JPH03194454A - 容器内面検査装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、ビール、コーヒーなどの飲料や食品などを封
入したり、その他防湿、気密などの目的のために用いら
れる缶の内面をテレビカメラ等の画像人力センサにより
撮像して得られた画像より、缶内面の汚れ、ゴミ等を画
像処理技術により抽出して自動的に缶の良、不良を識別
し、不良品を生産ラインから排除することにより缶の衛
生状態の改善または缶の変形、ひずみ、へこみ不良を改
善し、缶の品質向上に貢献するための容器内面検査装置
に関する。

〔従来の技術〕

従来から飲料や食品などを収納するために用いられる缶
（アルミ缶、スチイール缶など）の内面を自動的に検査
して内面に付着したゴミ、汚れなどを検出し、缶の良、
不良を識別する装置が種々提案されている。

第９図は一般的な缶内面検査装置を示すブロック図であ
る。これは、被検査物である缶４１の上面にカメラ４２
を設置して缶４１を撮像し、そのビデオ信号を画像処理
装置４３へ送出し、この画像処理装置４３により缶内面
の汚れ、ゴミ等を検出し、缶の良、不良の判定を行ない
、判定結果を外部の不良品リジェクト装置４４へ通知し
、不良の判定結果を出力された場合は、このリジェクト
装置４４により不良品を生産ラインより摘出し、排除す
るものである。

次に、従来の画像処理手法につき説明する。従来の缶内
面検査においては、缶内面に対し拡散した光源などを用
いて照明に工夫を加え、缶内面におけるゴミ、汚れなど
の不良箇所が明瞭になるようコントラスト等に工夫をし
た環境を実現した上で、この画像に固定しきい値による
２値化をして不良箇所を切り出し、その面積値より缶の
良、不良を判定する。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、缶の内面は意匠またはその機械的な必要
性などから複雑に湾曲しており、しぼり加工などによっ
て第１０図（イ）のような形に整形され、このような缶
を真上より観測すると同図（ロ）のように、缶の溝に相
当する部分４１Ｂには照明による光線が一様に反射され
ずに、同心円状の低コントラスト領域が発生する。そし
て、このような低コントラスト領域と重なってゴミ、汚
れ等が付着した場合は固定２値化方式による不良箇所の
切り出しは困難であり、また切り出しのために２値化レ
ベルを発見したとしても、この２値化レベルは逆に缶側
面などの通常のコントラストの得られる検査領域の２値
化レー・ルとは異なるのが普通である。すなわち、通常
のコントラスト領域に合わせて最適な２値化レベルを選
ぶと、低コントラスト領域（溝部）全体が２値化される
ことになってゴミ、汚れ等の不良箇所のみの抽出ができ
なくなり、反対に低コントラスト領域に合わせて最適な
２値化レベルを選ふと、通常のコントラスト領域におけ
る検出感度が劣化するという相反する問題がある。した
がって、従来は缶の低コントラスト部である溝等の検査
を犠牲にして缶の側面等を中心に検査を実施するなどし
ており、缶内面における全領域の検査は不可能であった
。

したがって、本発明の課題は溝部が存在する缶の場合も
不良箇所の検出が可能な検査装置を提供することにある
。

〔課題を解決するための手段〕

容器の内面を撮像して検査画像を得る画像生成手段と、
この検査画像の予想されるコントラストの違いに応じて
検査画像を複数の領域に分割するための領域パターンを
予め記憶する記憶手段と、各領域パターンに対応する検
査画像の着目画素に対し走査方向にα画素だけ前後した
２点を用いＰｄをしきい値として次の式、 〔Ｐ　（Ｘ、　　ｙ）　　　Ｐ　（ｘ＋α、ｙ）＞ｐａ
）ｎ　（Ｐ　（ｘ、　　ｙ）　−Ｐ　（ｘ−−α、　　
ｙ）　＞Ｐｄ）を演算し、この条件を満たす場合に不良
画素と判定する第１の検出手段と、同じく、 〔Ｐ　（ｘ−ｚｒ、ｙ）−Ｐ　（ｘ、ｙ）＞Ｐｄ）ｎ　
（Ｐ　（ｘ−α、ｙ）−Ｐ　（ｘ、ｙ）＞Ｐｄ）なる演
算をし、この条件を満たす場合に不良画素と判定する第
２の検出手段と、固定２値化方弐にて不良画素を検知す
る第３の検出手段と、前記第１ないし第３検出手段にて
必要な各種しきい値を領域パターン毎に設定可能な設定
手段と、前記第１ないし第３検出手段の合成出力を前記
分割領域毎にカウントしその結果を欠陥面積として出力
する面積抽出手段と、前記欠陥面積から容器内面の良否
を判定する判定手段とを設ける。

