KR102015620B1 - 금속입자 검출 시스템 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 금속입자 검출 시스템 및 방법에 관한 것으로, 본 발명에 따른 금속입자 검출 시스템은 조명에서 조사된 광을 편광시켜 시료로 투사하는 제1 편광필름과, 상기 시료에서 반사된 광을 선택적으로 차단하는 제2 편광필름과, 상기 제2 편광필름을 통해 상기 시료를 촬영하는 카메라를 포함하는 금속입자 검출장치; 및상기 제1 편광필름과 상기 제2 편광필름 중 적어도 하나의 편광축의 방향을 변경하며 상기 카메라로 촬영된 1차 편광 이미지와 2차 편광 이미지의 밝기 차이를 비교하여 상기 시료에서 금속입자를 검출하는 분석장치;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

금속입자 검출 시스템 및 방법{System and Method for detecting Metallic Particles}
본 발명은 금속입자 검출 시스템 및 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 편광필터를 사용하여 시료를 촬영하고 촬영된 영상 이미지를 분석하여 시료 내의 금속입자를 분류하는 금속입자 검출 시스템 및 방법에 관한 것이다.
항공기, 전기용품, 자동차의 부품 등 외형에 금속입자가 묻어있는 경우 부품 조립 후 부품의 외형이 안쪽에서 스크래치를 발생하게 되어 완제품에 하자를 발생시킬 수 있다. 오일과 같은 액체제품은 내부에 금속입자가 포함되어 있는 경우 그 기능에 있어 여러 가지 문제를 일으킬 수 있다. 따라서, 이러한 제품 외형에 금속입자가 얼마나 묻어있는지 또는 액체류에 얼마나 많은 금속입자가 포함되어 있는지를 검사하는 것은 제품의 완성도와 밀접하게 연관되어 있다.
이에, 각종 산업분야에서는 제품에 대해 다양한 방법으로 청정도(cleanliness)를 검사하여 제품의 완성도를 높이는 노력을 기울이고 있다. 청정도 검사는 다양하게 시행될 수 있는데, 낮은 수준(1cm2 당 0.01g 오물 검출)의 청정도 측정방법으로는 육안검사, 저배율 현미경 검사, 테이프 시험 등이 있다. 높은 수준(1cm2 당 0.01g ~ 0.001g의 오물 검출)의 청정도 측정은 항공, 전기용품, 자동차용 부품 등에 적용되는데, 그 방법으로 표면 에너지 시험(surface energy test), 광학 현미경 검사, 추출(extraction) 등 다양하게 있다.
한편, 종래 낮은 수준의 청정도 검사시에는 육안검사를 주로 시행하였으나 육안검사는 먼지 등과 같은 다른 입자와 금속입자의 구별이 명확하지 않고 입자의 개수 파악이 어려워 검사의 신뢰도가 낮은 문제가 있다. 또한, 광학 현미경 등 높은 수준의 청정도 검사는 비용이 과다하고, 현미경을 이용하더라도 결국 육안으로 확인하는 것이어서 금속입자의 분포도나 개수, 금속입자의 좌표를 데이터 값으로 저장할 수 없다는 문제가 있다.
대한민국 등록특허공보 제10-1087180호, "신뢰성 있는 금속 표면 3차원 형상 추출 기법 및 시스템"
앞서 본 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로,
본 발명의 목적은, 편광필터의 사용 유무에 따라 달라지는 금속입자의 밝기 특성을 이용하여 금속입자를 검출함으로써 저비용으로 정밀도 높게 금속입자를 검출할 수 있는 금속입자 검출 시스템 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적은, 카메라에 의해 촬영된 영상을 분석하여 금속입자를 검출함으로써 금속입자의 개수, 좌표 데이터를 획득하여 메모리에 저장하여 관리할 수 있고, 검출된 금속입자를 화면 표시하여 확인할 수 있는 금속입자 검출 시스템 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명은 앞서 본 목적을 달성하기 위하여 다음과 같은 실시예에 의해 구현된다.
일 측면에 따른 금속입자 검출 시스템은, 조명에서 조사된 광을 편광시켜 시료로 투사하는 제1 편광필름과, 상기 시료에서 반사된 광을 선택적으로 차단하는 제2 편광필름과, 상기 제2 편광필름을 통해 상기 시료를 촬영하는 카메라를 포함하는 금속입자 검출장치; 및 상기 제1 편광필름과 상기 제2 편광필름 중 적어도 하나의 편광축의 방향을 변경하며 상기 카메라로 촬영된 1차 편광 이미지와 2차 편광 이미지의 밝기 차이를 비교하여 상기 시료에서 금속입자를 검출하는 분석장치;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 금속입자 검출장치는, 상기 제1 편광필름과 상기 제2 편광필름의 편광축이 서로 평행한 상태에서 상기 1차 편광 이미지를 획득하고, 상기 제1 편광필름과 상기 제2 편광필름의 편광축이 서로 수직한 상태에서 상기 2차 편광 이미지를 획득하는 것을 특징으로 한다.
상기 분석장치는, 상기 1차 편광 이미지 및 상기 2차 편광 이미지에서 밝기가 임계치 이상 차이 나는 동일 위치의 픽셀을 금속입자가 위치한 픽셀들로 분류하고 그 픽셀들의 좌표를 저장하는 것을 특징으로 한다.
상기 분석장치는, 상기 금속입자가 위치한 픽셀들의 색을 주변과 다르게 변경하여 화면에 표시하는 것을 특징으로 한다.
상기 분석장치는, 상기 금속입자가 위치한 픽셀들을 서로 인접한 픽셀들로 구성되는 복수의 그룹으로 그룹핑하고, 각 그룹마다 그룹에 포함된 픽셀 중 최외곽의 픽셀들을 잇는 영역의 중심 좌표를 금속입자의 위치 좌표로서 저장하는 것을 특징으로 한다.
