値が最も低く、第２、第３電流値の順に電流値が高くなっていくので、発光ダイオードＡ１〜Ａ１２の明るさが電流値に応じて変わることになり、これにより、周期的な照度分布を有するパターン光が生成される。Ｄ／Ａコンバータ２ｄから出力される波形信号を変化させることで、パターン光の照度分布が変化することになり、パターン光の照度分布を、上述したｓｉｎ波形に近似した波形で表すことや、三角波に近似した波形、矩形波に近似した波形で表すこともできる。また、全ての発光ダイオード２０の明るさが同じになるように電流値を設定することで、全面が一様な照度の照明とすることもできる。

この実施形態では、Ｄ／Ａコンバータ２ｄの出力電圧を各発光ダイオード２０の制御電圧とし、各発光ダイオード２０用のサンプルホールド回路２ｅでタイミングを規定してサンプリングすることで、１つのＤ／Ａコンバータ２ｄで複数の発光ダイオード２０の光量を制御することができる。これにより、一般的にサイズの大きな高速・高階調のＤ／Ａコンバータ２ｄの数を減らし、サイズの小さなサンプルホールド回路２ｅでパターン光を生成することができるので、基板面積を小さくできるとともにコストを低減することができる。

第２発光ダイオード列Ｂ１〜Ｂ１２の各列の発光ダイオード２１はＹ方向に並んでいるので、第２発光ダイオード列Ｂ１〜Ｂ１２の電流値制御によってＸ方向パターン光を生成することができる。また、第１発光ダイオード列Ａ１〜Ａ１２の各列の発光ダイオード２０はＸ方向に並んでいるので、第１発光ダイオード列Ａ１〜Ａ１２の電流値制御によってＹ方向パターン光を生成することができる。

また、図５Ａに示す４つのＹ方向パターン光の波長と、図５Ｂに示す４つのＸ方向パターン光の波長とが異なっていてもよい。たとえば、第１発光ダイオード列Ａ１〜Ａ１２の発光ダイオード２０から赤色のパターン光を照射し、第２発光ダイオード列Ｂ１〜Ｂ１２の発光ダイオード２１から青色のパターン光を照射することで、Ｙ方向パターン光の波長とＸ方向パターン光の波長とを変えることができる。この場合、Ｙ方向パターン光とＸ方向パターン光とを同時にワークＷに照射し、カラーカメラを備えた撮像部３で撮像すれば、Ｙ方向パターン光の照射による生画像と、Ｘ方向パターン光の照射による生画像とを同時に得ることができ、撮像に要する時間を短縮できる。

（パターン光の照度分布の周期）
パターン光の照度分布をｓｉｎ波形に近似した波形で表すことができる場合、そのｓｉｎ波形の周期がたとえば１００ｍｍになるようにすることができる。周期を１００ｍｍ程度にしておくことで、正反射性の少ない（完全拡散反射体ではない）ワークＷの表面を撮像しても、後述する形状の積み上げ処理を行うことができ、ワークＷへの対応範囲を広くすることができる。また、ｓｉｎ波形の周期を１００ｍｍ程度にしておくことで、撮像部３の集光系光学系３２のレンズのＭＴＦによる減衰が抑制される。ただし、コーティング面等を検査する場合には、周期を短くする方が好ましい場合があるので、周期は１００ｍｍに限られるものではない。周期を短くすることで、コーティング面を検査する際に下地の影響を少なくすることができ、また、表面勾配の微妙な違いを検出し易くなる。

（デフレクトメトリによる検査用画像の生成）
この実施形態では、パターン光照明部２によって照明されたタイミングで撮像部３がワークＷを撮像して複数の輝度画像を得て、撮像部３が撮像した複数の輝度画像に基づいて位相変位測定法（Phase Measuring Deflectometry : ＰＭＤ、以下、「デフレクトメトリ」と呼ぶ。）の原理を利用して算出した位相マップを加工し、異なる種別の欠陥の検出が可能な複数の検査用画像を生成し、検査用画像を用いてワークＷの検査を行うことができるように構成されている。複数の輝度画像を得る工程は、上述したように制御部４１が照明トリガ信号及び撮像トリガ信号を出力してパターン光照明部２及び撮像部３を制御することで実行できる。検査用画像を生成する工程は図２に示す画像生成部４２で行うことができる。

画像生成部４２では、撮像部３が撮像した複数の輝度画像に基づいて、ワークＷの表面の反射状態を示す検査用画像と、ワークＷの形状を示す検査用画像とを少なくとも生成する。ワークＷの表面の反射状態を示す検査用画像としては、例えば、正反射成分画像、拡散反射成分画像等を挙げることができる。ワークＷの形状を示す検査用画像としては、例えば、形状画像、深さ輪郭画像、光沢比画像等を挙げることができる。

以下、図２１に示すフローチャート及び図２２に示す模式図に従って検査用画像の生成について詳細に説明する。フローチャートのステップＳＡ１では、制御部４１がパターン光照明部２及び撮像部３を制御して複数の輝度画像（生画像）を得る。ステップＳＡ１で得られた輝度画像は中間画像であり、記憶装置１０等に一旦記憶されるが、表示部５には表示されない画像である。輝度画像は、異なる照明態様（複数のパターン光による照明）で照明されたワークＷを撮像して得られた画像である。

ステップＳＡ１では、制御部４１がパターン光照明部２に照明トリガ信号を出力する。パターン光照明部２が照明トリガ信号を受信すると、照明条件記憶部２ａに記憶された照明条件に従ってパターン光を生成し、ワークＷを照明する。このときの照明条件は、図５Ａに示す０゜の場合のＹ方向パターン光、９０゜の場合のＹ方向パターン光、１８０゜の場合のＹ方向パターン光、２７０゜の場合のＹ方向パターン光、図５Ｂに示す０゜の場合のＸ方向パターン光、９０゜の場合のＸ方向パターン光、１８０゜の場合のＸ方向パターン光、２７０゜の場合のＸ方向パターン光を順番に生成する照明条件となっている。従って、パターン光照明部２は、照度分布の位相を受光素子３ａの配列方向及びワークＷの移動方向の両方向にシフトさせた合計８種類のパターン光（Ｘ方向で４種類、Ｙ方向で４種類）を生成してワークＷに順次照射する。

同時に、制御部４１は撮像部３に撮像トリガ信号を出力する。撮像部３は撮像トリガ信号を受信すると、上記パターン光が照射される都度、ワークＷを撮像する。８Ｋの画面サイズ（８１９２列×１０２４行）にする場合、１０２４回（行数）×パターン光の照明回数（８回）が、１つの輝度画像を得るために必要な照明回数となり、同じ数が撮像回数となる。

この実施形態では、１つの輝度画像を得るために複数の撮像トリガ信号（具体的には、１つ輝度画像の画素の行数と同じ数の撮像トリガ信号）を順次送信しているので、撮像トリガ信号を受信する都度、撮像タイミングのずれを解消できる。パターン光照明部２に対しても同様に照明トリガ信号を送信しており、しかも、照明トリガ信号と撮像トリガ信号とを同期させているので、照明タイミングのズレも解消できる。したがって、複数の輝度画像を生成する際に照明回数及び撮像回数が多くなったとしても、撮像タイミングと照明タイミングとのずれを極めて小さな状態で維持することができる。

撮像時、パターン光の照射回数が８回であることから、８つの輝度画像が得られる。図２２に示すように、４種類のＸ方向パターン光の照射時に撮像された４枚の輝度画像（Ｘ）と、４種類のＹ方向パターン光の照射時に撮像された４枚の輝度画像（Ｙ）とが得られる。

実際に金属製ワークＷを撮像して得た８つの輝度画像を図２３に示す。図２３の左側の画像は、上から順に、０゜の場合のＸ方向パターン光、９０゜の場合のＸ方向パターン光、１８０゜の場合のＸ方向パターン光、２７０゜の場合のＸ方向パターン光をそれぞれ照射して得られた輝度画像である。図２３の右側の画像は、上から順に、０゜の場合のＹ方向パターン光、９０゜の場合のＹ方向パターン光、１８０゜の場合のＹ方向パターン光、２７０゜の場合のＹ方向パターン光をそれぞれ照射して得られた輝度画像である。尚、Ｘ方向パターン光のみ、またはＹ方向パターン光のみ照射するようにしてもよい。

その後、図２１に示すフローチャートのステップＳＡ２に進み、ステップＳＡ１で得られた８つの輝度画像に対してデフレクトメトリ処理を行う。これは画像生成部４２で行うことができる。パターン光が照射されたワークＷを撮像することで、得られた輝度画像の各画素値には、正反射成分と、拡散反射成分（＋環境成分）とが含まれることになる。パターン光の照度分布の位相をＸ方向に９０゜（π／２）ずつシフトさせて４回撮像しているので、各画素値はＸ方向パターン光の照射によって４種類得られる。１回目に撮像された輝度画像の画素値をＩ_１とし、２回目に撮像された輝度画像の画素値をＩ_２とし、３回目に撮像された輝度画像の画素値をＩ_３とし、４回目に撮像された輝度画像の画素値をＩ_４とすると、画素値Ｉ_１〜Ｉ_４は次式１で与えられる。

式１におけるＲｄは拡散反射成分であり、Ｒｓは正反射成分であり、φｓは正反射角度（位相）である。拡散反射成分、正反射成分、正反射角度は位相データであり、撮像部３が撮像した複数のライン画像に基づいて１ライン分の位相データを得ることができる。

同様に、パターン光の照度分布の位相をＹ方向に９０゜（π／２）ずつシフトさせて４回撮像しているので、各画素値はＹ方向パターン光の照射によって４種類得られる。Ｙ方向についても画素値Ｉ_１〜Ｉ_４は上記式１で表すことができる。

（正反射成分画像）
正反射成分画像は次式２で与えられる。式２では、逆相同士の差分により、拡散成分を排除している。図２２に示すように、Ｘ方向とＹ方向でそれぞれ得られ、それらを合成することで正反射成分画像となる。図２９に正反射成分画像の例を示す。尚、図２９におけるノーマル画像とは、正反射成分及び拡散反射成分を含んだ画像である。

（正反射角度）
正反射角度は次式３で与えられる。π／２ずれの正反射成分により、ｔａｎθ＝ｓｉｎθ／ｃｏｓθとして角度を算出する。

（平均画像）
平均画像は拡散成分と環境成分とを含んでおり、次式４で与えられる。逆相同士の加算により、正反射成分を排除している。

（拡散反射成分画像）
拡散反射成分画像は次式５で与えられる。拡散反射成分画像の例を図２９に示す。

図２１のフローチャートにおけるステップＳＡ３では拡散反射成分画像に対してコントラスト補正を行う。また、ステップＳＡ４では正反射成分画像に対してコントラスト補正を行う。各コントラスト補正は、線形補正とすることができる。たとえば、ＲＯＩの平均が中央値になるように補正する。８ビットの場合は１２８レベルを中央値とすればよい。これによって、補正後の拡散成分、補正後の正反射成分が得られる。

また、ステップＳＡ５では位相成分について参照位相との差分を取る。このステップＳＡ５では、参照平面の位相に対して差分を取得する。たとえば、使用者が、参照平面として球面状、円筒状、平面状等を指定し、これらとの差分を取得するようにする。あるいは、自由曲面で抽出させてもよい。Ｘ方向について補正後の位相（差分）が得られ、Ｙ方向についても補正後の位相が得られる。図２２に示す位相画像に相当する。補正後の位相画像の例を図２９に示す。

拡散反射成分画像、正反射成分画像、参照位相差分画像は出力画像となる。

ステップＳＡ６では、ステップＳＡ５で得られた参照位相差分画像に基づいて階層化画像と深さ輪郭画像を得る。階層化画像は、１／２縮小を繰り返した画像である。これにより、階層化された位相の画像がＸ方向とＹ方向でそれぞれ得られる。