〔作用〕

検査画面を複数の領域に分割し、分割された各領域毎に
最適なしきい値を設定して２値化することにより、検査
精度の向上を図る。

〔実施例〕

第１図は本発明の実施例を示すプロ、り図である。同図
において、１はＡ／Ｄコンバータ、２は生画像メモリ、
３，９はカウンタ回路、４は位置ずれ検出回路、５は巾
検出２値化回路、６は谷検出２値化回路、７は固定２値
化回路、８はウィンドウメモリ、１０は２値画像合成回
路、１１はマスク回路、１２は面積カウンタ、１３は判
定回路、１４は出力回路である。

すなわち、図示されないカメラから入力されたビデオ信
号はＡ／Ｄコンバータｌにてディジタル信号に変換され
、生画像メモリ２へ記憶されると同時に位置ずれ検出回
路４にも与えられ、ここで画像内における缶の位置を正
規化するために用いられるずれ量ΔＸ、Δｙを検出する
。位置ずれ検出回路４は主に多諧調の画像信号を固定２
値化のような２値化手段によって缶の外形を切り出し、
例えばその重心点と初期設定時に予め缶の基準位置とし
て与えられた重心点とを比較して、位置ずれ量を検出す
るものとする。カウンタ回路３は生画像メモリ２に送ら
れた画像に対するアドレスを供給するとともに、画像２
値化時には読み出し画像アドレスを供給する。巾検出２
値化回路５は入力画像Ｐ　（ｘ、　　ｙ）に対し、以下
の如き演算を行なう。

（Ｐ　　（ｘ、ｙ）　　　Ｐ　　（）（＋α、、、ｙ）
＞ｐｄ、〕ｎ　　（Ｐ　　（ｘ、　　ｙ）　　　Ｐ　　
（ｘ　　（ｒ、、　　ｙ）　　＞Ｐｄ、〕−Ｂ　　（ｘ
、　　ｙ）　　＝１ ｅｌｅｓ　　　Ｂ　　（ｘ、　　ｙ）＝ＯＢ　（ｘ、ｙ
）は生画像Ｐ　（ｘ、ｙ）を２値化した画像であり、Ｂ
　（ｘ、ｙ）　−１のとき不良画像となり、Ｂ　（ｘ、
ｙ）＝Ｏの画素は不良として検出されなかったことを示
す。つまり、巾検出２値化回路５は缶のヘコミ、パリな
どが光線の反射により白い輝点として出現したり、また
は本来黒く出現するはずであるべきゴミ、汚れなどが缶
内面における位置や缶口体の回転や傾きなどの要因によ
り、同様に白い輝点として発生する場合があるので、こ
のような不良を検出するために設けられる。

これに対し、谷検出２値化回路６は黒く検出されるべき
不良箇所を２値化して切り出すためのもので、次式を演
算する。

（ｐ　（ｘ＋αｙ、　　ｙ）　−ｐ　（ｘ、、　ｙ）　
＞ｐｄｖ）ｎ　（Ｐ　（ｘ　　ｏ：ｖ、　　ｙ）　　Ｐ
　（ｘ、　　ｙ）　＞Ｐｄｖ）→　　　　Ｂ　（ｘ、　
　ｙ）　＝１ ｅｌｅｓ　　Ｂ　（ｘ、　　ｙ）＝０ なお、上記Ｐ。＋ＰｄＶは２値化時の差分しきい値を示
し、この値より大きなコントラストの変化があった場合
は背景が一様でないと判断し、不良と検知する。また、
α目、αＶは水平方向（走査方向）に離れた２つの画素
を指定する。さらに、設定値Ｐ。＋ＰｄＶ＋　α工、α
９は缶内面を撮像した際に期待（予測）される不良箇所
とのコントラストによってそれぞれ最適値が異なってお
り、第１０図（ロ）の如き場合であれば４１Ａ〜４１Ｄ
の各領域毎に異なる値が用いられることになる。

