JPS5975140A - 欠陥検査装置及び方法 - 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】 〔発明の属する技術分野〕 Ｘ、！１１！やｒ線など、放射線や電磁波や超音波など
による撮像画像を用いた非破壊検査における自動判定方
法及び装置に関する。

〔発明の技術的背景〕　　　・ 従来、例えば鋳物部品の製造工程における内部欠陥の検
査は、物体透視装置を用いて製造物体の透視画像を得、
これを人間の目視によシ判定するようにしていたため、
効率が悪く、判定基準も客観性が欠け、処理速度も一定
でなかった。

〔発明の目的〕

本発明は、物体透視装置より得られた透視画像から、画
像処理によって自動的に欠陥を判定できる欠陥検査装置
及び方法を提供するものである。

〔発明の概要〕

Ｘ線などの放射線などにより透視された物体の画像は放
射線の吸収係数の分布に従って、濃淡階調値の分布とな
る。本発明は、表面上は一様に見える物体でも、内部に
空胞、例えば鋳物部品の巣のような場合、その存在を透
視画像よシ、濃淡値の分布で局所的に変化の著しい部分
を見つけて欠陥の候補として、自動的に欠陥を検出する
ものである。

すなわち、本発明は、被検査物体を撮像した画像を得て
、この透視画像に対して画像に含まれる雑音成分の増幅
を抑えるように空間１次微分によってフィルタリング処
理を行ない前記透視画像中の濃淡値の変化が大きい輪郭
部を強調して、主として輪郭部のみからなる輪郭画像を
抽出し、この輪郭画像中の被検査物体そのものの輪郭部
分を除去し、そして前記輪郭画像の画像成分がなお残余
している場合に、この画像成分を被検査物体の欠陥とし
て判定するものである０ 〔発明の実施例〕 本発明の実施例を第１図に基いて説明する。

この実施例においては透視画像を得るための波動として
Ｘ線を用い、得られた透視画像のＳ／Ｎ比が良くないも
のとして説明する。

制御装置１は、装置全体を制御する部分で、透視像デー
タを効率よく送るように各回路を制御できるように作ら
れている。透視装置２は、物体を透過する波動たとえば
ＸＩｆｊｌを発生させ、物体を透視する装置である画像
入力装置３は、透視装置２によシ得られた物体の透視画
像を連続の電気信号に変換する装置であシ、１つの部品
につき、数枚たとえば４枚分のデータ信号を取り入れる
。Ａ／Ｄ変換装置４は画像入力装置３によシ変換された
連続電気信号を全システムの処理速度によシ定められる
適当なサンプリング周期で、たとえばＢｂｉｔＫｆ子化
された離散電気信号に変換する装置である。画像メモリ
５は、Ａ／Ｄ変換装置４により得られた離散信号をディ
ジタル画像として貯えておくメモリである。平均加算回
路６は、たとえば画像サンプル点５１２Ｘ５１２個の画
像メモリの画像信号を数枚分、たとえば４枚分の平均加
算を行う回路である。平均７ＪＩＩ算された画像データ
は画像メモリ５に再び貯えられる。輪郭強調回路７は、
平均加算回路６によ多処理された画像メモリ５内の画像
データに対して１次微分作用を持つ加重テーブルにより
フィルタリング処理を行ない、画像の輪郭を強調する回
路である。たとえば、平均加算された画像データに対し
て、ローバスフイけ、Ｘ方向１久微分作用を持つ加重テ
ーブルの結果を絶対値処理して、処理された各々の値を
加算するフィルタリンク処理を行なう。これによ勺透視
画像データに含まれる雑音成分の増幅が少なく、かつＸ
方向、Ｙ方向各々の処理の対称性を持たせる。２値化回
路８は、輪郭強調回路７によ多処理された画像データに
対し、多数の物体の母集団による統計的処理によシ、あ
らかじめ定められた閾値たとえば２５６階調中１００階
調のもとで２値化を行う回路である。物体輪郭部除去回
路９は、２値化回路８によ多処理された画像データに対
し、「位置合わせをされた多数の物体の母集団による統
計であらかじめ定められた、Ｘ線透過時の物体輪郭部の
２値化透視画像パターンを除去できるような２値化され
たマスクパターン」を用いて物体そのものの輪郭部分（
欠陥部分を含まない）を除去する回路である。領域番号
付回路１０は、物体輪郭部除去回路９により処理された
画像データ上で、残っている画像情報を領域分けし、番
号付けを行う回路である。面積計測回路１１は、領域番
号付回路１０で番号付された画像データに対し物体の存
在する領域内のヒストグラムを計測して面積を計測する
回路である。雑音除去回路１２は、面積計測された物体
領域内の画像に対し、番号付けされた各画像部分毎の面
積を測定し、多数の物体の母集団による統計的処理によ
シあらかじめ定められた閾値（たとえば１０画素）より
小さい面積の画像部分は雑音とみなして除去する回路で
ある。欠陥検出判定回路１３は、面積計測回路１２で処
理された結果の情報に対し、予測される各部品領域内で
残っている画像があれば、それは部品の欠陥であると判
定し、その部品領域を示す回路である。欠陥部品除去機
構１４は、欠陥検出判定回路１３によシ得られた欠陥存
在部分領域情報により欠陥があると判定された部品を製
造ラインから取シ除く機構である。

