KR20160049571A - 결함 검사 시스템 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 결함 검사 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 대상물의 영상을 복수의 소정의 초점거리로 취득하는 영상 획득부, 상기 영상 획득부에서 취득한 대상물의 영상들을 소정의 균일한 크기로 분할하는 영상 분할부와, 상기 영상 분할부에서 분할된 대상물의 영상들에 대하여 분할 영역별로 가장 높은 MTF(Modulation Transfer Function, 변조 전달 함수) 값을 가진 영상들을 취합하여 하나의 재조합 영상을 만드는 영상 재조합부로 구성되는 영상 처리부 및 상기 영상 재조합부에서 재조합된 영상에서 잡음을 제거하는 필터링부와, 상기 필터링부에 의해 필터링된 영상을 레이블링(labeling) 검색하여 대상물 상면의 결함을 검출하는 결함 검출부와, 상기 결함 검출부에 의해 검출된 결함의 존재 여부와 크기, 개수 등을 고려하여 대상물의 불량 유무를 판단하는 불량 판단부를 포함함으로써, 렌즈 표면에서 다수의 이물 또는 얼룩이 발견되는 경우 렌즈의 불량 여부를 정확하고 신속하게 판별할 수 있다.

Description

결함 검사 시스템 및 방법{SYSTEM AND METHOD FOR INSPECTING DEFECTS}
본 발명은 결함 검사 시스템 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 다수의 초점 영상을 취득하여 하나의 영상으로 재조합함으로써 카메라 구면 렌즈 등의 결함의 크기와 개수를 신속하고 정확하게 자동으로 검출하는 결함 검사 시스템 및 방법에 관한 것이다.
오늘날 많은 종류의 모바일 기기에 카메라 기능을 포함한 카메라 렌즈는 필수 요소이다. 이러한 모바일 카메라에 적용되는 렌즈 어셈블리는 렌즈 표면에 이물이나 얼룩이 포함되는 등 제품의 생산 단계에서 많은 불량률로 인해서 생산 업체에 많은 문제점을 안기고 있다.
이러한 문제점을 극복하기 위해 PC 또는 컴퓨터와 영상 처리 기술을 활용하여 자동으로 이물 또는 얼룩을 검출하는 모바일 카메라 검사 시스템의 중요성이 점점 증가하고 있다. 모바일 카메라 검사 시스템은 카메라 렌즈 촬영 시 한 장의 영상으로는 렌즈 전체의 이물을 탐지하기 힘들기 때문에 초점 거리를 분할하여 복수의 이미지를 취득한 후 영상 처리를 통해 이물의 개수와 제품의 사용 가능 여부 등을 파악하는데, 이때 영상 처리 방식에 따라 이물의 실제 크기를 제대로 반영하지 못하는 문제가 있다.
또한, 모바일 카메라의 렌즈 어셈블리에서는 이물의 크기가 불량 요소의 주요 요소가 되는데 이는 최적 초점면에서만 정확한 크기를 확인할 수 있으며, 렌즈에 복수의 이물이 존재하는 경우 각각의 크기를 확인하는 것은 비효율적이다. 그런데, 종래의 모바일 카메라 검사 기술에서 심도(深度)가 깊은 렌즈를 사용하여 한 장의 영상에서 모든 이물을 검출하는 방식은 빠른 검사 속도를 가지나 심도가 깊은 특수 렌즈가 필요하며 정확성이 떨어진다는 단점을 가지고, 발견된 이물별로 최적 초점면을 탐색하는 방식은 이물이 적을 경우 빠른 검사 속도를 가지고 정확도가 높으나 이물이 많을수록 반복된 탐색이 필요하여 검사 속도가 느려진다는 단점이 있다.
이에, 구면 렌즈의 표면을 촬영한 복수의 영상들을 취합하여 모든 발견된 이물에 대한 정확한 크기를 측정하고, 이물의 크기와 개수에 대한 평가를 통해 렌즈의 불량 여부를 판별할 수 있는 카메라 검사 기술이 필요하다.
