JPH0814826A - 画像処理用撮像装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 金属平面部（反射がきついもの）や缶底の曲
面である曲面部（均一な照明が取りにくいもの）に対し
て均一な照明を当てることができるようにして、検査対
象物の印字検査を精度良く行い得る。 【構成】 光源１８から対象面１２に向けて光を発し、
拡散板２０で光源１８からの光を拡散光２６に変換して
当該拡散光２６を対象面に照射する。ピンホールレンズ
２２の先端部２２ａは、拡散板２０の中央部に穿設され
た透孔２８に隣接されあるいは挿入された位置で対象面
の光像３０を集光してカメラ２４に入射する。カメラ２
４は入射光像の撮像信号を作成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば、金属缶を使用
した飲料等の缶詰に製造者が印字した製作日時やロット
番号等の印字検査技術についてのものであって、特に、
検査技術の中で、ＣＣＤ（電荷結合素子）カメラ等を使
った自動検査システムに用いる、画像処理技術用の投受
光手段に係わる画像処理用撮像装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】一般に、アルミニウム等の金属缶を使用
した飲料等の缶詰には、製造者が製作日時やロット番号
等の文字・記号・符号がＩＪＴ（インクジェットプリン
タ）印字装置により印字されており、通常、この印字が
適切になされているか否かを検査項目のひとつとして、
印字検査を行う。

【０００３】金属缶の印字検査には、例えば図６に示す
ような撮像装置、図示しない画像処理装置および文字等
の認識装置を主に用いた印字検査システムが用いられ
る。前記撮像装置においては、光学系が、金属缶ａの印
字面ｂに対して光源部ｃから光（参照光）ｄを照射し、
印字面ｂからの反射光像ｆを集光レンズｅ１で集光して
カメラｅに入射するものであって、カメラｅがこの入射
光像により印字面ｂを撮像する。そして、カメラｅで撮
像した印字面の画像信号を、画像処理装置で２値化処理
してその２値画像に基づき印字検査を行っている。

【０００４】前記撮像装置に用いる光源部ｃには、従
来、図６に示すように、ハロゲンランプやキセノンラン
プ（図示省略）等の発光源を用いてそれらから発せられ
る連続光やストロボ光をファイバー製のライトガイド
（図６ではリング形状のライトガイド）ｃ１等で導き、
このライトガイドｃ１下端面の円形の出射端ｃ２から出
射して、円形あるいは環状の線光源として直接に金属缶
ａに照射する方法（従来の照明方法）が主に用いられて
いる。

【０００５】金属缶の素材の表面状態が細かく、表面の
微細な傷に方向性のないときには、例えば図７（ａ）に
示すように、金属缶印字面が照明光ｄを乱反射する。こ
のときには、カメラｅの集光レンズｅ１には強い反射光
が入射されないため、前記従来の照明方法による照射に
より印字面の印字等は十分安定して撮像できていた。例
えば、潤滑剤を塗布して圧延されたアルミニウム材の表
面には細かい斑点状の凹みができており、これが照明光
ｄを一様に乱反射させる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、金属缶
の素材の表面の状態が粗くなったとき、例えば図７の
（ｂ）に示すように、表面処理等の影響で素材表面の微
細な傷の山・谷が一定方向に連続して延びるような状態
であるときに素材表面がその反射率に方向性を生じる場
合がある（例えば通称ＫＡＡＬ材（神戸製鋼アルコア製
のアルミニウム素材）がある）。このような素材からな
る金属缶はその表面の微細な傷からの反射光がある方向
に強くなるため、撮像の向きによっては一部の反射光が
強く明るく見え、反射光にムラができる。

【０００７】したがって、この種の金属缶に印字された
文字等の検査において、印字面を前記従来の撮像装置の
カメラで撮像したときの画像には、前記素材表面の微細
な傷からの反射光が強く影響してしまい、輝点・ちらつ
き等が発生する。このような撮像画像を画像処理装置で
２値化処理したときには、印字面表面からの乱反射が文
字データに対するノイズとなり、金属缶の印字の検査が
精度良く行うことが困難であるという問題点がある。

【０００８】ところで、従来技術の中には、図８に示す
ように、印字検査システムの撮像装置において、照明部
ｇの照射光軸と撮像部ｈへの反射光軸とを同じ軸とする
同軸落射照明を用いるものがある。同軸落射照明におい
ては、照明部ｇの照射光ｋの軸と撮像部ｈの撮像方向軸
とが９０゜ずれており、照明部ｇはその位置からハーフ
ミラーｉを介して検査対象物ｊの対象面ｊ１に垂直に照
射光ｋを落とし、かつ対象面ｊ１からの反射光ｍの軸が
照射光ｋの軸と同軸になるようにした照射方法を行う。
しかしながら、このような撮像装置においては、照明部
ｇがハーフミラーｉを使用しており、対象面ｊ１全面に
光を当てるには、対象面ｊと４５°の角度で対向する面
積のハーフミラーｉを必要とする等、装置構成が大がか
りなものになりがちになる欠点がある。また、点光源や
ファイバー等による環状線光源からの照射のみでは検査
対象表面の反射率が缶の曲面部の角度により、十分な照
明条件を作れないなどの欠点があった。

