KR20130046515A - 비전시스템의 이미지 품질 향상을 위한 컬러조명 제어방법 - Google Patents

비전시스템의 이미지 품질 향상을 위한 컬러조명 제어방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 서로 다른 파장의 광을 검사 대상물에 조사하는 복수의 조명부와 상기 조명부의 광 조사 세기를 조절하는 조명제어부를 갖는 조명장치 및 상기 검사 대상물을 촬영하여 단색의 디지털 이미지를 생성하는 카메라를 포함하는 비전시스템의 컬러조명 제어방법에 관한 것으로서, 소정의 입력전압을 상기 복수의 조명부에 각각 인가하고 상기 카메라를 통해 이미지 데이터를 획득하는 (a) 단계; 상기 이미지 데이터를 통해 단색 레벨 강도 각각에 해당되는 픽셀의 개수를 표시한 분포 그래프인 이미지 히스토그램을 산출하는 (b) 단계; 상기 이미지 히스토그램의 표준편차를 산출하는 (c) 단계; 및 소정의 입력전압의 조절 범위 내에서 상기 표준편차가 최대가 되는 상기 복수의 조명부 각각에 대한 최적 입력전압값을 산출하는 (d) 단계;를 포함한다.
본 발명에 의하면, 카메라로부터 획득한 이미지 데이터를 통해 단색 레벨 강도 각각에 해당되는 픽셀의 개수를 표시한 분포 그래프인 이미지 히스토그램을 산출하고, 이 이미지 히스토그램의 표준편차 또는 최대값이 최대가 되는 컬러조명 조건을 찾아냄으로써 고품질 이미지 획득을 위한 최적의 컬러조명 조건을 명확하고 신속하게 도출할 수 있으며, 이러한 최적의 컬러조명을 통해 카메라로 촬영하여 얻어지는 이미지의 품질을 극대화시킬 수 있다.

Description

비전시스템의 이미지 품질 향상을 위한 컬러조명 제어방법 {COLOR LIGHTING CONTROL METHOD FOR IMPROVING IMAGE QUALITY OF VISION SYSTEM}
본 발명은 비전시스템의 이미지 품질 향상을 위한 컬러조명 제어방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 단색 카메라가 구비된 비전시스템을 통해 수집된 이미지를 판독하여 검사 대상물에 대한 양부 판단을 하는 처리시스템이 신속 정확하게 그 양부 판단을 수행할 수 있도록, 검사 대상물에 컬러조명을 조사하며 카메라로 촬영하여 얻어지는 이미지의 품질을 극대화시킬 수 있고, 이 같은 고품질 이미지를 위한 최적의 컬러조명 조건 설정이 신속 정확하게 이루어질 수 있는 컬러조명 제어방법에 관한 것이다.
일반적으로 비전시스템은, 사람의 시각에 의존하고 있던 검사 대상물 외관에 대한 각종 육안 검사를 자동으로 신속하고 정확하게 수행하기 위해 개발된 검사장비에 구비되어, 검사 대상물의 디지털 이미지를 촬영 수집하고 이를 양부 판단 기능을 가진 처리시스템에 전달하는 역할을 수행한다.
이러한 비전시스템에는 검사 대상물에 소정의 조명을 비추는 조명장치와 상기 검사 대상물을 촬영하여 디지털 이미지를 생성하는 카메라가 구비되는데, 이 카메라는 고가의 컬러 카메라를 사용하지 않고 대부분 단색 카메라(모노크롬 카메라; monochrome camera)가 사용된다.
상기 조명장치는 소정의 단일색 조명을 적용하기도 하나, 최근에는 대한민국 공개특허 제2006-0027225호에 기재된 LCD용 외관 검사 장비와 같이 검사 대상물의 표면 결함 등을 더욱 효과적으로 판독하기 위해 제어 가능한 컬러조명을 적용한 비전시스템이 증가하고 있다.
그런데 단색 카메라로 촬영된 단색 이미지의 품질과 컬러조명 조건은 그 상관관계가 모호하여 작업자가 일일이 수작업을 통해 최적의 컬러조명 조건을 찾아 설정해야 하는 실정인데, 이러한 방식은 매우 번거로울 뿐만 아니라, 찾아낸 컬러조명 조건이 최적인지 여부를 작업자의 시각에 의존해 판단하므로 모호할 뿐만 아니라, 검사 대상물이 바뀔 때마다 이러한 번거로운 설정 작업을 다시 수행해야 하므로 불편한 문제점이 있다.
그리고 이 같은 불편함 때문에 여러 종의 검사 대상물을 검사해야하는 경우에는 검사 대상물 각각에 대해 별도의 비전시스템을 구비하기도 하여 검사 장비의 비용 증가의 원인이 되고 있다.
따라서 컬러조명을 적용한 비전시스템의 경우, 비전시스템을 통해 수집된 이미지를 통해 검사 대상물에 대한 양부 판단을 하는 처리시스템이, 단색 카메라로 촬영하여 얻어진 이미지를 판독하여 신속 정확하게 그 양부 판단을 수행할 수 있도록 이미지의 품질을 극대화할 수 있는 최적의 컬러조명 제어방법이 중요한 개발 과제라 할 수 있다.
최근에 공개된 대한민국 공개특허 제2011-0060194호에는 RGB 컬러조명의 각 색상 밝기를 조금씩 조절하면서 256의 3승(2563)에 해당하는 이미지를 각각 한 쌍씩 획득 및 분석함으로써 최적의 컬러조명 조건을 찾아내는 컬러조명 제어방법이 개시되어 있다.