대한민국 공개특허공보 제10-2008-0009943호(공개일 2008.01.30.) 대한민국 공개특허공보 제10-2012-0122316호(공개일 2012.11.07.)
따라서, 본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 본 발명의 목적은 렌즈 표면에 다수의 이물 또는 얼룩이 존재하는 경우 모든 이물의 최적 초점면을 찾아 선명한 통합 영상을 생성함으로써 정확하고 신속한 이물 검사가 가능한 결함 검사 시스템 및 방법을 제공하는데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 결함 검사 시스템은, 대상물의 영상을 복수의 소정의 초점거리로 취득하는 영상 획득부, 상기 영상 획득부에서 취득한 대상물의 영상들을 소정의 균일한 크기로 분할하는 영상 분할부와, 상기 영상 분할부에서 분할된 대상물의 영상들에 대하여 분할 영역별로 가장 높은 MTF(Modulation Transfer Function, 변조 전달 함수) 값을 가진 영상들을 취합하여 하나의 재조합 영상을 만드는 영상 재조합부로 구성되는 영상 처리부 및 상기 영상 재조합부에서 재조합된 영상에서 잡음을 제거하는 필터링부와, 상기 필터링부에 의해 필터링된 영상을 레이블링(labeling) 검색하여 대상물 상면의 결함을 검출하는 결함 검출부와, 상기 결함 검출부에 의해 검출된 결함의 존재 여부와 크기, 개수 등을 고려하여 대상물의 불량 유무를 판단하는 불량 판단부를 포함한다.
바람직하게는, 상기 MTF는, 하기 수식 1과 같이 영상의 최고 명암도와 최저 명암도를 이용하여 구한다.
(수식 1)
Figure pat00001
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 결함 검사 방법은, 영상 획득부가 대상물 상면을 복수의 소정의 초점거리로 촬영하여 대상물의 영상을 획득하는 단계, 영상 분할부가 상기 영상 획득부에서 취득한 대상물이 영상들을 소정의 균일한 크기로 분할하는 단계, 상기 영상 분할부에서 분할된 대상물의 영상들에 대하여 분할 영역별로 가장 높은 MTF(Modulation Transfer Function, 변조 전달 함수) 값을 가진 영상들을 취합하여 하나의 재조합 영상을 만드는 단계, 필터링부가 상기 영상 재조합부에서 재조합된 영상에서 잡음을 제거하는 단계, 결함 검출부가 상기 필터링부에 의해 필터링된 영상을 레이블링(labeling) 검색하여 대상물의 상면의 결함을 검출하는 단계 및 불량 판단부가 상기 결함 검출부에 의해 검출된 결함의 존재 여부와 크기, 개수 등을 고려하여 대상물의 불량 유무를 판단하는 단계를 포함한다.
바람직하게는, 상기 MTF는, 하기 수식 2와 같이 영상의 최고 명암도와 최저 명암도를 이용하여 구한다.
(수식 2)
Figure pat00002
상술한 바와 같이, 본 발명에 의한 결함 검사 시스템 및 방법에 따르면, 렌즈 표면에서 다수의 이물 또는 얼룩이 발견되는 경우 복수의 영상들을 취합하여 모든 발견된 이물에 대한 정확한 크기를 측정하여 이물의 크기와 개수에 대한 평가를 통해 렌즈의 불량 여부를 정확하고 신속하게 판별할 수 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예를 실시하기 위한 전체 시스템 구성의 일례를 도시한 블록 구성도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 의한 영상 처리부(200)의 블록 구성도이다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 일 실시예에 의한 영상 획득부에 의해 획득된 대상물 상면의 이미지로서, 동일한 렌즈에서 초점에 따라 다르게 보이는 이물들을 표현한 그림이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 영상 처리부에 의해 재조합되어 하나의 영상에 모든 이물이 표현된 것을 나타내는 그림이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 의한 영상 해석부의 블록 구성도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 의한 결함 검사 과정을 도시한 흐름도이다.
