WO1999052072A1

WO1999052072A1 - Dispositif et procede de traitement d'images, support de stockage de programme pour traitement d'images, et dispositif d'inspection

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Publication number: WO1999052072A1
Application number: PCT/JP1999/001845
Authority: WO
Inventors: Shiro Fujieda
Original assignee: Omron Corporation
Priority date: 1998-04-07
Filing date: 1999-04-07
Publication date: 1999-10-14
Also published as: KR100361244B1; EP0996091A1; EP2264671A1; KR20010013521A; EP0996091A4; EP0996091B1; US7239740B1; JP3548748B2; EP2264671B1

Description

明

画像処理装置および方法，画像処理のためのプログラムを記憶した媒体，ならびに検査装置

技術分野

この発明はグレイ · レベ糸ル画像の画像処理装置およ田

び方法，画像処理のためのプログラムを記憶した媒体 , ならびに対象物の有無，位置，形状，方向等の検査装置に関する。

背景技術

グレイ · レベル画像上で所与の輪郭形状を有する対象物を認識処理する場合，従来，認識対象のグレイ · レベル画像を所定のしきい値で 2 値化する方法がある。この 2 値化データに基づく認識処理は，照明変動やシエーディングなどの影響を受けやすい。特に基板上のはんだ付け部位のボイド検査のように X 線透過画像を処理する場合には，画像上に多数のノイズがのって対象物と背景部分とのコントラストが悪くなり，認識不可能な状態に陥ることもある。

グレイ . レベル画像に対し対象物のモデル画像を用いて正規化相関演算処理を実施し，対象物の位置を認識する方法がある。正規化相関演算を用いた認識処理は，あらかじめ対象物のモデル画像を設定する必要があるため，対象物の大きさが種々変動するような場合には不向きである。また画像上の各走査位置において , 正規化相関演算を実施する必要があるため，ハードウェア構成や処理時間の増大を招く。特に対象物の向きを計測するには，モデル画像を所定角度ずつ回転させて，各回転角度位置毎に正規化相関演算を実施する必要があり，装置構成や処理がますます複雑化するという問題がある。

基板上のチップ部品のように，角を有する輪郭形状の対象物の位置や向きを計測するために，画像上のェッジを追跡して対象物の輪郭線に相当する直線を特定し，その後，各直線の方程式を求め，さらにこれら方程式により求められる複数の直線の交点位置を，部品の位置として認識する方法を用いることもある。しかし，この方法もエッジ追跡，方程式の演算等，処理が複雑になる。

境界線の形状が点対称となる対象物や，少なくとも 2 組の向かい合う辺が平行となる多角形のような対象物について，画像上に現れる各エッジのエッジ方向を用いて対象物の位置や形状を計測する方法が提案されてレ、る（特開平 9 — 2 2 9 6 4 6号公報）。

この方法によれば，照明変動の影響を受けたり，装置構成を複雑化させることなく，対象物の代表点を精度良く抽出することができる。しかしな力らこの方法では，点対称または少なくとも 2 組の向かい合う辺が平行となる多角形に認識対象が限定されるので，輪郭形状が非対称となる対象物を認識するのは不可能である。また最終的に求められる代表点は対象物の輪郭内部の点であるので，多角形の対象物の角の抽出や，対象物の向きを計測するための処理への適用は困難である。発明の開示

この発明は，コントラストの低い画像，ノイズを含む画像であっても安定した画像処理を行なえるようにすることを目的とする。

この発明はまた，モデル画像の設定が不要となり，オペレータによる操作を簡便にすることを目的とするこの発明はさらに，構成および処理を簡素にすることを目的とする。

この発明はさらに対象物の制限をできるだけ少なくすることを目的とする。

この発明による画像処理装置は，複数の画素を含み，各画素がレベル . デ一夕を持つ，所与の画像データにおいて，処理単位のレベル勾配の少なくとも方向を算出する勾配算出手段，上記勾配算出手段によって算 . - ^ J- '

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もう一つの例を示すと，第 2 a 図に示すように，方形を表わす画像（対象物の画像）があり，方形の内部が相対的に明るく，背景が相対的に暗いとする。方形の輪郭線 C を表わす画素において零でないレベル勾配が算出される。零でないレベル勾配の方向は輪郭線 C に垂直な方向である。零でないレベル勾配が算出された画素からレベル勾配の方向に垂直な 2 つの方向に所定の長さの線分 L を生成したとすると，第 2 b 図に示すように，輪郭線 C と重なる線分 L や輪郭線 C の延長上に延びる線分 L が描画される。方形の存在，その輪郭線 C の位置，方形の方向等が明瞭になる。

線分画像記憶手段に記憶された線分画像データに基づいて画像処理，たとえば，後述する対象画像の検出または認識（存在の検出，位置の検出，方向の検出），線分画像の表示が行なわれる。

この発明によると，所与の画像上において処理単位 ( たとえば画素）ごとに画像データのレベル勾配が算出され，算出されたレベル勾配の方向に対応する方向と所与の長さとを持つ線分を表わす線分画像が得られる。輪郭が必ずしも明瞭でない画像であっても明瞭な線分が得られる。したがって，コントラストの低い画像，ノイズを含む画像であっても，安定な画像処理が Γ5 Γι i ' 一 ^ 凝画 W ¾ ¾ ：） ^ : ¾ 凝鬍

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この発明の好ましい一実施態様においては，上記の処理領域を設定する手段がさらに設けられる。

この設定手段には種々の形態がある。その一は，表示装置上に入力画像デ一夕によって表わされる画像を表示し，この表示画面上において，処理の対象となる部分（対象画像を含む領域）をカーソル等を用いて指定するものである。設定手段は表示装置と，カーソノレを移動させる入力を与える入力装置とから構成されよう。

その二は，あらかじめ定められた位置にあらかじめ定められた（または入力された）大きさの領域を設定するものである。この場合には設定手段は位置および大きさを記憶する手段と，この記憶手段に基づいて処理領域を画像デ一夕上で定める手段とから構成されよ Ό 。

