JP7231462B2 - 画像検査システム及び画像検査方法 - Google Patents
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Description
前記撮像装置は、前記設定内容を対応するレジスタ情報が示す場所に格納するとともに、複数の撮像画像を合成する合成処理を実行することを特徴とする。
図1は、本発明の実施形態に係る画像検査システム1の運用状態を模式的に示すものである。画像検査システム1は、ワークW(検査対象物)を撮像した画像を用いてワークWの欠陥の有無を検査するように構成されており、ワークWを照明する照明装置2と、ワークWを撮像する画像検査装置用撮像装置3と、撮像装置3の設定を行うパーソナルコンピュータ(PC)等で構成された設定装置4とを備えている。設定装置4は、表示部5と、キーボード6及びマウス7とを備えている。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り、撮像装置3で撮像された画像、撮像装置3で撮像された画像を各種処理した処理後の画像、各種ユーザーインターフェース(GUI)等を表示することができる部分である。各種ユーザーインターフェース等は、設定装置4の本体部で生成される。表示部5の横方向を当該表示部5のX方向とし、表示部5の縦方向を当該表示部5のY方向とすることができる。
照明装置2は、発光部2aと、発光部2aを制御する照明制御部2bとを備えている。発光部2aと照明制御部2bとは、別体であってもよいし、一体化されたものであってもよい。また、照明制御部2bは、設定装置4に組み込まれていてもよい。発光部2aは、たとえば発光ダイオード、液晶パネルを用いたプロジェクタ、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、照明部と呼ぶこともできる。発光ダイオード、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。照明装置2は、設定装置4に対して信号線100aを介して接続されており、撮像装置3及び設定装置4から離して設置することができるようになっている。
撮像装置3は、カメラ31と、集光系光学系32と、撮像制御部33とを有している。撮像装置3は、設定装置4に対して信号線100bを介して接続されており、照明装置2及び設定装置4から離して設置することができるようになっている。
図2は、本発明の実施形態2に係る画像検査システムの概略構成及び運用状態を模式的に示す図である。実施形態2では、撮像制御部33が撮像素子を有するカメラ31及び集光系光学系32から分離しており、この撮像制御部33に照明制御部2bが取り込まれて一体化されている。撮像制御部33は、設定装置4に対して信号線100bを介して接続されている。撮像制御部33と照明制御部2bとは別体とすることもできる。
図3は、本発明の実施形態3に係る画像検査システムの概略構成及び運用状態を模式的に示す図である。実施形態3では、撮像制御部33に照明制御部2bが取り込まれて一体化されるとともに、撮像制御部33に表示部5及びマウス7が接続されている。設定装置4は、たとえばノートパソコン等で構成されており、撮像制御部33に接続されている。設定装置4は、キーボード6を有している。また、設定装置4には、マウスを接続してもよい。設定装置4が生成した各種ユーザーインターフェース等は、撮像制御部33を介して表示部5に表示することができる。
図4は、本発明の実施形態4に係る画像検査システムの概略構成及び運用状態を模式的に示す図である。実施形態4では、照明装置2と撮像装置3とが一体化されており、照明制御部2bと撮像制御部33とも一体化されている。尚、実施形態2~4において、実施形態1と同じ部分には同じ符号を付して説明を省略している。
実施形態1~4では、撮像装置3が撮像した複数の輝度画像からデフレクトメトリの原理に基づいてワークWの表面の位相データを生成し、当該位相データに基づいてワークWの形状を示す検査用画像を生成するデフレクトメトリ処理を行うように構成されている。
図6は、本発明の実施形態5に係る画像検査システムの概略構成及び運用状態を模式的に示す図である。上記実施形態1~4は、デフレクトメトリの原理に基づいて検査用画像を生成する形態であるのに対し、実施形態5では、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ように構成されている。
他の実施形態として、マルチスペクトル照明が可能な照明装置2であってもよい。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、照明装置2を構成することができ、具体的には、多数色のLEDを有する照明装置2としてもよいし、液晶パネルや有機ELパネル等で照明装置2を構成してもよい。