그러나 이러한 종래의 컬러조명 제어방법은 이미지의 획득 및 분석이 자동으로 이루어진다는 점만 개선되었을 뿐, 막대한 양의 이미지를 획득하고 분석해야 하므로, 최적의 컬러조명 조건을 찾는데 많은 시간이 소요되고 최적의 컬러조명 조건을 찾기 위한 다량의 이미지 촬영으로 인해 카메라의 디텍터 수명을 단축시키는 문제점이 있다.
그리고 이와 같은 종래의 컬러조명 제어방법에서 최적의 이미지를 판단하는 방식은, 대개 컬러조명 조건이 서로 다른 A 이미지와 B 이미지에 있어서 검사 영역과 배경 영역의 콘트라스트 차이가 어느 쪽이 더 큰지를 기준으로 한 것인데, 검사 영역이 다수 존재할 때에는, 어느 검사 영역에 대해서는 A 이미지가 더 큰 콘트라스트 차이를 보이고 다른 검사 영역에 대해서는 B 이미지가 더 큰 콘트라스트 차이를 보이는 경우가 많아, 이처럼 서로 다른 컬러조명 조건의 두 이미지가 검사 영역에 따라 콘트라스트의 상대 우위가 엇갈리면 최적 이미지에 대한 판단이 어려운 단점이 있다.
이 같은 어려움을 해결하기 위해, 다수의 검사 영역 중 특정 하나의 검사 영역을 기준으로 콘트라스트 차이를 확인하여 최적의 이미지를 판단하게 되면, 해당 최적 이미지가 다른 모든 검사 영역을 고려한 최적의 이미지가 결코 아니므로 신뢰성이 비교적 낮은 문제점이 있다.
즉, 종래의 컬러조명 제어방법은, 최적 이미지에 대한 판단 기준이 모호하여 최적의 컬러조명 조건을 찾아내더라도 그 신뢰성에 의문이 있는 것이 사실이다.
상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 본 발명은, 검사 대상물에 컬러조명을 조사하며 카메라로 촬영하여 얻어지는 이미지의 품질을 극대화시키기 위한 최적의 컬러조명 조건을 도출할 때에, 최적 품질을 갖는 이미지에 대한 기준을 명확히 수치화할 수 있고, 고품질 이미지를 위한 최적의 컬러조명 조건 설정이 신속 정확하게 이루어질 수 있는 비전시스템의 이미지 품질 향상을 위한 컬러조명 제어방법을 제공하고자 한다.
상기한 바와 같은 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 일실시예에 따른 비전시스템의 이미지 품질 향상을 위한 컬러조명 제어방법은, 서로 다른 파장의 광을 검사 대상물에 조사하는 복수의 조명부와 상기 조명부에 인가되는 입력전압을 각각 조절하여 광 조사 세기를 제어하는 조명제어부를 갖는 조명장치 및 상기 검사 대상물을 촬영하여 단색의 디지털 이미지를 생성하는 카메라를 포함하는 비전시스템의 컬러조명 제어방법으로서, 소정의 입력전압을 상기 복수의 조명부에 각각 인가하는 (a) 단계; 상기 카메라를 통해 이미지 데이터를 획득하는 (b) 단계; 상기 이미지 데이터를 통해 단색 레벨(grey-level) 강도 각각에 해당되는 픽셀의 개수를 표시한 분포 그래프인 이미지 히스토그램을 산출하는 (c) 단계; 상기 이미지 히스토그램의 표준편차를 산출하는 (d) 단계; 및 소정의 입력전압의 조절 범위 내에서 상기 표준편차가 최대가 되는 상기 복수의 조명부 각각에 대한 최적 입력전압값을 산출하는 (e) 단계;를 포함한다.
상기 (e) 단계는, 소정의 간격으로 조절된 다수의 입력전압을 상기 복수의 조명부에 각각 인가하면서 각각의 입력전압에 대해, 상기 (b), (c) 및 (d) 단계를 반복적으로 거쳐, 그 중 상기 표준편차가 최대가 되는 입력전압값을 상기 최적 입력전압값으로 산출하는 단계;일 수 있다.
상기 (e) 단계는, 입력전압 변화에 따른 상기 표준편차의 변화량을 산출하고 이를 고려하여 재조절된 입력전압을 인가하는 작업을 반복하는 경사도법(steepest decent method)을 통해 상기 표준편차가 최대가 되는 상기 최적 입력전압값을 산출하는 단계;일 수 있다.
상기 (e) 단계는, 소정의 제1간격으로 조절된 다수의 입력전압을 상기 복수의 조명부에 각각 인가하면서 상기 표준편차가 가장 큰 입력전압을 기준으로 상기 제1간격보다 작은 제2간격만큼 크거나 작게 조절된 다수의 입력전압을 상기 복수의 조명부에 각각 재인가하면서 각각의 입력전압에 대한 상기 표준편차를 산출하는 작업을 1회 이상 반복하는 골든 섹션 서치 방법(Golden section search method)을 통해 상기 표준편차가 최대가 되는 상기 최적 입력전압값을 산출하는 단계;일 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 비전시스템의 이미지 품질 향상을 위한 컬러조명 제어방법은, 서로 다른 파장의 광을 검사 대상물에 조사하는 복수의 조명부와 상기 조명부에 인가되는 입력전압을 각각 조절하여 광 조사 세기를 제어하는 조명제어부를 갖는 조명장치 및 상기 검사 대상물을 촬영하여 단색의 디지털 이미지를 생성하는 카메라를 포함하는 비전시스템의 컬러조명 제어방법으로서, 소정의 입력전압을 상기 복수의 조명부에 각각 인가하는 (a') 단계; 상기 카메라를 통해 이미지 데이터를 획득하는 (b') 단계; 상기 이미지 데이터를 통해 단색 레벨 강도 각각에 해당되는 픽셀의 개수를 표시한 분포 그래프인 이미지 히스토그램을 산출하는 (c') 단계; 상기 이미지 히스토그램의 최대값(peak)을 산출하는 (d') 단계; 및 소정의 입력전압의 조절 범위 내에서 상기 최대값이 최대가 되는 상기 복수의 조명부 각각에 대한 최적 입력전압값을 산출하는 (e') 단계;를 포함한다.