線分生成手段によって生成される線分はグレイ · レベル（ 2 ビット以上）の画像データによって表わすこともできるし， 2 値レベルの画像データによって表わすこともできる。線分をグレイ · レベルで表わした場合にそのレベルは固定でも，可変でもよい。 2 値レべルの場合には，線分画像データは 1 または 0 のいずれかの値をとる。線分画像データは，線分の始点（座標

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点（座標）およびレベル（値）を表わすデータても表現することができる。しい実施態様においては，上記勾配算出手段は勾配の方向に力口えてレベル勾配の大きさを算出この場合に，線分生成手段は，算出されたレべの大きさに応じたレベル（明るさ，暗さ，また

( 色の濃度を含む） ) を持つ線分画像データをるものであることが好ましい。このことによつ解象線ルが勾ルか上い }いレ

ベル勾配の大きさに応じたレベルで線分が描画場で配勾分述べ変か。てさら

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多数の線分の画像を記憶する線分画像記憶手段への線分画像データの記憶のやり方には 2 通りある。

その一は，各画素について，既に記憶している線分画像データ（レベル ' デ一夕）（ 0 を含む）に，新たな線分画像データ（レベル · デ一夕）を加算し，加算結果を記憶するものである。線分画像記憶手段は加算手段を含むことになる。このやり方は，線分画像デー夕をグレイ · レベルで表わした場合， 2 値レベルで表わした場合のいずれにも適用できる。上記の力 Q 算とは，新たな線分画像データを換算して（たとえば係数を乗じるなど）力 Π 算することを含む。線分が重なって描画される画素については，線分が重なる毎に画像デー夕のレベルが増大して（累積されて）いく。

その二は，力 Q 算処理をすることなく新たな線分画像データを記憶するものである。結果として，線分画像データを表わす画像データ（ 0 を除く）が既に記憶されている画素については記憶データはそのまま維持される（新たな線分画像データを上書きしても，書込ま m ' ?! Γ} ti ω r ° ¾ - ? $ ：? α 鹅 -

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S^8lO/66Jf/lDd ΖΖ,0Ζ£66 O ベル勾配の方向とを用いて始点と終点の位置を算出し , 算出されたレベル勾配の方向に対応する方向に，算出された始点から終点までの線分 L を生成する。

第 3 b 図は距離 d として円の半径よりも小さく 0 ではない値を採用し，距離 D として円の半径よりも大きくかつ直径よりも小さい値を採用した場合に描画される線分 L の例を示している。第 3 c 図は，距離 d と D をともに円の半径に等しい値に設定した例を示してレ、る。生成される線分 L は点（ 1 画素）となる（点も線分に含まれることとする）。第 3 d 図は d = 0 , D = oo ( 無限大）とした場合で，かつ線分を円の外側に描いた例である。円を内部に含む処理領域 W が設定されており，処理領域 W の境界が距離 = 無限大の位置である。処理単位の位置から長さ無限大の線分を描くと表現することもできる。

線分の長さ，距離 d ， D 等は処理目的に応じて定めればよい。

好ましい実施態様では，線分の長さ，距離 d ， D 等を設定または入力する手段がさらに設けられる。禾り用者はこれらの値を設定または入力する操作で足りるので，操作が容易である。もちろん，これらの値は処理目的に応じてあらかじめ設定しておいてもよい。

特定の形状または大きさ（許容された範囲内の形状または大きさ）を持つ対象画像の存在の有無の検出， ° つ ^ « 5? ^ ¾ ¥ ri ¾ ^ ¾ ¾ ΐ ¾ 「i余？ ^ ? 、i ^ ¾ ¾ » 、つ ω ¾ ^ _s 1 ¥ ¾ ω ( ¾ ¾ ¾ ) — 凝画 ^ 翳

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15 半径検査，真円度検査に適用することができる。

したがって，後述するように，被検査対象についての画像を表わす画像データを，特定の形状を持つ対象物の存在と位置，画像データ · レベルの変化として現れる欠陥領域の存在と位置等の検査に用いることがでぎる。

上記の画像処理装置によると，円形または対象物の位置は必ずしも充分に正確に特定されるとは限らない。しかしながら，所定の円形または対象物の少なくとも存在とそのおおよその位置が判明するので，正確な位置，形状を特定することが必要であれば，エッジ抽出法等の他の方法を用いればよい。

さらに他の応用例としては，角が丸く面取りされた対象物の面取り半径（曲率半径）の検査がある。この場合には，面取り半径の公差の最小値を d ，最大値を D とすればよい。このことにより，面取り半径が公差内にある場合にのみ，線分が密集する，または最大レベルが所定しきい値を超える。

第 2 b 図に示す例においては，方形の輪郭線および角において線分が密集する，または最大レベルがしきい値を超える。したがって，方形または対象物の直線状の輪郭，角で代表される 2 つ以上の直線の交点の存在と位置，配置方向等を検出することができる。これは，寸法検査，面積検査，重心位置検査，方向（主軸 ^ ^ c- f ^ 一 ^ 專画意

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発明はさらに，上ベての画像処理を実方法，および上述ての画像処理をコン夕に実行させるよピュー夕を制御するラムを記録した媒している。発明による画像処別の観点から規定す次のように表現さなわち，この発明に像処理装置は , 与画像データにおいてル勾配が所定値以複数のエツジを抽出段，抽出されたェ向に対応する方向に線分を各エツジに定する手段，および線分の交点の有無置を検出する手段をいるものである。の方向は，代表的には，エッジの方向に直交すまたはェッジの方向と同じ方向である。上の少なくとも 2 点についてエッジを検出し，設定することによりその交点の有無を判別することができ，交点が有る場合にはその位置を算出することができる。一または複数の交点を検出することによって対象画像の形状，位置，方向等を判別できる。