カメラ31は、GenICam規格に対応したGenICam規格対応カメラである。GenICam規格は、PCアプリケーションとカメラ31との接続インターフェースを標準化する規格であり、図7に示すように、主に設定装置4の本体部となるパーソナルコンピュータ上に構築する画像検査アプリケーション40からカメラ31を制御したり、カメラ31で撮像された画像を設定装置4の画像検査アプリケーション40で取得するインターフェースを標準化したものである。撮像装置3と設定装置4の画像検査アプリケーション40の双方がGenICam規格に対応していれば、カメラ31と、設定装置4の画像検査アプリケーション40とを接続することが可能になっている。画像検査アプリケーション40は、パーソナルコンピュータにインストールされたソフトウェアで構成される。尚、この実施形態では、カメラ31及び設定装置4が標準化規格としてGenICam規格に対応している場合について説明するが、標準化規格はGenICam規格に限られるものではなく、他の標準化規格であってもよい。
図8は、撮像装置3の内部処理の一例を概念的に示すフローチャートである。このフローチャートにおいて、位置補正1のグループは、当該グループに内包されるパターンサーチのユニットと位置補正のユニットとからなるように記載されているが、位置補正2~5のグループは記載されていない。これは、図を簡略化するため、位置補正2~5のグループを折り畳んであることによる。
画像検査アプリケーション40を実際の検査環境において動作させる場合、ワークWが切り替わったり、明るさなど、周囲の環境の変化を検知した場合には、撮像装置3の設定パラメータを動的に変更することがある。露光時間など、ごく限られたパラメータのみ変更する場合は、画像検査アプリケーション40から、それに対応したFeatureの値を直接書き込むことで対応することもできる。
ユニットには複数の種類があり、たとえば、検査領域を決定するパターンサーチ処理を行うパターンサーチユニット、位置補正ユニット、内部で画像の位置補正や色抽出、フィルター処理などを行う画像演算ユニット、あるいは、これらの比較的単純な処理を行うユニットを複合させて高機能化させたものなどがある。各ユニットは、撮像装置3が撮像した撮像画像を外部に出力する前に、当該撮像画像に対して適用される処理を実行するためのユニットであり、図9や図10に示すように撮像画像に対して多段階の処理を行うように配置することができる。
図11は前処理モジュールの例を示すものである。前処理モジュールは、パターンサーチユニットと位置補正ユニットとからなるグループと、画像演算ユニットとが合わさったものとすることができるが、これは一例であり、1つのグループのみからなる前処理モジュールであってもよいし、他の任意のユニットを組み合わせた前処理モジュールであってもよい。前処理モジュールには、番号が付されており、「前処理モジュール0」、「前処理モジュール1」等と区別することができる。
図8に示すフローチャートの任意の1つのパラメータセットには、複数の前処理モジュールを追加することが可能である。たとえば、パターンサーチ処理を実行するための設定パラメータや、フィルター処理を実行するための設定パラメータにより、任意の前処理モジュールを追加することができる。
図8に示すように、フローチャートはパラメータセットによって横方向に分岐し、それぞれのパラメータセットの内部では、たとえば前処理モジュールを複数追加することができるようになっている。さらに、1つの前処理モジュールの中では、複数段の前処理(フィルター処理等)を設定することができる。設定用ユーザーインターフェース50の設定項目が関連付けられているFeatureと、そのFeatureによって実際に編集されるパラメータの実体を保持する編集対象のユニットとの関係は、これらのセレクタを複数段階経ることで特定される。この実施形態においては、セレクタの役割としては、大きく分けて、パラメータセットの指定、フィルター処理の指定、多段フィルターの指定の3つがあり、パラメータセットの指定が最上位に位置し、パラメータセットの下にフィルター処理の指定、フィルター処理の指定の下に多段フィルターの指定が位置する関係になるが、これに限られるものではない。フィルター処理を指定するセレクタは、パラメータセットを切り替えれば、異なるパラメータセット(フローチャート)の内部を指すことになる。さらに多段フィルターの指定によって、フィルター処理の内部に多段階に設定される実際のフィルターの設定が特定される。このように複数のセレクタの値の組み合わせにより、そのFeatureが関連づけられるパラメータを保持するユニットを特定することができる。尚、パラメータセットを指定するセレクタを切り替えた場合、少なくともパラメータの設定対象は切り替わるが、実行対象まで切り替わるかどうかは実装に依存する。
