特許 6091285 画像処理装置、およびそれを用いた検査システム、ならびにシート画像の補正方法、およびそれを用いたシートの検査方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6091285

(24)【登録日】2017年2月17日

(45)【発行日】2017年3月8日

(54)【発明の名称】画像処理装置、およびそれを用いた検査システム、ならびにシート画像の補正方法、およびそれを用いたシートの検査方法

(51)【国際特許分類】

   G01N 21/892 20060101AFI20170227BHJP

   G06T 7/00 20170101ALI20170227BHJP

   G06T 1/00 20060101ALI20170227BHJP

   H04N 1/401 20060101ALI20170227BHJP

【ＦＩ】

   G01N21/892 A

   G06T7/00 Z

   G06T1/00 460D

   H04N1/40 101A

【請求項の数】4

【全頁数】9

(21)【出願番号】特願2013-67724(P2013-67724)

(22)【出願日】2013年3月28日

(65)【公開番号】特開2014-191669(P2014-191669A)

(43)【公開日】2014年10月6日

【審査請求日】2016年1月8日

(73)【特許権者】

【識別番号】000005119

【氏名又は名称】日立造船株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001298

【氏名又は名称】特許業務法人森本国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】作田 裕介

(72)【発明者】

【氏名】森本 晃章

【審査官】 佐田 宏史

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００５−１８９１１３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−０４５０５６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５２−１５３４８７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−０２５２２１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−００２８４８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｎ ２１／８９２

Ｇ０６Ｔ １／００，７／００−７／６０

Ｈ０４Ｎ １／４０−１／４０９

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

長手方向に沿って移動する長尺シートの幅方向の画像を用いて当該シートを検査する際に当該画像を処理する装置であって、
撮像手段で撮像されたシート幅方向の画像の複数を用いて、各画像のシート幅方向に並ぶ画素値の列を平均化し、シート幅方向に並ぶ平均画素値の列で構成される平均画像を得るための平均画像生成処理部と、
平均画像のシート幅方向に並ぶ平均画素値の列に基づいて最小二乗法により近似曲線Ａを求めた後、近似曲線Ａおよび平均画素値の列に基づいてロバスト回帰法により近似曲線Ｂを求める近似計算処理部と、
近似曲線Ｂの画素値が所定の画素値となるように、補正係数を求める補正係数算出処理部と、
補正係数を保存する記憶部と、
記憶部に保存された補正係数を用いてシート幅方向の画像を補正し、補正された画像に基づいてシートの欠陥を検出する欠陥検出処理部と、
を備えたことを特徴とする画像処理装置。

【請求項2】

長手方向に沿って移動する長尺シートの幅方向の画像を用いたシートの検査システムであって、
請求項１に記載の画像処理装置と、
長手方向に沿って移動する長尺シートにおける幅方向の画像を撮像するための撮像手段と、
撮像手段で撮影される領域に光を照射するための光源と、
画像処理装置で検出されたシートの欠陥箇所をマーキングする出力装置と、
を備えることを特徴とする検査システム。

【請求項3】

長手方向に沿って移動する長尺シートの幅方向の画像を用いて当該シートを検査する際に当該画像を補正する方法であって、
シート幅方向の画像を複数取得し、各画像のシート幅方向に並ぶ画素値の列を平均化して、シート幅方向に並ぶ平均画素値の列で構成される平均画像を得る工程と、
平均画像のシート幅方向に並ぶ平均画素値の列に基づいて最小二乗法により近似曲線Ａを求めた後、近似曲線Ａおよび平均画素値の列に基づいてロバスト回帰法により近似曲線Ｂを求める工程と、
近似曲線Ｂの画素値が所定の画素値となるように、補正係数を求める工程と、
補正係数を用いてシートの幅方向の画像を補正する工程と、
を含むことを特徴とするシート画像の補正方法。