この発明はさらに，上述した各種の検査を行なうのに適した検査装置を提供している。

この検査装置は，検査対象物を表わす画像データを入力する画像入力手段，上記入力画像データにおいて，処理単位のレベル勾配の少なくとも方向を算出し，算出したレベル勾配の方向に対応する方向を持つ線分を表わす線分画像データを生成する手段，および生成された線分画像データに基づいて，線分画像が密集または重なった箇所の有無と位置を検出する手段を備えているものである。

上記のレベル勾配の方向に対応する方向は，代表的には，レベル勾配の方向またはレベル勾配の方向に垂直な方向である。レベル勾配の大きさが所定値以上のものについてのみ線分を生成することが好ましい。

線分画像が密集している箇所とは先に述べた通りである。線分画像が重なった箇所とは，線分の交点の画素，線分画像デ一夕の累積値が所定しきい値を超えた画素，累積値が最大の画素，累積値が最大であってかつ所定しきい値を超えた画素などいう。

この発明による検査装置は，そのオペレ一夕が基準パターン（モデル画像）の設定が不要であるなど，操作が簡便であるとともに，構成，処理が簡素である。検査対象の形状，大きさ等についての制限も殆どない。照明変動，ノイズ等の外乱の影響を受けにくく，またコントラス卜の低い不鮮明な画像にも適用できる。

一実施態様では，上記線分画像デ一夕に基づいて，線分画像を表示する表示装置が設けられる。線分画像の生成過程が視覚的に明らかになる。

上記表示装置には上記入力画像データによって表わされる対象物の画像を線分画像に重ねて表示することが好ましい。

他の実施態様では，検出された，線分画像が密集した，または重なった箇所の位置を，上記入力画像デー夕によって表わされる対象物の画像または上記入力画像データから抽出されたエツジ画像上に表示する表示装置が設けられる。

種々の検査目的に適合させるために，線分の長さ，または線分の始点と終点に関するデータを入力する手段がさらに設けられる。

この発明の検査装置は，対象物における欠陥領域の有無と位置の検査，対象物における円形または円弧形状の有無と位置の検査，円または円弧の中心位置の検出，半径の測定，真円度の検査，対象物の辺や角の有無と位置の検査，寸法，面積，重心位置，方向等の検査に利用できる。この発明のさらに他の特徴は図面を参照した実施例の説明において一層明らかになるであろう。図面の簡単な説明

第 l a 図は対象画像の例を，第 l b 図から第 I d 図はこの対象画像について生成された線分画像の例を示すものである。

第 2 a 図は対象画像の他の例を，第 2 b 図はこの対象画像について生成された線分画像の例を示すものである。

第 3 a 図は線分の弓【き方を説明するもの，第 3 b 図から第 3 d 図は生成された線分画像の例を示すものである。

第 4 図は画像処理装置に供給する X 線透過画像を生成するための構成を示す。

第 5 図はこの発明の一実施例の画像処理装置の電気的構成を示すプロック図である。

第 6 図は入力画像の一例を示す。

第 7 図はレベル勾配の算出のための局所領域の一例を示す。

第 8 a 図から第 8 h 図は着目画素とその周囲の画像データとレベル勾配の方向との関係を示す。

第 9 図は検査領域内におけるレベル勾配の方向の例を示すものである。第 10図は検査領域内で生成された線分画像を示す。第 11 a 図から第 11 d 図は線分の弓 I き方の例を示す。第 12 a 図および第 12 b 図は画像処理装置における処理手順を示すフローチヤ一トである。

第 13 a 図および第 13 b 図は検査結果の表示例を示す第 14図は十字型の輪郭を有する対象物のグレイ · レベル画像の例を示す。

第 15図は第 14図の対象物について，画像の輪郭線上におけるレベル勾配の方向の例を示す。

第 16図は画像処理装置における処理手順の他の例を示すフロ一チヤ一トである。

第 17図は線分画像の交点の位置を示す。

第 18図は画像処理装置の他の電気的構成例を示すブロック図である。発明を実施するための最良の形態

この実施例は B G A ( bal l grid array ) , すなわち下面にはんだボールの端子をアレイ状に配置した L S I ( Large Scale Integration ) のケージを実装（搭載）した基板の X 線透過画像を処理するものである。はんだボール（はんだンプを含む）が溶融したものもこの実施例でははんだポールというものとする。この画像処理装置ははんだボール内にボイドが存在していないかどうかを検査するものである。

第 4 図は，画像処理装置に供給される画像データを生成するための構成を示すものである。

検査対象の基板 1 8は，支持機構（図示略）により X 線照射部 1 6と X 線変換部 1 7との間に支持されており， X 線変換部 1 7の下方位置にはカメラ 2 0が配置されている。 X 線照射部 1 6は，微小な X 線発生源より基板 1 8に対し X 線を照射する。基板 1 8を透過した X 線は X 線変換部 1 7で可視光線に変換される。カメラ 2 0は，変換された可視光線を撮像して，各はんだボールの内部状態を表わす X 線透過画像を表わす画像デ一夕を生成し，画像処理装置に供給する。

第 5 図は画像処理装置の電気的構成を示すものである。

画像処理装置は，画像入力部 2 , 画像メモリ 3 , 画像出力部 4 , 線分画像メモリ 5 , 文字メモリ 6 , 制御部 1 1 , タイミング制御部 1 2，モニタ表示装置 1 3， 1 / 〇ポ一ト 1 4などにより構成される。

画像入力部 2 は，カメラ 2 0からのアナログ映像信号をディジタル画像データに変換するための A / D 変換器などを備えている。画像入力部 2 において生成されたディジタル · グレイ · レベル画像データは画像メモリ 3 に格納され，次の画像データ入力時まで保存される。線分画像メモリ 5 は，後述する線分画像を表わす線分画像データを記憶するものである。このメモリ 5 の線分画像データはボイドの検出処理や線分画像のモニ夕表示装置 1 3への表示等のために用いられる。後述する線分画像の輝度レベルが 8 ビッ卜で表わされる場合には，このメモリ 5 は 1 画素当り 1 6 ビットまたは 3 2ビヅトを記憶できるものである。

