JPH07162762A - しきい値算出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ＣＣＤ受像素子の画像むらを効果的に検出す
るためにＣＣＤ検査装置で使用するしきい値を算出す
る。 【構成】 ヒストグラム演算部４５は、画素の出力値で
ある画素値のヒストグラムを演算する。ブロック値演算
部４６は、複数の画素を所定数ごとにブロックとして区
分し、ブロック内の画素の画素値の平均値であるブロッ
ク値を演算する。ブロック・ヒストグラム演算部４７
は、ブロック値のヒストグラム（ブロック・ヒストグラ
ム）を演算する。スケール補正部４８は、ブロック・ヒ
ストグラム又は画素値のヒストグラムのスケールを補正
して両者のスケールを等しくする。差分演算部５０は、
スケールを等しくしたブロック・ヒストグラム及び画素
値のヒストグラムを比較する。しきい値選択手段６０
は、差分演算部５０の出力の特徴点を用いてしきい値を
選択する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ＣＣＤ受像素子の検査
装置において画素の良否を判定する基準となるしきい値
を算出するしきい値算出装置に関し、特に画像のむらの
原因となる出力が微妙にずれた画素のブロックを判別す
るためのしきい値を容易に算出できるしきい値算出装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、ＣＣＤ（電荷結合素子）受像素子
がビデオ・カメラ等で多量に使用されている。ＣＣＤ受
像素子は複数の画素が平面上に配列され、各画素はフォ
ト・ダイオード（受光素子）を有している。このような
ＣＣＤ受像素子の良否を効率よく検査するため、図２に
示すような素子検査装置がしばしば使用されている。

【０００３】１１は検査するＣＣＤ受像素子を保持する
素子装着部で、多数の被検査素子（ＣＣＤ受像素子）を
順次検査できるように被検査素子を容易に交換可能な構
造になっている。光源１０は、被検査素子に均一な光を
供給し、各画素の出力を等しくする条件を与える。現在
広く使用されている補色色差線順次方式を用いたＣＣＤ
受像素子は、各画素にシアン、イエロー、マゼンタ又は
グリーンのカラー・フィルタを使用している。そのため
カラー・エンコーダ１２は、ＣＣＤ受像素子から得られ
た出力信号を輝度信号と色信号等に変換する。カラー・
エンコーダ１２の出力信号は、ビデオ・モニタで画像と
して表示され目視検査に利用される。機械的な画像処理
を行うために、ＣＣＤ受像素子の出力信号はアナログ・
デジタル（Ａ／Ｄ）変換器１４でデジタル・データに変
換される。このデジタル・データはフレーム・メモリ１
５に記憶された後、欠陥画素検出部１６で画像の良否判
定に使用される。駆動回路１７は、ＣＣＤ受像素子（被
検査素子）、カラー・エンコーダ１２、Ａ／Ｄ変換器、
フレーム・メモリの動作を制御している。

【０００４】図３は、欠陥画素検出部１６のより詳細な
ブロック図である。しきい値設定部２１は、各画素の良
否を判定する基準となるしきい値を決定する。比較部２
０は、フレーム・メモリ１５から供給される画素データ
（画素値）と、しきい値設定部２１から供給されるしき
い値とを比較する。この比較部２０の出力は欠陥数計数
部２２に供給され、ここで不良画素数が計数される。比
較部２０の出力はブロック・サイズ計算部２３にも供給
され、連接する不良画素が形成するブロックの大きさが
計算される。欠陥数計数部２２とブロック・サイズ計算
部２３の出力は良否判定部２４に供給され、ここで被検
査素子の良否が判定される。

【０００５】良否判定には、欠陥数計数部２２で計数さ
れる不良画素数が一定数以上ある被検査素子を不合格と
する方法と、ブロック・サイズ計算部２３で検出される
不良画素ブロックの大きさが一定以上である被検査素子
を不合格とする方法とがあり、また、この両者を組み合
わせる方法もある。いずれの方法を採用するかは、ＣＣ
Ｄ受像素子の製造上の特性に応じて選択する。