이하, 본 발명의 결함 검사 시스템에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예를 실시하기 위한 전체 시스템 구성의 일례를 도시한 블록 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명이 적용되는 전체 결함 검사 시스템은, 제품의 생산 과정에서 발생하는 결함을 빠르고 정확하게 검사할 수 있도록, 대상물의 이미지를 취득하는 영상 획득부(100), 영상 획득부(100)가 취득한 대상물의 영상에 이미지 처리 소프트웨어를 활용하여 필요한 처리를 수행하는 영상 처리부(200) 및 상기 영상 처리부(200)의 영상 처리 결과를 바탕으로 대상물에 결함이 있는지 여부를 판별하는 영상 해석부(300)를 포함하여 이루어진다.
영상 획득부(100)는 대상물의 상면으로부터 이격되어 배치되고 대상물의 상면을 향해 빛을 조사하는 조명부(110), PC 등에 의해 제어되는 X, Y, Z 축의 3축 로봇에 장착되어 대상물의 상면으로부터 이격되어 배치되고 조명부로부터 조사되어 대상물의 상면에서 반사된 빛을 이용하여 영상을 촬영하는 촬영부(120), 조명부 및 촬영부를 대상물의 상면과 이격된 Z축 상에서 움직이도록 미세구동 가능한 구동부(130)를 포함하여, 검사하려는 대상물의 상면 이미지를 소정의 다양한 초점거리로 취득하고 취득한 이미지를 영상 처리부(200)에 전송한다.
영상 처리부(200)는 영상 획득부(100)가 취득한 대상물의 영상에 이미지 처리 소프트웨어를 활용하여 필요한 처리를 수행하고 그러한 이미지를 영상 해석부(300)에 전송하는 구성으로서, 영상 획득부(100)로부터 전송된 대상물의 이미지들을 영상의 크기에 따라 소정의 균일한 크기로 분할하는 영상 분할부(210) 및 영상 획득부(100)에서 획득되고 영상 분할부(210)에서 분할된 모든 영상에 대하여 분할 영역별로 가장 높은 MTF(Modulation Transfer Function, 변조 전달 함수) 값을 가진 영상들을 취합하여 하나의 재조합 영상을 만드는 영상 재조합부(220)를 포함하여 이루어진다. 영상 처리부(200) 각 부의 자세한 구성은 아래 도 2에서 설명된다.
영상 해석부(300)는 영상 처리부(200)에서 전송된 대상물의 이미지로부터 결함을 추출함으로써 불량 유무를 판별하는 구성으로서, 영상 처리부(200)로부터 전송된 대상물의 이미지에서 잡음을 제거하고 결함에 관련된 정보만을 남기는 필터링부(310), 필터링부(310)에 의해 필터링된 영상을 레이블링 검색하여 대상물 상면의 이물 또는 얼룩 등의 결함을 검출하는 결함 검출부(320) 및 결함 검출부(320)에 의해 검출된 결함의 존재 여부와 크기, 개수 등을 고려하여 대상물의 불량 유무를 판단하는 불량 판단부(330)를 포함하여 이루어진다. 영상 해석부(300) 각 부의 자세한 구성은 아래 도 5에서 설명된다.
도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 의한 영상 처리부(200)의 블록 구성도이다. 그리고, 도 3a 및 도 3b는 본 발명의 일 실시예에 의한 영상 획득부에 의해 획득된 대상물 상면의 이미지로서, 동일한 렌즈에서 초점에 따라 다르게 보이는 이물들을 표현한 그림이며, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 영상 처리부에 의해 재조합되어 하나의 영상에 모든 이물이 표현된 것을 나타내는 그림이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 영상 처리부(200)는 영상 분할부(210) 및 영상 재조합부(220)를 포함하여, 영상 획득부(100)가 취득한 대상물의 영상에 이미지 처리 소프트웨어를 활용하여 필요한 처리를 수행하고 그러한 이미지를 영상 해석부(300)에 전송한다.