一方、深さ輪郭画像とは、位相差分が大きい部分を強調した中間画像であり、曲率とは異なる概念である。深さ輪郭画像は、形状積み上げによって得られる形状画像に比べて高速に得られ、ワークＷの線キズが極めて見やすく、しかも、輪郭の抽出がし易い等の利点がある。深さ輪郭画像の例を図２９に示す。

次に、ステップＳＡ７では、階層化された位相の画像に対して形状積み上げを行って形状画像を生成する。Ｘ方向とＹ方向の正反射角度に対し、Ｇａｕｓｓ−Ｊａｃｏｂｉ法などによる積み上げ計算を行うことで、形状画像を得ることができる。形状画像は出力画像となる。形状画像の例を図２９に示す。

一般的には、ｕｎｗｒａｐｐｉｎｇをしてから、三角測距などによって形状を復元する例が多いところ、本実施形態においては、ｕｎｗａｐｐｉｎｇを回避し、局所的な微分値をＧａｕｓｓ−Ｊａｃｏｂｉ法で積み上げ計算することで、三角測距によらずに形状を復元している。形状復元方法は、既知の方法が適宜利用できる。好ましくは、三角測距を用いない方法である。また、縮小画像を多段に持つ、階層型方法とすることもできる。また、縮小画像と通常画像との差分を持つ方法とすることもできる。

さらに、パラメータとして特徴サイズを設定することもできる。特徴サイズとは、検査の目的や種別に応じた検出対象の傷のサイズを設定するためのパラメータである。例えば、特徴サイズのパラメータ値が１のときに一番細かい傷が検出でき、この値を上げていくと大きな傷が検出できるようにする。これにより、特徴サイズを大きくすると、より大きな傷が検出し易い状態となり、ワークＷ表面の凸凹が明瞭となる。

ステップＳＡ８では簡易欠陥抽出を行う。簡易欠陥抽出の詳細については後述する。ステップＳＡ８で簡易欠陥抽出を行った後に抽出された欠陥が表示された欠陥抽出画像を出力する。

また、画像生成部４２では、光沢比画像を生成することもできる。光沢比画像は、正反射成分と拡散反射成分の比を表す画像である。光沢比画像では、正反射成分と拡散反射成分の割合が異なる画素が強調される。光沢比画像の例を図２９に示す。

（フィルタ処理部４０の構成）
図２に示すフィルタ処理部４０は、画像生成部４２で生成された各検査用画像に対して、フィルタ処理適用及びフィルタ処理非適用を個別に設定可能なフィルタ処理設定部４０ａと、フィルタ処理設定部４０ａによりフィルタ処理適用と設定された検査用画像にフィルタ処理を実行するフィルタ処理実行部４０ｂとを有している。適用するフィルタの種類は特に限定されるものではないが、たとえば、検査用画像の種類に応じて選択することができ、シェーディング補正フィルタや平滑化フィルタ等を挙げることができる。

図３０に示すように、シェーディング補正フィルタは、形状画像、光沢比画像、深さ輪郭画像及び位相画像には適していない。その理由について述べると、形状画像は明るさの画像ではなく凹凸を示す画像であることからシェーディング補正フィルタの効果が得られないからである。また、光沢比画像は比を求めた画像であるのでそもそもシェーディングが消えた画像となっているからである。また、深さ輪郭画像及び位相画像は位相を考慮した補正が施されていてシェーディング補正フィルタを適用することの意味が無いからである。一方、正反射成分画像、拡散反射成分画像及びノーマル画像にはシェーディング補正フィルタが適している。

図３０におけるメディアンフィルタは平滑化フィルタであり、形状画像には適していないが、光沢比画像、深さ輪郭画像、位相画像、正反射成分画像、拡散反射成分画像及びノーマル画像には適している。

フィルタ処理設定部４０ａは、検査用画像の種類に関する情報を得て、検査用画像に応じてフィルタ処理適用及びフィルタ処理非適用を自動的に設定するように構成されている。検査用画像の種類に関する情報は、画像生成部４２から得ることができる。フィルタ処理設定部４０ａは、図３０に示すように、シェーディング補正フィルタを、正反射成分画像、拡散反射成分画像及びノーマル画像には自動的に適用し、形状画像、光沢比画像、深さ輪郭画像及び位相画像には自動的に適用しない。また、フィルタ処理設定部４０ａは、メディアンフィルタを形状画像には自動的に適用しないが、光沢比画像、深さ輪郭画像、位相画像、正反射成分画像、拡散反射成分画像及びノーマル画像には自動的に適用する。

つまり、フィルタ処理の有効度を事前に調査しておき、フィルタ処理を適用する検査用画像を画像検査装置１にプリセットしておくことで、フィルタ処理設定部４０ａが検査用画像の種類に応じてシェーディング補正フィルタ及び平滑化フィルタの少なくとも一方の適用及び非適用を自動的に設定することができる。尚、プリセット内容を使用者が変更可能にしてもよい。

フィルタ処理実行部４０ｂは、プリセット内容に応じてフィルタ処理を実行することができるので、使用者は検査用画像毎にフィルタ処理の適用及び非適用や、適用する場合のフィルタ処理の種類を選択しなくてもよくなり、操作性が向上する。また、フィルタ処理設定部４０ａは、検査に用いる検査用画像にのみフィルタ処理を設定するように構成されているので、検査に用いられない検査用画像にはフィルタ処理が実行されないようになっている。

プリセットしておくフィルタ処理の種類は、有効度を事前に調査することができるフィルタであって、かつ、検査用画像によって効果の有無が現れるフィルタであればよい。

図２５に示す欠陥抽出用インターフェース５８の表示画像選択用プルダウンメニュー５８ｅにより検査用画像を選択することができる。表示画像選択用プルダウンメニュー５８ｅにより検査用画像として選択され、かつ、フィルタ処理実行部４０ｂによるフィルタ処理実行後の検査用画像（正反射成分画像、拡散反射成分画像等）と、検査用画像として選択され、かつ、フィルタ処理実行部４０ｂによるフィルタ処理が実行されていない検査用画像（形状画像等）とを同時に表示部５に表示させることができる。フィルタ処理に適した検査用画像であっても、検査用画像として選択されていない検査用画像（表示部５に表示されない検査用画像）に対してはフィルタ処理実行部４０ｂがフィルタ処理を行わないようにすることができる。この時点でフィルタ処理が行われていなかったとしても、後に、検査用画像として選択された段階でフィルタ処理実行部４０ｂがフィルタ処理を行えばよい。

尚、検査用画像の種類に応じてフィルタ処理適用及びフィルタ処理非適用を自動的に設定することを前提として、自動的に設定されたフィルタ処理を使用者が非適用にしたり、自動的に設定されたフィルタ処理の種類を使用者が変更することができるようにしてもよい。たとえば、使用者が、フィルタ処理が不要であると判断する検査用画像に対してフィルタ処理を非適用とする操作を受け付けるように、フィルタ処理設定部４０ａを構成することができる。操作の具体例としては、表示部５にインターフェースを表示させ、当該インターフェースに組み込まれている各種ボタンやプルダウンメニュー等の操作を挙げることができる。

フィルタ処理実行部４０ｂは、複数の検査用画像に対してフィルタ処理を実行している場合に、フィルタ処理を実行した複数の検査用画像に対して該検査用画像に実行しているフィルタ処理を一括して非実行にすることが可能に構成されていてもよい。使用者が、検査用画像に対してフィルタ処理を非適用とする操作をした場合に、各検査用画像に対して自動的にフィルタ処理を非実行にすることができる。フィルタ処理を一括して非実行にした後、元に戻す操作、即ち、複数の検査用画像に対してフィルタ処理を実行する操作を受け付けるように構成することもできる。

各フィルタ処理を行う際には、図３１に示すように、フィルタ処理の強さ等の各種パラメータを設定することができる。フィルタ処理実行部４０ｂは、フィルタ処理設定部４０ａによりフィルタ処理適用と設定された検査用画像に対して、フィルタ処理のパラメータを一括に設定及び変更することが可能に構成されている。図３１に示すパラメータ設定用インターフェースでパラメータを設定又は変更すると、その操作が、フィルタ処理適用と設定された他の検査用画像に対してフィルタ処理実行部４０ｂによって反映される。

また、フィルタ処理を適用する検査用画像を画像検査装置１にプリセットしておかなくてもよい。この場合、使用者が、インターフェースに組み込まれている各種ボタンやプルダウンメニュー等を操作して、各検査用画像に対して個別にまたは一括してフィルタ処理の適用及び非適用を設定することになる。インターフェースに組み込まれている各種ボタンやプルダウンメニュー等が、フィルタ処理設定部になる。

図３２は、フィルタ処理前の検査用画像と、フィルタ処理後の検査用画像とを示す図である。フィルタ処理は、第１画像表示領域５８ａに表示されている元画像１（正反射成分画像）と、第２画像表示領域５８ｂに表示されている元画像２（拡散反射成分画像）とに適用している。図３２に示すように、正反射成分画像及び拡散反射成分画像のシェーディングが補正されて欠陥部が見えやすくなる。一方、第３画像表示領域５８ｃに表示されている元画像３（形状画像）にはフィルタ処理が適用されていないので、形状に係る欠陥部は見えやすいままとなっている。

（簡易欠陥抽出）
簡易欠陥抽出は、図２４に簡易欠陥抽出の概念を示すように、ワークＷの線キズ（欠陥）を検査し易い画像１、ワークＷの汚れ（欠陥）を検査し易い画像２、ワークＷの打痕（欠陥）を検査し易い画像３をそれぞれ生成した後、画像１〜３に現れている欠陥を欠陥抽出画像に表示させる工程である。欠陥抽出画像は、画像１〜３に現れている欠陥を抽出して表示することができる画像であり、抽出した欠陥を１つの画像に合成して表示させることができるので合成欠陥画像と呼ぶこともできる。

たとえば、正反射成分画像は、正反射を鈍らせる汚れや、形状変化はないものの正反射の鈍いキズ、あるいは形状変化によって正反射が返ってこないキズ等の確認をし易い画像である。拡散反射画像は、ワークＷの表面のテクスチャの状態（具体的には印刷物の文字や黒ずんだ汚れ等）を確認し易い画像である。形状画像は、特徴サイズに応じて周囲画素を見ながら位相の変化を積み上げた画像である。ここで、形状画像の特徴サイズを大きく設定すると、形状変化のなかでも比較的浅くて面積の広い凹凸を捉えることができる。一方、形状画像の特徴サイズを小さく設定すると、線キズや面積の小さなキズを捉えることができる。また、形状画像に現れにくい欠陥（たとえば細いキズや深い傷）は、正反射成分画像に現れやすい傾向がある。また、深さ輪郭画像は、基準となる平面を算出し、この基準平面からのずれを画像化している。深さ輪郭画像からは、線キズや面積の小さなキズを捉えることができる。つまり、画像生成部４２は、撮像部３が撮像した複数の輝度画像に基づいて、異なる種別の欠陥の検出が可能な複数の検査用画像を生成することができる。また、画像生成部４２が生成する画像は上述した画像に限られるものではない。

画像生成部４２で生成された正反射成分画像、拡散反射画像、形状画像、深さ輪郭画像、光沢比画像、欠陥抽出画像等は、検査用画像であり、表示部５に表示させることができる。表示部５には、画像生成部４２で生成された画像のうち、１つのみを表示させてもよいし、任意の複数の画像を表示させてもよい。表示部５に表示させる画像は、使用者が選択できるようにするのが好ましい。

