JPWO2007058212A1 - X線検査装置 - Google Patents
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Abstract
Description
I/I0=e−μt ・・・(1)
t=−1/μ×In(I/I0) ・・・(2)
m=ct=−c/μ×In(I/I0)=−αIn(I/I0) ・・・(3)
(ただし、cは物質の厚さを質量mに変換するための係数)
M=ΣΣm(x,y) ・・・(4)
11 シールドボックス
11a 開口
12 コンベア
12a コンベアベルト
12b コンベアフレーム
12c 開口部
12f コンベアモータ
12g ロータリエンコーダ
13 X線照射器(照射部)
14 X線ラインセンサ(X線検出部)
14a 画素
15 光電センサ
16 遮蔽ノレン
20 制御コンピュータ(サンプル画像取得部、理想カーブ作成部、カーブ調整部、質量推定部)
21 CPU
22 ROM
23 RAM
24 USB(外部接続端子)
25 CF(コンパクトフラッシュ:登録商標)
26 モニタ(入力部)
31 サンプル画像取得部
32 テーブル作成部(理想カーブ作成部)
33 テーブル調整部(カーブ調整部)
34 質量推定部
60 前段コンベア
70 振分機構
70a アーム
80 ラインコンベア
G 商品(検査対象物)
本実施形態のX線検査装置10は、図1に示すように、食品等の商品の生産ラインにおいて、例えば、袋入り粉末スープ等の商品(図12(a)等参照)の質量の推定を行う装置である。X線検査装置10は、連続的に搬送されてくる商品に対してX線を照射し、商品を透過したX線量を検出して作成されるX線画像に基づいて商品の質量を推定し、推定した質量が所定範囲内であるか否かの検査を行う。
シールドボックス11は、商品Gの入口側と出口側の双方の面に、商品を搬出入するための開口11aを有している。このシールドボックス11の中に、コンベア12、X線照射器13、X線ラインセンサ14、制御コンピュータ20などが収容されている。
コンベア12は、シールドボックス11内において商品を搬送するものであって、図5の制御ブロックに含まれるコンベアモータ12fによって駆動される。コンベア12による搬送速度は、作業者が入力した設定速度になるように、制御コンピュータ20によるコンベアモータ12fのインバータ制御によって細かく制御される。
X線照射器13は、図3に示すように、コンベア12の上方に配置されており、コンベアフレーム12bに形成された開口部12cを介して、コンベア12の下方に配置されたX線ラインセンサ14に向かって扇形形状にX線を照射する(図3の斜線部参照)。
X線ラインセンサ14は、コンベア12(開口部12c)の下方に配置されており、商品Gやコンベアベルト12aを透過してくるX線を検出する。このX線ラインセンサ14は、図3および図4に示すように、コンベア12による搬送方向に直交する向きに一直線に水平配置された複数の画素14aから構成されている。
モニタ26は、フルドット表示の液晶ディスプレイである。また、モニタ26は、タッチパネル機能を有しており、初期設定や質量推定後の判定等に関するパラメータ入力などを促す画面を表示する。
制御コンピュータ20は、CPU21において、制御プログラムに含まれる画像処理ルーチン、検査判定処理ルーチンなどを実行する。また、制御コンピュータ20は、CF(コンパクトフラッシュ:登録商標)25等の記憶部に、不良商品に対応するX線画像や検査結果、X線画像の補正用データ等を保存蓄積する。
本実施形態では、制御コンピュータ20に含まれるCPU21が、CF25に格納されたX線検査プログラムを読み込んで、図6に示すような機能ブロックを作成する。
m=ct=−c/μ×In(I/I0)=−αIn(I/I0) ・・・(3)
(ただし、m:推定質量、c:物の厚さから質量に変換するための係数、t:物質の厚さ、I:物質がないときの明るさ、I0:物質を透過したときの明るさ、μ:線吸収係数)
一般的に、取得したX線透過画像において物質の厚みとその部分の明るさ(物質がないときを1.0として正規化された明るさ)との関係は、上述した数式(1)のような指数関数によって表されるグラフ(I/I0=e−μt)と、実際の質量を示すグラフとを比較すると、図7に示すような誤差が生じることが分かっている。特に、実際の質量を示すグラフでは、厚さtが比較的小さい領域において明るさが急激に低下している。これは、比較的エネルギーの小さいX線が先に吸収され、物質を通過するごとにX線の線質が硬くなることに起因するものである。さらに、上述したように、X線透過画像の明るさは、X線のエネルギー分布や物質の厚さ以外にも、固有フィルタの使用の有無、X線検出装置のエネルギー特性、ガンマ補正等の画像処理等のような不確定要因を含んでいる。
m(a)=m(a)×Mt/Mave ・・・(5)
(1)