文字メモリ 6 には検査結果などモニタ表示装置 1 3上に表示するためのテキスト · データ，その表示位置を示すデータ等が格納されている。

これらメモリ 5 6 および画像メモリ 3 は，それそれァドレス / データ · " スを介して制御部 1 1に接続されており，制御部 1 1からの指令およびタイミング制御部 1 2からのタイミング信号に応じて，記憶データを画像出力部 4 へ出力する。

画像出力部 4 は，各メモリ 3 , 5 6 からの出力デ — 夕を合成処理する画像合成回路や， D / A 変換回路を備え，これら回路により検査結果表示用の画像信号を生成してモニタ表示装置 1 3へ出力する。

制御部 1 1は，主に C P U 7 R 0 M 8 および R A M 9 により構成される。制御部 1 1はさらに検査のための — 連の手順を C P U 7 に実行させるための制御プログラムがンストールされたドディスク 1 0を備えている。 C P U 7 は，ヽードディスク 1 0にインストールされた制御プログラムに基づいて，ァドレス / デ一タノスを介して上述したメモリ 3 , 5 および 6 にァクセスして，検査対象である基板上の各はんだボールの良否の判定処理を実施し，その結果をモニタ表示装置 1 3 に出力する。

I / O ポート 1 4は，キーボードゃマウスなどの入力部や，外部記憶装置，伝送部のような出力部を接続するためのものである。入力部からは，後述する検査条件や検査領域の設定データが入力される。出力部へは，ファイル化された最終検査結果が出力される。

第 6 図は画像メモリ 3 に格納されているグレイ · レベル画像データによって表わされる画像の一例を示すものである。複数個のはんだポール 2 1の画像が背景（基板の画像）よりも明るく現れている。はんだボール 2 1の画像の中には，はんだボール内部のボイド 2 2の画像が映っているものもある。ポィド 2 2の画像ははんだボール 2 1の画像よりもやや暗い。

C P U 7 は，第 6 図に示されるような入力画像において，はんだボールごとにそれを囲む大きさの検査領域 r _k ( k = 1 〜 6 ) を設定する。各検査領域 r _k において，画素ごとに，グレイ · レベル画像デ一夕のレベル勾配の方向と大きさを算出する。 C P U 7 はさらに，算出したレベル勾配の方向に沿う方向を持ち，所定の長さの線分を生成する（後述するように，レベル勾配の大きさが所定値以上の場合についてのみ線分が生成される）。線分の画像もグレイ · レベル画像であり，そのレベルは算出したレベル勾配の大きさに対応する。このようにして生成された線分画像データは線分画像メモリ 5 に格納される（後述するように，レべルは画素ごとに累積されていく）。線分画像デ一夕は画素ごとにレベル · デ一夕を持つ画像デ一夕であってもよいし，線分の始点，終点およびレベルを表わすデ — 夕によって構成することもできる。

各検査領域内のすべての画素についてのレベル勾配の算出，必要な線分画像の作成が終了すると， C P U 7 は線分画像の密集の度合い，または最大レベルをもつ画素の検出，最大レベルと所定のしきい値レベルとの比較を行い，最終的に検査領域内にボイド 2 2の画像が存在するかどうかを判定する。

画像処理装置における具体的な処理手順を説明する前に，線分画像の生成処理，および線分画像に基づくボイドの有無の判定原理について説明する。

画像デ一夕におけるレベル勾配の算出処理では，検査領域内の各画素ごとに，その画素を中心とする所定大きさの局所領域において微分処理を行って， X ， Y 各軸方向のレベル勾配を算出し，これら算出した値を用いて最終的に各画素におけるレベル勾配を求める。

たとえば第 7 図に示すように，座標位置（ X ， y )

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E c ( x , y )= 180-arctan ( dx ( x , y ) /dy ( x, y ) ) 式（ 5 ) dx ( x , y ) ≤ 0 つ dy( x， y )く 0 ならば

E c ( x , y )=360-arctan ( dx ( x , y ) /dy ( x , y ) ) 式（ 6 dx ( x , y ) > 0 かつ dy ( x , y ) = 0 ならば

E c ( x , ) = 180 式（ 7 ) dx ( x , y ) ≤ 0 かつ dy ( x , y ) = 0 ならば

E c ( x, y ) = 0 式（ 8 ) dx ( x， y ) = 0 かつ dy( x， y ) > 0 ならば

E c ( x , y ) = 90 式（ 9 ) 第 9 図は，第 6 図に示す入力画像のうち，検査領域 r 内の画像の輪郭線のみを抽出して示すものであり，はんだボールの画像の輪郭線とボイドの画像の輪郭線とが示されている。この輪郭線上の代表点 e ， e について算出されるレベル勾配を表わすべクトル F , , F もあわせて示されている。 a- o

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Sf8l0/66df/13d Zム 0ZS/66OAV 0 ， D をデフォルト値としておけば，半径の大きさにかかわりなく，円や円弧が存在することについての検出ができる。特に第 3 d 図に示すように，線分を円の外側に向かって弓 I く場合に有効である。

この実施例では，上述した原理に基づき，画素の位置から線分の終点までの距離 D と，画素の位置から線分の始点までの距離 d とを，検査条件として設定することにより，所定値以上の大きさのボイドを，検出対象として検出するようにしている。また，この検査条件を必要に応じて変更して再度検査を実施することも可能である。

第 1 2 a 図および第 1 2 b 図は画像処理装置において，カメラ 2 0から入力された 1 枚の画像に対する制御手順を示す。検査条件となる画素の位置から線分の終点までの距離 D ，および画素の位置から線分の始点までの距離 d は，この手順の実行に先立って入力され， R A M 9 内に記憶されているものとする。