【０００６】しきい値設定部２１で使用するしきい値の
設定方法にはいくつかある。１つは、被検査素子の特性
から予め求めてあるしきい値を使用する方法である。他
の方法には、フレーム・メモリ１５から供給される複数
の画素からの画像データ（画素値）のヒストグラム取
り、その分布状態から求める方法がある。これら画素値
のヒストグラムを取ると、理想的には画素値の期待値ａ
を対称軸とする正規分布（ガウス分布）曲線を描く。正
規分布曲線となるのは、正常な受光素子であっても複数
の画素の夫々の受光感度に”ばらつき（画素値の期待値
からのずれ）”が存在するからである。ばらつきの出現
頻度が正規分布曲線上に乗っているならば、正常とみな
すことができる。

【０００７】しかし不良画素があると、図４のように正
規分布曲線の画素値の期待値ａに生じる出現度数のピー
ク（最大値）から外れたところにもピークが生じる。そ
こで、この不良画素の画素値の出現度数のピークを峻別
する（切り分ける）画素値をしきい値として利用すれば
良い。なお、図４では不良画素によるピークは１つしか
描かれていないが、複数のピークが発生する場合があ
り、それにともなってしきい値が複数必要となる。ま
た、図４〜図６においては、水平軸を右に行くほど出力
が大きく、輝度が高くなっている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ＣＣＤ受像素子製造時
の欠損や汚損のために受光感度が極端に弱かったり、ま
ったく受光の機能を果たさない不良画素については、上
記のような検出手段で容易に良否判定を行なうことがで
きる。しかしＣＣＤ受像素子の製造技術が向上してその
ような初歩的な欠陥が少なくなり、輝度や色合いの微妙
なむらを問題にするようになった近年では、むらの部分
を峻別するのに適したしきい値を設定することが困難に
なってきている。

【０００９】画素値のばらつきが画素配列中で一様であ
るならば問題はない。しかし、期待値からずれた画素値
を出力する画素が画素配列中のある部分に固まって存在
している場合がある。これがモニタ上で”むら”として
観測される。しかし、この場合でも、全画素に対して画
素値分布のヒストグラムを取ると、正常なＣＣＤ受像素
子のヒストグラム分布と、むらのある不良素子のヒスト
グラム分布の間に明確な差が認められないことがしばし
ばある。これは、一部に画素値の片寄りのある画素のブ
ロックがあっても、画素全体としてはばらつきが正規分
布となるためである。このため良否判定を機械的に行な
うには、画素値の空間的な分布形状を解析する膨大な量
の演算が必要で、装置が高価かつ大型になったり、良否
判定に長い時間がかかるという問題があった。

【００１０】そこで本発明の目的は、ＣＣＤ受像素子を
構成する各画素の出力の微妙なずれによって生じるむら
を効率的に検出するためのしきい値を算出するしきい値
算出装置を提供することである。本発明の他の目的は、
大規模な形状解析・演算装置を用いなくとも短時間でＣ
ＣＤ受像素子の良否判定に用いるしきい値を算出できる
しきい値算出装置を提供することである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、複数の画素を
有するＣＣＤ受像素子の画像むらの判別の基準として使
用するしきい値を算出するしきい値算出装置に関する。
画素値ヒストグラム演算手段４５は、画素の出力値であ
る画素値のヒストグラムを演算する。ブロック値演算手
段４６は、複数の画素を所定数ごとにブロックとして区
分し、ブロック内の画素の画素値の平均値であるブロッ
ク値を演算する。ブロック・ヒストグラム演算手段４７
は、ブロック値のヒストグラムを演算する。スケール補
正手段４８は、ブロック値のヒストグラム又は画素値の
ヒストグラムのスケールを補正して等しくする。比較手
段５０は、スケールを等しくしたブロック値のヒストグ
ラム及び画素値のヒストグラムを比較する。しきい値選
択手段６０は、比較手段５０の出力の特徴点を用いてし
きい値を選択する。

【００１２】

【実施例】図１は、本発明の一好適実施例のブロック図
であり、図２の欠陥画素検出部１６をより詳細に示した
ものである。この実施例において、比較部２０、欠陥数
カウント部２２、ブロック・サイズ計算部２３及び良否
判定部２４は、図３に示した従来例と同じであるため同
じ番号を付した。