本実施形態のX線検査装置10では、図5に示すように、制御コンピュータ20に搭載されたCPU21がCF25に格納されたX線検査プログラムを読み込んで、図6に示すような機能ブロックを形成する。この機能ブロックは、サンプル画像取得部31と、テーブル作成部32と、テーブル調整部33と、質量推定部34とを含んでいる。サンプル画像取得部31は、予め実質量が分かっている商品Gについて10枚のX線透過画像を取得する。テーブル作成部32は、X線透過画像に含まれる単位領域ごとの明るさとその部分の推定質量との関係を示す上述した数式(3)に基づいて、テーブル(理想カーブ)m(a)を作成する。テーブル調整部33は、モニタ26を通じて入力された各X線透過画像の実質量を参照して、10階調ごとに推定質量が実質量に近づくようにテーブルm(a)を調整していく。質量推定部34は、調整後のテーブルm(a)に基づいて、単位領域ごとの推定質量を求め、これらを合計して商品Gの推定合計質量を求める。
これにより、実質量を参照して調整されたテーブルm(a)を用いて推定質量を求めることで、数式(3)に基づいて作成されたテーブルm(a)をそのまま用いて推定質量を求める従来の方法と比較して、より実質量に近い高精度な推定質量を求めることが可能になる。
(2)
本実施形態のX線検査装置10では、テーブル作成部32によって作成されたテーブルm(a)について、±2%して新たなテーブルm+(a)、m−(a)を作成し、図11(a)〜図11(c)に示すように、これらのテーブルm(a)、m+(a)、m−(a)を所定階調ごとに比較して最も標準偏差が小さいものをm(a)として繰り返し置き換えながらテーブルm(a)を調整する。
これにより、数式(3)に基づいて作成されたテーブルm(a)を、より実質量に近い質量を推定できるように最適化することができるため、従来よりも高精度な推定質量を求めることが可能になる。
(3)
本実施形態のX線検査装置10では、図9のステップS8に示すように、上述したテーブルm(a)の最適化処理(置き換え)を、明るさaが10階調から10階調ずつ増やして210階調になるまで繰り返し行う。
これにより、テーブルm(a)の最適化処理の終了条件として所定階調数を設定することで、それぞれの階調(明るさ)ごとに最適化されたテーブルm(a)を得ることができる。この結果、より高精度な推定質量を得ることが可能になる。
(4)
本実施形態のX線検査装置10では、図9のステップS9に示すように、上述したテーブルm(a)の最適化処理(置き換え)を、10個のX線透過画像について求めた推定質量のばらつきが0.1g以下になるまで繰り返し行う。
これにより、推定質量を求めるための基になるテーブルm(a)の最適化処理をばらつきが所定量以下になるまで繰り返し行うことで、さらに細かくテーブルm(a)を最適化して高精度な推定質量を求めることが可能になる。また、図9のステップS8、ステップS9に示すように、テーブルm(a)の最適化処理の終了条件として、所定階調になるまでという第1条件と、ばらつきが所定量以下になるまでという第2条件とを組み合わせることで、より詳細なテーブルm(a)の調整を行うことができるため、さらに高精度な推定質量を求めることができる。
(5)
本実施形態のX線検査装置10では、図9のステップS1に示すように、明るさaを10階調ずつ変化させて数式(3)に基づいて推定質量を算出し、その間を線形補間することでテーブルm(a)を作成する。
これにより、テーブルm(a)の全ての階調について数式(3)を用いてテーブルm(a)を作成する場合と比較して、テーブルm(a)の作成時間を大幅に短縮して、効率よく推定質量を求めることが可能になる。
(6)
本実施形態のX線検査装置10では、推定質量を求めるための道具として、X線透過画像に含まれる単位領域ごとの明るさaとその部分の推定質量との関係を示すテーブルm(a)を用いている。
これにより、数式に基づいて推定質量を求める方法と比較して、大幅に推定質量の算出時間を短縮することができる。
(7)
本実施形態のX線検査装置10では、X線透過画像に含まれる単位領域として、1画素ごとに明るさおよびその推定質量を求めている。
これにより、X線透過画像に含まれる最小単位である1画素を単位として推定質量を求めることで、より高精度な推定質量を求めることが可能になる。
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
(A)
上記実施形態では、X線透過画像に含まれる単位領域における明るさaとその領域の推定質量との関係を示すテーブルm(a)を作成して商品Gの推定質量を求める例を挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。
例えば、テーブルm(a)については必ずしも作成する必要はなく、数式によって表される部分については数式を用いてもよい。ただし、上記実施形態のように、テーブルm(a)を用いて推定質量を求めた場合には、数式を用いた場合と比較して推定質量を求めるための処理時間を大幅に短縮できる点で、上記実施形態のようにテーブルを用いることがより好ましい。
(B)