먼저, 영상 분할부(210)는 영상 획득부(100)로부터 전송된 대상물의 이미지들을 영상의 크기에 따라 소정의 균일한 크기로 분할한다. 이때, 분할된 영상의 각 영역의 크기는 동일하며, 개수는 영상의 크기에 따라 적절한 개수를 정할 수 있다.
다음으로, 영상 재조합부(220)는 영상 분할부(210)에서 분할된 영상의 각 영역의 명암도 값을 이용하여 MTF를 계산하고, 영상 획득부(100)에서 획득한 모든 영상에 대하여 분할 영역별로 가장 높은 MTF 값을 가진 영상들을 취합하여 하나의 재조합 영상을 만든다.
MTF는 피사체의 미세한 부분의 재현 능력을 평가하는 파라미터(parameter)의 하나로서, 수학식 1과 같이 영상의 최고 명암도와 최저 명암도를 이용하여 구하며, 이때 필요에 의해 가중치를 부여할 수도 있다.
Figure pat00003
도 5는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 의한 영상 해석부의 블록 구성도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 영상 해석부(300)는 필터링부(310), 결함 검출부(320) 및 불량 판단부(330)를 포함하여, 영상 처리부(200)에서 전송된 대상물의 이미지로부터 결함을 추출함으로써 불량 유무를 판별한다.
필터링부(310)는 저역 통과 필터와 고역 통과 필터를 이용하여 영상에서 외곽선 검출의 잡음 반응을 줄인 후 얼룩 또는 이물에 관련된 정보만을 남긴다.
결함 검출부(320)는 필터링부(310)에 의해 필터링된 영상을 레이블링 검색하여 대상물 상면의 이물 또는 얼룩 등의 결함을 검출한다.
여기서, 레이블링(labeling)이란 인접한 화소에 모두 같은 번호를 붙이고 연결되지 않은 다른 성분에는 다른 번호를 붙이는 것으로서, 구체적으로 본 발명의 일 실시예에 의한 결함 검출부(320)는 필터링부(310)에 의해 필터링된 이미지의 모든 화소를 탐색하여 4-연결성(4-connected)이나 8-연결성(8-connected) 등으로 연결 관계를 이용함으로써 번호를 매겨 각 객체를 구분한다.
불량 판단부(330)는 결함 검출부(320)에 의해 검출된 결함의 존재 여부와 크기, 개수 등을 고려하여 대상물의 불량 유무를 판단한다. 예를 들면, 결함 검출부(320)는 결함이 3개 이상일 경우, 결함의 크기가 소정의 조건을 초과하는 경우, 2개의 결함 간의 거리가 소정의 조건 미만인 경우 불량으로 판정한다.
그러면, 여기서 상기와 같이 구성된 시스템을 이용한 본 발명의 결함 검사 방법에 대해 설명하기로 한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 의한 결함 검사 과정을 도시한 흐름도이다.
도 6을 참조하면, 먼저 영상 획득부(100)는 검사하려는 대상물 상면을 복수의 소정의 초점거리로 촬영하여 대상물 이미지를 취득하고 이를 영상 처리부(200)로 전송한다(S601).
다음으로, 영상 처리부(200)의 영상 분할부(210)는 영상 획득부(100)로부터 전송된 복수의 이미지를 영상의 크기에 따라 소정의 균일한 크기로 분할하고(S602), 다음 단계로 진행한다.
단계 S603에서, 영상 처리부(200)의 영상 재조합부(220)는 영상 획득부(100)에서 획득되고 영상 분할부(210)에서 분할된 모든 영상에 대하여 분할 영역별로 가장 높은 MTF(Modulation Transfer Function, 변조 전달 함수) 값을 가진 영상들을 취합하여 하나의 재조합 영상을 만든다.