まずステップ S T 0 で，カメラ 2 0からの画像信号がデイジタル変換されて画像メモリ 3 に格納されると， C P U 7 は，この入力画像を画像出力部 4 を介してモニ夕 1 3に表示させる。

オペレータが，マウスなどを用いて，表示画像上で，はんだボールのうちの任意の 1 個を含むように検査領域を指定する。 C P U 7 はこの指定位置に基づき，検査領域の設定位置（はんだボールとの相対位置関係 ) や領域の大きさを認識する。基板上の各はんだボ一ルの位置（たとえば基板の座標原点を基準とする位置 ) は，あらかじめ，またはこの時点で既に入力されているものとする。 C P U 7 は，検査領域の指定を受けた以外のはんだボールについても，はんだボールと検査領域との位置関係を用いて，検査領域をそれぞれ設定する（ステップ ST1 ) ( 第 6 図参照）。検査領域の位置は，その領域の左上，右下の頂点の座標（ X k t , y k i ) ， ( k 2 , y k 2 ) により表わされる。

C P U 7 は，ステップ ST2 へ移行して，線分画像メモリ 5 内の各画素のレベル · データを 0 にクリアし，その後，検査領域ごとに，ステップ ST3 〜 ST19の処理を繰り返し実行する。

ステップ S T 3 では，着目画素 g の初期位置が検査領域の左上頂点の位置（ X k , y _k 1 ) に定められる。ステツプ S T 4 では，式（ 1 ) ，（ 2 ) に基づいて，着目画素 g における X 軸， Y 軸方向のレベル勾配 d x ( , y ) ， d y ( x , y ) が算出される。 d x ， d y がともに 0 の場合にはステップ ST6 〜 ST10をスキップする。 d X , d y のいずれかが 0 でなければ，式（ 4 ) ~ ( 9 ) のいずれか d x , d y に適合するものにしたがって，レベル勾配の方向を示す角度 E _c ( X , y ) およびレベル勾配の大きさ ( X , y ) が算出される（ステップ ST 6 ) o

続いて算出したレベル勾配の大きさ E i ( X , y ) が所定のしきい値 E i L B より大きいかどうかがチェックされる（ステップ ST7 ) 。レベル勾配の大きさ E i ( X , y ) がしきい値 E i _L B 以下であれば，線分を生成するステップ ST8 ~ ST 10の処理は行われない。入力画像における輝度むら等の検出すべき対象ではないものについては線分を生成しないことにより，無駄な処理を省き，誤った検査結果が得られるのを防ぎ，全体として処理の高速化を図る。

C P U 7 は，着目画素 g の位置（ X , y ) において , 反時計回りの方向に E _c ( x ， y ) の方向を線分の方向として定める。この設定方向において，着目画素 g から距離 d ， D それそれ離れた各点を，着目画素 g に対応する線分の始点，終点として設定し，線分画像メモリ 5 において，これらの点に相当する座標（ X 。， y 。 ) , ( χ τ , y τ ) を認識または算出する（ステヅプ S Τ 8 ) 。 C P U 7 は，次のステップ S Τ 9 で線分画像メモリ 5 において，上記の始点および終点により規定される線分上のすべての画素の座標を算出または認識し，認識した各画素に対し，それぞれの画素が現在保有する（その画素に対応して記憶されている）レベル値にステップ ST6 で算出されたレベル勾配の大きさ E i ( X , y ) に相当するレベル値を加算し記憶する（ステップ ST 10 ) 。

ステップ ST 1 1〜 ST 14は，検査領域内の画像の着目位置を順次ずらす処理を示すものである。以下同様にして，検査領域内でレベル勾配の大きさがしきい値 E i _L B を超える画素毎に，そのレベル勾配の方向に沿い，かつレベル勾配の大きさに相当するレベルを有する線分が設定されて，線分画像が生成されていく。

線分画像メモリ 5 内で線分上に存在するとして認識された画素のレベル値には，新たに設定される線分のレベルに応じた値が力 Π 算されてゆくから，線分が重なつている画素は他の画素よりも高いレベル値を保有するようになる。レべノレ勾配の大きさ E i ( X , y ) が大きいほど，高いレベル値を持つ線分が設定される。また一般に，画像上のはんだボールやボイドの輪郭ではレベル勾配は大きいから，ボイドの輪郭に沿う部分において生成された線分はボイドの内部で数多く重なることになり，ボイドの内部で画素のレベル値はきわめて高くなる。

C P U 7 は，検査領域内のすべての画素について処理を終えると，処理対象の検査領域内における画素の持つレベルの最大値 D m a x を抽出する（ステップ ST 15

) 。検出されたレベルの最大値 D m a は，ステヅプ S T 16で所定の基準値 D _{L B}と比較される。 D m a x 力 S D _{L B}を上回るときは，検査領域内にボイドの画像が存在すると判定され，さらにレベルの最大値 D _m a _x が得られる画素の位置が認識される（ステップ S T 17 , ST 19 ) 。また D _m a が D B以下である場合には，検査領域内にはボイドの画像はないものと判断される（ステップ S T 18

) o

同様にしてすベての検査領域についての処理が終了すると，ステップ ST20で「 YES 」となってステップ ST 21へと移行する。 C P U 7 は，線分画像メモリ 5 内の各画素のレベル値を順次読み出して，式（ 10 )により，各レベル値 P ( X , y ) を 8 ビット構成で表示可能な値になるように正規化する。

P ( X , y ) P ( X , y ) X 255 / D_{m a x} … 式（ 10 ) この後， C P U 7 は，正規化された線分画像データを，原入力画像デ一夕や判定結果を示すテキスト ' デ — 夕などとともに画像出力部 4 に出力して合成処理させ，モニタ表示装置 13へ出力させる（ステップ ST22 ) 。対象の輪郭を抽出して輪郭を表示してもよい。