上記実施形態では、図9に示すように、テーブルm(a)の最適化処理のS5〜S8のループを、明るさを10階調ずつ大きくしていって220階調になるまで繰り返し行う例を挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。
最適化処理の終了条件としては、明るさが220階調になることに限らず、例えば、他の階調数に達したことにより終了させてもよいし、所定回数繰り返した後、あるいは所定時間経過後に終了させるように制御してもよい。または、これらの終了条件を複数組み合わせてもよい。
(C)
上記実施形態では、図9に示すように、テーブルm(a)の最適化処理のS4〜S10のループを、ばらつきが0.1g以下になるまで繰り返し行う例を挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。
最適化処理の終了条件としては、ばらつきが0.1g以下になることに限らず、例えば、ばらつきが0.1g以外の他の数値以下になることで終了させてもよいし、所定回数繰り返した後、あるいは所定時間経過後に終了させるように制御してもよい。または、これらの終了条件を複数組み合わせてもよい。
(D)
上記実施形態では、X線透過画像のサンプル画像として、予め質量が分かっている10個の商品Gに対応する10枚のX線透過画像を取得する例を挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。
サンプル画像の数としては、10枚に限定されるものではなく、例えば、5枚以下であってもよいし、20枚以上であってもよい。
(E)
上記実施形態では、推定質量m(a)、m+(a)およびm−(a)のうち、最も標準偏差が小さいものを選択して、m(a)を置き換える処理を行う例を挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。
例えば、選択する手段としては標準偏差に限らず、分散等の他のばらつきの要素を見て行うこともできる。
(F)
上記実施形態では、X線検査装置10に対して本発明を適用した例を挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。
例えば、X線検査装置の記憶部に格納されているX線検査プログラムに対して本発明を適用することもできる。この場合には、CPUがこのX線検査プログラムを読み込んで、図9に示すフローチャートに従って処理を行うX線検査方法をコンピュータに実行させればよい。
(G)
上記実施形態では、ステップS5において、テーブルm(a)を上下に少しずつずらしてみてどう変化するかを調べるために、テーブルm(a)を±2%して新たにテーブルm+(a)とテーブルm−(a)とを作成し、a−10とaとの間のテーブルは、m(a−10)とm(a)との間を線形補間することで求め、aとa+10との間のテーブルはm(a)とm(a+10)との間の線形補間によって求めて各テーブルm+(a),m−(a)を作成する例を挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。
例えば、図14に示すように、ステップS5の後、ステップS5aを挿入して線形補間によって求められたテーブルを調整してもよい。
具体的には、ステップS5aにおいて、線形補間したテーブルについて、以下の数式1に基づいて移動平均を算出して、グラフ化した際に滑らかな曲線となるようにし、テーブルの揺らぎ(推定質量のばらつき)を低減する。
(H)
上記実施形態では、ステップS1において、明るさaを10階調ごとに変化させてm(a)に相当するテーブル上に格納し、その間の数値を線形補間によって求め、制御コンピュータ20のテーブル作成部32において、図10(a)に示すような、明るさと推定質量m(a)との関係を示すテーブル(理想カーブ)を作成する例を挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。
例えば、図15に示すように、ステップS5の代わりに、ステップS5bを挿入して曲線補間によって求められたテーブルを調整してもよい。
具体的には、ステップS5bにおいて、m(a)を+10%したときのテーブルm+(a),−10%したときのテーブルm−(a)を作成し、a−10とaとの間のテーブルはm(a−10)とm(a)との間の曲線補間で求め、aとa+10との間のテーブルはm(a)とm(a+10)との間の曲線補間によって求める。
曲線補間の方法としては、図16に示すような、n次関数で近似するいわゆるベジェ曲線を用いた補間方法を用いることができる。これによれば、N個の制御点からベジェ曲線と呼ばれる補間方法を採用すると、N−1次関数によって曲線補間できる。例えば、4個の制御点を結ぶ曲線を作成すると、3次の関数によって表される曲線を求めることができる。すなわち、図16に示すP1〜P4の4つの制御点が与えられている場合には、まず、P1〜P2をt:1−tの比率で分割する点P5を設定する。そして、同様にP2〜P3,P3〜P4についても同じ比率で分割する点P6およびP7を設定する。次に、P5〜P6、P6〜P7について同じ比率で分割する点P8,P9を設定した後、最後にこのP8〜P9を同じ比率で分割する点P10を求める。この操作を、0≦t≦1について連続して実施し、P10の軌跡に沿ってベジェ曲線を描くことで、曲線補間を行うことができる。