상기 분석장치는, 상기 금속입자의 위치 좌표들을 화면에 표시하고, 사용자에 의해 선택된 특정 금속입자의 위치 좌표에 대응하는 그룹에 속하는 픽셀들의 색을 다른 그룹들의 픽셀들의 색과 다르게 변경하는 것을 특징으로 한다.
다른 측면에 따른 금속입자 검출 방법은, 조명에서 조사된 광을 편광시켜 시료로 투사하는 제1 편광필름과, 상기 시료에서 반사된 광을 선택적으로 차단하는 제2 편광필름 중 적어도 하나의 편광축의 방향을 변경하며 상기 제2 편광필름을 통해 제1 편광 이미지와 제2 편광 이미지를 획득하는 단계; 및 상기 1차 편광 이미지와 상기 2차 편광 이미지의 밝기 차이를 비교하여, 상기 시료에서 금속입자를 검출하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 제1 편광 이미지와 제2 편광 이미지를 획득하는 단계는, 상기 제1 편광필름과 상기 제2 편광필름의 편광축이 서로 평행한 상태에서 상기 1차 편광 이미지를 획득하고, 상기 제1 편광필름과 상기 제2 편광필름의 편광축이 서로 수직한 상태에서 상기 2차 편광 이미지를 획득하는 것을 특징으로 한다.
상기 금속입자를 검출하는 단계는, 상기 1차 편광 이미지 및 상기 2차 편광 이미지에서 밝기가 임계치 이상 차이 나는 동일 위치의 픽셀을 금속입자가 위치한 픽셀들로 분류하고 그 픽셀들의 좌표를 저장하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 금속입자를 검출하는 단계는, 상기 금속입자가 위치한 픽셀들의 색을 주변과 다르게 변경하여 화면에 표시하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 금속입자를 검출하는 단계는, 상기 금속입자가 위치한 픽셀들을 서로 인접한 픽셀들로 구성되는 복수의 그룹으로 그룹핑하고, 각 그룹마다 그룹에 포함된 픽셀 중 최외곽의 픽셀들을 잇는 영역의 중심 좌표를 금속입자의 위치 좌표로서 저장하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 금속입자를 검출하는 단계는, 상기 금속입자의 위치 좌표들을 화면에 표시하고, 사용자에 의해 선택된 특정 금속입자의 위치 좌표에 대응하는 그룹에 속하는 픽셀들의 색을 다른 그룹들의 픽셀들의 색과 다르게 변경하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 앞서 본 구성에 의하여 다음과 같은 효과를 가진다.
본 발명은, 편광필터의 사용 유무에 따라 달라지는 금속입자의 밝기 특성을 이용하여 금속입자를 검출함으로써 저비용으로 정밀도 높게 금속입자를 검출할 수 있는 효과를 갖는다.
본 발명은, 카메라에 의해 촬영된 영상을 분석하여 금속입자를 검출함으로써 금속입자의 개수, 좌표 데이터를 획득하여 메모리에 저장함으로써 금속입자에 대한 데이터를 지속적으로 관리하고 분석할 수 있는 효과를 갖는다.
도 1은 일 실시예에 따른 금속입자 검출 시스템의 전체 구성도이다.
도 2는 도 1의 금속입자 검출장치의 구성요소를 설명하는 블럭도이다.
도 3은 도 2의 금속입자 검출장치의 주요 구성요소들의 관계를 설명하는 개념도이다.
도 4는 도 1의 분석장치의 기능을 설명하는 블럭도이다.
도 5는 일 실시예에 따른 금속입자 검출장치가 시료를 촬영하는 예시도이다.
도 6은 일 실시예에 따른 1차 편광 이미지와 2차 편광 이미지를 보여주는 예시도이다.
도 7은 일 실시예에 따른 1차 편광 이미지 및 2차 편광 이미지의 밝기 차이 분석으로 검출된 금속입자의 예시도이다.
도 8은 다른 실시예에 따른 금속입자 검출방법을 설명하는 흐름도이다.
도 9는 도 8의 금속입자 검출단계를 상세하게 설명하는 흐름도이다.
이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면들을 참조하여 더욱 상세하게 설명한다. 본 발명의 실시 예는 여러 가지 형태로 변형할 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래의 실시 예들로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시 예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다. 또한, 본 발명의 도면과 명세서에서 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
한편, 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성소자, 단계, 동작 및/또는 소자에 하나 이상의 다른 구성소자, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가함을 배제하지 않는다.
그러면 도면을 참고하여 본 발명의 금속입자 검출 시스템 및 방법에 대하여 상세하게 설명한다.
도 1은 일 실시예에 따른 금속입자 검출 시스템의 전체 구성도이다.
도 1을 참고하면, 금속입자 검출 시스템(1)은, 금속입자 검출장치(10), 그리고 분석장치(20)를 포함한다.
금속입자 검출장치(10)는 시료에 대한 1차 편광 이미지 및 2차 편광 이미지를 촬영하여 분석장치(20)로 전달한다. 실시예에 따라, 금속입자 검출장치(10)는 분석장치(20)의 제어로 1차 편광된 광 또는 2차 편광된 광에 의한 시료의 이미지를 획득할 수 있다.
분석장치(20)는 금속입자 검출장치(10)에서 촬영된 1차 편광 이미지와 2차 편광 이미지를 전달받고 1차 편광 이미지와 2차 편광 이미지의 밝기 차이를 비교하여 시료에서 금속입자를 검출할 수 있다. 실시예에 따라, 분석장치(20)는 금속입자 검출장치(10)의 편광필름을 제어하여 동일 시료에 대해 1차 편광 이미지와 2차 편광 이미지가 촬영되도록 하고, 촬영된 1차 편광 이미지와 2차 편광 이미지를 전달받아 분석할 수 있다.
도 1을 참고한 실시예에서는, 금속입자 검출장치(10)와 분석장치(20)를 물리적으로 분리된 것으로 설명하지만 여기에 제한되는 것은 아니며 금속입자 검출장치(10)와 분석장치(20)는 일체로 제작될 수도 있다.