たとえば、図２５に示す欠陥抽出用インターフェース５８をＵＩ生成部４３が生成し、欠陥抽出用インターフェース５８を表示部５に表示させることができる。欠陥抽出用インターフェース５８には、元画像１を表示させる第１画像表示領域５８ａと、元画像２を表示させる第２画像表示領域５８ｂと、元画像３を表示させる第３画像表示領域５８ｃと、欠陥抽出画像を表示させる第４画像表示領域５８ｄとが組み込まれている。画像表示領域の数は４つに限られるものではなく、３つ以下であってもよいし、５つ以上であってもよい。図２５では、元画像１として正反射成分画像が選択され、元画像２として拡散反射成分画像が選択され、元画像３として形状画像が選択されているが、画像生成部４２で生成された画像であれば、どの画像をどの領域に表示してもよい。

第１〜第３画像表示領域５８ａ〜５８ｃに表示されている画像を使用者が他の画像に切り替えることもできる。表示されている画像を切り替える場合には、たとえば表示領域をマウス７の操作等によって選択してアクティブ化しておき、欠陥抽出用インターフェース５８に組み込まれている表示画像選択用プルダウンメニュー５８ｅにより、画像の選択を行うことができる。この表示画像選択用プルダウンメニュー５８ｅは、画像生成部４２で生成された複数の検査用画像の中から、検査に用いる少なくとも一つの検査用画像を選択する画像選択部である。

表示画像選択用プルダウンメニュー５８ｅには、正反射成分画像、拡散反射画像、形状画像、深さ輪郭画像、光沢比画像等が選択肢として表示されるようになっている。選択された検査用画像を使用して画像生成部４２が欠陥抽出画像を生成する。表示画像選択用プルダウンメニュー５８ｅは、画像生成部４２により生成された複数の検査用画像のなかから、欠陥抽出画像を生成するための検査用画像の選択を受け付けることができる画像選択受付部である。

画像検査装置１は、表示部５に表示された検査用画像のうち、一の検査用画像の一部の領域を指定して拡大することができるように構成されている。たとえば、使用者が、図２５の第１画像表示領域５８ａに表示されている画像上で破線にて示す領域Ｂ１を拡大したい場合には、マウス７のポインタを始点ＰＡに置き、そのまま終点ＰＢまでマウス７でドラッグ操作を行うと、始点ＰＡと終点ＰＢとを結ぶ直線を対角線とする矩形領域が指定され、この領域が領域Ｂ１となる。この操作は、一の検査用画像の一部の領域を指定して拡大する拡大操作に相当する操作であり、この拡大操作は、制御ユニット４の操作受付部４６で受け付けられる。拡大操作によって指定する領域の形状は、たとえば円形、自由曲線で囲まれた形状等であってもよい。また、拡大操作は、マウス７やキーボード６のいずれの操作で行うようにしてもよい。

使用者による拡大操作を受け付けると、制御ユニット４の表示制御部４７は、第１画像表示領域５８ａに表示されている画像の領域Ｂ１を拡大して、図２６に示すように第１画像表示領域５８ａに表示する。さらに、表示制御部４７は、図２５に示す表示部５に表示された他の検査用画像（第２〜第４画像表示領域５８ｂ〜５８ｄに表示されている画像）において、第１画像表示領域５８ａに表示されている画像で指定された領域Ｂ１に対応する各領域Ｂ２を、上記拡大操作に連動して同倍率で拡大して表示部５に表示させる（図２６参照）。領域Ｂ１の拡大と領域Ｂ２の拡大とを同時に行うことができるが、多少の時間的遅れを伴っていてもよい。拡大操作は、第１〜第４画像表示領域５８ａ〜５８ｄに表示されているどの検査用画像に対して行ってもよく、どの検査用画像に対して拡大操作を行っても他の検査用画像を拡大操作に連動して同倍率で拡大して表示部５に表示させることができる。

また、操作受付部４６は、表示部５に表示された検査用画像のうち、一の検査用画像を縮小する縮小操作を受け付け可能に構成されていてもよい。縮小操作は、たとえばマウス７のクリック操作やキーボード６のキー操作等で行うことができる。表示制御部４７は、表示部５に表示された他の検査用画像を、縮小操作に連動して同倍率で縮小して表示部５に表示させるように構成されていてもよい。

また、操作受付部４６は、表示部５に表示された検査用画像のうち、一の検査用画像をスクロールするスクロール操作を受け付け可能に構成されていてもよい。スクロール操作は、たとえばマウス７のクリック操作やキーボード７のキー操作等で行うことができる。表示制御部４６は、表示部５に表示された他の検査用画像を、スクロール操作に連動してスクロールさせるように構成されていてもよい。スクロールの方向は、表示部５の上下方向及び左右方向、斜め方向の任意の方向とすることができる。

図２５に示す欠陥抽出用インターフェース５８には詳細表示を行うか否かを選択する詳細表示ボタン５８ｆが組み込まれている。詳細表示ボタン５８ｆを操作して詳細表示を行うと、図２６に示すように、しきい値設定用領域５８ｉが表示される。しきい値設定用領域５８ｉには、元画像１〜３の各しきい値を表示することができるようになっている。しきい値とは、非欠陥部とすべき画素値範囲を規定するための値である。たとえば、各画素の明るさレベルを０〜２５５の２５６段階とした場合に、非欠陥部とすべき画素値範囲を０〜２５５のうちの具体的な数値によって規定することができる。黒を非欠陥部としてもよいし、反対に白を非欠陥部としてもよい。

（背景選択法）
しきい値の設定方法は２通りある。１つ目は背景を選択する方法である。図２５に示す欠陥抽出用インターフェース５８には、背景選択ボタン５８ｇが設けられており、この背景選択ボタン５８ｇを押してから、各検査用画像（元画像１〜３）の背景を選択する。背景選択は、上記拡大操作後の拡大表示された元画像１〜３に対して行うことができる。背景とは、ワークＷの欠陥部以外の部分、即ちワークＷの非欠陥部のことである。

背景を選択する方法としては、たとえばマウス７のポインタを、元画像１〜３におけるワークＷの非欠陥部に置いてクリックする方法やタッチパネル操作する方法がある。これによってワークＷの非欠陥部の位置（Ｘ座標、Ｙ座標）を指定できる。非欠陥部の位置の指定は、元画像１〜３のうち、任意の１つの画像に対して複数回行うことができる。また、元画像１〜３のうち、任意の１つの画像（第１検査用画像）に対して非欠陥部の位置の指定を行った後、別の画像に対しても非欠陥部の位置の指定を行うことができる。尚、背景選択を行うと、非欠陥部とすべき画素値範囲が広がる方向に変わる。

図３３に示すフローチャートに基づいて説明する。使用者がワークＷの非欠陥部の位置の指定（１回目）を行うと（ステップＳＢ１）、制御ユニット４の内部処理として、その１回目の非欠陥部の位置の指定は、制御ユニット４の位置指定受付部４８によって受け付けられる。位置指定受付部４８で受け付けた非欠陥部の位置情報（第１非欠陥部位置情報）は座標形式として記憶装置１０の位置情報記憶部１０ｂに記憶される。

制御ユニット４の設定部４９は、位置指定受付部４８で受け付けた非欠陥部の位置情報を位置情報記憶部１０ｂから読み出し、位置指定受付部４８により受け付けた非欠陥部の位置の画素値を得る。具体的には、非欠陥部の位置の画素（クリックされた画素）だけではなく、その画素の周囲の３×３の領域の画素値（９つの画素値）を取得し、最大値と最小値とを求める。たとえば最大値が２００であれば、背景選択の感度（たとえば５）の３倍をマージンとし、２００＋５×３＝２１５を最大値とする。また、たとえば最小値が８０であれば、８０−５×３＝６５を最小値とする。この場合、非欠陥部とすべき画素値範囲は、２１５〜６５となる。設定部４９は、非欠陥部の位置の画素値に基づいて、非欠陥部とすべき画素値範囲を、表示部５に表示されている複数の検査用画像（上記第１検査用画像を含む）に対して自動的に設定する（ステップＳＣ１）。上記感度やマージンは一例である。

その後、使用者がワークＷの非欠陥部の位置の指定（２回目）を行うと（ステップＳＢ２）、制御ユニット４の内部処理として、その２回目の非欠陥部の位置の指定は、制御ユニット４の位置指定受付部４８によって受け付けられる。位置指定受付部４８で受け付けた非欠陥部の位置情報（第２非欠陥部位置情報）は同様に記憶装置１０の位置情報記憶部１０ｂに記憶される。

制御ユニット４の設定部４９は、位置指定受付部４８で受け付けた２回目の非欠陥部の位置情報を位置情報記憶部１０ｂから読み出し、位置指定受付部４８により受け付けた２回目の非欠陥部の位置の画素値を得る。設定部４９は、２回目の非欠陥部の位置の画素値に基づいて、非欠陥部とすべき画素値範囲を、表示部５に表示されている複数の検査用画像（上記第１検査用画像を含む）に対して自動的に設定する（ステップＳＣ２）。

使用者がワークＷの非欠陥部の位置の指定（３回目）を行うと（ステップＳＢ３）、同様にして、３回目の非欠陥部の位置の画素値に基づいて、非欠陥部とすべき画素値範囲を、表示部５に表示されている複数の検査用画像（上記第１検査用画像を含む）に対して自動的に設定する（ステップＳＣ３）。つまり、位置指定受付部４８では、非欠陥部の位置の指定を複数回受け付けることができる。

また、表示部５に表示されておらずかつフィルタ処理が行われていない検査用画像（第２検査用画像）が、図２５に示す欠陥抽出用インターフェース５８の表示画像選択用プルダウンメニュー５８ｅにより選択されると、表示部５に表示される画像の切り替えが行われる（ステップＳＢ４）。表示部５に表示されておらずかつフィルタ処理が行われていない検査用画像が選択された際、設定部４９は、位置情報記憶部１０ｂに記憶された非欠陥部の位置を示す複数の位置情報（ステップＳＢ１〜３で記憶した位置情報）を読み出し、当該検査用画像における位置情報に対応する画素値を参照する。その後、非欠陥部とすべき画素値範囲を更新する（ステップＳＣ４）。この検査用画像に対してフィルタ処理部４０がフィルタ処理を行う。切り替え後の検査用画像に対しても背景選択を行うことができ（ステップＳＢ５）、このときに指定された位置情報（第２非欠陥部位置情報）は位置情報記憶部１０ｂに記憶される。

さらに、表示部５に表示されておらずかつフィルタ処理が行われていない検査用画像が上記第２検査用画像として選択された後、更に別の画像が第３検査用画像として選択されることがある（ステップＳＢ６）。第３検査用画像が選択された際に、設定部４９は、位置情報記憶部１０ｂに記憶された非欠陥部の位置を示す複数の位置情報（ステップＳＢ１〜３、ＳＢ５で記憶した位置情報）を読み出し、第３検査用画像における位置情報に対応する画素値を参照して非欠陥部とすべき画素値範囲を更新する。図示しないが、第３検査用画像に対しても背景選択を行うことができ、このときに指定された位置情報（第３非欠陥部位置情報）は位置情報記憶部１０ｂに記憶される。フィルタ処理部４０は第３検査用画像に対してフィルタ処理を行う。

すなわち、設定部４９は、上記第３検査用画像が選択された際に、位置情報記憶部１０ｂに記憶された上記第２検査用画像における非欠陥部の位置を示す位置情報（第２非欠陥部位置情報）を読み出し、第２検査用画像における位置情報に対応する画素値を参照して非欠陥部とすべき画素値範囲を更新することができる。また、設定部４９は、第３検査用画像が選択された際に、位置情報記憶部１０ｂに記憶された第１検査用画像における非欠陥部の位置を示す位置情報（第１非欠陥部位置情報）と、第２検査用画像における非欠陥部の位置を示す位置情報（第２非欠陥部位置情報）とを読み出し、第３検査用画像における第１及び第２非欠陥部位置情報に対応する画素値を参照して非欠陥部とすべき画素値範囲を更新するように構成されていてもよい。背景選択の履歴は、たとえば１０回分だけ保存しておき、それ以降は古いものから削除することもできる。