상기 (d') 단계는, 상기 단색 레벨 강도의 전체 범위 중 하위 85 ~ 95% 범위 내에서 상기 최대값을 산출하는 단계;일 수 있다.
상기 (d') 단계는, 상기 단색 레벨 강도의 전체 범위 중 상위 85 ~ 95% 범위 내에서 상기 최대값을 산출하는 단계;일 수 있다.
상기 (d') 단계는, 상기 단색 레벨 강도의 전체 범위 중 상위 5 ~ 15% 및 하위 5 ~ 15%를 제외한 중심부 70 ~ 90% 범위 내에서 상기 최대값을 산출하는 단계;일 수 있다.
상기 (e') 단계는, 소정의 간격으로 조절된 다수의 입력전압을 상기 복수의 조명부에 각각 인가하면서 각각의 입력전압에 대해, 상기 (b'), (c') 및 (d') 단계를 반복적으로 거쳐, 그 중 상기 최대값이 최대가 되는 입력전압값을 상기 최적 입력전압값으로 산출하는 단계;일 수 있다.
상기 (e') 단계는, 입력전압 변화에 따른 상기 표준편차의 변화량을 산출하고 이를 고려하여 재조절된 입력전압을 인가하는 작업을 반복하는 경사도법(steepest decent method)을 통해 상기 최대값이 최대가 되는 상기 최적 입력전압값을 산출하는 단계;일 수 있다.
상기 (e') 단계는, 소정의 제1간격으로 조절된 다수의 입력전압을 상기 복수의 조명부에 각각 인가하면서 상기 최대값이 가장 큰 입력전압을 기준으로 상기 제1간격보다 작은 제2간격만큼 크거나 작게 조절된 다수의 입력전압을 상기 복수의 조명부에 각각 재인가하면서 각각의 입력전압에 대한 상기 표준편차를 산출하는 작업을 1회 이상 반복하는 골든 섹션 서치 방법(Golden section search method)을 통해 상기 최대값이 최대가 되는 상기 최적 입력전압값을 산출하는 단계;일 수 있다.
이러한 본 발명의 비전시스템의 이미지 품질 향상을 위한 컬러조명 제어방법에 의하면, 카메라로부터 획득한 이미지 데이터를 통해 단색 레벨 강도 각각에 해당되는 픽셀의 개수를 표시한 분포 그래프인 이미지 히스토그램을 산출하고, 이 이미지 히스토그램의 표준편차 또는 최대값이 최대가 되는 컬러조명 조건을 찾아냄으로써 고품질 이미지 획득을 위한 최적의 컬러조명 조건을 명확하고 신속하게 도출할 수 있다.
즉, 최적의 컬러조명 조건을 도출할 때에 최적 품질을 갖는 이미지에 대한 기준을 이미지 히스토그램의 표준편차 또는 최대값이 최대가 될 때로 명확히 수치화함으로써, 최적의 컬러조명 조건을 명확하고 신속하게 도출하여, 카메라로 촬영하여 얻어지는 이미지의 품질을 극대화시킬 수 있다.
그리고 최적 품질을 갖는 이미지에 대한 기준을 이미지 히스토그램의 최대값이 최대로 될 때로 하여 최적의 컬러조명 조건을 도출할 때에는, 이미지 히스토그램에 있어서 단색 레벨 강도의 전체 범위에서 상위 5 ~ 15%를 제외한 하위 85 ~ 95% 범위 내에서 최대값을 산출함으로써, 카메라의 핫 픽셀이나 검사 대상물의 반사율 높은 금속 부분 등에 의한 픽셀 포화(saturation)로 인해 최적의 컬러조명 조건 도출에 오류가 발생하는 것을 방지할 수 있다.
또한, 이와 유사하게 이미지 히스토그램에 있어서 단색 레벨 강도의 전체 범위에서 하위 5 ~ 15%를 제외한 상위 85 ~ 95% 범위 내에서 최대값을 산출함으로써, 컬러조명의 조사 영역에 비해 카메라의 촬영 영역이 넓어 발생하는 이미지의 암부(暗部) 등으로 인해 최적의 컬러조명 조건 도출에 오류가 발생하는 것을 방지할 수 있다.