도 2는 도 1의 금속입자 검출장치의 구성요소를 설명하는 블럭도이고, 도 3은 도 2의 금속입자 검출장치의 주요 구성요소들의 관계를 설명하는 개념도이다.
도 2를 참고하면, 금속입자 검출장치(10)는 카메라(11), 편광필름(12a, 12b), 렌즈(13), 그리고 조명(14)을 포함할 수 있다.
카메라(11)는 금속입자 검출장치(10)의 최상단에 장착되어 1차 편광된 광 또는 2차 편광된 광에 의한 시료(S)의 이미지를 촬영할 수 있다. 실시예에 따라, 카메라(11)는 특정 종류에 한정되지 않고 시료(S)의 이미지가 명확하게 촬영될 수 있는 다양한 형태의 카메라로 실현될 수 있으며, Gray 모델, RGB 모델, HSV 모델, YCbCr 모델 중 하나로 영상을 촬영할 수 있다.
Gray 모델은 색(color) 정보를 사용하지 않고 밝기 정보만으로 영상을 표현하며, 검정색(0)부터 가장 밝은 흰색(255)까지 총 256단계의 밝기(intensity)로 영상 픽셀 값을 표현한다. RGB 모델은 색상 모델로 Red, Green, Blue 3가지 성분의 조합으로 색을 표현하며, 밝기 확인을 위해서는 RGB 색상 모델을 HSV 공간으로 변경한 후 명도(Value)를 이용하여 밝기를 표현할 수 있다. HSV 모델은 색조(Hue), 채도(Saturation), 명도(Value) 3가지 성분으로 색을 표현하는데, 명도(Value)는 밝기(intensity)를 나타내며 0 ~ 255 사이의 값으로 표현된다. 명도(Value)는 작을수록(0에 가까울수록) 어둡고, 클수록(255에 가까울수록) 밝은 색임을 나타낸다. YCbCr 모델은 RGB 색에서 밝기성분(Y)과 색차정보(Cb, Cr)를 분리하여 표현하는 색상모델로, 디지털 영상에서 Y, Cb, Cr은 각각 0 ~ 255 사이의 값을 가지며 Y가 커지면 그림이 전체적으로 밝아지고 Y가 작아지면 전체적으로 어두워진다.
편광필름(12a, 12b)은 특정한 방향으로 진동하는 광(편광)만 투과시키고 그 외는 흡수 또는 반사하여 특정 방향의 편광을 만들 수 있다. 실시예에 따라, 편광필름(12a, 12b)은 제1 편광필름(12a) 그리고 제2 편광필름(12b)을 포함한다. 제1 편광필름(12a)은 조명(14)의 하단에 부착되어 조명(14)에서 조사되는 광을 편광시켜 시료로 투사하는 1차 편광된 광을 만들 수 있다. 제2 편광필름(12b)은 시료(S)에서 반사되는 광을 그대로 통과시키거나 편광시켜 카메라(11)에 전달할 수 있다.
도 3을 참고하면, 실시예에 따라, 제1 편광필름(12a)은 조명(14)의 모양에 대응되게 도넛 모양으로 구현될 수 있고, 제2 편광필름(12b)은 카메라의 모양에 대응되게 다양한 형태로 구현될 수 있다. 조명(14)에서 방출되는 광은 제1 편광필름(12a)에 의해 편광되어 시료(S)에 투사되고, 이때, 시료(S)에서 반사되는 광은 제2 편광필름(12b)에 의해 선택적으로 차단되고, 카메라(11)는 제2 편광필름(12b)을 통해 시료(S)를 촬영한다.
일 실시예에 따라, 분석장치(20)의 제어로 제1 편광필름(12a)과 제2 편광필름(12b)의 편광축의 각도가 서로 평행(각도 0°)하게 또는 수직(각도 90°)하게 되도록 움직일 수 있다. 제2 편광필름(12b)의 편광축의 각도가 제1 편광필름(12a)과 평행하면(0°), 시료(S)에서 반사된 광은 그대로 제2 편광필름(12b)을 통과하여 카메라(11)에 의해 촬영되고, 이때 촬영된 이미지를 1차 편광 이미지로 정의한다. 다른 실시예에 따라, 제2 편광필름(12b)의 편광축의 각도가 제1 편광필름(12a)과 수직하면(각도 90°), 시료(S)에서 반사된 광은 제2 편광필름(12b)에 의해 재차 편광되어 2차 편광된 광이 카메라(11)에 의해 촬영되고, 이때 촬영된 이미지를 2차 편광 이미지로 정의한다.
제1 편광필름(12a)과 제2 편광필름(12b)의 편광축이 이루는 각도에 따라 카메라(11)에서 촬영된 영상은 달라진다. 예를 들어, 제1 편광필름(12a)에 의해 1차 편광된 광이 시료(S)에 투사되면, 시료(S)에 있는 금속입자는 편광된 광을 반사하고 나머지 입자는 편광된 광을 흡수하거나 금속입자보다 상대적으로 적게 반사하게 된다. 일 실시예에 따라, 제2 편광필름(12b)의 편광축의 각도가 제1 편광필름(12a)과 평행하면 시료(S)에서 반사된 광은 그대로 제2 편광필름(12b)을 통과하고, 카메라(11)에 의해 촬영된 1차 편광 이미지에서 금속입자는 밝게, 나머지 입자는 검게 표시되거나 금속입자보다 상대적으로 어둡게 표시된다. 다른 실시예에 따라, 제2 편광필름(12b)의 편광축의 각도가 제1 편광필름(12a)과 수직하면 시료(S)에서 반사된 광은 제2 편광필름(12b)에 의해 다시 편광되고 카메라(11)에 의해 촬영된 2차 편광 이미지에서 금속입자와 나머지 입자 모두 검게 표시된다.