【００１３】ヒストグラム演算部４５は、画素値のヒス
トグラムを演算する。ブロック値演算部４６は、２次元
的に分布する画素に対して所定数の画素を有するブロッ
ク、例えば縦８画素、横８画素のブロック（矩形領域又
は区画）ごとに画素を区分し、各ブロックの画素値の平
均値を算出する。ブロック内の画素数は、画像表示時の
視覚効果を考えて決定する。つまり、画素数を少なくす
れば、より細かく検査することになる。各ブロックの画
素値の平均値は、説明の都合上、ブロック値と呼ぶこと
にする。このブロック値は原画像に比較してそのデータ
数が減少しているが、２次元的に分布する画像データと
みなすことができる。なお、この実施例について言え
ば、画素値のデータ数に対しブロック値のデータ数は６
４分の１に減少する。

【００１４】ブロック・ヒストグラム演算部４７は、ブ
ロック値演算部４６の出力値（ブロック値）のヒストグ
ラムを作成する。説明のため、このヒストグラムをブロ
ック・ヒストグラム（ブロック値のヒストグラム）と呼
ぶことにする。ブロック・ヒストグラムは、画素値のヒ
ストグラムと比較するとヒストグラムの分布曲線の振幅
（出現度数）及び幅が減少する。これらは、ブロック値
のデータ数が画素値のデータ数より減少すること、及び
ブロック値がブロック内の画素（この実施例では６４画
素）の平均値であるために、画素値の一様に広がってい
るばらつきについては相殺されて見かけ上低減すること
が原因である。

【００１５】スケール補正部４８は、ブロック・ヒスト
グラムと画素値のヒストグラムのスケール（広がり）が
同等になるようにブロック・ヒストグラムの縦軸及び横
軸スケールの変換（拡大又は縮小）を行なう。縦軸スケ
ールについては、例えば両者の最大ピーク値の比を取っ
てどちらか一方を拡大又は縮小し、最大ピーク値を一致
させれば良い。横軸スケールの変換係数は、２種類の方
法で設定することができる。ひとつは統計分布から予測
される固定値（標準偏差など）を固定スケール設定レジ
スタ４９によって設定する方法である。もうひとつは実
際の分布から、ブロック・ヒストグラムと画素値のヒス
トグラムのピーク値の半分の高さにおける横幅（半値
幅）が一致するように計算で求める方法である。いずれ
の方法を取るかは、受光素子の製造上のばらつき特性に
応じて選択する。また、両者の最大ピークにける画素値
又はブロック値がずれていれば、これも横軸方向にシフ
トして補正する。なお、図１では、スケール補正部４８
がブロック・ヒストグラムのスケールを拡大する例を示
しているが、逆に画素値のヒストグラムのスケールを縮
小する構成としても良い。

【００１６】差分演算部５０は、比較手段である。これ
は、スケールを等しくしたブロック・ヒストグラムと画
素値のヒストグラムを比較し、その差分を演算して出力
する。例えば、デジタル比較器を用いれば良い。

【００１７】６０は、しきい値選択手段である。ピーク
値検出部６１及び実効値検出部６２は、差分演算部５０
の出力の特徴点を検出する構成の一実施例である。ピー
ク値検出部６１は差分演算出力のピーク点を求める。同
様に実効値検出部６２は差分演算出力の実効値を求め
る。しきい値選択部６３はピーク値と実効値を比較し、
例えば実効値に比べて十分に大きなピーク（特徴点）が
存在する場合にこのピークを与える画素値をしきい値と
して選択する。また、ピーク値検出部６１が出力するピ
ーク値だけを用いて特徴的な点を特定し、その点におけ
る画素値をしきい値として選択しても良い。さらには、
ピーク値検出部６１及び実効値検出部６２を用いずに、
比較手段５０の差分出力の特徴点を例えば差分出力の曲
線を微分等することにより用いて求めても良い。信号を
デジタル的に処理している場合では、微分等の演算を使
用することも容易である。また、場合によってはピーク
に限らず、ブロック・ヒストグラムと画素値のヒストグ
ラムを比較したとき任意に特徴点を定め、その点におけ
る画素値をしきい値として選択しても良い。大きな特徴
点が存在しない場合には、しきい値設定レジスタ６４で
別途設定された画素値をしきい値として用いるように選
択を行なう。これらしきい値の選択は、ＣＣＤ製造上の
特性等を考慮して定める。