뿐만 아니라, 이미지 히스토그램의 표준편차 또는 최대값이 최대가 되는 컬러조명 조건을 찾아낼 때에는 경사도법이나 골든 섹션 서치 방법 등을 이용함으로써, 최적의 컬러조명 조건을 도출하기 위한 카메라의 촬영 횟수를 크게 줄여, 최적의 컬러조명 조건을 찾는 데에 필요한 공수를 절감하고 카메라의 디텍터 수명이 단축되는 것도 최대한 억제할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 비전시스템의 이미지 품질 향상을 위한 컬러조명 제어방법을 구현할 수 있는 비전시스템을 도시한 개략도,
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 비전시스템의 이미지 품질 향상을 위한 컬러조명 제어방법의 순서도,
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 비전시스템의 이미지 품질 향상을 위한 컬러조명 제어방법에 있어서, 이미지 데이터로부터 산출한 이미지 히스토그램,
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 비전시스템의 이미지 품질 향상을 위한 컬러조명 제어방법으로 도출한 최적의 컬러조명 조건에 따른 합성 조명에 의한 이미지 히스토그램과 R, G, B 각각의 단색 조명에 의한 이미지 히스토그램을 비교 도시한 그래프,
도 5a 내지 도 5c는 R, G, B 각각의 단색 조명을 적용한 이미지,
도 5d는 본 발명의 일실시예에 따른 비전시스템의 이미지 품질 향상을 위한 컬러조명 제어방법으로 도출한 최적의 컬러조명 조건을 적용한 이미지이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자(이하, '통상의 기술자'라 한다)가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 그 범위가 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
본 발명에 따른 비전시스템의 이미지 품질향상을 위한 컬러조명 제어방법(이하, 줄여서 '컬러조명 제어방법'이라 한다)은, 웨이퍼, 반도체칩 등과 같은 검사 대상물 외관에 대한 각종 육안 검사를 자동으로 신속 정확하게 수행하기 위해 개발된 검사장비에 구비되어 검사 대상물의 디지털 이미지를 촬영 수집하는 기능을 갖는 비전시스템에 적용됨으로써, 명확히 수치화된 기준에 따라 이미지의 품질을 확인하고 이로써 최적의 컬러조명 조건을 도출하여 카메라로 촬영하여 얻어지는 이미지의 품질을 극대화시킬 수 있게 컬러조명을 제어할 수 있는 방법에 관한 것이다.
이하, 첨부된 도 1을 참조하여, 본 발명에 따른 컬러조명 제어방법이 적용되는 검사장비의 비전시스템에 대해 설명한다.
상기 비전시스템은 검사 대상물의 디지털 이미지를 촬영 수집하고 이를 양부 판단 기능을 가진 처리시스템에 전달하는 역할을 수행하는데, 크게 조명장치(100), 카메라(200) 및 제어시스템(300)으로 구분된다.
상기 조명장치(100)는 카메라(200)가 검사 대상물(10)의 이미지를 얻을 수 있도록 검사 대상물(10)에 광을 조사하는데, 서로 다른 파장의 광을 조사하는 복수의 조명부(110), 앰프(120), 광섬유(130), 믹서부(140) 및 연결부(150)를 포함하여 이루어질 수 있다.
본 발명이 적용되는 비전시스템은 복수의 조명부(110)가 빛의 삼원색인 빨간색(R), 녹색(G) 및 파란색(B)을 각각 방출하는 LED 조명기기로 구현되었으나, 그 구현 방식이 이에 한정되는 것은 아니며, 서로 다른 파장의 광을 조사하는 두 개의 LED 조명기기로 이루어질 수도 있고, 백색(W) 광을 조사하는 LED를 더 포함하여 네 개 이상의 LED 조명기기로 이루어질 수도 있다.
상기 앰프(120)는 조명부(110)에 대한 입력을 제어하는 제어시스템(300)과 복수의 조명부(110) 사이에 구비되어 제어시스템(300)의 신호를 증폭시키는 역할을 하며, 상기 광섬유(130)는 복수의 조명부(110)의 조사된 광 또는 믹서부(140)에서 합성된 광을 전달한다.
상기 믹서부(140)는 챔버 형태로 구비되어 복수의 조명부(110)에서 조사된 광이 모여 합성되는 장소이며, 연결부(150)는 믹서부(140)에서 합성된 광이 카메라(200)로 전달될 수 있도록 믹서부(140)와 카메라(200)로 연결되는 광섬유(130)를 연결한다.
그러나 상술한 바와 같은 조명장치(100)의 세부 구성은 일례로서 이와 달리 구현될 수 있음은 물론이다.
상기 카메라(200)는 광을 검출하는 다수의 픽셀이 구비되어 검사 대상물의 반사광을 디지털 이미지로 변환하는 역할을 하는데, 저렴한 단색 카메라로 구비되는 것이 일반적이다.
상기 카메라(200)에 구비되는 각 픽셀의 디지털 값인 단색 레벨 I(x,y)는 제어시스템(300)이 계산하여, 그 결과값을 모아 이미지 히스토그램을 산출하는데, 단색 레벨 I(x,y)는 픽셀에 입사되는 광의 강도와 관계가 있으므로 다음과 같은 관계가 성립한다.
I(x,y)=f(ρ(x,y)), (ρ : 카메라 픽셀에서 감지된 광의 강도)
한편, 조명기기의 광파장 방사 특성 E는 복수의 조명기기를 사용하고, 각 조명기기의 입력전압 V1 ~ V l 에 의해 소정의 조명회로를 통해 각 조명기기의 광 출력이 변화한다고 가정하면 다음과 같은 수식으로 표현된다.
Figure pat00001
(λ : 광파장)
이 수식에 의하여 ρ를 다시 정의하면,
Figure pat00002
(C : 임의의 상수, R : 카메라의 광파장 감지 특성, S : 검사 대상물의 광파장 반사 특성)
즉, 조명조건은 각 조명기기의 입력전압 V1 ~ V l 에 의해 조정되고, 카메라(200)에 의한 디지털 이미지는 I(x,y)가 모여 생성되며, I(x,y)는 해당 이미지에 대한 이미지 데이터가 된다.
상기 반투명 거울(210, half mirror)은 광섬유(130)를 통해 전달되는 합성 광은 반사하여 검사 대상물(10)에 동축 조명으로 조사되게 하면서, 검사 대상물(10)에 의해 반사된 반사 광은 그대로 통과시켜 카메라(200)로 진행하게 한다.
상기 광학기구(220)는 반투명 거울(210)과 검사 대상물(10)의 사이에 위치되어 광섬유(130)를 통해 전달된 합성 광은 검사 대상물(10)에 넓고 고르게 조사되게 하고, 검사 대상물(10)에 의해 반사된 반사 광은 집광되어 카메라(200)로 진행하게 한다.