렌즈(13)는 시료(S)에서 반사되는 광과 카메라(11)에 도달되는 광의 방향성을 일치시켜 일정하고 균일한 밝기를 제공하며, 카메라(11)와 조명(14) 사이에 위치한다. 실시예에 따라, 렌즈(13)는 텔레센트릭 렌즈(telecentric lens)로 구현될 수 있다. 여기서, 텔레센트릭 렌즈는 물체의 크기가 거리에 따라 변하지 않고 일정하게 되도록 하는 렌즈로서, 원근감을 무시하고 단차나 각도에 무관하게 대상을 검사할 수 있도록 한다.
조명(14)은 렌즈(13) 하단에 위치하여 시료에 광을 조사하며, 실시예에 따라 LED 조명으로 실현될 수 있다. 도 3을 참고하면, 실시예에 따라, 조명(14)은 도넛 모양으로 형성될 수 있다.
도 4는 도 1의 분석장치의 기능을 설명하는 블럭도이고, 도 5는 실시예에 따라 금속입자 검출장치가 시료를 촬영하는 예시도이고, 도 6은 실시예에 따라 1차 편광 이미지와 2차 편광 이미지를 보여주는 예시도이고, 도 7은 실시예에 따라 1차 편광 이미지 및 2차 편광 이미지의 밝기 차이 분석으로 검출된 금속입자의 예시도이다.
분석장치(20)는, 메모리, 메모리 제어기, 하나 이상의 프로세서(CPU), 주변 인터페이스, 입출력(I/O) 서브시스템, 디스플레이, 입력 장치 및 통신 회로를 포함할 수 있다. 이러한 구성요소는 하나 이상의 통신 버스 또는 신호선을 통하여 통신한다. 이러한 여러 구성요소는 하나 이상의 신호 처리 및/또는 애플리케이션 전용 집적 회로(application specific integrated circuit)를 포함하여, 하드웨어, 소프트웨어 또는 하드웨어와 소프트웨어 둘의 조합으로 구현될 수 있다.
메모리는 고속 랜덤 액세스 메모리를 포함할 수 있고, 또한 하나 이상의 자기 디스크 저장 장치, 플래시 메모리 장치와 같은 불휘발성 메모리, 또는 다른 불휘발성 반도체 메모리 장치를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 메모리는 하나 이상의 프로세서로부터 멀리 떨어져 위치하는 저장 장치, 예를 들어 RF 회로와, 인터넷, 인트라넷, LAN(Local Area Network), WLAN(Wide LAN), SAN(Storage Area Network) 등, 또는 이들의 적절한 조합과 같은 통신 네트워크(도시하지 않음)를 통하여 액세스 되는 네트워크 부착형(attached) 저장 장치를 더 포함할 수 있다. 프로세서 및 주변 인터페이스와 같은 장치의 다른 구성요소에 의한 메모리로의 액세스는 메모리 제어기에 의하여 제어될 수 있다.
주변 인터페이스는 장치의 입출력 주변 장치를 프로세서 및 메모리와 연결한다. 하나 이상의 프로세서는 다양한 소프트웨어 프로그램 및/또는 메모리에 저장되어 있는 명령어 세트를 실행하여 시스템을 위한 여러 기능을 수행하고 데이터를 처리한다.
일부 실시예에서, 주변 인터페이스, 프로세서 및 메모리 제어기는 칩과 같은 단일 칩 상에서 구현될 수 있다. 일부 다른 실시예에서, 이들은 별개의 칩으로 구현될 수 있다.
I/O 서브시스템은 디스플레이, 입력 장치와 같은 장치의 입출력 주변장치와 주변 인터페이스 사이에 인터페이스를 제공한다.
프로세서는 시스템에 연관된 동작을 수행하고 명령어들을 수행하도록 구성된 프로세서로서, 예를 들어, 메모리로부터 검색된 명령어들을 이용하여, 시스템의 컴포넌트 간의 입력 및 출력 데이터의 수신과 조작을 제어할 수 있다. 일부 실시예에서, 소프트웨어 구성요소는 운영 체제, 그래픽 모듈(명령어 세트), 본 발명을 위한 동작을 수행하기 위한 프로그램이 탑재(설치)된다.
운영 체제는, 예를 들어, 다윈(Darwin), RTXC, LINUX, UNIX, OSX, WINDOWS 또는 VxWorks, 안드로이드, iOS 등과 같은 내장 운영체제일 수 있고, 일반적인 시스템 태스크(task)(예를 들어, 메모리 관리, 저장 장치 제어, 전력 관리 등)를 제어 및 관리하는 다양한 소프트웨어 구성요소 및/또는 장치를 포함하고, 다양한 하드웨어와 소프트웨어 구성요소 사이의 통신을 촉진시킨다.
그래픽 모듈은 디스플레이상에 그래픽을 제공하고 표시하기 위한 주지의 여러 소프트웨어 구성요소를 포함한다. "그래픽(graphics)"이란 용어는 텍스트, 웹 페이지, 아이콘(예컨대, 소프트 키를 포함하는 사용자 인터페이스 대상), 디지털 이미지, 비디오, 애니메이션 등을 제한 없이 포함하여, 사용자에게 표시될 수 있는 모든 대상을 포함한다.
디스플레이는, 분석장치(20)에서 처리되는 정보를 표시(출력)한다. 예를 들어, 금속입자 검출장치(10)에서 촬영된 편광 이미지 및 비편광 이미지를 전달받아 표시할 수 있다. 디스플레이는, LCD(liquid crystal display) 기술 또는 LPD(light emitting polymer display) 기술을 사용할 수 있다.
통신 회로는 이더넷 통신 회로 및 RF 회로를 포함할 수 있다. 이더넷 통신 회로는 유선 통신을 수행하고, RF 회로는 전자파를 송수신한다. RF 회로는 전기 신호를 전자파로 또는 그 반대로 변환하며 이 전자파를 통하여 통신 네트워크, 다른 이동형 게이트웨이 및 통신 장치와 통신한다. RF 회로는 예를 들어 안테나 시스템, RF 트랜시버, 하나 이상의 증폭기, 튜너, 하나 이상의 오실레이터, 디지털 신호 처리기, CODEC 칩셋, 메모리 등을 포함하지만 이에 한정되지 않는 이러한 기능을 수행하기 위한 주지의 회로를 포함할 수 있다. RF 회로는 셀룰러 전화 네트워크, 무선 LAN 및/또는 MAN(metropolitan area network)와 같은 무선 네트워크, 그리고 근거리 무선 통신에 의하여 다른 장치와 통신할 수 있다.