以下、この実施例の作用について説明する。

透視装置２で被検査物体から取得された透視画像は、画
像入力装置３で連続的な電気信号に変換され、Ａ／Ｄ変
換装置４で量子化された離散電気信号に変換される。こ
の変換された透視画像メモリ５にディジタル画像として
記憶される。

そして平均加算器６は画像メモリ５に記憶された濃淡画
像を複数枚準備し、単純に対応する位置の濃淡値を加算
し、その枚数で各画素ごとの濃度和を割シ正規化し平均
加算をする。これによ勺、統計的変動に伴った雑音を軽
減できる。

しかし、ことで雑音軽減する必要がない場合、すなわち
、透視装置２が得た透視画像中に雑音成分が少ない場合
には、平均加算器６を除去してもよい。

すると、輪郭強調回路７は、後述する処理によって平均
加算された画像をその画像中の雑音成分の増幅を少なく
して輪郭強調を行なう。これは、物体の内部欠陥が存在
しても、一般に物体自体が一様な厚さでない時、透視画
像を単純に濃度閾値処理を行っても内部欠陥は検出する
ことが困難となるため、内部欠陥領域の輪郭強調・を行
なうものである。

この輪郭強調回路７で輪郭強調された画像は、２値化回
路８によ勺２値画像に変換され、物体輪郭除去回路９に
供給される。

物体輪郭部除去回路９は、予じめ標準となる欠陥を持た
ない被検査物体について得た２値化輪郭＠調画像をマス
クパターンとして有してお９、入力輪郭強調画像をこの
マスクパターンとかけあわせることによ）、被検査物体
そのものの輪郭部を除くようにしている。したがって、
回路９の出力は、内部欠陥部分のみの画像が残る０ しかしながら、この時点で得られた画像においてもなお
更に雑音成分が残っている可能性があるため、回路１０
、ＩＬ　１２によって残った雑音成分を取シ除き、内部
欠陥画像のみを得られるようにしている。ここにおける
雑音除去は、回路９より得られた画像中白部欠陥成分は
その面積が大きく、雑音によるものはその面積が小さい
ものとして、統計的にその嘔値を決定して値以下の面積
の画像部分は雑音とみなして除去している。しかし、回
路９の出力内に雑音成分が残余している可能性がない場
合には、回路１０．１１．１２を除去してもよい。たと
えば、透視装置２のＳ　／　Ｎ比がよく得られた透視画
像の雑音成分が小さい場合には、輪郭強調回路７の雑音
成分増幅抑制作用によシ、得られた画像内の雑音成分は
２位値回路８で閾値以下の値として除去され、回路９を
通じて雑音成分が除去された画像が出力された場合等が
ある。

まず、領域番号付回路１０は、回路９の出力画像中にか
たま−りとして存在するいくつかの領域の夫々に対して
各領域内の画素毎回一番号を割り当て、かたまシ（内部
欠陥又は雑音）の範囲とその個数を調べている。すなわ
ち、画像内に１００個のか七〇があれば、各かた″！、
シ毎に１１”から“１００＃までの番号を付けている。