上記のステップ S T 21では検査領域ごとに線分画像デ一夕を最大輝度レベル D m a x で正規ィヒしているので，すべての領域において正規化後の最大輝度は同じである。他方，すべての検査領域内における最大輝度レべルを検出し，この最大輝度レベルですべての検査領域の画像データを正規化すると，ボイドの存在しない検査領域ではその領域全体の輝度が小さいから暗く見え，ボイドが存在しないことが明瞭に分かるようになる。もちろん，あらかじめ定めたレベルを用いて全領域の画像データを正規化してもよいし，正規化を行わないようにしてもよい。

上記実施例では，各線分画像に，そのレベル勾配の大きさに応じたレベル値をもたせるようにしているが , これに限らず，すべての線分を同一のレベルで表わすようにしてもよレヽ。しかしながら，輝度むらなどのノイズによるレベル勾配に対応する線分と，輪郭におけるレベル勾配に対応する線分とが同一の条件で生成されると，誤検出が生じるおそれがあるので，ステツプ S T 7 のようにレベル勾配の大きさが所定のしきい値以下のものは，線分生成処理対象から除外するのが望ましい。

第 1 3 a 図および第 1 3 b 図は，上述した制御手順により生成された判定結果の表示例を示す。第 1 3 a 図に示す例では，線分画像の中からレベル値がしきい値 D _L B を超える部分の画像 3 0だけが抽出されて高い輝度を持つようにレベル変換され，原入力画像上に重ね合わせて表示されている。また画面の左上の位置には，ボイドの存在により不良と判定されたはんだボールの個数を示す文字情報 3 1が表示されている。 1 3 b 図の表示例は，抽出されたボイドの位置を報知するようにしたもので，原入力画像に，ステップ S T 1 9の処理で最大のレベル値 D m a が得られる画素の位置を示すマーク 3 2が入力画像に重ね合わせて表示されている。

検査結果の表示例は上記に限らず，線分画像そのものを表示するようにしてもよく，また第 1 3 a 図，第 1 3 b 図すような画像，エッジ画像， E i ( X , y ) > E を満たす画素による画像，線分画像などを適宜切り換えて表示して，検査の過程を確認できるようにしてもよい。

た上記実施例では，はんだボール毎に検査領域を設定しているが，これに限らず，画像上のすベてのはんだボ一ルを含むように検査領域を設定してもよい。この ·¾7 口 , 検査領域内の画像データについて，第 1 2 a 図のステップ S T 4 〜 S T 1 0と同様の処理を一度実行した後，しぎい値 D L Bを超えるレベル値を有する画素を検索し , その画素の位置を各はんだボールの配置位置と照合することにより，ボイドを有するはんだボールをすることができる。

た上記の実施例では，検出対象のボイドの輝度レベノレが周囲の輝度レベルよりも低くなるため , 各線分をボィドの内側に向かって設定しているが，はんだボ ― ルのように周囲よりも高い輝度レベルを有する対象物を検出対象とする場合には，線分を外方に向かって設定する必要がある。

さらに勾配算出処理の誤差などによる影響を考慮して，線分を設定すべき方向に加えて，その方向から土 2 度の方向にも線分を引き，合計 3 本の線分を設定するようにすれば，対象物の検出精度をさらに向上させることができる。

上記実施例では，はんだボールの X 線透過画像に基づいて内部のボイドの有無を検査しているが，基板を通常の照明下で撮像した画像を用いてはんだ表面のピンホールの有無を検出する場合にも，上記と同じ方法を適用することができる。

さらに検査対象は円形状のものに限らない。たとえば輪郭形状の一部のみが円弧の形状をとるような対象物について，上記実施例と同様の方法で線分を設定すると，生成される線分が円弧の中心位置付近で重なり合うようになる。また，物品の角を丸く面取りする場合に，面取り半径の公差の最小値を d ，最大値を D として上述した処理を行なうと，面取り半径が公差内である場合だけ線分の密集が発生するので，面取り半径の検査を簡単に行うことができる。

また上記実施例の画像処理装置によれば，矩形状の輪郭を有する対象物や，角を有する対象物を抽出することも可能である。この場合には，第 2 b 図に示すように，レベル勾配の方向に垂直な 2 方向を向く線分を生成することにより，線分の交点を角の位置として抽出することになる。したがって方向の特定が可能な形状のものを処理対象物とする場合，この処理結果により，対象物の位置のみならず，対象物がいずれの方向を向いて位置しているかも確認することが可能となる第 14図は，十字型の輪郭形状を有する対象物のグレィ · レベル画像の例を示すもので，対象物の画像は背景の画像よりも高い輝度レベルをもって現れている。

第 15図は，第 14図に示す対象物の輪郭の部分で算出されるレベル勾配の方向を示すもので，レベル勾配の方向は各辺に垂直で背景に向かう。

第 16図は，第 5 図の画像処理装置に第 14図のグレイ • レベル画像を入力して，対象物の位置や傾きを計測する手順を示す。画像処理装置には，対象物を通常の照明下で撮像して得られた画像デ一夕が供給される。

まずステップ S T 30で，カメラからの画像データが入力されると， C P U 7 は，第 12 a 図の手順と同様に，画像上での検査領域の指定を受け，指定された領域の左上，右下の各頂点位置の座標（ X i ， y ) , ( X y ) を取り込み，検査領域の設定位置として認識する（ステップ ST31 ) 。 C P U 7 は，つぎのステツプ ST32で，線分画像メモリ 5 の各画素のエリアをタリァし，その後，検査領域内の各画素に順次着目し，各画素毎にステップ ST34〜 ST43の処理を実行する。

上記ループにおいて， C P U 7 は，第 12 a 図，第 12 b 図の手順と同様に，着目画素 g ( X , y ) の X , Y 方向の濃度勾配 d x ( X , y ) ， d y ( x , y ) を算出する。各画素について，それぞれレベル勾配の方向 E c ( X , y ) およびレベル勾配の大きさ E i ( X , y ) を算出する（ステップ ST34〜 ST36 ) 。算出したレベル勾配の大きさ E i ( , y ) がしきい値 E i B よりも大きければ（ステップ S T 37 ) ，ステップ S T 38で，検出されたレベル勾配の方向 E _c ( X , y ) に対し，反時計回りに 90度の角度をなす方向に沿って第 1 の線分を設定し，さらにステップ ST39で，この第 1 の線分と反対の方向，すなわち上記レベル勾配の方向 E _c ( X , y ) に対し，反時計回りに 270度の角度をなす方向に沿って第 2 の線分を設定する。