固定２値化回路７は固定値によって極端に黒いかまたは
極端に白い不良箇所を検知するための回路で、巾検出２
値化回路５．谷検出２値化回路６を介して得た２値画像
とともに２値画像合成回路１０に送られ、ここで２値化
回路５，６．７からの出力画像のオア（ＯＲ）演算が行
なわれ、その結果がマスク回路１１へ与えられる。マス
ク回路１１では、ウィンドウメモリ８に記憶されたウィ
ンドウパターン（ウィンドウデータ）とのアンド（ＡＮ
Ｄ）演算が行なわれ、その結果が面積カウンタ１２へ与
えられて最終的な不良画素が計測される。

ここで、２値化回路５．６の構成について説明する。

第２図はＰ　（ｘ、　ｙ）　、　Ｐ　（ｘ＋α、　ｙ）
　、　Ｐ（Ｘ−α、ｙ）なる画素の濃度を高速に求める
ためのもので、生画像メモリからの原データを１つはラ
ッチ回路２１Ａを経て直接Ｐ’　　（Ｘ＋α、ｙ）とし
、残り２点についてはＦｉＦｏメモリ　（ラインメモリ
）２２Ａ、２２Ｂに一時記憶させ、設定した遅れ量αま
たは２αとなる画素を順次読み出し、ランチ回路２１Ａ
と同位相となるようランチ回路２１Ｂ、２１Ｃにてラン
チする。２３Ａ、２３Ｂはラインメモリ２２Ａ、２２Ｂ
に対してアドレスを供給するためのカウンタ回路である
が、遅れ量αまたは２αは〔ＰＵ２７よりラッチ回路２
ＩＤ、２１Ｅにそれぞれ設定され、リセットパルス発生
回路２５Ａ、２５Ｂにより画像の水平同期信号と同期し
て適切なリセット信号をカウンタ回路２３Ａ、２３Ｂへ
供給してラインメモリ２２Ａ。

２２Ｂの動作を規定し、これにて設定量αを可変とする
プログラマブルな動作を実現し、それぞれＰ’　　（Ｘ
、Ｙ）、Ｐ’　　（ｘ−α、ｙ＞を得、新たなｐ　（ｘ
、　ｙ）　＋　ｐ　（ｘ＋α、　ｙ）　ｒ　ｐ　（ｘ−
ｒｘ。

ｙ）とするものである。ゲート回路２６Ａ〜２６Ｃはラ
インメモリに画像データが蓄積されて正規のＰ　（ｘ、
　ｙ）　、　Ｐ　（ｘ＋α、　ｙ）　、　Ｐ　（ｘ−ｔ
ｘ。

ｙ）が出力されるまでの遅れ時間を制限回路２４にて監
視し、データが不定である期間を禁止する。

第３図は第２図に示す画素検出回路の後段に設けられる
谷検出２値化回路の主要部である。これは谷検出の例で
あるが、巾検出についても考え方は全く同じである。

すなわち、画像Ｐ　（ｘ、ｙ）は−様ではなく、−様と
観測される部分においても絶えず少なからず変動してい
るのが常である。一方、不良検出限界となるべきしきい
値Ｐａｖも入力画像のコントラストによって変化し、高
コントラスト画像であればＰｄｖを小さくして検出率を
上げ、低コントラスト画像においてはＰｄＶを多少大き
くして検出感度を下げることが必要で、これは１つには
画像信号に対するＳ／比の影響が低コントラスト時はど
大きくなるといった理由などによる。また、照明条件を
全く同一にしても、実際にはカメラにシャッタを付ける
などして露光時間を制約する必要があり、静止状態では
比較的均一な画像が得られたと仮定しても、動特性とし
ては１枚、１枚の画像における露光にバラツキがあって
、各画像の平均濃度レベルにバラツキが発生する。この
ようなバラツキを補正し、誤判定が生じない限界値にま
で検出感度を向上させるためには、Ｐ　（ｘ、　　ｙ）
の値に応じてＰｄｖＯ値をグイナミソクに補正する必要
がある。このために、第４図のような特性を持つルック
アンプテーブル（ＬＵＴ）３１を設け、これにより着目
画素とそれから所定距離だけ離れた点の画素との濃度値
の減算結果を比較するコンパレータ３３Ａ、３３Ｂに対
し、画像Ｐ　（ｘ、ｙ）の値（明るさ）に応じてＰｄＶ
の値を補正し、その比較結果をアンドゲート３４を介し
て出力する。