ワークＷの欠陥部ではなく背景を選択する理由は次のとおりである。すなわち、仮に、欠陥部を表示部５の画面上で１つずつクリックして指定していく方法だと、複数の欠陥条件設定を行わなければならず、操作が煩雑になる。また、使用者はそれぞれの欠陥部のサンプルを用意しなければならないのに加えて、未知の欠陥部には対応できないし、線キズなどの小さい欠陥部の指定作業に使用者がストレスを感じることも考えられる。従って、背景選択の方が好ましい場面が多いが、以下に説明する欠陥部を指定する方法も有効な場合があり、本実施形態では、背景選択する方法と、欠陥部を指定する方法とを使用者が選択できるようにしている。

（強制抽出法）
しきい値の設定方法の２つ目の方法は欠陥部を指定する方法（強制抽出法）である。たとえば、欠陥部と非欠陥部との違いがあまり大きくない場合には、欠陥部を選択することでしきい値の設定を行いたい場合があり、この場合に強制抽出法は有効である。

図２５に示す欠陥抽出用インターフェース５８には、強制抽出ボタン５８ｈが設けられており、この強制抽出ボタン５８ｈを押してから、各検査用画像の欠陥部を選択する（図２７に示す）。強制抽出とは、ワークＷの欠陥部を抽出することである。強制抽出は、拡大表示された各検査用画像に対して行うことができる。強制抽出の流れは、図３３に示す背景選択の場合とほぼ同様である。

強制抽出する方法としては、たとえばマウス７のポインタを、元画像１〜３におけるワークＷの欠陥部に置いてクリックする方法やタッチパネル操作する方法がある。これによってワークＷの欠陥部の位置（Ｘ座標、Ｙ座標）を指定できる。欠陥部の位置の指定は、元画像１〜３のうち、任意の１つの画像に対して複数回行うことができる。また、元画像１〜３のうち、任意の１つの画像（第１検査用画像）に対して欠陥部の位置の指定を行った後、別の画像に対しても欠陥部の位置の指定を行うことができる。尚、強制抽出を行うと、非欠陥部とすべき画素値範囲が狭まる方向に変わる。また、強制抽出と背景選択とを、１つの元画像に対して行うこともできる。

ワークＷの欠陥部の位置の指定は、図２に示す制御ユニット４の位置指定受付部４８によって受け付けられる。位置指定受付部４８では、欠陥部の位置の指定を複数回受け付けることができる。位置指定受付部４８で受け付けた欠陥部の位置情報（座標）は記憶装置１０の位置情報記憶部１０ｂに記憶される。

制御ユニット４の設定部４９は、位置指定受付部４８で受け付けた欠陥部の位置情報を位置情報記憶部１０ｂから読み出し、位置指定受付部４８により受け付けた欠陥部の位置の画素値を得る。強制抽出の場合は、背景選択の場合と異なり、欠陥部の位置の画素（クリックされた画素）の画素値を取得し、設定部４９は、欠陥部の位置の画素値に基づいて、非欠陥部とすべき画素値範囲を、表示部５に表示されている複数の検査用画像（上記第１検査用画像を含む）に対して自動的に設定する。このとき、欠陥部の位置の画素値を含まないように、非欠陥部とすべき画素値範囲を設定する。ただし、変更後の画素値範囲が有効な範囲にならない場合には、上限値を０、下限値を２５５に設定する。

また、表示部５に表示されておらずかつフィルタ処理が行われていない検査用画像（第２検査用画像）が選択された際、設定部４９は、位置情報記憶部１０ｂに記憶された欠陥部の位置を示す複数の位置情報を読み出し、第２検査用画像における位置情報に対応する画素値を参照する。第２検査用画像において非欠陥部とすべき画素値範囲を更新する。この第２検査用画像に対してフィルタ処理部４０がフィルタ処理を行う。第２検査用画像に対しても強制抽出を行うことができ、このときに指定された位置情報は位置情報記憶部１０ｂに記憶される。

さらに、表示部５に表示されておらずかつフィルタ処理が行われていない検査用画像が上記第２検査用画像として選択された後、更に別の画像が第３検査用画像として選択された際に、設定部４９は、位置情報記憶部１０ｂに記憶された欠陥部の位置を示す複数の位置情報を読み出し、第３検査用画像における位置情報に対応する画素値を参照して非欠陥部とすべき画素値範囲を更新する。フィルタ処理部４０は第３検査用画像に対してフィルタ処理を行う。

また、設定部４９は、上記第３検査用画像が選択された際に、位置情報記憶部１０ｂに記憶された上記第２検査用画像における欠陥部の位置を示す位置情報（第２欠陥部位置情報）を読み出し、第２検査用画像における位置情報に対応する画素値を参照して非欠陥部とすべき画素値範囲を更新することができる。

また、設定部４９は、第３検査用画像が選択された際に、位置情報記憶部１０ｂに記憶された第１検査用画像における欠陥部の位置を示す位置情報（第１欠陥部位置情報）と、第２検査用画像における欠陥部の位置を示す位置情報（第２欠陥部位置情報）とを読み出し、第３検査用画像における第１及び第２欠陥部位置情報に対応する画素値を参照して非欠陥部とすべき画素値範囲を更新するように構成されていてもよい。

画像生成部４２は、設定部４９により複数の検査用画像に対して設定された非欠陥部とすべき画素値範囲の全てに含まれる領域を非欠陥領域とし、いずれかの画素値範囲に含まれない領域を欠陥領域とした欠陥抽出画像を生成する。この欠陥抽出画像は、図２６や図２７の第４画像表示領域５８ｄに表示することができる。また、背景選択または強制抽出が行われると非欠陥部とすべき画素値範囲が変更になるが、位置指定受付部４８によって非欠陥部または欠陥部の位置の指定が受け付けられると、画像生成部４２は欠陥抽出画像における非欠陥領域と欠陥領域とを自動的に更新することができる。

表示制御部４７は、表示部５に表示された欠陥抽出画像において別の検査用画像で指定された領域に対応する領域を、その拡大操作に連動して同倍率で拡大して表示部５に表示させることができる。また、表示制御部４７は、表示部５に表示された欠陥抽出画像において別の検査用画像で指定された領域に対応する領域を、その縮小操作に連動して同倍率で縮小して表示部５に表示させることができる。さらに、表示制御部４７は、表示部５に表示された欠陥抽出画像を、上記スクロール操作に連動してスクロールさせることができる。

強制抽出を行った後に背景選択を行ったり、背景選択を行った後に強制抽出を行うこともできる。

（ヒストグラム及びピン）
また、図２８に示すように、しきい値設定時にヒストグラムとピンを表示させることもできる。たとえば、第１画像表示領域５８ａに表示されている元画像１の任意の位置をマウス７でクリックすると、「Ａ」と付されたピンが表示される。すると、しきい値設定用領域５８ｉにおいて、元画像１のクリックした点の画素値に対応するところに同じ「Ａ」と付されたピンが表示され、元画像１のクリックした点の画素値を知ることができる。もう１点クリックすると、「Ｂ」と付されたピンが表示され、その位置の画素値を知ることができる。Ａのピンと、Ｂのピンとのそれぞれ画素値を区別して知ることができる。ピンは３本以上表示させることもできる。元画像１でピンが表示されると、他の検査用画像の対応する位置に同じようにピンが表示される。検査用画像が切り替えられた場合には、切り替え後の検査用画像の対応する位置にピンを表示させることができる。

尚、「ピン」とは、使用者が検査用画像の任意の位置を指定したことを表すものの一例であり、表示形状はピン状でなくてもよく、たとえば矢印やフラッグのような形態であってもよい。

また、しきい値設定用領域５８ｉには、画素値の度数分布であるヒストグラムも表示できる。ヒストグラムは、図２に示す制御ユニット４のヒストグラム生成部４２ａで生成することができる。ヒストグラム生成部４２ａでは、位置指定受付部４８によって受け付けた非欠陥部または欠陥部の位置を含む領域のヒストグラムを生成する。

しきい値設定用領域５８ｉには、非欠陥部とすべき画素値範囲の上限と下限をそれぞれ示す２本のしきい値表示線５８ｊが表示されている。使用者が、たとえばしきい値設定用領域５８ｉに表示されているヒストグラムを見ながら、マウス７によるしきい値表示線５８ｊのドラッグ操作により、非欠陥部とすべき画素値範囲及び欠陥部とすべき画素値範囲の少なくとも一方を任意に変更することができる。このドラッグ操作は、操作受付部４６によって受け付けることができる。つまり、ヒストグラム生成部４２ａで生成されたヒストグラム上で非欠陥部とすべき画素値範囲及び欠陥部とすべき画素値範囲の少なくとも一方の変更を受け付けることができる。設定部４９は、操作受付部４６により受け付けた変更後の画素値範囲に基づいて非欠陥部とすべき画素値範囲を複数の検査用画像に対して設定する。

しきい値の設定方法は上述した方法に限られるものではなく、様々な方法を用いることができる。たとえば単純な画素値範囲ではなく、元画像１と元画像２の明るさ比率でしきい値を設定することもできる。また、複数の条件を組み合わせてしきい値を設定することもでき、この場合、論理演算（ＯＲやＮＯＴ）を使用者がカスタム化できるようにしてもよい。

また、マハラノビス距離などの統計学で使用される距離を使用して処理後画像の明るさを決め、しきい値からの外れ度合いに応じて、統計的に合理的な方法でグレー画像を生成することもできる。

また、背景選択する操作及び強制抽出する操作は、所定領域内の最小値、最大値を用いる方法とすることができるが、その所定領域内の画素値であっても他の画素値から大きく外れた画素値は除去して演算するようにしてもよい。また、所定領域内の画素値の標準偏差を使用して、外れ値のような値があってもロバストに動作可能にすることができる。上記所定領域は矩形領域であってもよいし、領域セグメンテーションを使用してもよい。これにより、ある程度似ている画素を大量に取得することができるため、しきい値の自動設定などがし易くなる。

また、クラスタリングを用いて非欠陥部の画素値範囲を自動的に判定するようにしてもよい。これにより、複数回のクリック操作は不要になる。また、欠陥部を含む領域と、欠陥部の無い領域とを指定し、それらから欠陥に相当する外れ値を見つけることによって適切なしきい値を設定できるようにしてもよい。

また、背景選択と強制抽出の分布を比較して、欠陥部と非欠陥部との分離に適したしきい値を決めることもできる。背景選択と強制抽出の分布を比較して、２群が分離可能か否かを表示することもできる。背景選択と強制抽出の分布を比較して、２群を分離するにはどの画像種が最適か判定し、その画像種でしきい値の設定を行うこともできる。

さらに、背景選択または強制抽出を行う際に、検査用画像の表示を２値化してもよいし、グレースケールで表示してもよい。２値化の場合は、全て検査用画像のしきい値の範囲内を非欠陥部とし、それ以外の欠陥部とすることができる。

（制御部４１によるパターン光照明部の制御）
この実施形態では、図２３に示すように８つの輝度画像を得てからデフレクトメトリ処理を行うのであるが、デフレクトメトリ処理のアルゴリズムは、パターン光照明部２から照射されるパターン光の照射順番を仮に特定した上で構成されている。この実施形態では、アルゴリズム上でのパターン光の照射順番が、図５Ａに示す０゜の場合のＹ方向パターン光、９０゜の場合のＹ方向パターン光、１８０゜の場合のＹ方向パターン光、２７０゜の場合のＹ方向パターン光、図５Ｂに示す０゜の場合のＸ方向パターン光、９０゜の場合のＸ方向パターン光、１８０゜の場合のＸ方向パターン光、２７０゜の場合のＸ方向パターン光の順番となっているとしてアルゴリズムが構成されている。