【０００９】本発明は、前記従来の問題点を解消するた
めになされたものであって、金属材の印字検査技術、画
像処理技術における投受光の光学系を改良することによ
り、例えば金属平面部（反射がきついもの）や缶底の曲
面である曲面部（均一な照明が取りにくいもの）に対し
て均一な照明を当てることができるようにして、検査対
象物の印字検査を精度良く行い得る画像処理用撮像装置
を提供することを特徴とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、前記
課題を解決するため、金属体の印字された対象面に光を
照射する手段と、光の照射された対象面を撮像する撮像
手段とを有して、撮像信号が画像処理される画像処理用
撮像装置において、対象面に向けて光を発する光源部
と、この光源部および対象面との間に介装されて光源部
からの光を拡散光に変換して当該拡散光を対象面に照射
すると共に、対象面に対向する部分の中央部にピンホー
ルレンズの先端部あるいは視野に対応する径の透孔が穿
設された拡散板と、後端部が撮像手段の撮像側に取りつ
けられ、かつ、先端部が前記透孔に隣接されあるいは挿
入された位置で対象面の光像を集光して撮像手段に入射
するピンホールレンズとを備えたことを特徴とする画像
処理用撮像装置である。

【００１１】

【作用】本発明者は、金属材の対象面に印字された文字
等を検査する際に、金属材の印字面（対象面）が微細な
傷によりその反射光に方向性が強い場合に、撮像画像を
２値化するとノイズになることを防ぐべく種々の検討を
行った。まず、従来の撮像装置では、点光源あるいは線
光源などの方向性のある光源であるため、反射率に方向
性のある対象面では、光源からの照射光が方向性をもっ
て強く反射されてしまい、撮像画像のちらつきやムラに
なる。発明者は、種々検討の結果、対象面の表面性状に
対応させて印字検査をするために、撮像装置側でちらつ
きやムラを除去する処理を行う手法と照射光を散乱光に
する手法を考察した。撮像装置側で処理する手法では、
複雑かつ高価な画像処理装置を必要とするので、照明光
を拡散板で拡散光にすることにした。

【００１２】ここで、光源には、一般に点光源、線光
源、面光源が考えられるが、点光源、線光源は前記拡散
板で拡散光とすることができる。また、面光源は、既存
のものでは、均一な拡散光を照射するものは少なく、そ
の面からの照射光にはどうしてもムラがあるので、既存
の面光源に対しても拡散板で照射光を拡散させる必要が
ある。さらに、対象面が金属平面部分あるいは曲面部分
のいずれでも均一な照明を得るためには、拡散光が必要
である。また、拡散板からの拡散光を対象面にムラなく
照射するためには、できるだけ拡散板の面積を広く取る
必要がある。したがって、単にカメラ等の撮像手段を拡
散板に開けた穴から対象面に向けた場合、その撮像手段
の撮像端（レンズ部分）が光源からの照射光を遮ってし
まい、拡散板からの拡散光にムラができ好ましくない。

【００１３】そこで、本発明を構成したものである。本
発明によれば、光源部から対象面に向けて光を発し、こ
の発した光を例えば乳白色板からなる拡散板で拡散光に
変換して当該拡散光を対象面に照射する。また、拡散板
の対象面に対向する部分の中央部にピンホールレンズの
先端部あるいは視野に対応する径の透孔を穿設してお
り、ピンホールレンズの先端部を前記透孔に隣接しある
いは挿入した位置で対象面の光像を集光して、ピンホー
ルレンズにより集光した構造をカメラなどの撮像手段の
撮像側に入射する。

【００１４】なお、光源部を、点光源から光ファイバー
により導光して照射するものにすれば、光源部を小さく
構成できる。また、光源部からある距離を置いたところ
で、拡散光を作るため例えば乳白色板からなる拡散板を
使用し点光源（単数、複数）あるいは線光源さらにはム
ラのある面光源を均一な拡散光の面光源に変換する。ま
た、ピンホールレンズを用いて、カメラレンズの口径を
できるだけ小さい物を使用できるようにして、拡散板に
穿設する透孔のサイズを小さくして、拡散照明の発光面
積を拡散板の中心近くまで大きくとれるようにする。