도 4를 참고하면, 분석장치(20)는, 이미지 획득부(21), 금속입자 검출부(22), 그리고, 금속입자 표시부(23)를 포함할 수 있다.
이미지 획득부(21)는, 1차 편광된 광 및 2차 편광된 광에 의해 시료의 1차 편광 이미지 및 2차 편광 이미지가 획득되도록 금속입자 검출장치(10)를 제어할 수 있다. 실시예에 따라, 금속입자 검출장치(10)는 이미지 획득부(21)의 제어로 제1 편광필름(12a)과 제2 편광필름(12b)의 편광축이 서로 평행한 상태에서 시료를 촬영하여 1차 편광 이미지를 획득하고, 제1 편광필름(12a)과 상기 제2 편광필름(12b)의 편광축이 서로 수직한 상태에서 시료를 촬영하여 2차 편광 이미지를 획득할 수 있다. 금속입자 검출장치(10)는 획득한 1차 편광 이미지 및 2차 편광 이미지를 이미지 획득부(21)로 전달할 수 있다.
이미지 획득부(21)는, 제1 편광필름(12a) 또는 제2 편광필름(12b)의 편광축의 방향을 변경하여 동일한 시료에 대해 카메라(11)에 의해 촬영된 1차 편광 이미지 및 2차 편광 이미지를 전달받을 수 있다. 실시예에 따라, 이미지 획득부(21)는, 제1 편광필름(12a)의 편광축과의 각도가 수평 또는 수직하게 되도록 제2 편광필름(12b)의 편광축의 각도를 제어할 수 있다.
도 5를 참고하면, 금속입자 검출장치(10)에서 촬영된 시료의 이미지는 분석장치(20)에 표시될 수 있다. 실시예에 따라, 이미지 획득부(21)는, 금속입자 검출장치(10)에서 촬영된 1차 편광 이미지와 2차 편광 이미지를 전달받아 분석장치(20)의 화면에 표시할 수 있다. 도 6(a)는 2차 편광 이미지의 일 예시이고, 도 6(b)는 1차 편광 이미지의 일 예시이다.
금속입자 검출부(22)는, 1차 편광 이미지와 2차 편광 이미지를 비교하여 동일 위치에 있는 픽셀 별로 밝기가 임계치 이상 차이 나는 경우 해당 픽셀을 금속입자가 위치하는 픽셀로 분류하고 분류된 픽셀들의 좌표 데이터를 메모리에 저장할 수 있다. 금속입자는 1차 편광 이미지에서는 밝고(반짝이고), 2차 편광 이미지에서는 어둡게 표시되며, 나머지 입자는 1차 편광 이미지와 2차 편광 이미지에서 밝기 차이가 크지 않거나 차이가 없다.
실시예에 따라, 금속입자 검출부(22)는 1차 편광 이미지와 2차 편광 이미지에서 동일 위치에 있는 픽셀의 밝기가 70% 이상 차이 나는 경우 해당 픽셀을 금속입자가 위치하는 픽셀로 분류하고 분류된 픽셀들의 좌표 데이터를 메모리에 저장할 수 있다. 실시예에 따라, 카메라(11)에 의해 Gray 모델, RGB 모델, HSV 모델, YCbCr 모델 중 하나로 1차 편광 이미지와 2차 편광 이미지가 촬영되는 경우, 금속입자 검출부(22)는 해당 모델에 대응되는 영상분석 방법으로 픽셀 별로 밝기를 비교할 수 있다.
예를 들어, 1차 편광 이미지와 2차 편광 이미지가 Gray 모델로 촬영된 경우, 가장 어두운 검정색(0)부터 가장 밝은 흰색(255)까지 총 256단계의 밝기값(intensity)으로 픽셀들의 밝기를 비교할 수 있다. RGB 모델로 촬영된 경우, RGB 색상 모델을 HSV 공간으로 변경한 후 명도(Value)를 이용하여 1차 편광 이미지와 2차 편광 이미지상 픽셀들의 밝기를 비교할 수 있다. HSV 모델로 촬영된 경우, 명도(Value) 자체가 밝기값이므로 0 ~ 255 사이의 명도(Value) 값의 차이로 1차 편광 이미지와 2차 편광 이미지상 픽셀들의 밝기를 비교할 수 있다. YCbCr 모델로 촬영된 경우, 0 ~ 255 사이의 밝기 성분(Y) 값의 차이로 1차 편광 이미지와 2차 편광 이미지상 픽셀들의 밝기를 비교할 수 있다.
실시예에 따라, 금속입자 검출부(22)는, 1차 편광 이미지와 2차 편광 이미지의 픽셀 값을 산술연산 값으로 변환하여 밝기 차이를 분석할 수 있다(ex, 포인트 처리). 여기서, 산술연산은 화소에 일정한 값을 더하거나 빼거나 나누거나 곱하는 연산이며, 포인트 처리 연산결과 음수를 가진 화소값은 0으로 설정하고 255보다 큰 값을 가진 화소값은 255로 설정하여 음수 또는 화소가 가질 수 있는 최대값보다 큰 값이 출력되는 문제를 해결할 수 있다. 모든 입자들의 픽셀들은 0에서 255 사이의 값을 갖는다.