상기 제어시스템(300)은 카메라(200)로부터 단색 레벨 I(x,y)에 대한 이미지 데이터를 전달받아 다음 수식을 이용하여 단색 레벨 강도 각각에 해당되는 픽셀의 개수를 표시한 분포 그래프인 이미지 히스토그램을 산출한다.
Figure pat00003
(i : 특정 단색 레벨, 8비트 이미지인 경우 i = 1 ~ 256,
z : 해당 단색 레벨에 속하는 픽셀의 개수,
H : 해당 단색 레벨에 속하는 픽셀의 집합)
여기서 zi = z(Ii)로 표현할 수 있으므로, 복수의 조명장치(100)에 대한 입력전압 V1 ~ V l 에 의해 이미지 히스토그램이 변화하게 된다.
그리고 상기 제어시스템(300)은 특정 이미지에 대해 산출한 이미지 히스토그램의 표준편차 또는 최대값을 각각 산출한다. 상기 이미지 히스토그램의 표준편차는 σz 2은 다음 수식을 통해 산출할 수 있다.
Figure pat00004
(이미지 히스토그램의 평균
Figure pat00005
)
상기 제어시스템(300)은 이 표준편차 또는 최대값을 다른 이미지들에 대해 산출한 이미지 히스토그램의 표준편차 또는 최대값과 각각 비교하여 표준편차 또는 최대값이 가장 큰 이미지 히스토그램의 입력전압 V1 ~ V l 를 찾아낸다.
한편, 다양한 컬러조명 조건에서 획득된 이미지 중에서 특정 이미지의 이미지 히스토그램의 표준편차가 최대라는 것은 단색 레벨 강도 각각에 해당되는 픽셀의 개수가 모든 단색 레벨의 평균적인 픽셀의 개수에 비해 차이가 크다는 것을 의미하는데, 이는 곧 각 픽셀의 단색 레벨이 특정값에 집중되지 않고 넓게 분포되어 있다는 것을 의미한다.
즉, 이미지 히스토그램의 표준편차가 최대라는 것은 각 픽셀들의 단색 레벨 간의 차이가 극대화되어 서로 다른 명암을 갖는 검사영역과 배경영역에 대한 변별력이 평균적으로 극대화되었다고 볼 수 있다.
또한, 다양한 컬러조명 조건에서 획득된 이미지 중에서 특정 이미지의 이미지 히스토그램의 최대값이 최대라는 것은 특정 단색 레벨 강도를 보이는 픽셀의 개수가 가장 많다는 것을 의미하는데, 이는 곧 검사영역 등과 같이 다소 일관된 단색 레벨 강도로 나타나는 부분이 극대화되어 다른 배경영역과의 구분이 가장 용이해졌음을 의미한다고 볼 수 있다.
따라서 이미지 히스토그램의 표준편차 또는 최대값이 최대인 이미지가 검사영역에 대한 판독이 가장 용이한 최적의 고품질을 갖는 이미지라 할 수 있으며, 제어시스템(300)이 찾아낸 이때의 복수의 조명부(110)에 대한 입력전압 V1 ~ V l 이 최적의 컬러조명 조건이라 할 수 있다.
그러나 최적 품질을 갖는 이미지에 대한 기준을 이미지 히스토그램의 최대값이 최대로 될 때로 하여 최적의 컬러조명 조건을 도출할 때에는, 이미지 히스토그램에 있어서 단색 레벨 강도의 전체 범위에서 상위 5 ~ 15%를 제외한 하위 85 ~ 95% 범위 내에서 최대값을 산출하는 것이 바람직하다. 그 이유는 카메라의 핫 픽셀이나 검사 대상물의 반사율 높은 금속 부분 등에 의한 픽셀 포화(saturation)로 인해 최적의 컬러조명 조건 도출에 오류가 발생하는 것을 방지하기 위함이다.
또한, 이와 유사하게 이미지 히스토그램에 있어서 단색 레벨 강도의 전체 범위에서 하위 5 ~ 15%를 제외한 상위 85 ~ 95% 범위 내에서 최대값을 산출하는 것이 바람직한데, 이는 컬러조명의 조사 영역에 비해 카메라의 촬영 영역이 넓어 발생하는 이미지의 암부(暗部) 등으로 인해 최적의 컬러조명 조건 도출에 오류가 발생하는 것을 방지하기 위함이다.
이에 따라, 가장 바람직한 것은 도 3에 도시된 바와 같이, 단색 레벨 강도의 전체범위(Rc)에서 상위 5 ~ 15%, 하위 5 ~ 15%를 제외한 중심부 70 ~ 90% 범위 내의 단색 레벨 강도의 유효범위(Rv)에서 최대값을 산출하고, 이 최대값이 최대가 될 때의 컬러조명 조건을 최적의 컬러조명 조건으로 도출하는 것이 가장 바람직하다고 할 수 있다.
여기서 단색 레벨 강도의 전체 범위로부터 제외하는 상ㆍ하위 범위가 5 ~ 15%인 것이 바람직한 이유는, 그 범위가 5% 미만이 경우에는 상술한 바와 같은 핫 픽셀, 포화된 픽셀, 암부의 픽셀 등을 효과적으로 제외할 수 없어서 바람직하지 않고, 그 범위가 15%를 넘는 경우에는 제외되는 범위가 과도하여 유효한 데이터가 제외될 수 있으므로 바람직하지 않기 때문이다.
상기 제어시스템(300)이 이미지 히스토그램의 표준편차 또는 최대값과 각각 비교하여 표준편차 또는 최대값이 가장 큰 이미지 히스토그램의 입력전압 V1 ~ V l (최적 입력전압값)을 찾아내는 것은 다양한 방식이 적용될 수 있다.