ここで、画像検査装置１の運用時には移動するワークＷを撮像部３で撮像するのであるが、この撮像時に、パターン光照明部２と撮像部３との位置関係が所定の状態になっていないことが考えられる。特に、この実施形態では、パターン光照明部２と撮像部３とが別体であることから、使用者がパターン光照明部２と撮像部３を自由に設置することができるので、パターン光の照度分布の位相のシフト方向がアルゴリズムで特定されている方向とは異なる方向となるように設置されてしまうことが起こり易いと想定される。

たとえば、アルゴリズム上では、パターン光の照度分布の位相のシフト方向を１回目の照射から４回目の照射までをＸ方向と特定しているのに、実際の設置状態では１回目の照射から４回目の照射までＹ方向に位相がシフトしてしまうようになっていると、照明及び撮像を繰り返して複数の輝度画像を得ることはできるが、不適切な条件で撮像された輝度画像に基づいて検査用画像が生成されることになる。このため、ワークＷに存在している凹みが検査用画像に現れにくくなったり、凹みを黒く表示するべきところが反対に白く表示されたり、凹みなのに白と黒とが混ざったような状態で表示されることがある。

具体的には、図３４に示すように、パターン光の照度分布の位相のシフト方向がアルゴリズムで特定されている方向であった場合には、同図における左側に示すように、凹んだ欠陥部が黒くなるように検査用画像に表示される。しかし、同図における中央部に示すように、パターン光撮像部２と撮像部３との向きが、アルゴリズムで仮定されている方向に対して１８０゜異なっていた場合には、凹んだ欠陥部が白く表示されてしまう。このため、使用者は凸状の欠陥部であると誤って認識してしまう恐れがある。また、同図における右側に示すように、パターン光撮像部２と撮像部３との位置関係が実際には反射光受光であるのに透過光受光であると設定してしまった場合、白い部分と黒い部分とが混ざって表示されることになる。

このことに対し、この実施形態では、情報取得部９が、撮像部３のラインカメラ３１の受光素子３ａの配列方向に対するワークＷの移動方向に関する移動方向情報と、受光素子３ａとパターン光照明部２との位置関係に関する位置関係情報とを得て、制御部４１が、情報取得部９により取得された移動方向情報及び位置関係情報にしたがい、パターン光照明部２により照射されるパターン光の位相シフト方向を決定することができる。

すなわち、照度分布の位相のシフト方向がアルゴリズムで特定されている方向とは異なる方向となるようにパターン光照明部２及び撮像部３が設置されていたとしても、移動方向情報と位置関係情報とに基づいて、パターン光照明部２により照射されるパターン光の位相シフト方向を、アルゴリズムで特定している方向に設定し直すことができる。

したがって、パターン光照明部２や撮像部３を設置し直す必要はなくなる。また、設置場所の制約や配線の関係から照度分布の位相のシフト方向がアルゴリズムで特定されている方向とは異なる方向となるようにしかパターン光照明部２や撮像部３を設置できない場合であってもデフレクトメトリの原理を応用した画像検査を行うことができる。

つまり、照度分布の位相のシフト方向がアルゴリズムで特定されている方向とは異なる方向となるようにパターン光照明部２及び撮像部３が設置されていた場合には適切な検査用画像を得ることができないので、適切な検査用画像が得られるように第１発光ダイオード列Ａ１〜Ａ１２及び第２発光ダイオード列Ｂ１〜Ｂ１２を制御してパターン光の照射順番を変更することができる。

（画像生成部４２による検査用画像の生成）
画像生成部４２は、情報取得部９により取得された移動方向情報及び位置関係情報にしたがい、ワークＷの形状に係る検査用画像を生成することもできる。これにより、照度分布の位相のシフト方向がアルゴリズムで特定されている方向とは異なる方向となるようにパターン光照明部２及び撮像部３が設置されていた場合に、パターン光照明部２のパターン光の照射順番を変更することなく、画像生成部４２の生成方法によって適切な検査用画像を得ることができる。

上記移動方向情報及び位置関係情報を得ておくことで、パターン光がワークＷに対してどのように照射されるかを把握することができ、パターン光の位相のシフト方向がどのような方向であっても、画像生成部４２は、アルゴリズムで特定されているパターン光の位相のシフト方向と一致するように、画像を取り扱ってワークＷの形状に係る検査用画像を生成することができる。たとえば、アルゴリズム上では、パターン光の照度分布の位相のシフト方向を１回目の照射から４回目の照射までＸ方向と特定し、５回目の照射から８回目の照射までＹ方向と特定しているのに、実際の設置状態では１回目の照射から４回目の照射までＹ方向に位相がシフトし、５回目の照射から８回目の照射までＸ方向に位相がシフトしてしまうようになっていた場合、パターン光の照射順番は変更することなくそのまま撮像し、撮像後に、５回目の照射から８回目の照射で得られた輝度画像を、アルゴリズム上の１回目の照射から４回目の照射で得られた輝度画像として取り扱い、１回目の照射から４回目の照射で得られた輝度画像を、アルゴリズム上の５回目の照射から８回目の照射で得られた輝度画像として取り扱う。このように、実際に撮像した輝度画像を入れ替えて処理することで、パターン光照明部２及び撮像部３の設置状態を変更することなく、デフレクトメトリの原理を応用した画像検査を行うことができる。

（検査部の構成）
図２に示すように、制御ユニット４には検査部４ａが設けられている。検査部４ａは、画像生成部４２により生成された検査用画像に基づいてワークＷの欠陥検査を実行する。たとえば、ワークＷに非欠陥部があるか否かを上記しきい値に基づいて判定し、非欠陥部があると判定される場合には報知することができる。

（ＨＤＲ機能）
画像検査装置１には、ハイダイナミックレンジ合成（high dynamic range imaging ： ＨＤＲ）機能を組み込むことができる。ＨＤＲ機能では、制御部４１は、明るさが異なる複数の輝度画像を得るようにパターン光照明部２及び撮像部３を制御する。ＨＤＲ機能で得る輝度画像としては、たとえば、露光時間の異なる複数の輝度画像、パターン光照明部２の発光強度が異なる複数の輝度画像、露光時間及び発光強度の両方が異なる複数の輝度画像がある。画像生成部４２は、たとえば、明るさが異なる３枚の輝度画像を合成することで、各輝度画像のダイナミックレンジよりも広いダイナミックレンジを有する検査用画像を生成することができる。ＨＤＲ合成の手法については従来から周知の手法を用いることができる。

ＨＤＲ機能では複数の輝度画像を得る必要があり、この場合も、上記トリガ信号の送信の欄で説明したように、外部からの一のエンコーダパルス信号を受け付けると、パターン光照明部２の照明条件及び撮像部３の撮像条件の少なくとも一方を変化させて複数の輝度画像が生成されるように、パターン光照明部２及び撮像部３に対して複数の撮像トリガ信号を順次送信するように構成することができる。

（マルチスペクトル照明）
パターン光照明部２は、マルチスペクトル照明が可能に構成されていてもよい。マルチスペクトル照明とは、波長が異なる光を、タイミングをずらしてワークＷに照射することであり、印刷物（検査対象物）の色むらや汚れ等を検査するのに適している。たとえば、黄色、青色、赤色を順番にワークＷに照射可能となるように、パターン光照明部２を構成することができ、具体的には、多数色のＬＥＤを有するパターン光照明部２としてもよいし、液晶パネルや有機ＥＬパネル等でパターン光照明部２を構成してもよい。

撮像部３は、光が照射されるタイミングでワークＷを撮像して複数の輝度画像を得る。画像生成部４２は、複数の輝度画像を合成して検査用画像を得ることができる。ここで、光には紫外線や赤外線も含むことができる。

（実施形態の作用効果）
以上説明したように、この実施形態によれば、複数のパターン光をワークＷに順次照射し、パターン光が照射される都度、ワークＷを撮像して複数の輝度画像を生成し、複数の輝度画像に基づいて、ワークＷの形状を示す位相データを生成し、ワークＷの形状に係る検査用画像を生成するようにしたので、デフレクトメトリの原理を応用した画像検査を行うことができる。

仮に、照度分布の位相のシフト方向がアルゴリズムで想定されている方向とは異なる方向となるようにパターン光照明部２及び撮像部３が設置されていたとしても、受光素子３ａの配列方向に対するワークＷの移動方向に関する移動方向情報と、受光素子３ａとパターン光照明部２との位置関係に関する位置関係情報とにしたがい、パターン光照明部２により照射されるパターン光の位相シフト方向を適切な方向にすることができる。

また、照度分布の位相のシフト方向がアルゴリズムで想定されている方向とは異なる方向となるようにパターン光照明部２及び撮像部３が設置されていたとしても、上記移動方向情報及び位置関係情報とにしたがい、画像生成部４２によってワークＷの形状に係る検査用画像を生成することができる。

また、複数の検査用画像を表示部５に同時に表示することができる。複数の検査用画像を表示部５に同時に表示した状態で、使用者が、ある検査用画像を見て、ワークＷの非欠陥部または欠陥部の位置を指定すると、その指定した結果を受け付け、非欠陥部または欠陥部の位置の画素値に基づいて、非欠陥部とすべき画素値範囲を複数の検査用画像に対して設定することができる。これにより、使用者が全ての検査用画像に対して非欠陥部または欠陥部の位置を指定しなくても、複数の検査用画像で欠陥の有無を判定することができる。

また、複数の検査用画像に対して設定された非欠陥部とすべき画素値範囲の全てに含まれる領域を非欠陥領域とし、いずれかの画素値範囲に含まれない領域を欠陥領域とした欠陥抽出画像を生成することができるので、使用者は、欠陥抽出画像を見るだけで異なる種別の欠陥の検出を行うことができる。

また、複数の検査用画像を表示部５に同時に表示した状態で、使用者が、一の検査用画像の一部の領域を指定して拡大する操作を行うと、他の検査用画像において対応する領域が同倍率で拡大されて表示部に表示される。これにより、簡単な操作でもって複数の検査用画像を同じように拡大して表示することができる。同領域が同倍率で拡大表示された各検査用画像を使用者が見て、ある検査用画像においてワークＷの非欠陥部または欠陥部の位置を指定することができる。

また、異なる種別の欠陥の検出が可能な複数の検査用画像を生成する場合に、フィルタ処理が実行された検査用画像と、フィルタ処理が実行されていない検査用画像とを使用者が同時に見ることができる。
（実施形態２）
上記実施形態１では、得られた輝度画像に対してデフレクトメトリ処理を行うことによって検査用画像を生成する機能について説明したが、本発明に係る画像検査装置１は、このデフレクトメトリ処理機能以外にも、たとえば、フォトメトリックステレオ法を利用して検査用画像を生成する機能を持たせることもできる。

以下、フォトメトリックステレオ法を利用して検査用画像を生成する場合について、図３８を参照しながら、実施形態１と同じ部分には同じ符合を付して説明を省略し、異なる部分について詳細に説明する。

実施形態２に係る画像検査装置１は、たとえば特開２０１５−２３２４８６号公報に開示されている画像検査装置と同様に構成することができる。すなわち、画像検査装置１は、ワークＷを一定の方向から撮像する撮像部３と、ワークＷを異なる三以上の照明方向から照明するための照明部２００と、制御ユニット４００とを備えるとともに、実施形態１と同様な表示部５、キーボード６及びマウス７を少なくとも備えている。

照明部２００は、ワークＷに対して、互いに異なる方向から光を照射するように構成されており、第１〜第４発光部２０１〜２０４と、第１〜第４発光部２０１〜２０４を制御する照明制御部２０５とを有している。この照明部２００は、ワークＷに対して互いに異なる方向から光を照射する複数方向照明を実行する部分である。第１〜第４発光部２０１〜２０４は互いに間隔をあけてワークＷを取り囲むように配置されている。第１〜第４発光部２０１〜２０４は、発光ダイオード、白熱球、蛍光灯等を利用することができる。また、第１〜第４発光部２０１〜２０４は別体であってもよいし、一体化されていてもよい。