금속입자 표시부(23)는, 금속입자가 위치한 픽셀들의 색을 주변과 다르게 변경하여 화면에 표시할 수 있다. 도 7을 참고하면, 2차 편광 이미지에 금속입자가 위치한 픽셀들을 푸른색으로 변경하여 표시한다. 그러나 여기에 제한되는 것은 아니며, 금속입자 표시부(23)는, 1차 편광 이미지 위에 금속입자가 위치한 픽셀들을 푸른색으로 변경하여 표시할 수 있다. 또한, 변경되는 색깔은 푸른색에 한정되는 것은 아니며, 기존 금속입자의 색깔과 구별될 수 있는 다양한 색으로 변경하는 것을 포함한다. 다른 실시예에 따라, 금속입자 표시부(23)는, 금속입자가 위치한 픽셀들을 블럭으로 표시하는 것과 같이 주변의 다른 픽셀들과 구별될 수 있는 다양한 형태의 변경을 포함할 수 있다.
금속입자 표시부(23)는, 금속입자가 위치한 픽셀들을 서로 인접한 픽셀들로 구성되는 복수의 그룹으로 그룹핑하고, 각 그룹마다 그룹에 포함된 픽셀 중 최외곽의 픽셀들을 잇는 영역의 중심 좌표를 금속입자의 위치 좌표로서 산출하여 메모리에 저장할 수 있다. 일 실시예에 따라, 금속입자 표시부(23)는, 메모리에 저장된 금속입자의 위치 좌표를 통계 내어 시료 내 금속입자의 총 개수를 산출할 수 있다. 다른 실시예에 따라, 금속입자 표시부(23)는, 그룹핑된 픽셀들의 개수로 금속입자의 크기를 산출할 수 있고, 금속입자의 크기별로 위치 좌표를 정리하여 메모리에 저장할 수 있다.
금속입자 표시부(23)는, 금속입자의 위치 좌표들을 화면에 표시하고, 사용자에 의해 선택된 특정 금속입자의 위치 좌표에 대응하는 그룹에 속하는 픽셀들의 색을 다른 그룹들의 픽셀들의 색과 다르게 변경하여 금속입자를 화면에 표시할 수 있다. 따라서, 사용자는 시각적으로 금속입자의 크기 및 외형을 확인할 수 있다.
도 8은 실시예에 따라 금속입자 검출방법을 설명하는 흐름도이고, 도 9는 도 8의 금속입자 검출단계를 상세하게 설명하는 흐름도이다.
도 9를 참고하면, 금속입자 검출방법은 편광 이미지 획득단계(S81), 그리고 금속입자 검출단계(S83)를 포함할 수 있다.
단계 S81에서, 분석장치(20)는, 제1 편광필름(12a)과 제2 편광필름(12b) 중 적어도 하나의 편광축의 방향을 변경하여 제2 편광필름(12b)을 통해 제1 편광 이미지와 제2 편광 이미지를 획득할 수 있다. 조명(14)에서 방출되는 광은 제1 편광필름(12a)에 의해 편광되어 시료(S)에 투사되고, 이때, 시료(S)에서 반사되는 광은 제2 편광필름(12b)에 의해 선택적으로 차단되고, 카메라(11)는 제2 편광필름(12b)을 통해 시료(S)를 촬영하여 제1 편광 이미지와 제2 편광 이미지를 획득할 수 있다. 카메라(11)는 획득한 제1 편광 이미지와 제2 편광 이미지를 분석장치(20)로 전송한다.
실시예에 따라, 제2 편광필름(12b)의 편광축의 각도가 제1 편광필름(12a)과 평행하면(0°), 시료(S)에서 반사된 광은 그대로 제2 편광필름(12b)을 통과하여 카메라(11)에 의해 촬영되고, 이때 촬영된 이미지를 1차 편광 이미지로 정의한다. 다른 실시예에 따라, 제2 편광필름(12b)의 편광축의 각도가 제1 편광필름(12a)과 수직하면(각도 90°), 시료(S)에서 반사된 광은 제2 편광필름(12b)에 의해 재차 편광되어 2차 편광된 광이 카메라(11)에 의해 촬영되고, 이때 촬영된 이미지를 2차 편광 이미지로 정의한다.
제1 편광필름(12a)과 제2 편광필름(12b)의 편광축이 이루는 각도에 따라 카메라(11)에서 촬영된 영상은 달라진다. 예를 들어, 제1 편광필름(12a)에 의해 1차 편광된 광이 시료(S)에 투사되면, 시료(S)에 있는 금속입자는 편광된 광을 반사하고 나머지 입자는 편광된 광을 흡수하거나 금속입자보다 상대적으로 적게 반사하게 된다. 일 실시예에 따라, 제2 편광필름(12b)의 편광축의 각도가 제1 편광필름(12a)과 평행하면 시료(S)에서 반사된 광은 그대로 제2 편광필름(12b)을 통과하고, 카메라(11)에 의해 촬영된 1차 편광 이미지에서 금속입자는 밝게, 나머지 입자는 검게 표시되거나 금속입자보다 상대적으로 어둡게 표시된다. 다른 실시예에 따라, 제2 편광필름(12b)의 편광축의 각도가 제1 편광필름(12a)과 수직하면 시료(S)에서 반사된 광은 제2 편광필름(12b)에 의해 다시 편광되고 카메라(11)에 의해 촬영된 2차 편광 이미지에서 금속입자와 나머지 입자 모두 검게 표시된다.
단계 S81에서, 분석장치(20)는 금속입자 검출장치(10)를 제어하여 제1 편광필름(12a)과 제2 편광필름(12b)의 편광축이 서로 평행한 상태에서 시료를 촬영하여 1차 편광 이미지를 획득하고, 제1 편광필름(12a)과 상기 제2 편광필름(12b)의 편광축이 서로 수직한 상태에서 시료를 촬영하여 2차 편광 이미지를 획득할 수 있다.
단계 S83에서, 분석장치(20)는, 1차 편광 이미지와 2차 편광 이미지의 밝기 차이를 비교하여, 상기 시료에서 금속입자를 검출할 수 있다.
도 9를 참고하면, 금속입자 검출단계(S83)는, 픽셀좌표 저장단계(S831), 픽셀 표시단계(S832), 금속입자 위치좌표 저장단계(S833), 그리고 금속입자 표시단계(S834)를 포함할 수 있다.