この結果、線形補間によって作成されたテーブルと比較して、各画素における明るさが少し変化しただけで推定質量が不連続に変化してしまうことを防止することができるため、より高精度に推定質量を算出することが可能になる。
なお、曲線補間を行う方法としては、上述した他の実施形態(G)および(H)において説明した方法に限定されるものではなく、例えば、スプライン曲線等によって補間することも可能である。
Claims (12)
- 検査対象物に対して照射されたX線の透過量に基づいて前記検査対象物の重量を推定するX線検査装置であって、
前記検査対象物に対してX線を照射する照射部と、
前記照射部から照射されて前記検査対象物を透過したX線量を検出するX線検出部と、
複数の前記検査対象物に対して照射され、前記X線検出部において検出されたX線量に基づいてそれぞれのX線透過画像を取得するサンプル画像取得部と、
前記X線透過画像が取得されたそれぞれの前記検査対象物の実質量が入力される入力部と、
前記X線透過画像に含まれる単位領域ごとの明るさとこれに対応する単位領域ごとの質量との関係を示す理想カーブを作成する理想カーブ作成部と、
前記理想カーブ作成部において作成された前記理想カーブを、前記入力部に入力された前記実質量に基づいて各階調ごとに調整するカーブ調整部と、
前記カーブ調整部において各階調ごとに調整された前記理想カーブに基づいて前記検査対象物の質量を推定する質量推定部と、
を備えているX線検査装置。 - 前記カーブ調整部は、前記単位領域当たりの明るさaに対応する推定質量m(a)について、±x%についてそれぞれ推定質量m+(a)およびm−(a)を求め、これらの推定質量のうち最もばらつきが小さいものを選択して前記推定質量m(a)を置き換えながら前記理想カーブを調整する、
請求項1に記載のX線検査装置。 - 前記カーブ調整部は、前記推定質量m(a)の置き換えを、前記明るさaが所定階調になるまで繰り返し行う、
請求項2に記載のX線検査装置。 - 前記カーブ調整部は、前記推定質量m(a)の置き換えを、前記推定質量m(a)のばらつきが所定範囲内になるまで繰り返し行う、
請求項2または3に記載のX線検査装置。 - 前記カーブ調整部は、前記推定質量m(a)の置き換えを、所定回数だけ繰り返し行う、
請求項2から4のいずれか1項に記載のX線検査装置。 - 前記カーブ調整部は、前記推定質量m(a)の置き換えを、所定時間が経過するまで繰り返し行う、
請求項2から5のいずれか1項に記載のX線検査装置。 - 前記理想カーブ作成部は、前記明るさaを10階調ごとに変化させて前記推定質量m(a)を算出し、その間の値を線形補間することで前記理想カーブを作成する、
請求項1から6のいずれか1項に記載のX線検査装置。 - 前記理想カーブ作成部は、前記X線透過画像に含まれる前記単位領域当たりの明るさaとその推定質量m(a)との関係を示す所定の数式に基づいて、前記明るさaと前記推定質量m(a)との関係を示すテーブルを作成する、
請求項1から7のいずれか1項に記載のX線検査装置。 - 前記単位領域は、前記X線透過画像に含まれる1画素である、
請求項1から8のいずれか1項に記載のX線検査装置。 - 検査対象物に対して照射されたX線の透過量に基づいて前記検査対象物の重量を推定するX線検査プログラムであって、
複数の前記検査対象物に対して照射されたX線量を検出し、前記検出されたX線量に基づいてそれぞれのX線透過画像を取得する第1のステップと、
前記第1のステップにおいて取得された前記X線透過画像のそれぞれの前記検査対象物の実質量が入力される第2のステップと、
前記X線透過画像に含まれる単位領域ごとの明るさとこれに対応する単位領域ごとの質量とに基づいて表される理想カーブを作成する第3のステップと、
前記第3のステップにおいて作成された前記理想カーブを、前記第2のステップにおいて入力された前記実質量に基づいて各階調ごとに調整する第4のステップと、
前記第4のステップにおいて各階調ごとに調整された前記理想カーブに基づいて前記検査対象物の質量を推定する第5のステップと、
を備えているX線検査方法をコンピュータに実行させるX線検査プログラム。 - 前記理想カーブ作成部は、前記明るさaを10階調ごとに変化させて前記推定質量m(a)を算出し、その間の値を線形補間した関数について移動平均を算出して前記理想カーブを作成する、
請求項1から6のいずれか1項に記載のX線検査装置。 - 前記理想カーブ作成部は、前記明るさaを10階調ごとに変化させて前記推定質量m(a)を算出し、その間の値を曲線補間して前記理想カーブを作成する、
請求項1から6のいずれか1項に記載のX線検査装置。
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