먼저, 비교적 간단하게는 소정의 간격으로 조절된 다수의 입력전압의 조합을 복수의 조명부(110)에 각각 인가하면서 각각의 경우의 이미지 히스토그램에 대한 표준편차 또는 최대값을 산출한 후, 각 이미지 히스토그램의 표준편차 또는 최대값을 비교 분석하여, 그 중 표준편차 또는 최대값이 최대가 되는 입력전압값을 최적 입력전압값으로 산출하는 방식이 적용될 수 있다.
예를 들어, 입력전압의 조절 범위가 0 ~ 5V인 경우 각 R, G, B의 조명부(110)에 대한 입력전압을 0.156V 간격으로 조절하여 조합하는 방식으로 다수의 이미지 데이터를 획득하고, 각 이미지 데이터에 대한 이미지 히스토그램의 표준편차 또는 최대값을 비교 분석하여, 그 중 표준편차 또는 최대값이 최대가 되는 입력전압값을 최적 입력전압값으로 산출할 수 있다.
또한, 최적 입력전압값을 찾아내는 다른 방식으로써, 입력전압 변화에 따른 표준편차 또는 최대값의 변화량을 산출하고 이를 고려하여 재조절된 입력전압을 인가하는 작업을 반복하는 경사도법이 적용될 수도 있다.
이 방식은 두 개 이상의 이미지 데이터에 대한 이미지 히스토그램의 표준편차 또는 최대값을 통해 표준편차 또는 최대값의 변화량을 산출하고 극점에서 그 변화량이 0이 되는 것을 이용하는 것으로써, 산출된 표준편차 또는 최대값의 변화량을 고려하여 그 변화량이 0이 되는 방향으로 소정의 크기만큼 재조절된 입력전압을 인가하는 작업을 반복하여 표준편차 또는 최대값이 최대가 되는 극점을 찾는 방식이다.
뿐만 아니라, 최적 입력전압값을 찾아내는 또 다른 방식으로써, 소정의 제1간격으로 조절된 다수의 입력전압을 복수의 조명부에 각각 인가하면서 표준편차 또는 최대값이 가장 큰 입력전압을 기준으로 제1간격보다 작은 제2간격만큼 크거나 작게 조절된 다수의 입력전압을 상기 복수의 조명부에 각각 재인가하면서 각각의 입력전압에 대한 표준편차 또는 최대값을 산출하는 작업을 1회 이상 반복하는 골든 섹션 서치 방법이 적용될 수도 있다.
예를 들어, 입력전압의 조절 범위가 0 ~ 5V인 경우 각 R, G, B의 조명부(110)에 대한 입력전압을 0.5V의 넓은 간격(제1간격)으로 조절 조합하는 방식으로 다수의 이미지 데이터를 획득하고, 각 이미지 데이터에 대한 이미지 히스토그램의 표준편차 또는 최대값을 비교 분석하여, 그 중 표준편차 또는 최대값이 최대가 되는 입력전압값을 산출한 후, 해당 입력전압값을 기준으로 1V 이내의 범위에서만 각 R, G, B의 조명부(110)에 대한 입력전압을 0.156V의 좁은 간격(제2간격)만큼 크거나 작게 조절 인가하여 획득한 다수의 이미지 데이터에 대해 이미지 히스토그램의 표준편차 또는 최대값을 비교 분석하여, 그 중 표준편차 또는 최대값이 최대가 되는 입력전압값을 최적 입력전압값으로 산출할 수 있다.
이러한 경사도법이나 골든 섹션 서치 방법을 적용할 경우, 최적 컬러조명 조건을 도출하기 위해 이미지 데이터 및 이미지 히스토그램을 얻는 횟수를 줄일 수 있으므로, 최적 컬러조명 조건 도출 작업이 더 신속하게 이루어질 수 있다.
물론 상기 제어시스템(300)이 이미지 히스토그램의 표준편차 또는 최대값을 산출하는 방식은 이 외에도 최대값 산출을 위해 고안된 다양한 수학적 방식이 적용될 수 있다.
이하, 도 2 내지 도 5d를 참조하여, 상술한 바와 같은 비전시스템에 의해 수행되는 본 발명의 일실시예에 따른 컬러조명 제어방법을 구체적으로 설명한다.
본 발명의 일실시예에 따른 컬러조명 제어방법은, 최적 컬러조명 조건을 산출하는 방식으로서, 소정의 간격으로 조절된 다수의 입력전압의 조합을 복수의 조명부(110)에 각각 인가하면서 각각의 경우의 이미지 히스토그램에 대한 표준편차 또는 최대값을 산출한 후, 각 이미지 히스토그램의 표준편차 또는 최대값을 비교 분석하여, 그 중 표준편차 또는 최대값이 최대가 되는 입력전압값을 최적 입력전압값으로 산출하는 방식이 적용된 컬러조명 제어방법이다.
먼저, 제어시스템(300)은 소정의 입력전압을 복수의 조명부(110)에 인가하여, 임의의 합성 조명이 검사 대상물(10)에 조사되게 한다(s100).
다음, 카메라(200)는 해당 합성 조명 조건에서의 이미지 데이터를 획득하여 이를 제어시스템(300)에 전달하고(s200), 제어시스템(300)은 전술된 바와 같은 소정의 수식을 통해 해당 이미지 데이터에 대한 이미지 히스토그램을 산출한다(s300).
이어서, 상기 제어시스템(300)은 산출된 이미지 히스토그램의 표준편차 또는 최대값을 산출한다(s400).