단계 S831에서, 분석장치(20)는 1차 편광 이미지 및 2차 편광 이미지에서 밝기가 임계치 이상 차이 나는 동일 위치의 픽셀을 금속입자가 위치한 픽셀들로 분류하고 그 픽셀들의 좌표를 메모리에 저장할 수 있다. 금속입자는 1차 편광 이미지에서는 밝고(반짝이고), 2차 편광 이미지에서는 어둡게 표시되며, 나머지 입자는 1차 편광 이미지와 2차 편광 이미지에서 밝기 차이가 크지 않거나 차이가 없다.
실시예에 따라, 분석장치(20)는 1차 편광 이미지와 2차 편광 이미지에서 동일 위치에 있는 픽셀의 밝기가 70% 이상 차이 나는 경우 해당 픽셀을 금속입자가 위치하는 픽셀로 분류하고 분류된 픽셀들의 좌표 데이터를 메모리에 저장할 수 있다. 실시예에 따라, 카메라(11)에 의해 Gray 모델, RGB 모델, HSV 모델, YCbCr 모델 중 하나로 1차 편광 이미지와 2차 편광 이미지가 촬영되는 경우, 분석장치(20)는 해당 모델에 대응되는 영상분석 방법으로 픽셀 별로 밝기를 비교할 수 있다.
예를 들어, 1차 편광 이미지와 2차 편광 이미지가 Gray 모델로 촬영된 경우, 분석장치(20)는 가장 어두운 검정색(0)부터 가장 밝은 흰색(255)까지 총 256단계의 밝기값(intensity)으로 픽셀들의 밝기를 비교할 수 있다. RGB 모델로 촬영된 경우, 분석장치(20)는 RGB 색상 모델을 HSV 공간으로 변경한 후 명도(Value)를 이용하여 1차 편광 이미지와 2차 편광 이미지상 픽셀들의 밝기를 비교할 수 있다. HSV 모델로 촬영된 경우 명도(Value) 자체가 밝기값이므로, 분석장치(20)는 0 ~ 255 사이의 명도(Value) 값의 차이로 1차 편광 이미지와 2차 편광 이미지상 픽셀들의 밝기를 비교할 수 있다. YCbCr 모델로 촬영된 경우, 분석장치(20)는 0 ~ 255 사이의 밝기 성분(Y) 값의 차이로 1차 편광 이미지와 2차 편광 이미지상 픽셀들의 밝기를 비교할 수 있다.
실시예에 따라, 분석장치(20)는 1차 편광 이미지와 2차 편광 이미지의 픽셀 값을 산술연산 값으로 변환하여 밝기 차이를 분석할 수 있다(ex, 포인트 처리). 여기서, 산술연산은 화소에 일정한 값을 더하거나 빼거나 나누거나 곱하는 연산이며, 포인트 처리 연산결과 음수를 가진 화소값은 0으로 설정하고 255보다 큰 값을 가진 화소값은 255로 설정하여 음수 또는 화소가 가질 수 있는 최대값보다 큰 값이 출력되는 문제를 해결할 수 있다. 모든 입자들의 픽셀들은 0에서 255 사이의 값을 갖는다.
단계 S832에서, 분석장치(20)는 금속입자가 위치한 픽셀들의 색을 주변과 다르게 변경하여 화면에 표시할 수 있다. 도 7을 참고하면, 2차 편광 이미지에 금속입자가 위치한 픽셀들을 푸른색으로 변경하여 표시한다. 그러나 여기에 제한되는 것은 아니며, 분석장치(20)는, 1차 편광 이미지 위에 금속입자가 위치한 픽셀들을 푸른색으로 변경하여 표시할 수 있다. 또한, 변경되는 색깔은 푸른색에 한정되는 것은 아니며, 기존 금속입자의 색깔과 구별될 수 있는 다양한 색으로 변경하는 것을 포함한다. 다른 실시예에 따라, 분석장치(20)는, 금속입자가 위치한 픽셀들을 블럭으로 표시하는 것과 같이 주변의 다른 픽셀들과 구별될 수 있는 다양한 형태의 변경을 포함할 수 있다.
단계 S833에서, 분석장치(20)는 금속입자가 위치한 픽셀들을 서로 인접한 픽셀들로 구성되는 복수의 그룹으로 그룹핑하고, 각 그룹마다 그룹에 포함된 픽셀 중 최외곽의 픽셀들을 잇는 영역의 중심 좌표를 금속입자의 위치 좌표로서 산출하고 메모리에 금속입자의 위치좌표를 저장할 수 있다. 일 실시예에 따라, 분석장치(20)는, 메모리에 저장된 금속입자의 위치 좌표를 통계 내어 시료 내 금속입자의 총 개수를 산출할 수 있다. 다른 실시예에 따라, 분석장치(20)는, 그룹핑된 픽셀들의 개수로 금속입자의 크기를 산출할 수 있고, 금속입자의 크기별로 위치 좌표를 정리하여 메모리에 저장할 수 있다.
단계 S834에서, 분석장치(20)는 금속입자의 위치 좌표들을 화면에 표시할 수 있다. 실시예에 따라, 분석장치(20)는 사용자에 의해 선택된 특정 금속입자의 위치 좌표에 대응하는 그룹에 속하는 픽셀들의 색을 다른 그룹들의 픽셀들의 색과 다르게 변경하여 금속입자를 화면에 표시할 수 있다. 따라서, 사용자는 시각적으로 금속입자의 크기 및 외형을 확인할 수 있다.
본 명세서는 많은 특징을 포함하는 반면, 그러한 특징은 본 발명의 범위 또는 특허청구범위를 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 또한, 본 명세서에서 개별적인 실시예에서 설명된 특징들은 단일 실시예에서 결합되어 구현될 수 있다. 반대로, 본 명세서에서 단일 실시예에서 설명된 다양한 특징들은 개별적으로 다양한 실시예에서 구현되거나, 적절히 결합되어 구현될 수 있다.