制御ユニット４００は、制御部４０１と、法線ベクトル算出部４０２と、輪郭画像生成部４０３と、テクスチャ描出画像生成部４０４と、トリガ信号送信部４０５とを備えている。制御部４０１は、エンコーダパルス信号が外部から入力されたときに、エンコーダパルス信号を受け付けることが可能に構成されている。制御部４０１が外部からの一のエンコーダパルス信号を受け付けると、照明部２００の照明条件及び撮像部３の撮像条件の少なくとも一方を変化させて複数の輝度画像が生成されるように、トリガ信号送信部４０５が撮像部３に対して複数の撮像トリガ信号を順次送信するように構成されている。また、制御部４０１が外部からの一のエンコーダパルス信号を受け付けると、トリガ信号送信部４０５は、照明部２００に対して複数の照明トリガ信号を順次送信するように構成されている。この実施形態では、第１〜第４発光部２０１〜２０４を順次点灯させるので、照明トリガ信号を４回送信する。この照明トリガ信号の送信に同期させて撮像トリガ信号を４回送信する。

たとえば、照明部２００が１回目の照明トリガ信号を受信すると、照明制御部２０５が第１発光部２０１のみ点灯させる。このとき撮像部３は撮像トリガ信号を受信して光が照射されるタイミングでワークＷを撮像する。照明部２００が２回目の照明トリガ信号を受信すると、照明制御部２０５が第２発光部２０２のみ点灯させ、このとき撮像部３はワークＷを撮像する。このようにして４枚の輝度画像を得ることができる。なお、照明の数は４つに限られるものではなく、３つ以上で、かつ、互いに異なる方向からワークＷを照明することができれば任意の数にすることができる。

法線ベクトル算出部４０２は、撮像部３によって撮像された複数の輝度画像同士で対応関係にある画素毎の画素値を用いて、各画素のワークＷの表面に対する法線ベクトルを算出する。輪郭画像生成部４０３は、算出された各画素の法線ベクトルに対してＸ方向及びＹ方向に微分処理を施し、ワークＷの表面の傾きの輪郭を示す輪郭画像を生成する。テクスチャ描出画像生成部４０４は、算出された各画素の法線ベクトルから、法線ベクトルと同個数の各画素のアルベドを算出し、アルベドから、ワークＷの表面の傾き状態を除去した模様を示すテクスチャ描出画像を生成する。

尚、図示しないが、実施形態２においても、実施形態１と同様に、表示部５に表示された各検査用画像に対して、当該検査用画像における検査対象物の非欠陥部または欠陥部の位置の指定を受け付け可能な受付部、受付部により受け付けた非欠陥部または欠陥部の位置の画素値に基づいて、非欠陥部とすべき画素値範囲を複数の検査用画像に対して設定する設定部を備えている。さらに、表示部５に表示された検査用画像のうち、一の検査用画像の一部の領域を指定して拡大する拡大操作を受け付け可能な操作受付部、表示部５に表示された他の検査用画像において上記一の検査用画像で指定された領域に対応する領域を、上記拡大操作に連動して同倍率で拡大して上記表示部に表示させる表示制御部も備えている。拡大操作の代わりに縮小操作やスクロール操作が可能であるのはもちろんである。さらにまた、図示しないフィルタ処理部も実施形態１と同様である。

（実施形態の作用効果）
この実施形態２によれば、フォトメトリックステレオ法を利用して、異なる種別の欠陥の検出が可能な複数の検査用画像を得ることができ、得られた検査用画像を用いて欠陥検査を行うことができる。
（実施形態３）
図３９は、本発明の実施形態３に係る画像検査装置１のブロック図である。この実施形態３は、画像検査装置１がエッジ生成部５００を備えている点で実施形態１と異なっているが、他の部分は実施形態１と同じであるため、以下、実施形態１と同じ部分には同じ符合を付して説明を省略し、異なる部分について詳細に説明する。

ワークＷの検査を行う際、たとえば複雑な形状の輪郭の欠陥検査をしたい場合や、複雑な形状を持った特定の領域内で欠陥検査をしたい場合等があり、このような場合には、検査用画像上で、輪郭を正確に抽出する必要がある。上記エッジ生成部５００はワークＷの輪郭を表示部５に表示されている画面上に生成するための部分であり、制御ユニット４の一部とすることもできる。

尚、ワークＷの輪郭をエッジとも呼ぶが、エッジは、ワークＷの外形線だけでなく、ワークＷに形成された穴や凹みの周縁部、ワークＷに形成された溝の縁、ワークＷに設けられたビードの外形線、ワークＷに設けられたシール部材の外形線、ワークＷに塗布されたシール剤の縁部等の場合があり、本実施形態では基本的にどのようなエッジも画面上に生成して確認することが可能である。

エッジ生成部５００は、表示部５に表示された検査用画像上で、ワークＷのエッジ検出の初期位置となる任意の位置の指定を受け付ける位置受付部５０１と、位置受付部５０１で受け付けた初期位置または当該初期位置の近傍の初期エッジ位置を検出するとともに、当該エッジの勾配方向を特定するエッジ検出部５０２と、エッジ検出部５０２により検出されたエッジの勾配方向と略直交する方向をエッジ接線方向と仮定し、検出されたエッジからエッジ接線方向に所定距離離れた位置にエッジをサーチする領域であるサーチ領域を設定するサーチ領域設定部５０３と、サーチ領域設定部５０３により設定されたサーチ領域内の画素値に基づき、当該サーチ領域内で有効なエッジ位置検出用局所しきい値を設定するための局所しきい値設定部５０４と、エッジ連結部５０５とを備えている。

エッジ検出部５０２は、サーチ領域内の画素値とエッジ位置検出用局所しきい値とに基づいて、当該サーチ領域におけるエッジ位置を検出するとともに、当該エッジの勾配方向を特定するエッジ検出処理を実行し、当該エッジ検出処理をサーチ領域設定部５０３により順次設定されるサーチ領域に対して繰り返し実行するように構成されている。エッジ連結部５０５が、各サーチ領域にて順次検出されたエッジ位置を連結する連結処理を実行することにより、ワークＷの輪郭を特定するように構成されている。

尚、この実施形態では、エッジ検出部５０２がエッジ位置を検出してエッジの勾配方向を特定するようにしているが、こればエッジ接線方向を仮定するための処理であり、エッジの勾配方向を特定することなく、エッジ接線方向を仮定する場合には、エッジの勾配方向の特定は不要である。

以下、エッジ生成部５００による具体的なエッジ生成方法について図４０に示すフローチャートに基づいて説明する。このフローチャートのステップＳＤ１では、ｉ＝１と置く。その後、ステップＳＤ２に進み、このステップＳＤ２では、使用者が、表示部５に表示された検査用画像上で、ワークＷのエッジ検出の初期位置となる任意の位置をマウス７のクリック操作によって指定する。初期位置の指定方法はマウス７の操作に限られるものではなく、他の入力機器の操作であってもよい。

たとえば図４１に示す検査用画像上で、使用者がエッジであると認識している線上にポインタ（白抜きの矢印で示す）を置き、マウス７をクリック操作する。使用者は検査用画像上でエッジが分かりやすい部分を指定すると考えられるので、使用者に初期位置の指摘を行わせることで、初期位置を正確に特定することができる。

クリック操作された位置は位置受付部５０１によって受け付けられる。クリックされた位置がエッジ上から多少外れている場合があるので、エッジ検出部５０２は、図４２に示すようにクリックされた位置を含む所定範囲の領域Ｓ０内で最もエッジ強度の強い座標、即ち画素値の差が大きい部分の座標を求め、その位置に対応する座標を求めて初期座標Ｐ０とする（ステップＳＤ３）。これにより、クリックされた位置がエッジ上から多少外れていても、位置を修正することができ、エッジ上に初期座標を置くことができる。また、ステップＳＤ３ではエッジの勾配方向（画素値が変化する方向）も特定しておき、図４３の左側に示すように、初期座標Ｐ０を通り、かつ、エッジの勾配方向を示す勾配ベクトルｎを求める。これはエッジ検出部５０２が行う。尚、しきい値を超えるエッジが見つからなければ処理を終了する。

ステップＳＤ３に続くステップＳＤ４では、勾配ベクトルｎに略直交する接線ベクトルｒ（初期座標Ｐ０における接線ベクトル）を求め、この接線ベクトルｒを進行ベクトル（単位ベクトル）とする。進行ベクトルの方向をエッジ接線方向と仮定することができる。

その後、ステップＳＤ５に進み、図４３の右側に示すように、進行ベクトルｒ×Ｌ（所定距離）だけ離れた位置の座標（点Ｓｉ）を求める。ステップＳＤ６では、点Ｓｉを中心としたセグメントＳ１を進行ベクトルｒと平行に形成する。このセグメントＳ１は、エッジをサーチする領域であるサーチ領域に相当する。これはサーチ領域設定部５０３が行う。

セグメントＳ１を形成した後、ステップＳＤ７では、図４４の左側に示すセグメントＳ１内の画素をエッジ勾配方向と直交する方向に投影（縮退）することにより、同図の中央に示すように一次元の画素値にし、この一次元の画素値をエッジ情報として得る。得られたエッジ情報からエッジ位置を求める。セグメントＳ１内での２値化であることから、狭い領域で２値化のしきい値を決めることができる。セグメントＳ１内で求めたしきい値が、エッジ位置検出用局所しきい値である。エッジ位置検出用局所しきい値は大津法（判別分析法）によって求めることができる。これは局所しきい値設定部５０４で行う。また、たとえば一次元の画素値の微分値に対してエッジ位置検出用局所しきい値を設定し、エッジ位置を求めてもよい。

ステップＳＤ８では、エッジ位置が求まったか否か判定する。ステップＳＤ８でＮＯと判定された場合にはステップＳＤ１６、１７を経てステップＳＤ５に戻る。複数回試してもエッジ位置が求まらなかった場合には処理を終了する。

一方、ステップＳＤ８でＹＥＳと判定されてエッジ位置が求まった場合には、ステップＳＤ９に進み、図４３の右側に示すように、求まったエッジ位置をＰｉと置く。ステップＳＤ１０では、進行ベクトルをＰｉ−１からＰｉへの単位ベクトルに更新する。

その後、ステップＳＤ１１では、ステップＳＤ９で求めた点Ｐｉを中心に、進行ベクトルと平行にセグメントを形成する。ステップＳＤ１２では、ステップＳＤ１１で形成したセグメントを縮退することによって２値化し、エッジ情報を得て、このエッジ情報からエッジ位置を求める。ステップＳＤ１３では、ステップＳＤ１２で求まったエッジ位置をＰｉと置く。ステップＳＤ１４では、進行ベクトルをＰｉ−１からＰｉへの単位ベクトルに更新する。ステップＳＤ１５では、ｉ＝ｉ＋１とする。その後、ステップＳＤ５に進む。

つまり、順次設定されるサーチ領域に対してエッジ検出処理を繰り返し実行することで、図４５Ａに示すように、複数のエッジ位置（この例では点Ｐ０〜Ｐ１０）を求めることができる。複数のエッジ位置を求めた後、エッジ連結部５０５が、エッジ位置を、求められた順（Ｐ０→Ｐ１→Ｐ２・・・Ｐ１０→Ｐ０）に線で連結していくことにより、ワークＷの輪郭を特定することができる。このとき、Ｐ０とＰ１０の距離が所定距離以下であるか否かを判定し、所定距離以下ならＰ０とＰ１０とを連結する方法と採用してもよい。

Ｐ１０からＰ０に連結したときに閉領域フラグを持たせて処理を終了させることができる。Ｐ０は輪郭の始点及び終点になる。閉領域にならない輪郭の場合もある。こうして特定されたワークＷの輪郭は、白及び黒以外の任意の色で検査用画面に合成された状態で表示できる。