そして、この番号付けされた画像データを、面積計測回
路１１が、その番号例えば“１″の数を計数して、その
かたまシ”１″の面積を求める。そして、雑音除去回路
１２によって、例えば５画素以内のかたまシは雑音とみ
なされ除去される。

この処理の後、なお更に輪郭強調画像中に除去されてい
ないかた丑りが存在していれば、それは内部欠陥のみで
ある。したがって、複数の鋳物部品毎に上記検査を行な
う場合であれば、欠陥検出判定回路１３は上記内部欠陥
の画像内の位置からどの鋳物部品であるかを判定する。

この判定出力に【つて欠陥部品除去機構１４を駆動し、
欠陥のある鋳物部品を不良品として除去する。

次に、この実施例において特徴的な部分である輪郭強調
回路７の空間微分法によるフィルタリング処理について
説明する。

一般に、空間微分法として、この加重テーブルを濃淡画
像とかけあわせると、濃淡画像中の濃淡値の分布に局所
的な変化がある部分すなわち輪郭部を抽出できることが
知られて・ハる。

ところで、濃淡画像中に雑音があると、上記加重テーブ
ルをかけあわせたときこの雑音も同時に抽出されること
になるため、雑音成分をできるだけ減少させる必要があ
る。このため、本実施例では、上記平均加算回路６を用
いて輪郭抽出の前に予じめ濃淡画像中の雑音を軽減して
いる。また輪郭強調回路７は、できるだけ雑音発生を抑
制した輪郭抽出を行ガつている。

しかし、一般的に用いられている２次微分処理では、雑
音の増幅を十分に少なくすることかでさない。これは、
次数の高い微分処理を行うと、周波数の微分次数乗倍で
増幅されてしまうため、高周波にある雑音成分が大幅に
増幅されるためである。たとえば、Ｘ線などの透視画像
では、量子雑音などが多く存在するため、２次微分で処
理を行うと雑音も増幅されてしまうことになる。

このため、この実施例では次数の少ない１次微分処ｊＪ
ｊを行なうととによシ雑音成分の次数乗倍を回避した。

しかし、１次微分処理では、２次微分の持つＸ方向、Ｙ
方向に関する処理の対称性を保てなくなる。そこで本実
施例の輪郭強調回路７では雑音成分が空間周波領域に存
在するだめ、始めにローパス・フィルタ処理を行った後
、Ｘ方向、Ｙ方向の２次元１久微分操作を低周波数領域
に限定して行ない、Ｘ方向とＹ方向の結果の絶対値の和
をもって輪郭強調を行なうようにした。

以下、輪郭強訴回路の動作について説明する。

まず、平均加算された画像の高周波領域に存在している
雑音成分を除去するため、次のようなローパスフィルタ
作用を持つ加重テーブルを平均加算画像に重畳する。

この加重テーブルを用いることによＦ）、１７にの低周
波領域だけ通過し、それよシ高周波領域にある雑音成分
が抑制される。Ｋの値は雑音除去して残したい低周波領
域に応じて定めればよく本実施例ではに＝４である。

次に、２次微分の持つ対称性を、１次微分・においても
持たせるために、Ｘ方向１久微分作用を持つ加重テーブ
ルとＹ方向１久微分作用を持つ加重テーブルを用いて、
各々について１次微分処理を行なった後、絶対値処理を
行ない、Ｘ方向、Ｙ方向各々の結果を加算して処理の対
称性をもたせている。なお、１次微分処理でも四−パス
・フィルタ処理と同様、通過させたい周波数領域によシ
加重テーブルのサイズを調整できる。

この対称性をもたせるための２次元１次微分処理として
は、次のようになる。まずＤｘをＸ方向差分演算子、Ｄ
ｙをＹ方向差分演算子とすると、ＤＸ及びＤｙは次の式
のように定義される。

