JPH0769276B2 - 容器内面検査装置 - Google Patents

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入力センサにより
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，スチィール缶など）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
化レベ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
値化レベルを選ぶと、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）＞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の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〕

検査画像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ブロック図である。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は山検出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はウインドウメモリ、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１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。山検出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（ｘ＋α_Ｍ,y）＞P_dm〕

∩〔Ｐ（x,y）−Ｐ（ｘ−α_Ｍ,y）＞P_dm〕 →Ｂ（x,y）＝１ elesB（x,y）＝０ Ｂ（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）
＝０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、山検出２値化回路５は缶のヘコミ，バリなどが
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
における位置や缶自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＋α_ｖ,y）−Ｐ（x,y）＞P_dv〕

∩〔Ｐ（ｘ−α_ｖ,y）−Ｐ（x,y）＞P_dv〕 →Ｂ（x,y）＝１ elesB（x,y）＝０ なお、上記P_dm，P_dv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_Ｍ，α_ｖ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_dm，P_dv，α_Ｍ，α_ｖ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、山検出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、ウインドウメモリ８に記憶されたウインドウパター
ン（ウインドウデータ）とのアンド（AND）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、ラッチ回路21
Aと同位相となるようラッチ回路21B,21Cにてラッチす
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CPU27よりラッチ回路21D,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）,P（ｘ−α,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−α,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、山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）は一様ではなく、一様と観測
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P
_dv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P_dv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P_dv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ほど大きくなると
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P_dvの値をダ
イナミッ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ップテーブル（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P_dv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、ウインドウメモリについて説明する。

すなわち、ウインドウメモリ８は１ビットの画像メモリ
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10図（ロ）のように分割され、それぞ
れの領域に対してP_dm，P_dv，α_Ｍ，α_ｖ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種化するためにP
_dm，P_dv，α_Ｍ，α_ｖ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41
Bのみに着目して２値化を行ない、同様に領域41C,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ビットのパター
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インドウメモリ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
０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
化処理後にウイ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13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14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
ぞれ山検出２値化回路51〜54,谷検出２値化回路61〜64,
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、ウインドウメモリ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R1〜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、缶上
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図のルックアップテーブル（LU
T）の特性を示す特性図、第５図はウインドウメモリの
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…山検
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…ウインドウメモリ、10,101〜10
4…２値画像合成回路、11,111〜114…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、26A
〜26C…ゲート回路、27…CPU、31…ルックアップテーブ
ル（LUT）、32A,32B…減算器、33A,33B…比較器、34…
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。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０４Ｎ 7/18 Ｋ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項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. 【請求項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. 【請求項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. 【請求項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。