【００１５】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の一実施例を説
明する。この実施例は、図１に示すように、金属缶１０
を使用した飲料等の缶詰に製造者が印字した製作日時や
ロット番号等を検査する検査システムに用いるものであ
って、印字された金属缶の対象面１２に光を照射する照
射部１４と、光の照射された対象面１２を撮像する撮像
部１６とを有して、その撮像信号が２値化処理される画
像処理用撮像装置に本発明を実施したものである。

【００１６】図１に示すように、実施例の撮像装置は、
照射部１４に光源１８と拡散板２０とを有し、また、撮
像部１６にピンホールレンズ２２と、カメラ２４とを有
する。前記光源１８は、金属缶１０の対象面１２に向け
て光を発するものであって、ハロゲンランプやキセノン
ランプ（図示省略）等の点光源と、全体形状が中央部の
空いたほぼ円環形状であって前記点光源から発せられる
連続光やストロボ光を導いて、対象面１２に向く下方面
に円形形状の出射端から出射する例えばファイバー製の
ライトガイド１８ａとから構成される。ライトガイド１
８ａの径は、対象物の大きさより大きいものになってい
る。

【００１７】前記拡散板２０は、前記光源１８および対
象面１２との間に介装されて光源１８からの照射光１８
ｂを拡散光２６に変換して当該拡散光２６を対象面１２
に照射すると共に、対象面１２に対向する部分の中央部
にピンホールレンズ２２の先端部２２ａあるいは視野に
対応する径の透孔２８が穿設されている。拡散板２０に
は、例えば乳白色アクリル樹脂板を使用することができ
る。また拡散板２０の大きさは、光源１８からの照射光
を面展開したときに対象面１２全体にムラなく拡散光を
照射し得るのに十分な大きさであることが必要とされ
る。

【００１８】また、透孔２８は、ピンホールレンズ２２
で透孔２８を介して対象面１２をのぞくことができ、か
つ撮像できるようにする、拡散板２０に開けられた貫通
穴である。つまり、透孔２８は、ピンホールレンズ２２
先端部２２ａが拡散板２０の近傍あるいは、透孔２８内
に位置させて撮像することができる。ピンホールレンズ
２２先端２２ａが近傍かつカメラ２４側に位置するとき
には、該透孔２８の内径はピンホールレンズ２２の視野
を遮らない径にし、また、ピンホールレンズ２２先端部
２２ａを透孔２８内に挿入して位置させるときには透孔
２８の内径は、先端部２２ａが挿入し得る径とすること
ができる。

【００１９】ピンホールレンズ２２は、その後端部２２
ｂがカメラ２４の撮像側端部に固定され、透孔２８近傍
あるいは透孔２８内に位置したピンホールレンズ２２ａ
先端から対象面１２の光像３０を受光しかつ集光して、
カメラ２４に入射する。また、ピンホールレンズ２２
は、先細の中空の筒体であってその先端部２２ａ内には
極めて小口径（例えば１．５〜２ｍｍ程度）の撮像用レ
ンズ２２ｃが固定されているので、先端部２２ａの外径
は小さく、対象面１２に対する拡散照明の照射面積が大
きく取れる。

【００２０】実施例の撮像装置によれば、光源１８から
円形形状の照射光１８ｂを照射し、拡散板２０はこの照
射光１８ｂを拡散光２６に変換して対象面１２に照射す
る。カメラ２４はピンホールレンズ２２を介して対象面
１２の光像を撮像する。従来の同軸落射照明では、例え
ば図８に示すように、光を対象物に直角に落とし込んで
当てるのに対し、本実施例では、ほぼ同軸に拡散する拡
散板２０による面照明を使用するので、発光面を対象物
と全く同軸に置くことで、ハーフミラー等の金属面等の
光の反射光を利用せず、点光源から出た光の透過物体自
身の乳白色拡散光を利用できるようにする。したがっ
て、対象面の反射光にムラが出にくく、対象面の撮像画
像を例えば２値化処理したならば対象面上の印字された
文字等を精度良く検査することができる。

【００２１】ここで、本発明の効果を確認すべく、表面
の粗さの細かい従来の缶と、粗く反射率に方向性のある
前記ＫＡＡＬ材からなる缶との印字面を対象（対象体
Ａ、Ｂ）として、従来の撮像装置と本発明の撮像装置で
撮像した撮像画像（生画像）を図２（従来装置の撮像画
像）、図４（本発明装置撮像画像）に示し、その撮像画
像を２値化処理した２値画像を図３（従来装置による撮
像画像の２値画像）、図５（本発明装置による２値画
像）に示す。また、図２〜図５において、（ａ）は金属
缶の表面処理状態が細かく目が揃っていないものであっ
て、照明光を乱反射する対象体Ａのものであり、（ｂ）
は金属缶の表面処理状態が粗く、目が揃っていて、照明
光を反射に方向性のある対象体Ｂを撮像したものであ
る。