設定装置4は、使用者により設定された各設定項目の設定値と、DeviceXMLファイル31cに含まれる各設定項目に対応するレジスタ情報を示すデータを撮像装置3に送信し、当該撮像装置3の設定を行うための装置である。
図8に示すようなフローチャートとは異なり、実際の運用環境では、横方向、あるいは縦方向に登場するユニットにセレクタの組合せだけで指定できるような規則性が無いことも多く、その状態では、フローチャート上のユニット構成が変わるたびに、カメラ3の内部でDeviceXMLを生成し直したり、PCソフト側もその都度DeviceXMLファイルを取得しなおす必要があって、使いづらいものになってしまう。
フィルター処理のなかには、画像の方向性に強く依存した効果を発揮するフィルターがある。具体的には、画像の所定方向に隣接する画素同士の輝度値の変化が所定の閾値以上である箇所を抽出する方向別フィルターや差分フィルター等である。方向別フィルターは、上記所定方向をX方向とY方向とから選択可能なフィルターである。
フォトメトリックステレオやマルチスペクトルの原理に基づいて検査用画像を生成する場合は、1回のトリガ信号で複数の撮像処理を実行し、得られた複数の画像を合成することになる。この場合、複数の撮像処理の間でワークWが移動していると、撮像後の合成処理が正しく行えないので、画像ごとのずれ量を検知する必要がある。このずれ量検知のためのサーチをサーチユニットで行うことができ、検知したずれ量に基づいてずれ量の補正を行ってから複数の画像の合成処理を実行する。
帳票とは、GenICam規格に対応した撮像装置3の設定内容をテキスト形式で出力したものである。個々の設定項目は、設定名と設定値の組で表現されており、これがリスト形式で羅列される。本実施形態では、画像検査アプリケーション40が設定装置4で動作するようになっており、この設定装置4と撮像装置3とを上述したように標準化規格で接続している。よって、設定した内容を撮像装置3から設定装置4側に読み出し、読み出した内容を設定装置4からテキスト形式で出力して設定装置4側で管理・保存しておき、必要に応じて、設定装置4側から撮像装置3側に対して書き戻せるようにしておく必要がある。
(1)あるレジスタを有効にすることで他のレジスタが設定可能になる場合
たとえば、GenICamの標準規格で定義されているレジスタの例として、フレームレートの設定項目がある。使用者が任意のフレームレートを設定したい場合、まずフレームレートを設定可能にするためのレジスタを制御する必要がある。フレームレートを設定不可のままとした場合、撮像装置3は内部的に決められているフレームレートで動作することになる。つまり、フレームレートを設定可能にするレジスタを有効にすることで、フレームレートの設定項目のレジスタが設定可能になる。よって、まず、フレームレートを設定可能にするレジスタの設定を書き出し、その後にフレームレートの設定項目のレジスタを書き出す必要がある。
(2)セレクタのレジスタを書き換えると、他のレジスタの指し示す実体が切り替わる場合
本実施形態では、配列型パラメータのレジスタ消費量を減らすため、配列インデックスを意味するレジスタ(セレクタレジスタ)を別途導入している。セレクタレジスタがあれば、パラメータ本体のレジスタは1個だけ定義すれば済むからである。たとえば、端子を選択する端子セレクタと、選択された端子の信号を反転するかどうかを設定するセレクタとが上記(2)の関係になる。また、赤、緑、青のいずれかの値をとり得るホワイトバランス設定のセレクタと、選択された色のホワイトバランス設定値とが上記(2)の関係になる。したがって、セレクタレジスタの設定後に、パラメータ本体のレジスタを設定する必要がある。
以上説明したように、この実施形態によれば、標準化規格に適合した撮像装置3で複数の撮像画像を合成することができるので、例えば、フォトメトリックステレオやデフレクトメトリの原理を利用した検査画像の生成や、マルチスペクトルイメージング等を行うことができる。
2 照明装置
2a 発光部
2b 照明制御部
3 撮像装置
4 設定装置
4a UI生成部
4b 帳票出力部
5 表示部
6 キーボード
7 マウス
8 外部制御機器
31 カメラ
32 集光系光学系
33 撮像制御部
40 画像検査アプリケーション
50 設定用ユーザーインターフェース
200 照明装置
201~204 第1~第4発光部
205 照明制御部
W ワーク(検査対象物)
Claims (8)
- 検査対象物を撮像する画像検査装置用撮像装置と、