도면에서 동작들이 특정한 순서로 설명되었으나, 그러한 동작들이 도시된 바와 같은 특정한 순서로 수행되는 것으로, 또는 일련의 연속된 순서, 또는 원하는 결과를 얻기 위해 모든 설명된 동작이 수행되는 것으로 이해되어서는 안 된다. 특정 환경에서 멀티태스킹 및 병렬 프로세싱이 유리할 수 있다. 아울러, 상술한 실시예에서 다양한 시스템 구성요소의 구분은 모든 실시예에서 그러한 구분을 요구하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 상술한 프로그램 구성요소 및 시스템은 일반적으로 단일 소프트웨어 제품 또는 멀티플 소프트웨어 제품에 패키지로 구현될 수 있다.
상술한 바와 같은 본 발명의 방법은 프로그램으로 구현되어 컴퓨터로 읽을 수 있는 형태로 기록매체(시디롬, 램, 롬, 플로피 디스크, 하드 디스크, 광자기 디스크 등)에 저장될 수 있다. 이러한 과정은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있으므로 더 이상 상세히 설명하지 않기로 한다.
이상에서 설명한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.
10: 금속입자 검출장치 11: 카메라
12a: 제1 편광필름 12b: 제2 편광필름
13: 렌즈 14: 조명
20: 분석장치 21: 이미지 획득부
22: 금속입자 검출부 23: 금속입자 표시부

Claims (12)

  1. 조명에서 조사된 광을 편광시켜 시료로 투사하는 제1 편광필름과, 상기 시료에서 반사된 광을 선택적으로 차단하는 제2 편광필름과, 상기 제2 편광필름을 통해 상기 시료를 촬영하는 카메라를 포함하는 금속입자 검출장치; 및
    상기 제1 편광필름과 상기 제2 편광필름 중 적어도 하나의 편광축의 방향을 변경하며 상기 카메라로 촬영된 1차 편광 이미지와 2차 편광 이미지의 밝기 차이를 비교하여 상기 시료에서 금속입자를 검출하는 분석장치를 포함하고,
    상기 금속입자 검출장치는,
    상기 제1 편광필름과 상기 제2 편광필름의 편광축이 서로 평행한 상태에서 상기 1차 편광 이미지를 획득하고, 상기 제1 편광필름과 상기 제2 편광필름의 편광축이 서로 수직한 상태에서 상기 2차 편광 이미지를 획득하며,
    상기 분석장치는,
    상기 금속입자가 위치한 픽셀들을 서로 인접한 픽셀들로 구성되는 복수의 그룹으로 그룹핑하고, 각 그룹마다 그룹에 포함된 픽셀 중 최외곽의 픽셀들을 잇는 영역의 중심 좌표를 금속입자의 위치 좌표로서 저장하고,
    상기 금속입자의 위치 좌표들을 화면에 표시하고, 사용자에 의해 선택된 특정 금속입자의 위치 좌표에 대응하는 그룹에 속하는 픽셀들의 색을 다른 그룹들의 픽셀들의 색과 다르게 변경하는 금속입자 검출 시스템.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 분석장치는,
    상기 1차 편광 이미지 및 상기 2차 편광 이미지에서 밝기가 임계치 이상 차이 나는 동일 위치의 픽셀을 금속입자가 위치한 픽셀들로 분류하고 그 픽셀들의 좌표를 저장하는 것을 특징으로 하는 금속입자 검출 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 분석장치는,
    상기 금속입자가 위치한 픽셀들의 색을 주변과 다르게 변경하여 화면에 표시하는 것을 특징으로 하는 금속입자 검출 시스템.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 조명에서 조사된 광을 편광시켜 시료로 투사하는 제1 편광필름과, 상기 시료에서 반사된 광을 선택적으로 차단하는 제2 편광필름 중 적어도 하나의 편광축의 방향을 변경하며 상기 제2 편광필름을 통해 제1 편광 이미지와 제2 편광 이미지를 획득하는 단계; 및
    상기 1차 편광 이미지와 상기 2차 편광 이미지의 밝기 차이를 비교하여, 상기 시료에서 금속입자를 검출하는 단계를 포함하고,
    상기 제1 편광 이미지와 제2 편광 이미지를 획득하는 단계는,
    상기 제1 편광필름과 상기 제2 편광필름의 편광축이 서로 평행한 상태에서 상기 1차 편광 이미지를 획득하고, 상기 제1 편광필름과 상기 제2 편광필름의 편광축이 서로 수직한 상태에서 상기 2차 편광 이미지를 획득하며,
    상기 금속입자를 검출하는 단계는,
    상기 금속입자가 위치한 픽셀들을 서로 인접한 픽셀들로 구성되는 복수의 그룹으로 그룹핑하고, 각 그룹마다 그룹에 포함된 픽셀 중 최외곽의 픽셀들을 잇는 영역의 중심 좌표를 금속입자의 위치 좌표로서 저장하는 단계; 및
    상기 금속입자의 위치 좌표들을 화면에 표시하고, 사용자에 의해 선택된 특정 금속입자의 위치 좌표에 대응하는 그룹에 속하는 픽셀들의 색을 다른 그룹들의 픽셀들의 색과 다르게 변경하는 단계를 포함하는 금속입자 검출 방법.
  8. 삭제
  9. 제7항에 있어서,
    상기 금속입자를 검출하는 단계는,
    상기 1차 편광 이미지 및 상기 2차 편광 이미지에서 밝기가 임계치 이상 차이 나는 동일 위치의 픽셀을 금속입자가 위치한 픽셀들로 분류하고 그 픽셀들의 좌표를 저장하는 단계;를 포함하는 금속입자 검출 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 금속입자를 검출하는 단계는,
    상기 금속입자가 위치한 픽셀들의 색을 주변과 다르게 변경하여 화면에 표시하는 단계;를 더 포함하는 금속입자 검출 방법.
  11. 삭제
  12. 삭제
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