【請求項4】

長手方向に沿って移動する長尺シートの幅方向の画像を用いたシートの検査方法であって、
請求項３の方法によりシート幅方向の画像を補正する工程と、
補正された画像に基づいてシートの欠陥を検出する工程と、
検出されたシートの欠陥箇所をマーキングする工程と、
を含むことを特徴とするシートの検査方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、シート状検査対象物の画像処理装置、およびそれを用いた検査システム、ならびにシート画像の補正方法、およびそれを用いたシートの検査方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来から、長手方向に沿って移動する検査対象物である長尺シートのキズや汚れ等の欠陥を検出する方法が検討されている（例えば、特許文献１）。
長尺シートの欠陥検出の際には、シート幅方向の画像を複数取得し、画像の平均化処理を行う。具体的には、シート長手方向において所定の間隔で、シート幅方向に並ぶ画素値の列のデータを複数取得する。各列の長手方向に沿った複数の画素値を平均し、シート幅方向に並ぶ平均画素値の列で構成される均一な補正用画像を取得する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１１−８５４６８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかし、模様が規則的に付与され、シート幅方向の位置によってその模様を構成するシート表面の凹凸および色彩のパターンが大きく異なる場合、上記の平均化処理を行っても、その処理条件によっては、シート幅方向において上記の模様に基づく影響が大きく残り、補正に適したデータが得られない場合がある。このような場合、シート画像を精度良く補正することができない。

【0005】

そこで、本発明は、上記従来の問題を解決するため、模様が規則的に付与され、シート幅方向の位置によってその模様を構成するシート表面の凹凸および色彩のパターンが大きく異なる場合でも、画像データを確実に精度良く補正することが可能な画像処理装置およびそれを用いた検査システム、ならびにシート画像の補正方法およびそれを用いたシートの検査方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の請求項１に係る画像処理装置は、長手方向に沿って移動する長尺シートの幅方向の画像を用いて当該シートを検査する際に当該画像を処理する装置であって、
撮像手段で撮像されたシート幅方向の画像の複数を用いて、各画像のシート幅方向に並ぶ画素値の列を平均化し、シート幅方向に並ぶ平均画素値の列で構成される平均画像を得るための平均画像生成処理部と、
平均画像のシート幅方向に並ぶ平均画素値の列に基づいて最小二乗法により近似曲線Ａを求めた後、近似曲線Ａおよび平均画素値の列に基づいてロバスト回帰法により近似曲線Ｂを求める近似計算処理部と、
近似曲線Ｂの画素値が所定の画素値となるように、補正係数を求める補正係数算出処理部と、
補正係数を保存する記憶部と、
記憶部に保存された補正係数を用いてシート幅方向の画像を補正し、補正された画像に基づいてシートの欠陥を検出する欠陥検出処理部と、
を備えたことを特徴とする。

【0007】

本発明の請求項２に係る検査システムは、長手方向に沿って移動する長尺シートの幅方向の画像を用いたシートの検査システムであって、
請求項１に記載の画像処理装置と、
長手方向に沿って移動する長尺シートにおける幅方向の画像を撮像するための撮像手段と、
撮像手段で撮像される領域に光を照射するための光源と、
画像処理装置で検出されたシートの欠陥箇所をマーキングする出力装置と、
を備えることを特徴とする。

【0008】

本発明の請求項３に係るシート画像の補正方法は、長手方向に沿って移動する長尺シートの幅方向の画像を用いて当該シートを検査する際に当該画像を補正する方法であって、
撮像手段により撮像されたシート幅方向の画像を複数用い、各画像のシート幅方向に並ぶ画素値の列を平均化して、シート幅方向に並ぶ平均画素値の列で構成される平均画像を得る工程と、
平均画像のシート幅方向に並ぶ平均画素値の列に基づいて最小二乗法により近似曲線Ａを求めた後、近似曲線Ａおよび平均画素値の列に基づいてロバスト回帰法により近似曲線Ｂを求める工程と、
近似曲線Ｂの画素値が所定の画素値となるように、補正係数を求める工程と、
補正係数を用いてシートの幅方向の画像を補正する工程と、
を含むことを特徴とする。