Ｄｘは任意のｙ行に対して Ｄｘ／（ｘ、ｙ）＝／（ｘ＋ｉ、ｙ）　　／（ｘ　　Ｉ
＋ｙ）＝１＠／（ｘ＋ｉ　、ｙ）＋０・ｆ　（ｘ＋　ｉ
　−１、ｙ）＋・・・・・・＋ｆ（Ｘ、ｙ）十・・・ ・・・十Ｏ・／（ｘ−ｉ＋Ｉ、ｙ）＋（−１）・／（ｘ
−Ｊ、ｙ）Ｄｙは任意のＸ例に対して Ｄｙ／（ｘ、ｙ）＝／（ｘ、ｙ＋ｉ）−／（Ｘ、ｙ　　
１）＝１・／（ｘ、ｙ＋ｉ　）＋Ｏｅ／（ｘ、ｙ＋１−
１）＋・−・＋／（ｘ、ｙ）＋・・・ ・・・＋０・ｆ（ｘ、ｙ−１＋１）＋（−１）・ｆ（ｘ
、ｙ−１）そしてこれらを２次元１次差分の加重テープ
で表現すると、 ２次元Ｘ方向１次差分の加重テーブルは□２Ｉ−−命 ２次元Ｙ方向１次差分の加重テーブルはただし、ｉ、ｊ
、ｍ、ｎは自然数とする。

とじて与えられる。

（−して、これらの加重テーブルを各々ローパスフィル
タ処理された画像データに対して重畳する。

そして、この加重テーブルを各々かけた結果の各々の絶
対値を加算すると輪郭強調された画像となる。

つまシ、平均加算された画像にＴＡＢＩＪＩをかけた結
果の画像Ｇ１を求める。画＠ＧｌにＴＡＢＬＥ２、ＴＡ
ＢＬＥ３を各々かけた結果の画像０２　、　Ｇ３を求め
る。画像Ｇ２　、　Ｇ３各々の絶対値をとった結果の画
像Ｇ４．Ｇ５を求める。画像Ｇ４，４５の加算した結果
の画像Ｇ６を求める。

（Ｇ６＝０４十０５）この画像Ｇ６が輪郭強調処理後画
像となる。本実施例ではｍ＝２　ｉ：＝２ｊ＝ｎ＝４で
ある。

ただし、本実施例のように加重テーブルが４×４のとき
には、加重テーブルの中心点が整数とならない。このと
きは、整数の格子点について内挿してやればよい。

加重テーブルと濃淡画像のかけあわせ方法は周知である
ので簡単に説明する。画像メモリ５に得られた平均加算
画像から順次４×４なる大きさの部分画像データを取シ
出し、上記４×４なる大きさの加重テーブルの各要素を
重み係数としてその累算値を求めることによシ輪郭強調
された画像が得られる。同様に絶対値処理の方法は入力
画像の各要素の絶対値をとり、それを出力画像の同じ位
置の要素とする。また同様に加算処理の方法は入力画像
すべての同じ位置の各要素の和をと９、それを出力画像
の同じ位置の要素とする。

したがって、輪郭強調回路７より得られる画像は、主と
して濃淡画像中の物体そのものの輪郭部及び内部欠陥部
分からなる画像となシ、雑音発生が少なく、またシェー
ディングの影響も少ないものとすることができる。

なお、一実施例においては、透視画像のＳ／Ｎ比が良く
ないものとして、これに対処するために平均加算回路６
、領域番号付回路１０、面積計測回路１１、雑音除去回
路１２を用いて雑音成分の除去を行なった。しかしこの
発明では透視画像のＳ／Ｎ比が良い場合すなわち画像成
分と雑音成分との間のレベル差が大きい場合や微少の雑
音成分の存在は欠陥検出判定回路１３が無視できる場合
には、回路６．１０．１１．１２を除去しても発明の目
的を達成することができる。これは画像メモリ５に記憶
されたディジタル画像に対して直接、輪郭強調回路７が
１次微分によシ雑音成分の増幅を少なくしながらフィル
タリング処理を行なうことから、得られた画像に含まれ
る微少レベルの雑音成分を、２位値回路８が所定閾値以
下のレベルであるとして除去するため、回路６．１０，
１１．１２を用いなくとも雑音の除去が可能となる。