こうすることで、さらに高精度な缶の内面検査が可能と
なる。

次に、ウィンドウメモリについて説明する。

すなわち、ウィンドウメモリ８は１ビツトの画像メモリ
と同様なアドレスを持つメモリにより構成され、アドレ
スカウンタ９によってアドレスカウンタ３と同期した動
作によって読み出し用アドレスが供給される。一方、検
査領域は例えば第１Ｏ図（ロ）のように分割され、それ
ぞれの領域に対してＰ　ｄｌｌｌ＋　　Ｐ　ｄＶ＋　　
α８．α９の各設定値が個別に決まるため、画像のスキ
ャンを各領域毎に各々の設定値を変更しながら計４回実
施する必要がある。

つまり、第１のスキャンでは領域４１Ａのみ２値化する
ためにＰ　ａｍ＋　　Ｐ　ａｖｒ　　α８．α９を設定
し、領域４１Ａ以外をマスクし無効として２値化を行な
い、第２のスキャンでは領域４１Ｂのみに着目して２値
化を行ない、同様に領域４ＩＣ，４１Ｄのみに着目して
それぞれ２値化を行なう。このような処理を行なうには
、各処理領域を記憶した１ビツトのパターンメモリが必
要であり、その内容は例えば１を処理領域、０をマスク
領域として長方形の領域内に第１０図（ロ）の４１Ａ〜
４１Ｄと同様な形状で記憶させておくか、場合によって
は缶の計測時の位置ずれに対して余裕を持たせるなどの
理由から、パターンのすべてまたは一部を膨張、拡大も
しくは収縮、縮小などの処理を加えて生成した形状等を
記憶しておく。したがって、第１０図（ロ）の場合は第
５図の如きパターンがウィンドウメモリ８に格納される
ことになる。第５図の斜線部が１であり、それ以外はＯ
である。

また、画像処理領域を限定するために、第１図では２値
化処理後にウィンドウパターンとアンド演算を行なって
いるが、当然ながら生画像に対して２値化前に領域の制
限を加えることも本質的には同等である。

マスク回路１１からの不良画素数は面積カウンタ１２に
より計数され、判定回路１３に通知される。判定回路１
３では各スキャンにおける不良画素数が良、不良判定の
ためのしきい値を越えたことを検出すると、出力回路１
４を介して不良品であることを外部へ通知する。

第６図は本発明の他の実施例を示すブロック図である。

これは、第１図に示すものが複数の領域について時分割
処理をしているのに対し、並列同時処理による高速化を
可能にしたものである。

このため、複数の領域（ここでは４つ）に対応してそれ
ぞれ巾検出２値化回路５１〜５４．谷検出２値化回路６
１〜６４．固定２値化回路７１〜７４およびマスク回路
１１１〜１１４を設ける一方、ウィンドウメモリ８には
物理的に分離された４つのメモリにそれぞれ第５図のＲ
１−Ｒ４のパターンを記憶するようにしている。なお、
１５はマスク回路１１１〜１１４の出力を合成するため
の不良画素合成回路であり、その他は第１図と同様であ
る。

第７図（イ）、（ロ）はカメラを３方向に設置し、借上
部にあるネジ部の検査を可能にする適用例で、得られる
生画像の例を同図（ハ）に示す。

このような場合でも、上述の如き回路を利用することに
より良好な検査結果を得ることができる。

第８図（イ）は第７図のものより広角なレンズを用いた
場合の生画像を示し、缶側面と缶底を同時に検査する場
合の例である。

すなわち、缶はしぼり加工によって形成されるため、同
図（イ）に矢印で示す方向にキズなどが発生することが
あるが、これに上述のごとき山検出、谷検出を適用する
と、キズの角度によっては不良を検出し得る感度レベル
が変化するおそれがある。そこで、第１図のカウンタ３
に対し、画像の回転機能および多値画像を回転した場合
に一般的に行なわれる補間操作を実施する機能を付加し
て画像を電気的に回転させ、想定されるキズ方向と垂直
の走査をすることにより、感度の低下を防止するもので
、その例を同図（ロ）に示す。ここでは、４つの領域に
分割し、それぞれ矢印のとおりに走査を実施する場合が
示されている。