【0009】

本発明の請求項４に係るシートの検査方法は、長手方向に沿って移動する長尺シートの幅方向の画像を用いたシートの検査方法であって、
請求項３の方法によりシート幅方向の画像を補正する工程と、
補正された画像に基づいてシートの欠陥を検出する工程と、
検出されたシートの欠陥箇所をマーキングする工程と、
を含むことを特徴とする。

【発明の効果】

【0010】

本発明によれば、模様が規則的に付与され、シート幅方向の位置によってその模様を構成するシート表面の凹凸および色彩のパターンが大きく異なる場合でも、画像データを確実に精度良く補正することが可能な画像処理装置およびそれを用いた検査システム、ならびにシート画像の補正方法およびそれを用いたシートの検査方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本発明の検査システムの一実施形態を示す概略構成図である。

【図2】図１の検査システムにおける画像処理装置のブロック図である。

【図3】本発明のシート画像の検査方法の一実施形態を示すフローチャートである。

【図4】本発明のシート画像の検査方法における補正係数算出工程を示すフローチャートである。

【図5】本発明の検査方法における画像処理の一例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、長手方向に沿って移動する長尺シートの幅方向の画像を用いた、本発明のシートの検査システムの実施の形態を、図１および２を参照しながら説明する。

【0013】

本発明の検査システムは、
長手方向に沿って移動する長尺シート５における幅方向の画像を撮像するための撮像手段１と、
撮像手段１で撮像される領域に光を照射するための光源４と、
撮像手段１で撮影された画像を処理するための画像処理装置２と、
画像処理装置１で検出されたシート５の欠陥箇所をマーキングする出力装置３と、
を備える。

【0014】

画像処置装置２は、
撮像手段で撮像されたシート幅方向の画像の複数を用いて、各画像のシート幅方向に並ぶ画素値の列を平均化し、シート幅方向に並ぶ平均画素値の列で構成される平均画像を得るための平均画像生成処理部２１と、
平均画像のシート幅方向に並ぶ平均画素値の列に基づいて最小二乗法により近似曲線Ａを求めた後、近似曲線Ａおよび平均画素値の列に基づいてロバスト回帰法により近似曲線Ｂを求める近似計算処理部２２と、
近似曲線Ｂの画素値が所定の画素値となるように、補正係数を求める補正係数算出処理部２３と、
補正係数を保存する記憶部２４と、
記憶部に保存された補正係数を用いてシート幅方向の画像を補正し、補正された画像に基づいてシート５の欠陥を検出する欠陥検出処理部２５と、
を備える。

【0015】

撮像手段１には、受光素子がライン状に配置され、受光した光を電気信号に変換し、データを画像処理装置２に出力可能なラインセンサカメラが用いられる。ラインセンサカメラとしては、例えば、ＣＣＤカメラ、ＣＭＯＳカメラが用いられる。

【0016】

画像処理装置２には、画像データを出力するためのモニター２ａが接続されている。
光源４には、２つのライン照明が用いられている。

【0017】

検査システムは、さらに、長尺シート５の搬送速度を測定するロータリーエンコーダ６と、長尺シート５を移動させるための搬送手段７とを備える。
撮像手段１による撮像は、ロータリーエンコーダ６のパルスと、撮像手段１のシート幅方向のスキャンレートを同期させて行う。

【0018】

本発明では、補正係数の算出過程において、シート幅方向に並ぶ画素値の列のデータを用いてロバスト回帰法による近似計算処理を行うため、画素データの異常値（大きな誤差を生じる値）の影響を受け難い。このため、模様が規則的に付与され、シート幅方向の位置によってその模様を構成するシート表面の凹凸および色彩のパターンが大きく異なる場合でも、画像データを確実に精度良く補正することができる。その結果、シートの検査に対する信頼性を高めることができる。

【0019】

また、本発明では、上記のように画素データの異常値の影響を受け難いため、図１の撮像ライン８（撮像手段１がシート５の幅方向にスキャンする長さ）のように、撮像ラインを長尺シート５の幅よりも長く設定することができる。すなわち、シート５の幅方向の両端よりはみ出して撮像することができる。シートの移動に伴いシートが蛇行する場合でも、撮像手段１の撮像範囲からシート５の一部が、はみ出すことがなく、シート５の幅方向のすべてを確実に撮像することができ、シートの検査に対する信頼性を高めることができる。