〔発明の変形例〕

透視画像に停凍らず、何らかの形で得られた画像で、目
視である程度まで欠陥が検出できるものならば、第１図
の画像入力装置２にその画像を入れてや）、それ以降の
システムのパラメーターを調節することによシ、ある程
度まで欠陥検出検査を自動化できる。その結果、広い分
野での欠陥検出検査がある種属まで客観的に効率よく自
動化できる。また、輪郭強調の際の変形例としては、前
述のＫ　ｘ　Ｋのローパス・フィルタ処理、２ｉｘｍ１
ｎｘ２ｊの１次微分処理、絶対値処理、加算処理を行う
代わりに 画像の離散サンプリング数を縦方向、横方向ともに１／
にしてローパス・フィルタ加重テーブル を使用し、縦方向、横方向ともにに倍した結果の画像Ｇ
１を求める。画像Ｇ１を縦方向１／ｍ１横方向に１／２
ｉした画像をＧｌ　ｘ。

縦方向に１／２ｊ１横方向に１／ｎした画像を（）１．
ｙとし、ＧｌｘにＸ方向１久微分加重テーブル をかけ、結果の画像Ｇ２を求める。ＧｌｙにＹ方向１久
微分加重テーブル をかけ、結果の画像Ｇ３を求める。画像Ｇ２を縦方向に
ｍ倍、横方向に２１倍した画像Ｇ２’を求める。画像Ｇ
３を縦方向に２ｊ倍、横方向にｎ倍した画像Ｇ３’を求
める。画像Ｇ２’、Ｇ３’を絶対値処理したものを輪郭
強調処理後画像とする。

この方法を用いることによシ、上記実施例の輪郭強調法
と同じような効果を出せる。また、回路７〜１３によっ
て行なわれる処理は汎用計算機によるソフトウェア上の
処理でもよい。

〔発明の効果〕

従来の人間の目視による非破壊透視画像検査では、人間
の眼の疲労などのため一定基準による客観的検査及び一
定処理速度の検査が不可能で、効率のよい検量ができな
かった。また、人間の目視検査は検査員にとっても重労
働であった。この発明によると、無人で自動非破壊透視
画像検査が一定の判断基準を持った客観的検査を一定処
理速度で行える。

また、輪郭強調回路が、空間１次微分によシ画像をフィ
ルタリング処理していることから、画像中の雑音の増幅
をできるたけ少なくシ、その画像の輪郭部を強調するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の構成を示すブロック図であ
る。 ２・・・透視装置 ３・・・画像入力装置 ４・・・Ａ／Ｄ変換器 ５・・・画像メモリ ７・・・輪郭強調回路 ８・・２位値回路 ９・・物体輪郭除去回路 １３・・・欠陥検出判定回路

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）物体に波動を透過させ物体を透視する物体透視装
   置と、この物体透視装置からの画像信号を人力し電気信
   号に変換する画像入力装置と、この画像入力装置からの
   画像信号を量子化された離散的な電気信号に変換するＡ
   ／Ｄ変換器と、とのＡ／Ｄ変換器で変換された画像信号
   を記憶する画像メモリと、この画像メモリに記憶された
   画像信号に対して空間１次微分によシフィルタリング処
   理を行なって画像の輪郭部を強調する輪郭強調回路と、
   この輪郭強調回路でフィルタリング処理された画像信号
   を２値化する２値化回路と、この２値化回路で２値化さ
   れた画像信号のうち不必要な物体の輪郭部分の画像信号
   を除く物体輪郭部除去回路と、この物体輪郭部除去回路
   で不必要な輪郭部分が除去された画像信号から欠陥検出
   判定を行なう欠陥検出回路とを備えることを特徴とする
   欠陥検査装置。
2. （２）被検査物体を撮像した透視画像を得る段階と、前
   記透視画像に対して画像中の雑音成分の増幅をできるだ
   け少なくするように空間１次微分によってフィルタリン
   グ処理を行ない前記透視画像中の濃淡値の変化が大きい
   輪郭部を強調し、輪郭画像を抽出する段階と、前記輪郭
   画像中の被検査物体そのものの輪郭部分を除去する段階
   と、前記輪郭画像の画像成分がなお残余している場合に
   この画像成分を被検査物体の欠陥として判定する段階と
   を備えることを特徴とする欠陥検査方法。