前記撮像装置の設定を行う設定装置であり、当該撮像装置とネットワークを介して接続され、当該撮像装置の設定項目と各設定項目の設定値が格納される場所を示すレジスタ情報とが記述されたファイルを当該設定装置の外部から取得し、使用者により設定された各設定項目の設定値と、前記ファイルに含まれる各設定項目に対応するレジスタ情報を示すデータを前記撮像装置に送信することにより、当該撮像装置の設定を行う設定装置とを備えた画像検査システムであって、
前記ファイルには、前記撮像装置が撮像した撮像画像を当該撮像装置の外部に出力する前に、当該撮像画像に対して適用される処理に関する設定項目として、複数の撮像画像を合成する合成設定が含まれており、
前記設定装置は、ユーザーインターフェースを表示し、当該ユーザーインターフェース上で使用者により設定された合成設定を実現するための設定項目と、当該設定項目の設定値が格納される場所を示すレジスタ情報とを前記撮像装置に送信可能であり、
前記撮像装置は、前記設定項目の設定値を対応するレジスタ情報が示す場所に格納するとともに、複数の撮像画像を合成する合成処理を実行するように構成されていることを特徴とする画像検査システム。 - 請求項1に記載の画像検査システムにおいて、
前記撮像装置は、前記合成処理が実行された画像を当該撮像装置の外部に出力するように構成されていることを特徴とする画像検査システム。 - 請求項1または2に記載の画像検査システムにおいて、
前記ファイルには、前記撮像画像に対して適用される処理に関する設定項目として、当該撮像画像中の検査対象物の位置補正を行うためのサーチ設定が含まれており、前記ファイルに含まれている前記合成設定は当該サーチ設定による位置補正の結果に基づいて複数の撮像画像を合成する設定であり、
前記設定装置は、ユーザーインターフェース上で使用者により設定されたサーチ設定及び前記合成設定を実現するための設定項目と、当該設定項目の設定値が格納される場所を示すレジスタ情報とを前記撮像装置に送信可能であり、
前記撮像装置は、撮像画像に対しサーチ設定に基づく検査対象物の位置補正を行い、当該サーチ設定による位置補正の結果に基づいて合成処理を実行するように構成されていることを特徴とする画像検査システム。 - 請求項1から3のいずれか1つに記載の画像検査システムにおいて、
前記撮像装置は、照明方向が異なる複数の輝度画像を取得可能に構成され、
前記合成処理は、前記複数の輝度画像をフォトメトリックステレオの原理に基づいて合成して形状画像を生成する処理であることを特徴とする画像検査システム。 - 請求項1から3のいずれか1つに記載の画像検査システムにおいて、
前記撮像装置は、照度分布の位相が異なる複数のパターン光が順次照射され、当該パターン光が照射されたタイミングで検査対象物を撮像して複数の輝度画像を取得可能に構成され、
前記合成処理は、前記複数の輝度画像をデフレクトメトリの原理に基づいて合成して形状画像を生成する処理であることを特徴とする画像検査システム。 - 請求項1から3のいずれか1つに記載の画像検査システムにおいて、
前記撮像装置は、異なる波長の光が順次照射され、当該光が照射されたタイミングで検査対象物を撮像して複数の輝度画像を取得可能に構成され、
前記合成処理は、前記複数の輝度画像をマルチスペクトルイメージングにより合成して形状画像を生成する処理であることを特徴とする画像検査システム。 - 請求項3に記載の画像検査システムにおいて、
前記撮像装置は、搬送中の検査対象物を複数回撮像することによって複数の撮像画像を取得し、取得された複数の撮像画像に対しサーチ設定に基づく検査対象物の位置補正を行うように構成されていることを特徴とする画像検査システム。 - 検査対象物を撮像する画像検査装置用撮像装置と、
前記撮像装置の設定を行う設定装置であり、当該撮像装置とネットワークを介して接続され、当該撮像装置の設定項目と各設定項目の設定値が格納される場所を示すレジスタ情報とが記述されたファイルを当該設定装置の外部から取得し、使用者により設定された各設定項目の設定値と、前記ファイルに含まれる各設定項目に対応するレジスタ情報を示すデータを前記撮像装置に送信することにより、当該撮像装置の設定を行う設定装置とを用意して検査対象物の検査を行う画像検査方法であって、
前記ファイルには、前記撮像装置が撮像した撮像画像を当該撮像装置の外部に出力する前に、当該撮像画像に対して適用される処理に関する設定項目として、複数の撮像画像を合成する合成設定を含ませておき、
前記設定装置にユーザーインターフェースを表示させ、
前記ユーザーインターフェース上で使用者により設定された合成設定を実現するための設定項目と、当該設定項目の設定値が格納される場所を示すレジスタ情報とを前記撮像装置に送信し、
前記撮像装置は、前記設定項目の設定値を対応するレジスタ情報が示す場所に格納するとともに、複数の撮像画像を合成する合成処理を実行することを特徴とする画像検査方法。
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