【0020】

また、長手方向に沿って移動する長尺シートの幅方向の画像を用いた、本発明のシートの検査方法の実施の形態を、図３および４を参照しながら説明する。
本発明の長尺シートの検査方法は、
長手方向に沿って移動する長尺シートの幅方向の画像を補正する工程と、
補正された画像に基づいてシートの欠陥を検出する工程（Ｓ７）と、
検出されたシートの欠陥箇所をマーキングする工程（Ｓ８）と、
を含む。

【0021】

長手方向に沿って移動する長尺シートの幅方向の画像を補正する工程は、
補正係数を求める工程（Ｓ２、Ｓ５）と、
補正係数を用いてシート幅方向の画像を補正する工程（Ｓ６）と、
を含む。

【0022】

補正係数を求める工程（Ｓ２、Ｓ５）は、
撮像手段により撮像されたシート幅方向の画像を複数用い、各画像のシート幅方向に並ぶ画素値の列を平均化して、シート幅方向に並ぶ平均画素値の列で構成される平均画像を得る工程（Ｓ２１）と、
平均画像のシート幅方向に並ぶ平均画素値の列に基づいて最小二乗法により近似曲線Ａを求めた後、近似曲線Ａおよび平均画素値の列に基づいてロバスト回帰法により近似曲線Ｂを求める工程（Ｓ２２）と、
近似曲線Ｂの画素値が所定の画素値となるように、補正係数を求める工程（Ｓ２３）と、を含む。

【0023】

本発明の長尺シートの検査方法の具体的に説明する。
前処理として、撮像手段１を用いて、長手方向に沿って移動する長尺シート５を撮像し、平均化処理に必要な複数のシート幅方向の画像を取得する（Ｓ１）。
撮像手段１は、受光した光を電気信号に変換し、そのデータを画像処理装置２に出力する（Ｌ１）。撮像手段１による撮像は、ロータリーエンコーダ６のパルスと、撮像手段１のシート幅方向のスキャンレートを同期させて行う（Ｌ３）。

【0024】

（Ｓ１）で得られた画像を用いて、補正係数を求める（Ｓ２）。
具体的には、（Ｓ１）で得られた画像を用い、各画像のシート幅方向に並ぶ画素値の列を平均化して、シート幅方向に並ぶ平均画素値の列で構成される平均画像を得る（Ｓ２１）。
例えば、長手方向の任意の位置Ｌｐにおける幅方向Ｑの各位置（Ｗ_ｐ−１、Ｗ_ｐ−２、・・・、Ｗ_ｐ−ｒ）に対する画素値の列を（Ｖ_ｐ−１、Ｖ_ｐ−２、・・・、Ｖ_ｐ−ｒ）とすると、長手方向の複数の位置Ｌ_ｐ（Ｐ＝１、２、・・・、ｎ）に対するシート幅方向の平均画素値の列は、（Ｖ_ｐ−１の平均値、Ｖ_ｐ−２の平均値、・・・、Ｖ_ｐ−ｒの平均値）で表される。幅方向Ｑの位置ｒの画素値Ｖ_ｐ−ｒの平均値は、（Ｖ_１−ｒ＋Ｖ_２−ｒ＋・・・＋Ｖ_ｎ−ｒ）／ｎで表される。

【0025】

平均画像のシート幅方向に並ぶ平均画素値の列に基づいて最小二乗法により近似曲線Ａを求めた後、近似曲線Ａおよび平均画素値の列に基づいてロバスト回帰法により近似曲線Ｂを求める（Ｓ２２）。