【００２２】従来の装置においては、図２の（ａ）、
（ｂ）のそれぞれに示すように、撮像画像では、対象体
Ａはちらつきがあまり生じないが、対象体Ｂは対象体Ａ
よりはるかにちらつきが多く、対象体Ｂの印字された文
字等がようやく判読できる程度である。しかも、図３の
（ａ）、（ｂ）に示すように、それらの２値画像は、対
象体Ａでは印字文字等を判読可能であるのに対して、対
象体Ｂの印字文字等は全く判読できない。これに対し
て、本発明の装置においては、図４の（ａ）、（ｂ）の
それぞれに示すように、撮像画像では、対象物Ａと対象
体Ｂとは共にちらつきが少なく印字された文字等がよく
判読できる。また、図５の（ａ）、（ｂ）のそれぞれに
示すように、それらの２値画像は、対象体Ａおよび対象
物Ｂは共に印字文字等を良好に判読できることが分か
る。以上のように、従来装置では判読できなかった金属
缶の印字文字等を本発明装置では精度良く判読すること
が可能になっており、これにより、本発明の有用性が理
解される。

【００２３】なお、前記実施例では、光源として点光源
の発生光をライトガイドで導光しかつ環状に出射する環
状の線光源を示していたが、本発明の光源はこのような
環状線光源に限定されず、ライトガイドを用いない光源
例えば環状の蛍光灯などであっても、また、別の形状例
えば直線形状の光源であっても、また、点光源（各種電
球や発光ダイオード（ＬＥＤ）等）を適宜に配列した光
源であってもいずれのものでも良い。

【００２４】

【発明の効果】本発明によれば、均一な照明を容易かつ
安価に作り出す事ができるので、通常の２値化処理にて
行う画像処理装置を使っての文字検査にたいし、光学系
の簡単な改造だけで精度の良い検査を可能にする。ま
た、金属面の処理状態によらず、つまり、金属面の反射
率の変化によらず、金属面上に印字された、製造日等の
検出をするための光学的前処理として非常に効果があ
る。また、金属平面部（反射がきついもの）や缶底の曲
面である曲面部（均一な照明が取りにくいもの）に対し
て均一な照明を当てることができるようにして、検査対
象物の印字検査を対象面の形状に寄らずに精度良く行う
ことを可能にする。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる画像処理用撮像装置の一実施例
を示す側面図である。

【図２】（ａ）、（ｂ）は、本発明の実施状態を説明す
るための、従来の撮像装置による撮像画像の例の説明で
ある。

【図３】（ａ）、（ｂ）は、図２の撮像画像を２値化処
理した２値画像の例の説明図である。

【図４】（ａ）、（ｂ）は、本発明の実施状態を説明す
るための、本発明を実施した撮像装置による撮像画像の
例の説明である。

【図５】（ａ）、（ｂ）は、図４の撮像画像を２値化処
理した２値画像の例の説明図である。

【図６】従来の撮像装置の構成例の説明図である。

【図７】（ａ）、（ｂ）は、それぞれ表面状態の異なる
金属材の光の反射状態の説明図である。

【図８】従来の撮像装置の他の構成例の説明図である。

【符号の説明】

１０ 金属缶 １２ 対象面 １４ 照射部 １６ 撮像部 １８ 光源 １８ａ ファイバー製ライトガイド ２０ 拡散板 ２２ ピンホールレンズ ２２ａ、２２ｂ ピンホールレンズの先端部、後端部 ２２ｃ 撮像用レンズ ２４ カメラ ２６ 拡散光 ２８ 透孔 ３０ 光像

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 増田 正行 神奈川県相模原市大島3194−４

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 金属体の印字された対象面に光を照射す
   る手段と、光の照射された対象面を撮像する撮像手段と
   を有して、撮像信号が画像処理される画像処理用撮像装
   置において、 対象面に向けて光を発する光源部と、 この光源部および対象面との間に介装されて光源部から
   の光を拡散光に変換して当該拡散光を対象面に照射する
   と共に、対象面に対向する部分の中央部にピンホールレ
   ンズの先端部あるいは視野に対応する径の透孔が穿設さ
   れた拡散板と、後端部が撮像手段の撮像側に取りつけら
   れ、かつ、先端部が前記透孔に隣接されあるいは挿入さ
   れた位置で対象面の光像を集光して撮像手段に入射する
   ピンホールレンズとを備えたことを特徴とする画像処理
   用撮像装置。