図４５Ｂでは、白い点（エッジ位置）によって既に輪郭が特定されていて、その後、エッジ位置としてＰ０〜Ｐ３を順に求めた場合を示している。Ｐ３を求めた後、既に特定されている輪郭と交差しないように処理を停止するのが好ましい。また、Ｐ３を求めた後、白い点ではなく、Ｐ０に連結して処理を終了させるようにしてもよく、これにより迷走を避けることができる。また、図４５Ｂにおける白い点で示すエッジ位置のみで構成された閉領域としてもよい。尚、図面上の白い点は説明の便宜を図るために示しているだけであり、色や形態は任意に設定することができるが、既に求まったエッジ位置と、その後に求めたエッジ位置とは異なる色や形態で表示するのが好ましい。

図４５Ｃでは、白い点（エッジ位置）によって既に輪郭が特定されていて、その後、エッジ位置としてＰ０、Ｐ１を求めた場合を示している。Ｐ１を求めた後に形成されたセグメントＳ１内に、既に特定されている輪郭が存在している場合には処理を停止することができる。尚、セグメントＳ１内に、仮にＰ０が存在していた場合には処理を停止させることなく、Ｐ０と連結するようにすればよい。

図４６は、輪郭の曲率が小さい場合の処理方法を示す図である。図４６の上に示すように、エッジ位置Ｐ１を求めた後、次のエッジ位置を求めるために、進行ベクトル方向に所定距離Ｌだけ離れたところにセグメントＳ１を形成するのであるが、このとき、輪郭の曲率が小さいと、セグメントＳ１の外に輪郭が位置することになり、エッジ位置を検出できない場合がある。

このように、セグメントＳ１内でエッジ位置を検出できなかったときには、サーチ領域設定部５０３は、所定距離Ｌを短くしてセグメントＳ１を再設定するように構成されている。図４６の上から２番目の図に示すように、所定距離ＬをたとえばＬ／２とすることができる。エッジ検出部５０２は、所定距離Ｌを短くして再設定されたセグメントＳ１内でエッジ位置を検出するとともに、エッジの勾配方向を特定する。尚、所定距離をＬ／２にしてもセグメントＳ１内にエッジを検出できなかった場合には、所定距離を更に短くしてセグメントＳ１を形成する。

図４６の上から２番目の図では、セグメントＳ１内の画素を投影すると、輪郭に対して斜めに投影することになるのでエッジがぼやけてしまい、正確なエッジが分かり難くなることがある。このことに対して、図４６の下に示すように、エッジ検出部５０２は、サーチ領域設定部５０３で再設定されたセグメントＳ１内で検出されたエッジ位置を仮エッジ位置Ｐ２とし、サーチ領域設定部５０３は、仮エッジ位置Ｐ２と、該仮エッジ位置Ｐ２の直前に検出されたエッジ位置Ｐ１とを結ぶベクトルｔと直交する方向に広がるセグメントＳ１’（再設定サーチ領域）を設定する。これにより、セグメントＳ１’内の画素を投影したときにエッジが明確になる。エッジ検出部５０２は、セグメントＳ１’内でエッジ位置を検出するとともに、当該エッジの勾配方向を特定し、検出されたエッジ位置を、上記仮エッジ位置Ｐ２と置き換えるように構成されている。

また、図４７に示すような検査対象物、たとえばビードやシール剤、Ｏリング等では、当該検査対象物が所定の幅Ｃを持っており、幅方向の両側に輪郭がそれぞれある。本実施形態では、上述した方法を応用して幅方向の両側の輪郭を特定することもできる。以下、図４８のフローチャートに基づいて両側の輪郭特定方法について詳細に説明する。

図４８のフローチャートのステップＳＥ１では、ｉ＝１と置く。その後、ステップＳＥ２に進む。ステップＳＥ２では、使用者が、表示部５に表示された検査用画像上で、検査対象物のエッジ検出の初期位置となる任意の位置をマウス７のクリック操作によって指定する。たとえば図４７に示す検査用画像上（一部を示している）で、使用者が検査対象物の幅方向中心部であると認識している所にポインタ（白抜きの矢印で示す）を置き、マウス７をクリック操作する。クリックされた位置は位置受付部５０１によって受け付けられる。

ステップＳＥ３では、クリックされた位置を含む所定範囲の領域Ｓ０内（図４９に示す）でエッジ強度の強い座標を求め、最初のエッジ位置Ｅ０を設定する。ステップＳＥ４では、勾配ベクトルｎをたどり、対応するエッジ位置Ｅ０’を求める。エッジ位置Ｅ０’における勾配ベクトルｎ’の方向は勾配ベクトルｎと反対になる。エッジ位置Ｅ０とエッジ位置Ｅ０’との中間位置を初期座標（制御点）Ｐ０とする。

ステップＳＥ５では、エッジ位置Ｅ０における勾配ベクトルｎと、エッジ位置Ｅ０’における勾配ベクトルｎ’を平均して、進行ベクトルｒを算出する。ステップＳＥ６では、図５０に示すように、進行ベクトルｒ×Ｌ（所定距離）だけ離れた位置の座標（点Ｓｉ）を求める。ステップＳＥ７では、点Ｓｉを中心としたセグメントＳ１を進行ベクトルｒと平行に形成する。

ステップＳＥ８では、セグメントＳ１内の画素をエッジ勾配方向と直交する方向に投影（縮退）することによって一次元の画素値をエッジ情報として得て、このエッジ情報からエッジ位置Ｅｉ、Ｅｉ’を求める。ステップＳＥ９では、エッジ位置が求まったか否か判定する。ステップＳＥ９でＮＯと判定された場合にはステップＳＥ１７、１８を経てステップＳＥ６に戻る。複数回試してもエッジ位置が求まらなかった場合には処理を終了する。

一方、ステップＳＥ９でＹＥＳと判定されてエッジ位置Ｅｉ、Ｅｉ’が求まった場合には、ステップＳＥ１０に進み、エッジ位置Ｅｉ、Ｅｉ’の中間位置をＰｉと置く。ステップＳＥ１１では、進行ベクトルをＰｉ−１からＰｉへの単位ベクトルに更新する。その後、ステップＳＥ１２では、ステップＳＥ１０で求めた点Ｐｉを中心に、進行ベクトルと平行にセグメントを形成する。ステップＳＥ１３では、ステップＳＥ１２で形成したセグメントを縮退することによって２値化し、エッジ情報を得て、このエッジ情報からエッジ位置を求める。ステップＳＥ１４では、ステップＳＥ１３で求まったエッジ位置をＰｉと置く。ステップＳＥ１５では、進行ベクトルをＰｉ−１からＰｉへの単位ベクトルに更新する。ステップＳＥ１６では、ｉ＝ｉ＋１とする。その後、ステップＳＥ６に進む。従って、順次設定されるサーチ領域に対してエッジ検出処理を検査対象物の幅方向両側で繰り返し実行することで、両側のエッジ位置をそれぞれ複数求めることができる。エッジ位置を求めた後、エッジ連結部５０５が、エッジ位置を線で連結していくことにより、両側の輪郭を特定することができる。

エッジの生成は、画像検査装置１の設定時に行うことができ、生成したエッジを基準モデル線として記憶装置１０に記憶させておくことができる。画像検査装置１の設定後、画像検査装置１の運用時には、検査対象物を撮像して検査用画像を得て、検査用画像の検査対象物の位置補正等を行った後、検査用画像上の検査対象物のエッジを検出し、検出したエッジと上記基準モデル線とを比較して差が所定以上である場合に欠陥部であると特定することができる。これは検査部４ａが実行できる。

（実施形態の作用効果）
この実施形態３によれば、使用者が表示部５に表示された検査用画像上で、ワークＷのエッジまたはその近傍位置を指定すると、サーチ領域の設定、サーチ領域内におけるしきい値の設定、サーチ領域内でのエッジ位置の検出が繰り返し行われてワークＷの輪郭に沿って複数のエッジ位置を順次得ることができ、得られたエッジ位置を連結してワークＷの輪郭を自動的に特定することができる。よって、簡単な操作であっても高精度に輪郭を特定することができ、検査精度を向上させることができる。
（実施形態４）
図５１は、本発明の実施形態４に係る画像検査装置１のブロック図である。この実施形態４は、画像検査装置１がエッジ生成部３００を備えている点で実施形態１と異なっているが、他の部分は実施形態１と同じであるため、以下、実施形態１と同じ部分には同じ符合を付して説明を省略し、異なる部分いついて詳細に説明する。

エッジ生成部３００は、表示部５に表示された検査用画像上の異なる位置に複数のエッジ検出領域を設定するためのエッジ検出領域設定部３０１と、各エッジ検出領域内で複数のエッジ点を検出し、隣接するエッジ点同士を連結することにより、検査対象物の輪郭の一部を構成する輪郭セグメントをエッジ検出領域ごとに形成する輪郭セグメント形成部３０２と、輪郭セグメント形成部３０２で形成された一の輪郭セグメントの端部と、該端部と最も近い他の輪郭セグメントの端部とを連結する連結処理を実行し、当該連結処理を輪郭セグメントの開放端が無くなるまで繰り返して閉領域を形成する閉領域形成部３０３とを備えている。

すなわち、図５２の上側はワークＷを撮像した検査用画像を示しており、使用者は、検査用画像を見ながら図５２の中央に示すように、検査用画像上の異なる位置にエッジ検出領域Ｆ１、Ｆ２を設定する。エッジ検出領域Ｆ１、Ｆ２は、たとえば使用者によるマウス７やキーボード６の入力操作によってワークＷにおける所望部分を囲むことによって形成することができ、この操作によって囲まれた部分を、エッジ検出領域設定部３０１がエッジ検出領域Ｆ１、Ｆ２として設定する。

エッジ検出領域Ｆ１内では、図５２の中央の図の一部を拡大して示すように、エッジ点Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、…を検出する。エッジ点は従来から周知の方法で検出することもできるし、実施形態３のような方法で検出することもできる。隣接するエッジ点（たとえばＰ１とＰ２）同士を連結することにより、ワークＷの輪郭の一部を構成する輪郭セグメントＫ１が形成される。エッジ検出領域Ｆ２内においても同様に輪郭セグメントＫ２が形成される。これは輪郭セグメント形成部３０２で行う。

尚、輪郭セグメントは使用者がマウス７等の入力装置を使用して指定することによって形成してもよい。この場合、使用者が表示部５に表示された検査用画像を見ながら、マウス７の操作によって輪郭セグメントの始点と終点とを少なくとも指定する。使用者による始点及び終点の指定を受けた輪郭セグメント形成部３０２は、始点と終点とを結ぶ直線を輪郭セグメントとする。この場合、使用者は始点と終点の間の中間点を追加で指定するようにしてもよい。また、輪郭セグメントは直線に限られるものではなく、マウス７等の操作によって曲線に形成することもできる。

閉領域形成部３０３は、図５２の下側に示すように、輪郭セグメントＫ１の端部Ｋ１ａと、該端部Ｋ１ａに最も近い輪郭セグメントＫ２の端部Ｋ２ａとを直線からなる連結線Ｌ１によって連結する。また、輪郭セグメントＫ１の端部Ｋ１ｂと、該端部Ｋ１ｂに最も近い輪郭セグメントＫ２の端部Ｋ２ｂとを直線からなる連結線Ｌ２によって連結する。これにより、輪郭セグメントＫ１、Ｋ２の開放端が無くなって閉領域Ｍが形成される。この閉領域Ｍが検査対象領域となり、検査部４ａが欠陥検査を実行する領域になる。