【００１８】正常なＣＣＤ受像素子の画像データでは、
画素値の通常に存在するばらつきによってヒストグラム
はほぼ正規分布曲線となる。このばらつきには空間的な
偏りがないため、ブロック値は相殺されて小さくなった
ばらつきによって、スケールは異なるもののブロック・
ヒストグラムの分布曲線もほぼ正規分布曲線となる。従
ってスケールを補正した後では、画素値のヒストグラム
とブロック・ヒストグラムの差分はほぼゼロとなる。

【００１９】それに対してむらのあるＣＣＤ受像素子の
画像データでは、ブロック値に偏りが生じるために、ブ
ロック・ヒストグラムは正規分布とはやや異なった曲線
となる。図５及び図６は夫々単独のむら及び多数のむら
を有するＣＣＤ受像素子の典型例に関し、夫々ビデオ・
モニタで表示した画面と、対応する画素値のヒストグラ
ム及びブロック・ヒストグラムの分布曲線とを示してい
る。画素値のヒストグラム及びブロック・ヒストグラム
は、スケールを補正した後の状態で示され、曲線変化は
多少誇張してある。画像中には斜め斜線で示すような基
準値よりやや出力が低下しているむらや、逆に白抜きで
示すような基準値よりやや出力の高いむらが発生する。
図６のように複数のむらが生じる場合には、複数のしき
い値が設定される。本実施例に示した手段で算出される
しきい値を用いて画像を２値化すると、いずれの場合で
もむらの形状を抽出することができる。

【００２０】

【発明の効果】本発明により、従来の装置では検出でき
なかった画像むらを機械的に検出するためのしきい値を
容易に算出できる。しかも大規模な演算処理能力を必要
としないので、比較的安価かつ小型の装置でも短時間に
検査処理ができるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一好適実施例のブロック図である。

【図２】ＣＣＤ欠陥画素検出装置の全体のブロック図で
ある。

【図３】ＣＣＤ欠陥画素検出装置の従来の欠陥画素検出
部のブロック図である。

【図４】画素値のヒストグラム分布曲線を利用したしき
い値の決定方法の従来例を示す図である。

【図５】ＣＣＤ受像素子に単独のむらがある場合の出力
を表示した画面並びにこの場合の画素値のヒストグラム
及びブロック・ヒストグラムを示した図である。

【図６】ＣＣＤ受像素子に多数のむらがある場合の出力
を表示した画面並びにこの場合の画素値のヒストグラム
及びブロック・ヒストグラムを示した図である。

【符号の説明】

４５ 画素値ヒストグラム演算手段 ４６ ブロック値演算手段 ４７ ブロック・ヒストグラム演算手段 ４８ スケール補正手段 ５０ 比較手段 ６０ しきい値選択手段

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の画素を有するＣＣＤ受像素子の画
   像むらの判別の基準として使用するしきい値を算出する
   しきい値算出装置であって、 上記画素の出力値である画素値のヒストグラムを演算す
   る画素値ヒストグラム演算手段と、 上記複数の画素を所定数ごとにブロックとして区分し、
   該ブロック内の画素の画素値の平均値であるブロック値
   を演算するブロック値演算手段と、 上記ブロック値のヒストグラムを演算するブロック・ヒ
   ストグラム演算手段と、 上記ブロック値のヒストグラム又は上記画素値のヒスト
   グラムのスケールを補正して等しくするスケール補正手
   段と、 スケールを等しくした上記ブロック値のヒストグラム及
   び上記画素値のヒストグラムを比較する比較手段と、 上記比較手段の出力の特徴点を用いてしきい値を選択す
   るしきい値選択手段とを具えるしきい値算出装置。