이후, 상기 제어시스템(300)은 소정의 간격으로 조절된 모든 조합의 입력전압을 인가하여 이미지 히스토그램의 표준편차 또는 최대값을 산출했는지 여부를 확인하여(s500), 아직 다른 조합의 입력전압을 인가하지 않은 경우에는 소정의 간격으로 조절된 다른 입력전압의 조합을 복수의 조명부(110)에 인가한다(s600).
그리고 상술한 바와 같은 이미지 데이터 획득(s200), 이미지 히스토그램 산출(s300) 및 이미지 히스토그램의 표준편차 또는 최대값 산출(s400) 과정을 반복적으로 수행한다.
이렇게 모든 조합의 입력전압을 인가하여 각각의 이미지 히스토그램의 표준편차 또는 최대값을 산출한 경우에는, 산출된 모든 표준편차 또는 최대값 중에서 가장 큰 표준편차 또는 최대값을 갖는 경우의 입력전압값을 최적 입력전압값(최적의 입력전압 조건)으로 산출한다(s700).
그 후, 이렇게 산출된 최적의 입력전압 조건에 맞게 입력전압을 복수의 조명부(110)에 인가한 상태로 검사를 진행하여, 검사장비의 처리시스템이 최적의 고품질 이미지로써 신속하고 정확하게 양부 판단을 할 수 있다.
실제 도 4는 본 발명의 컬러조명 제어방법으로 도출한 최적의 컬러조명 조건에 따른 합성 조명에 의한 이미지 히스토그램(M)과 빨간색, 녹색, 파란색 각각의 단색 조명에 의한 이미지 히스토그램(R, G, B)을 비교 도시한 그래프이다.
도 4에서 확인할 수 있듯이, 최적의 합성 조명에 의한 이미지 히스토그램(M)이 다른 단색 조명에 의한 이미지 히스토그램(R, G, B)보다 특정 단색 레벨 강도에서의 최대값이 크고 비교적 넓게 분산되어 명암 분포가 커졌으며, 이미지가 더욱 선명해짐으로써 양부 판독이 더 용이하다.
도 5a 내지 도 5c는 R, G, B 각각의 단색 조명을 적용한 실제 이미지이고, 도 5d는 본 발명에 따른 컬러조명 제어방법으로 도출한 최적의 컬러조명 조건을 적용한 실제 이미지인데, 본 발명에 따른 컬러조명 제어방법으로 도출한 최적의 컬러조명 조건을 적용한 경우가 육안으로도 디테일한 구성요소들이 잘 식별되는 것을 확인할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 컬러조명 제어방법은, 최적 컬러조명 조건을 산출하는 방식으로서, 소정의 간격으로 조절된 다수의 입력전압의 조합을 복수의 조명부(110)에 각각 인가하면서 각각의 경우의 이미지 히스토그램에 대한 표준편차 또는 최대값을 산출한 후, 각 이미지 히스토그램의 표준편차 또는 최대값을 비교 분석하여, 그 중 표준편차 또는 최대값이 최대가 되는 입력전압값을 최적 입력전압값으로 산출하는 방식이 적용되었으나, 이미지 히스토그램의 표준편차 또는 최대값이 최대가 되는 최적 컬러조명 조건의 산출 방식은 이에 한정되지 않고 전술된 바와 같이 경사도법, 골든 섹션 서치 방법 등이 자유롭게 적용될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 컬러조명 제어방법은 최적의 고품질 이미지에 대한 기준으로 이미지 히스토그램의 표준편차 또는 최대값을 적용하는 형태만 설명하였으나, 이에 한정되는 것은 아니며 이미지 히스토그램의 최대값을 적용하되, 최대값으로 명확히 최적의 컬러조명 조건이 결정되지 않는 경우 보조적으로 표준편차를 적용하는 형태로 최적의 고품질 이미지에 대한 기준으로 최대값과 표준편차가 함께 적용될 수도 있다.
이상에서 본 발명은 기재된 구체예에 대해서만 상세히 설명되었지만, 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 통상의 기술자에게 있어 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부되어 있는 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.
＊ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ＊
100 : 조명장치 110 : 조명부
120 : 앰프 130 : 광섬유
140 : 믹서부 150 : 연결부
200 : 카메라 210 : 반투명 거울
220 : 광학기구 300 : 제어시스템
10 : 검사 대상물
Rc : 단색 레벨 강도의 전체범위
Rv : 단색 레벨 강도의 유효범위
M : 최적의 컬러조명 조건에 따른 합성 조명에 의한 이미지 히스토그램
R : 빨간색 조명에 의한 이미지 히스토그램
G : 녹색 조명에 의한 이미지 히스토그램
B : 파란색 조명에 의한 이미지 히스토그램

Claims (11)

  1. 서로 다른 파장의 광을 검사 대상물에 조사하는 복수의 조명부와 상기 조명부에 인가되는 입력전압을 각각 조절하여 광 조사 세기를 제어하는 조명제어부를 갖는 조명장치 및 상기 검사 대상물을 촬영하여 단색의 디지털 이미지를 생성하는 카메라를 포함하는 비전시스템의 컬러조명 제어방법에 있어서,
    소정의 입력전압을 상기 복수의 조명부에 각각 인가하는 (a) 단계;
    상기 카메라를 통해 이미지 데이터를 획득하는 (b) 단계;
    상기 이미지 데이터를 통해 단색 레벨 강도 각각에 해당되는 픽셀의 개수를 표시한 분포 그래프인 이미지 히스토그램을 산출하는 (c) 단계;
    상기 이미지 히스토그램의 표준편차를 산출하는 (d) 단계; 및
    소정의 입력전압의 조절 범위 내에서 상기 표준편차가 최대가 되는 상기 복수의 조명부 각각에 대한 최적 입력전압값을 산출하는 (e) 단계;
    를 포함하는 비전시스템의 이미지 품질 향상을 위한 컬러조명 제어방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 (e) 단계는,