【0026】

ロバスト回帰法では、例えば、ＴｕｋｅｙのＢｉｗｅｉｇｈｔ推定法が用いられる。
例えば、得られた平均画像のシート幅方向の各位置に対する画素値の列を、最小二乗法によりｍ次の多項式：ｙ＝ａ_０＋ａ_１ｘ＋ａ_２ｘ^２＋・・・＋ａ_ｍｘ^ｍに関数近似して、ｍ次の近似曲線Ａを求める。
そして、画素値の列と、得られた近似曲線Ａとの誤差ｄを用いて、誤差ｄが大きいほど、最小二乗に与える影響が小さくなるように下記に示す式（１）のように重みｗ（ｄ）を与える。
ｗ（ｄ）＝｛１−（ｄ／Ｄ）^２｝^２、かつ｜ｄ｜≦Ｄ、または
Ｗ（ｄ）＝０、かつ｜ｄ｜＞Ｄ ・・・（１）
そして、誤差ｄの許容範囲Ｄを小さくしながら、誤差ｄが少なくなるまで繰り返し近似計算を行い、より画素値の列に近づいた近似データの列を得る。
上記のロバスト回帰法を用いることで、平均画像に存在する色の変動などの大きな誤差の影響を受け難い処理が可能となる。

【0027】

近似曲線Ｂの画素値が所定の画素値となるように、補正係数を求める（Ｓ２３）。
所定の画素値としては、画素値が最も大きいシート幅方向の中央付近の値を用いるのが好ましい。例えば、図５の場合、曲線１３の中央付近の画素値を用いるのが好ましい。
求めた補正係数を記憶部２４に保存する（Ｓ２４）。

【0028】

ここで、図５は、本発明の検査方法における画像処理の一例を示す。
図５中の破線は、撮像手段１にて得られたシート幅方向の画像値の列のデータ１４を示す。異常値（大きな誤差を生じる値）に対する影響の度合いをみるために、中央付近に意図的に異常値が出る状態で撮像した。図５中の破線の一部１１ａにおいて、それ以外の部分と画素値の大きなずれを生じている。図５中の一点鎖線は、画素データを最小二乗法により近似した曲線１２（近似曲線Ａ）を示す。図６中の実線は、破線の画素データをロバスト回帰法により近似した曲線１３（近似曲線Ｂ）を示す。近似曲線１３は、近似曲線１２と比べて、中央付近の異常値を排除して近似されており、異常値の影響を受けていないことがわかる。図１のように、撮像ライン８がシート１からはみ出して設定された場合でも、その部分の異常値を排除して画素データが近似される。この近似曲線に基づいて補正係数が求められるため、シートの検査を精度良く行うことができる。

【0029】

シート５の検査開始以降は、撮像手段１を用いて、長手方向に沿って移動する長尺シート５を撮像し、シート幅方向の画像を逐次取得する（Ｓ３）。平均画像を得るのに必要な数以上の画像が蓄積されると（Ｓ４）、検査用画像を補正用画像として用いて、上記の（Ｓ２）と同じ補正係数算出処理を行い、補正係数のデータを更新する（Ｓ５）。
更新された補正係数を記憶部２４に保存する（Ｓ２４）。

【0030】

検査用画像に対して、記憶部２４に保存された補正係数を用いてシート幅方向の画像を補正する（Ｓ６）。
補正された画像に基づいてシートの欠陥を検出する（Ｓ７）。例えば、補正された画像に対して色情報の閾値を用いてシートの欠陥を検出する。

【0031】

検出されたシートの欠陥箇所をマーキングする（Ｓ８）。
例えば、画像処理装置１は、検出したシート５の欠陥箇所に関するデータを出力装置３へ出力し（Ｌ２）、出力装置３により欠陥箇所がマーキングされる。

【0032】

上記の一連の処理工程を検査の終了命令が出されるか製造が終了するまで、繰り返し実施する。

【0033】

シートの検査開始以降も、画像を取り込んで逐次補正係数を更新し、更新した補正係数を検査用画像の検査に反映させることができる。よって、経時的に照明環境が変化する場合であっても、インラインにおいてシートの欠陥を精度良く検出することができる。

【符号の説明】

【0034】

１ 撮像手段
２ 画像処理装置
３ 出力装置
４ 光源
５ 長尺シート
６ ロータリーエンコーダ
７ 搬送手段
８ 撮像ライン
１２、１３ 近似曲線
１４ シート幅方向の画素値のデータ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】