このステップ ST38， ST39における各ラインの設定処理は，いずれも前記第 12 a 図のステップ ST8 〜 ST 10に示したのと同様の手順により行われる。

検査領域内のすべての画素に対する処理が完了すると（ステップ ST40〜 ST43 ) ， C P U 7 は，線分画像メモリ 5 内の各画素のレベル値をチヱックし，検査領域内において所定のしきい値 D _{t h}以上のレベル値をとる画素を抽出する（ステップ ST44 ) 。第 14図に示すグレイ · レベル画像上の対象物について，そのレベル勾配の方向に垂直な 2 方向に沿って線分を設定すると，第 17図に示すように，対象物の輪郭を構成する各辺の長さ方向に沿って，線分が重なり合う線分画像が生成される。この場合，各方向の線分により形成される 16個の交点のうち，対象物の角に対応する 12の交点（図中 · 印で示す）において最も多くのラインが集中するから，これらの交点において得られるレベル値と，他の交点（図中 X 印で示す）において得られるレベル値との間に前記しきい値 D _{t h}を設定することにより，前記ステップ ST44において，対象物の角に相当する画素を検出すること力できる。

このようにして対象物の角に相当する画素が検出されると，つぎのステップ ST45で， C P U 7 は，各検出位置の座標を用いて，重心など対象物の位置を表わす代表点の座標を算出するとともに，検出位置の位置関係から対象物の主軸（ 2 軸ある）を特定して，その軸方向がいずれの向きを向いていかを算出する。

この後，上記算出結果をモニタ表示装置 13などへ出力したり，算出結果から画像の位置ずれや回転ずれを認識して，対象物の詳細な認識処理を実施するなど，目的に応じた処理が実施される。

第 12 a 図，第 12 b 図，第 16図に示す処理は，いずれもカメラにより生成された画像を画像処理装置内に直接取り込んで処理するようにしているが，これに限らず，離れた場所で生成されたディジタル画像データを I / 0 ポート 1 4を介して入力して，処理することも可能である。

第 1 2 a 図，第 1 2 b 図，第 1 6図に示す処理は，いずれもノヽ一ドディスク 1 0にィンストールされた制御プログ路れす置向えをま夕さ， yレリ

ラムに基づき C P U 7 により実行されるが，このうちれ画ベたの }ををるを，とら 5

一部の処理を，ノ、一ドウエア像順。他ル示具のはたるに，レレより実施するようにすれば， C P U 7 の負担を減らして，処理をさらに高速化することができる。

第 1 8図は，画像処理装の構成例を示すもので , 第 5 図に示す構成にカロベル勾配計測部 2 5および重なり抽出部 2 6が付加構成をとる。

レベル勾配計測部 2 5はメモリ 3 に格納された入力画像上の各画素デー次取り込んで X , Y 方向レベル勾配 d ( X ， d y ( X ， y ) を算出する微分処理回路や，こベル勾配 d X ( , y ) , d y ( X , y ) から勾配の大きさ E i ( x , ) ゃレべル勾配の方す角度 E c ( x , y ) を算出するための演算回備する。また重なり抽出部 2 6は，線分画像メモ各画素を順次取り込んで，輝度レべルの最大値画素を抽出したり，その最大値をしきい値 D B L しきい値 D _{t h} と比較するための回路構成を具備

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1 1 . 上記線分憶手段は，新たな線分画像データを加算処理すなく，記憶するものである，請求の範囲第 1 項 9 項のいずれカゝ 1 項に記載の画像範理離上記生のか生勾び，画かすにさる

処理装置。

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1 2 . 上記線分像始求始第置設少手理算第手の記の，と段は，処理単位の位置から，算出されたレべノレ方向に対応する方向に，所定長さの線分を生成請求の範囲第 1 項から第 1 1項のいずれか 1 項に画像処理装置。

1 3 . 上記線分段は，処理単位の位置から始点までの g巨 ¾k あよ単位から終点までの距離が与えられているとぎ出されたレベル勾配の方向に対応する方向に，点から上記終点までの線分を生成する，請求の 1 項から第 1 1項のいずれか 1 項に記載の画像処

1 4 . 線分の長定する手段を備えた，請求の範囲第 1 2項に記載処理装置。

1 5 . 処理単位点までの距離および処理単位から終点までの g巨なくともいずれか一方を設定する手段を備えたの範囲第 1 3項に記載の画像処理装

1 6 . 上記線分画像記憶手段に記憶された線分画像デー夕によって表わされる線分が密集して存在する箇所を検出する手段をさらに備えた，請求の範囲第 1 項から第 1 5項のいずれか 1 項に記載の画像処理装置。

1 7 . 上記線分画像記憶手段に記憶された線分画像デー夕 · レベルのうち最大レベルを示す画素の位置を検出する手段をさらに備えた，請求の範囲第 1 項から第 1 5 項のいずれか 1 項に記載の画像処理装置。

1 8 . 上記最大レベルが所与のしきい値レベルを超えてレ、るかどうかを判定する手段をさらに備えた，請求の範囲第 1 7項に記載の画像処理装置。

1 9 . 画像データを生成し，上記勾配算出手段に与えるカメラを含む画像入力手段を備えた，請求の範囲第 1 項から第 1 8項のいずれか 1 項に記載の画像処理装置。 2 0 . 上記線分生成手段によって生成された線分画像デ一夕または上記線分画像記憶手段に記憶された線分画像データによって表わされる線分画像を表示する表示装置をさらに備えた，請求の範囲第 1 項から第 1 5項および第 1 9項のうちのいずれか 1 項に記載の画像処理装置。