    소정의 간격으로 조절된 다수의 입력전압을 상기 복수의 조명부에 각각 인가하면서 각각의 입력전압에 대해, 상기 (b), (c) 및 (d) 단계를 반복적으로 거쳐, 그 중 상기 표준편차가 최대가 되는 입력전압값을 상기 최적 입력전압값으로 산출하는 단계;
    인 것을 특징으로 하는 비전시스템의 이미지 품질 향상을 위한 컬러조명 제어방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 (e) 단계는,
    입력전압 변화에 따른 상기 표준편차의 변화량을 산출하고 이를 고려하여 재조절된 입력전압을 인가하는 작업을 반복하는 경사도법(steepest decent method)을 통해 상기 표준편차가 최대가 되는 상기 최적 입력전압값을 산출하는 단계;
    인 것을 특징으로 하는 비전시스템의 이미지 품질 향상을 위한 컬러조명 제어방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 (e) 단계는,
    소정의 제1간격으로 조절된 다수의 입력전압을 상기 복수의 조명부에 각각 인가하면서 상기 표준편차가 가장 큰 입력전압을 기준으로 상기 제1간격보다 작은 제2간격만큼 크거나 작게 조절된 다수의 입력전압을 상기 복수의 조명부에 각각 재인가하면서 각각의 입력전압에 대한 상기 표준편차를 산출하는 작업을 1회 이상 반복하는 골든 섹션 서치 방법(Golden section search method)을 통해 상기 표준편차가 최대가 되는 상기 최적 입력전압값을 산출하는 단계;
    인 것을 특징으로 하는 비전시스템의 이미지 품질 향상을 위한 컬러조명 제어방법.
  5. 서로 다른 파장의 광을 검사 대상물에 조사하는 복수의 조명부와 상기 조명부에 인가되는 입력전압을 각각 조절하여 광 조사 세기를 제어하는 조명제어부를 갖는 조명장치 및 상기 검사 대상물을 촬영하여 단색의 디지털 이미지를 생성하는 카메라를 포함하는 비전시스템의 컬러조명 제어방법에 있어서,
    소정의 입력전압을 상기 복수의 조명부에 각각 인가하는 (a') 단계;
    상기 카메라를 통해 이미지 데이터를 획득하는 (b') 단계;
    상기 이미지 데이터를 통해 단색 레벨 강도 각각에 해당되는 픽셀의 개수를 표시한 분포 그래프인 이미지 히스토그램을 산출하는 (c') 단계;
    상기 이미지 히스토그램의 최대값을 산출하는 (d') 단계; 및
    소정의 입력전압의 조절 범위 내에서 상기 최대값이 최대가 되는 상기 복수의 조명부 각각에 대한 최적 입력전압값을 산출하는 (e') 단계;
    를 포함하는 비전시스템의 이미지 품질 향상을 위한 컬러조명 제어방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 (d') 단계는,
    상기 단색 레벨 강도의 전체 범위 중 하위 85 ~ 95% 범위 내에서 상기 최대값을 산출하는 단계;
    인 것을 특징으로 하는 비전시스템의 이미지 품질 향상을 위한 컬러조명 제어방법.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 (d') 단계는,
    상기 단색 레벨 강도의 전체 범위 중 상위 85 ~ 95% 범위 내에서 상기 최대값을 산출하는 단계;
    인 것을 특징으로 하는 비전시스템의 이미지 품질 향상을 위한 컬러조명 제어방법.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 (d') 단계는,
    상기 단색 레벨 강도의 전체 범위 중 상위 5 ~ 15% 및 하위 5 ~ 15%를 제외한 중심부 70 ~ 90% 범위 내에서 상기 최대값을 산출하는 단계;
    인 것을 특징으로 하는 비전시스템의 이미지 품질 향상을 위한 컬러조명 제어방법.
  9. 제5항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 (e') 단계는,
    소정의 간격으로 조절된 다수의 입력전압을 상기 복수의 조명부에 각각 인가하면서 각각의 입력전압에 대해, 상기 (b'), (c') 및 (d') 단계를 반복적으로 거쳐, 그 중 상기 최대값이 최대가 되는 입력전압값을 상기 최적 입력전압값으로 산출하는 단계;
    인 것을 특징으로 하는 비전시스템의 이미지 품질 향상을 위한 컬러조명 제어방법.
  10. 제5항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 (e') 단계는,
    입력전압 변화에 따른 상기 표준편차의 변화량을 산출하고 이를 고려하여 재조절된 입력전압을 인가하는 작업을 반복하는 경사도법(steepest decent method)을 통해 상기 최대값이 최대가 되는 상기 최적 입력전압값을 산출하는 단계;
    인 것을 특징으로 하는 비전시스템의 이미지 품질 향상을 위한 컬러조명 제어방법.
  11. 제5항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 (e') 단계는,
    소정의 제1간격으로 조절된 다수의 입력전압을 상기 복수의 조명부에 각각 인가하면서 상기 최대값이 가장 큰 입력전압을 기준으로 상기 제1간격보다 작은 제2간격만큼 크거나 작게 조절된 다수의 입력전압을 상기 복수의 조명부에 각각 재인가하면서 각각의 입력전압에 대한 상기 표준편차를 산출하는 작업을 1회 이상 반복하는 골든 섹션 서치 방법(Golden section search method)을 통해 상기 최대값이 최대가 되는 상기 최적 입력전압값을 산출하는 단계;
    인 것을 특징으로 하는 비전시스템의 이미지 품질 향상을 위한 컬러조명 제어방법.
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