〔発明の効果〕

本発明によれば、検査画像を複数の領域に分割し、各領
域毎に最適なしきい値を設定して検査するようにしたの
で、不良検出率を大幅に向上し得る利点がもたらされる
。なお、この不良検出率は実験の結果では従来の２倍以
上となることが確かめられている。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示すブロック図、第２図は画
素濃度値を検出するための回路を示すブロック図、第３
図は第１図における谷検出２値化回路の主要部を示すブ
ロック図、第４図は第３図のルックアンプテーブル（Ｌ
ＵＴ）の特性を示す特性図、第５図はウィンドウメモリ
の内容例を説明するための説明図、第６図は本発明の他
の実施例を示すブロック図、第７図はカメラを３台用い
て缶のネジ部を検査する例を説明するための概要図、第
８図は広角カメラによる検査方法を説明するための概要
図、第９図は従来例を示すブロック図、第１０図は缶の
側面および上面を説明するための説明図である。 符号説明 １・・・Ａ／Ｄコンバータ、２・・・生画像メモリ、３
゜９．２３Ａ、２３Ｂ・・・カウンタ回路、４・・・位
置ずれ検出回路、５．５１〜５４・・・巾検出２値化回
路、６．６１〜６４・・・谷検出２値化回路、７，７１
〜７４・・・固定２値化回路、８・・・ウィンドウメモ
リ、１０．１０１〜１０４・・・２値画像合成回路、１
１゜１１１〜１１４・・・マスク回路、１２・・・面積
カウンタ、１３・・・判定回路、１４・・・出力回路、
１５・・・不良画素合成回路、２１Ａ〜２１Ｅ・・・ラ
ッチ回路、２２Ａ、２２Ｂ・・・ラインメモリ、２４・
・・制限回路、２５Ａ、２５Ｂ・・・リセット回路、２
６Ａ〜２６Ｃ・・・ゲート回路、２７・・・〔ＰＵ、３
１・・・ルックアップテーブル（ＬＵＴ）　、３２Ａ、
３２Ｂ・・・減算器、３３Ａ、３３Ｂ・・・比較器、３
４・・・アンドゲート、４１・・・缶、４２・・・カメ
ラ、４３・・・画像処理装置、４４・・・不良品リジェ
クト装置。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）容器の内面を撮像して検査画像を得る画像生成手段
   と、 この検査画像の予想されるコントラストの違いに応じて
   検査画像を複数の領域に分割するための領域パターンを
   予め記憶する記憶手段と、 各領域パターンに対応する検査画像の着目画素に対し走
   査方向にα画素だけ前後した２点を用いＰｄをしきい値
   として次の式、 〔Ｐ（ｘ、ｙ）−Ｐ（ｘ＋α、ｙ）＞Ｐｄ〕∩（Ｐ（ｘ
   、ｙ）−Ｐ（ｘ−α、ｙ）＞Ｐｄ〕を演算し、この条件
   を満たす場合に不良画素と判定する第１の検出手段と、 同じく、 〔Ｐ（ｘ＋α、ｙ）−Ｐ（ｘ、ｙ）＞Ｐｄ〕∩〔Ｐ（ｘ
   −α、ｙ）−Ｐ（ｘ、ｙ）＞Ｐｄ〕なる演算をし、この
   条件を満たす場合に不良画素と判定する第２の検出手段
   と、 固定２値化方式にて不良画素を検知する第３の検出手段
   と、 前記第１ないし第３検出手段にて必要な各種しきい値を
   領域パターン毎に設定可能な設定手段と、前記第１ない
   し第３検出手段の合成出力を前記分割領域毎にカウント
   しその結果を欠陥面積として出力する面積抽出手段と、 前記欠陥面積から容器内面の良否を判定する判定手段と
   、 を有してなることを特徴とする容器内面検査装置。 ２）前記第１ないし第３検出手段および設定手段を個々
   の領域対応に設けることを特徴とする請求項１）に記載
   の容器内面検査装置。 ３）入力される画像の明るさに応じて前記しきい値Ｐｄ
   をリアルタイムで補正する補正手段を付加してなること
   を特徴とする請求項１）に記載の容器内面検査装置。 ４）前記複数の領域毎に走査方向を可変にする手段を付
   加してなることを特徴とする請求項１）に記載の容器内
   面検査装置。