2 1 . 上記表示装置は上記所与の画像データによって表わされる画像を上記線分画像と重ねて表示するものである，請求の範囲第 2 0項に記載の画像処理装置。

2 2 . 上記所与の画像データによって表わされる画像のエッジを抽出する手段をさらに備え，

上記表示装置は抽出されたエツジによって表わされる画像を上記線分画像に重ねて表示するものである，請求の範囲第 2 0項に記載の画像処理装置。

2 3 . 上記検出手段によつて検出された密集箇所を示すマークを，上記画像デー夕によって表わされる画像に重ねて表示する表示装置を備えた，請求の範囲第 1 6項に記載の画像処理装置。

2 4 . 上 pD 出手段によつて検出された最大レベルを示す画素の位置にその旨を示すマークを，上記画像デー夕によつて表わされる画像に重ねて表示する表示装置を備えた，請求の範囲第 1 7項に記載の画像処理装置。 2 5 . 上記判定手段によつてしきい値を超えていると判定された最大レベルを示す画素の位置に，その旨を示すマ一クを，上記画像デ — 夕によって表わされる画像に重ねて表示する表示装置を備えた，請求の範囲第 1 8 項に記載の画像処理装置

2 6 . 上記画像デ一夕によつて表わされる画像のエッジを抽出する手段を備え，

上記表示装置は上記画像データによって表わされる画像に加えて，または代えて，上記エッジ抽出手段に抽出されたェッジの画像を表示する，請求の範囲第 2 3 項から第 2 5項のいずれか 1 項に記載の画像処理装置。

2 7 . 上記表示装置は上記線分画像データによって表わされる線分画像をさらに重ねて表示する，請求の範囲第 2 6項に記載の画像処理装置。

2 8 . 与えられた画像デー夕において，処理単位のレべル勾配の少なくとも方向を算出し，算出したレベル勾配の方向に対応する方向を持つ線分を表わす線分画像デ一夕を生成する画像処理手段，および

上記画像処理手段によって生成された線分画像デー夕によって表わされる線分画像を表示する表示手段，を備えた画像処理装置。

2 9 . 上記表示装置は上記画像データによって表わされる画像を上記線分画像に重ねて表示する，請求の範囲第 2 8項に記載の画像処理装置。

3 0 . 上記画像デ一夕によって表わされる画像のエッジを抽出する手段を備え，

上記表示装置は上記画像データによって表わされる画像に加えて，または代えて，上記エッジ抽出手段に抽出されたエッジの画像を表示する，請求の範囲第 2 9 項に記載の画像処理装置。

3 1 . 複数の画素を含み，各画素がレベル · データを持つ，所与の画像デ一夕において，処理単位のレベル勾配の少なくとも方向を算出し，

算出したレベル勾配の方向に対応する方向と所与の長さとを持つ線分を表わす線分画像データを生成し，生成した線分画像デ一夕を記憶手段に記憶させる，画像処理方法。

3 2 . 複数の画素を含み，各画素がレベル · データを持つ，所与の画像データにおいて，処理単位のレベル勾配の少なくとも方向を算出し，算出したレベル勾配の方向に対応する方向と所与の長さとを持つ線分を表わす線分画像データを生成し，生成された線分画像データを記憶手段に記憶するようにコンビュ一夕を制御するプログラムを記憶した媒体。

3 3 . 与えられた画像デ一夕において，処理単位のレべル勾配の少なくとも方向を算出し，算出したレベル勾配の方向に対応ずる方向を持つ線分を表わす線分画像データを生成し，

生成した線分画像データによって表わされる線分画像を表示装置に表示する，

画像処理方法。

3 4 . 与えられた画像データにおいて，処理単位のレべル勾配の少なくとも方向を算出し，算出したレベル勾配の方向に対応ずる方向を持つ線分を表わす線分画像データを生成し，

生成した線分画像データによって表わされる線分画像を表示装置に表示するようにコンピュータを制御するプログラム ¾ §己した媒体。

3 5 . 与えられた画像デ一夕において，レベル勾配が所定値以上である複数のエッジを抽出する手段，

抽出されたェッジの方向に対応する方向にのびる線分を各ェッジについて設定する手段，および

複数の線分の交点の有無とその位置を検出する手段を備えた画像処理装置。

3 6 . 線分の方向がエツジの方向に直交する方向またはエッジの方向と同じ方向である，請求の範囲第 3 5項に記載の画像処理装置。

3 7 . 検査対象物を表わす画像データを入力する画像入力手段，

上記入力画像データにおいて，処理単位のレベル勾配の少なくとも方向を算出し，算出したレベル勾配の方向に対応する方向を持つ線分を表わす線分画像データを生成する手段，および

生成された線分画像データに基づいて，線分画像が密集または重なった箇所の有無と位置を検出する手段を備えた検査装置。

3 8 . 上記のレベル勾配の方向に対応する方向が，レべル勾配の方向またはレベル勾配の方向に垂直な方向である，請求の範囲第 3 7項に記載の検査装置。

3 9 . 上記線分画像データに基づいて，線分画像を表示する表示装置を備えている，請求の範囲第 3 7項または第 3 8項に記載の検査装置。

4 0 . 上記表示装置は上記入力画像データによって表わされる対象物の画像を線分画像に重ねて表示するものである，請求の範囲第 3 9項に記載の検査装置。

4 1 . 検出された，線分画像が密集または重なった箇所の位置を，上記入力画像データによって表わされる対象物の画像または上記入力画像データから抽出されたエッジ画像上に表示する表示装置を備えた，請求の範囲第 3 7項または第 3 8項に記載の検査装置。

4 2 . 線分の長さ，または線分の始点と終点に関するデ — 夕を入力する手段をさらに備えた，請求の範囲第 3 7 項から第 4 1項のいずれか 1 項に記載の検査装置。