그리고, 영상 처리부(300)의 필터링부(310)가 저역 통과 필터와 고역 통과 필터를 이용하여 영상에서 외곽선 검출의 잡음 반응을 줄인 후 얼룩 또는 이물에 관련된 정보만을 남긴 후(S604), 결함 검출부(320)가 필터링부(310)에 의해 필터링된 영상을 레이블링 검색하여 대상물 상면의 이물 또는 얼룩 등의 결함을 검출하고(S605), 다음 단계 S605로 진행한다.
마지막으로, 단계 S605에서는 불량 판단부(330)가 결함 검출부(320)에 의해 검출된 결함의 존재 여부와 크기, 개수 등을 고려하여 대상물의 불량 유무를 판단한다(S606).
이상에서 몇 가지 실시예를 들어 본 발명을 더욱 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 반드시 이러한 실시예로 국한되는 것이 아니고 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변형실시될 수 있다.
100 : 영상 획득부 110 : 조명부
120 : 촬영부 130 : 구동부
200 : 영상 처리부 210 : 영상 분할부
220 : 영상 재조합부 300 : 영상 해석부
310 : 필터링부 320 : 결함 검출부
330 : 불량 판단부

Claims (4)

  1. 대상물의 영상을 복수의 소정의 초점거리로 취득하는 영상 획득부,
    상기 영상 획득부에서 취득한 대상물의 영상들을 소정의 균일한 크기로 분할하는 영상 분할부와, 상기 영상 분할부에서 분할된 대상물의 영상들에 대하여 분할 영역별로 가장 높은 MTF(Modulation Transfer Function, 변조 전달 함수) 값을 가진 영상들을 취합하여 하나의 재조합 영상을 만드는 영상 재조합부로 구성되는 영상 처리부 및
    상기 영상 재조합부에서 재조합된 영상에서 잡음을 제거하는 필터링부와, 상기 필터링부에 의해 필터링된 영상을 레이블링(labeling) 검색하여 대상물 상면의 결함을 검출하는 결함 검출부와, 상기 결함 검출부에 의해 검출된 결함의 존재 여부와 크기, 개수 등을 고려하여 대상물의 불량 유무를 판단하는 불량 판단부를 포함하는 결함 검사 시스템.
  2. 청구항 제1항에서,
    상기 MTF는,
    하기 수식 1과 같이 영상의 최고 명암도와 최저 명암도를 이용하여 구하는 결함 검사 시스템.
    (수식 1)
    Figure pat00004

  3. 영상 획득부가 대상물 상면을 복수의 소정의 초점거리로 촬영하여 대상물의 영상을 획득하는 단계,
    영상 분할부가 상기 영상 획득부에서 취득한 대상물이 영상들을 소정의 균일한 크기로 분할하는 단계,
    상기 영상 분할부에서 분할된 대상물의 영상들에 대하여 분할 영역별로 가장 높은 MTF(Modulation Transfer Function, 변조 전달 함수) 값을 가진 영상들을 취합하여 하나의 재조합 영상을 만드는 단계,
    필터링부가 상기 영상 재조합부에서 재조합된 영상에서 잡음을 제거하는 단계,
    결함 검출부가 상기 필터링부에 의해 필터링된 영상을 레이블링(labeling) 검색하여 대상물의 상면의 결함을 검출하는 단계 및
    불량 판단부가 상기 결함 검출부에 의해 검출된 결함의 존재 여부와 크기, 개수 등을 고려하여 대상물의 불량 유무를 판단하는 단계를 포함하는 결함 검사 방법.
  4. 청구항 제3항에서,
    상기 MTF는,
    하기 수식 2와 같이 영상의 최고 명암도와 최저 명암도를 이용하여 구하는 결함 검사 방법.
    (수식 2)
    Figure pat00005
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