連結処理を行う対象となっている輪郭セグメントＫ１の端部Ｋ１ａと輪郭セグメントＫ２の端部Ｋ２ａとの離間距離は、隣合うエッジ点同士（たとえばＰ１とＰ２）の間隔よりも長く設定されている。これにより、輪郭セグメントＫ１の端部Ｋ１ａと、輪郭セグメントＫ２の端部Ｋ２ａとがエッジ点であると誤って認識されにくくなる。

また、図５３に示すようなワークＷで当該ワークＷの略全体を検査対象領域としたい場合には、同図の上側に示すように、ワークＷの周縁部を囲むようにしてエッジ検出領域Ｆ１〜Ｆ６を形成する。エッジ検出領域Ｆ１〜Ｆ６には輪郭セグメントＫ１〜Ｋ６が形成される。

輪郭セグメントＫ１〜Ｋ６の形成後、同図の下側に示すように、輪郭セグメントＫ１〜Ｋ６の端部が、連結線Ｌ１〜Ｌ６で連結されて閉領域Ｍが形成される。この例では、ワークＷの角部を外すように閉領域Ｍを形成することができるので、たとえばワークＷの角部の面取り加工部やＲ加工部を外した検査対象領域を形成できる。

図５２に示す場合及び図５３に示す場合の両方で、輪郭セグメントを連結する際には、全てのエッジ検出領域が形成されてから連結するようにしてもよいし、エッジ検出領域が形成された順に連結するようにしてもよい。また、輪郭セグメントを連結する際には、既に連結されている端部に対しては、連結処理を行うことができないようにすることもできる。また、互いに交差する関係にある輪郭セグメント同士を連結できないようにすることもできる。さらに、連結線が最も短くなるような連結処理を行うこともできる。さらにまた、連結する端部を使用者が手動で選択可能にして変更できるように構成してもよい。

輪郭セグメントを連結する際の連結線が所定長さ以上になると連結処理を行うことができないようにすることもできる。この場合、輪郭セグメントが閉領域を構成しないことになる。連結線の長さが所定長さ以上になるということは、２つの輪郭セグメント間が大きく離れているということであり、この場合に連結処理を行わないことで、誤った連結処理が行われてしまうのを回避できる。尚、連結する端部を使用者が手動で選択可能にした場合には、連結線の長さが所定長さを超えていても連結可能するのが好ましい。

また、連結線は直線に限られるものではなく、たとえば二次曲線、三次曲線等、特にペジエ曲線、スプライン曲線等の曲線とすることもできる。これにより、輪郭セグメントの端部を滑らかに連結することができる。また、連結線は、曲線と直線との組み合わせであってもよい。また、一の輪郭セグメントと他の輪郭セグメントとを、一の輪郭セグメントの端部の接線ベクトルと共通の接線ベクトルを持つ曲線によって連結することもできる。

図５４は、１つのワークＷを２回に分けて撮像した場合について説明するための図である。撮像部３が、ワークＷの撮像境界線Ｒ１よりも上側の部分を撮像して上側部分検査用画像（第１部分検査用画像）を得るとともに、ワークＷの撮像境界線Ｒ２よりも下側の部分を撮像して下側部分検査用画像（第２部分検査用画像）を得る。従って、ワークＷにおける撮像境界線Ｒ１と撮像境界線Ｒ２との間の所定の範囲が、上側部分検査用画像及び下側部分検査用画像の両方の撮像範囲に含まれる重複部分になる。尚、ワークＷの撮像範囲の設定は上記した例に限られるものではなく、左右方向に分割する撮像形態であってもよいし、３つ以上に分割する撮像形態であってもよい。

この場合、図５４の左側に示すように、上側部分検査用画像でエッジ検出領域Ｆ１〜Ｆ６を形成する。このとき、上側部分検査用画像では、撮像境界線Ｒ１に接するまでワークＷが存在しているが、エッジ検出領域Ｆ１、Ｆ３、Ｆ４、Ｆ６の下端部を撮像境界線Ｒ１に接するぎりぎりまで延ばす操作を上側部分検査用画像上で行うのは難しいので、使用者がエッジ検出領域Ｆ１、Ｆ３、Ｆ４、Ｆ６の下端部を延ばす操作を行う際、撮像境界線Ｒ１に接する手前のところで止めてしまうことが考えられる。

このことに対して、本実施形態では、上側部分検査用画像における下側部分検査用画像との重複部分に、エッジ検出領域Ｆ１、Ｆ３、Ｆ４、Ｆ６の下端部が達していて、輪郭セグメントＫ１、Ｋ３、Ｋ４、Ｋ６の端部が上記重複部分に位置している場合には、輪郭セグメントＫ１の下端部と輪郭セグメントＫ４の下端部とを連結線Ｌ１で連結し、輪郭セグメントＫ３の下端部と輪郭セグメントＫ６の下端部とを連結線Ｌ２で連結する。これにより、閉領域Ｍを形成することができる。図５４の右側に示すように、下側部分検査用画像においても同様に処理することができる。

つまり、一の部分検査用画像（上側部分検査用画像）における他の部分検査用画像（下側部分検査用画像）との重複部分に、複数の輪郭セグメント（Ｋ１、Ｋ３、Ｋ４、Ｋ６）の端部が位置していると、当該輪郭セグメントの端部にエッジ検出領域が無くても、輪郭セグメントの端部同士を連結線で連結する処理を自動で行うことができる。

その後、閉領域Ｍ以外の部分を黒くして非検査対象領域とする一方、閉領域Ｍ（斜線領域）を白くして検査対象領域とする。下側部分検査用画像においても同様に非検査対象領域と検査対象領域を設定できる。これにより、ワークＷを分けて撮像した場合であっても簡単な操作でもって検査したい範囲の全てを検査対象とすることができる。

（実施形態の作用効果）
この実施形態４によれば、使用者が複数のエッジ検出領域を設定すると、各エッジ検出領域内で複数のエッジ点を検出してエッジ点同士を連結して複数の輪郭セグメントを形成することができ、これら輪郭セグメントの端部同士を連結して閉領域を形成し、この閉領域を検査対象領域としてワークＷの欠陥検査を実行することができる。

（その他の実施形態）
本発明は上記実施形態１〜４の形態に限定されるものではない。例えば、図５５に示す変形例１のように、画像検査装置１の構成としては、撮像部３に画像生成部４２を組み込むことができる。これにより、デフレクトメトリ処理による検査用画像の作成までは撮像部３で行い、その他の処理を制御ユニット４で行う。つまり、撮像部３に画像処理機能を持たせたスマートカメラにすることもできる。

また、図５６に示す変形例２のように、パターン光照明部２と撮像部３が一体で、制御ユニット４を別体にすることもできる。この場合、パターン光照明部２に撮像部３を内蔵させることもできるし、撮像部３にパターン光照明部２を内蔵することもできる。

また、図５７に示す変形例３のように、撮像部３及び制御ユニット４の全てを一体にして、撮像部３に制御ユニット４が組み込まれた構成とすることもできる。

また、パターン光照明部２、撮像部３及び制御ユニット４の全てを一体にすることもできる。

上述の実施形態はあらゆる点で単なる例示に過ぎず、限定的に解釈してはならない。さらに、特許請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、全て本発明の範囲内のものである。

以上説明したように、本発明に係る画像検査装置は、各種検査対象物を撮像した画像を用いて検査対象物の欠陥を検査する場合に使用することができる。

１ 画像検査装置
２ パターン光照明部
２ｂ 照明条件記憶部
２ｃ 電流制御部
２ｄ Ｄ／Ａコンバータ
２ｅ サンプルホールド回路
２ｆ 電圧／電流変換回路
３ 撮像部
３ａ 受光素子
４ｂ トリガ信号送信部
５ 表示部
９ 情報取得部
１０ 記憶装置
３１ ラインカメラ
４１ 制御部
４２ 画像生成部
Ａ１〜Ａ１２ 第１発光ダイオード列
Ｂ１〜Ｂ１２ 第２発光ダイオード列
Ｗ 検査対象物（ワーク）

Claims (2)

1. Ｙ軸方向に移動する検査対象物を撮像した画像を用いて該検査対象物の欠陥を検査する画像検査装置において、
   ２次元状に配置された複数の発光ダイオードと当該発光ダイオードから照射された光を拡散させる拡散部材とを備えるとともに、周期的な照度分布を有するパターン光を生成して検査対象物に照射するパターン光照明部と、
   ライン状に配列された複数の受光素子を有するとともに該受光素子の配列方向が上記Ｙ軸と直交するＸ軸方向となるように設置可能なラインカメラを有する撮像部と、
   上記パターン光照明部に照明トリガ信号を送信するトリガ信号送信部と、
   上記複数の発光ダイオードに流す電流値を上記トリガ信号送信部から送信された上記照明トリガ信号に基づいて制御することにより、上記照度分布の位相を上記Ｘ軸方向にシフトさせた位相の異なる複数のＸ方向パターン光及び上記照度分布の位相を上記Ｙ軸方向にシフトさせた位相の異なる複数のＹ方向パターン光を上記パターン光照明部に生成させて検査対象物に順次照射させ、該位相の異なる複数のＸ方向パターン光及び該位相の異なる複数のＹ方向パターン光それぞれが照射されるタイミングで検査対象物を撮像して、該位相の異なる複数のＸ方向パターン光及び該位相の異なる複数のＹ方向パターン光にそれぞれ対応する複数のライン画像を得るように上記パターン光照明部及び上記撮像部を制御する撮像制御部と、
   デフレクトメトリの原理に基づいて上記撮像部が撮像した上記複数のライン画像から上記検査対象物の表面の１ライン分の形状を示す位相データを生成し、当該位相データに基づいて検査対象物の形状を示す検査用画像を生成する画像生成部とを備え、
   上記パターン光照明部には、上記Ｙ軸方向に並ぶように直列に配置された複数の発光ダイオードからなる第１発光ダイオード列が複数平行に配置されるとともに、上記Ｘ軸方向に並ぶように直列に配置された複数の発光ダイオードからなる第２発光ダイオード列が複数平行に配置され、
   上記撮像制御部は、上記複数の第１発光ダイオード列の電流を個別に制御することにより、上記位相の異なる複数のＸ方向パターン光を生成し、上記複数の第２発光ダイオード列の電流を個別に制御することにより、上記位相の異なる複数のＹ方向パターン光を生成することを特徴とする画像検査装置。
2. 請求項１に記載の画像検査装置において、
   上記複数の第１発光ダイオード列は少なくとも、第１の第１発光ダイオード列及び第２の第１発光ダイオード列を含み、
   上記第１の第１発光ダイオード列及び上記第２の第１発光ダイオード列に流す電流を制御する電流制御部が上記パターン光照明部に組み込まれており、
   上記電流制御部は、
   上記第１の第１発光ダイオード列を制御するための制御電圧及び上記第２の第１発光ダイオード列を制御するための制御電圧を順次出力するＤ／Ａコンバータと、
   上記第１の第１発光ダイオード列に設けられ、上記Ｄ／Ａコンバータから出力された上記第１の第１発光ダイオード列を制御するための電圧を所定のサンプリングパルスに基づいてサンプルホールドして、第１の制御電圧を出力する第１サンプルホールド回路と、上記第２の第１発光ダイオード列に設けられ、上記Ｄ／Ａコンバータから出力された上記第２の第１発光ダイオード列を制御するための制御電圧を所定のサンプリングパルスに基づいてサンプルホールドして、第２の制御電圧を出力する第２サンプルホールド回路と、
   上記第１の第１発光ダイオード列に設けられ、上記第１サンプルホールド回路で出力された第１の制御電圧を、対応する大きさの電流値に変換し、該電流値の電流を上記第１の第１発光ダイオード列に流す第１変換回路と、
   上記第２の第１発光ダイオード列に設けられ、上記第２サンプルホールド回路で出力された第２の制御電圧を、対応する大きさの電流値に変換し、該電流値の電流を上記第２の第１発光ダイオード列に流す第２変換回路とを更に備えることを特徴とする画像検査装置。

Images