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JP6650986B2 - Image inspection apparatus, image inspection method, image inspection program, computer-readable recording medium, and recorded device - Google Patents

Image inspection apparatus, image inspection method, image inspection program, computer-readable recording medium, and recorded device Download PDF

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JP6650986B2 JP2018199490A JP2018199490A JP6650986B2 JP 6650986 B2 JP6650986 B2 JP 6650986B2 JP 2018199490 A JP2018199490 A JP 2018199490A JP 2018199490 A JP2018199490 A JP 2018199490A JP 6650986 B2 JP6650986 B2 JP 6650986B2
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Description

本発明は、フォトメトリックステレオ法を用いた画像検査装置、画像検査方法、画像検査プログラム及びコンピュータで読み取り可能な記録媒体又は記録した機器に関する。   The present invention relates to an image inspection apparatus using a photometric stereo method, an image inspection method, an image inspection program, and a computer-readable recording medium or a recorded apparatus.

ワーク(検査対象物や被写体)の表面の傷の有無や外観形状、印字された文字の読み取りといった検査を行う画像検査装置が利用されている。このような画像検査装置は、ワークに対して必要な照明を行い、画像を撮像し、得られた画像データに対してエッジ検出等、画像処理を行い、その結果に基づいて良否判定等の判断を行っていた。   2. Description of the Related Art An image inspection apparatus that performs an inspection such as the presence or absence of a scratch on a surface of a work (inspection object or subject), an external shape, and reading of printed characters is used. Such an image inspection apparatus illuminates a workpiece with necessary illumination, captures an image, performs image processing such as edge detection on the obtained image data, and determines quality based on the result. Had gone.

しかしながらこのような画像検査装置では、ワークの種類によっては照明の種類や当てる方向によって見えやすさが変わるケースがあった。このため、このようなワークに対して適切な検査を行うには、十分な知識や経験が必要であった。   However, in such an image inspection apparatus, the visibility sometimes changes depending on the type of illumination and the direction of application depending on the type of work. Therefore, sufficient knowledge and experience were required to perform an appropriate inspection for such a work.

また、従来の画像検査装置では、照明条件や設置条件等が少し変わっただけで誤検出が起きやすく、安定的に検出することが困難であるという問題もあった。さらに、ワークの外観検査においては、傷、縁等のワークの形状に関する情報、言い換えると立体的な情報と、印字、シミ等の平面的な情報の両方が検査の対象になるところ、お互いが干渉し合う結果、上手く検出できないことがあるという問題もあった。   Further, in the conventional image inspection apparatus, there is also a problem that erroneous detection is apt to occur even if the illumination condition and the installation condition are slightly changed, and it is difficult to perform stable detection. Furthermore, in the visual inspection of a workpiece, information on the shape of the workpiece such as a scratch or an edge, in other words, both three-dimensional information and two-dimensional information such as printing and spots are to be inspected. As a result, there has been a problem that detection may not be performed well.

このような問題を解決するための技術として、フォトメトリックステレオ法を用いて高さ情報を取得する画像処理装置が知られている(例えば、特許文献1を参照。)。ここでフォトメトリックステレオ法(photometric stereo)とは、照度差ステレオ法とも呼ばれ、異なる複数の照明方向から照明した画像を撮像して、その陰影情報からワークの法線ベクトルを求める三次元計測の手法の一つである。このようなフォトメトリックステレオ法を用いた画像処理装置は、法線ベクトル(傾き画像に相当)からX軸やY軸の成分を輝度値に置き換えた画像や、反射率画像(アルベド画像に相当)を作成して、画像検査に応用している。ここでは、フォトメトリックステレオ法で三次元計測を精度よく行うために、主として、照明機器の設置方法や照明光の照射方法に関する検討がなされている。   As a technique for solving such a problem, an image processing apparatus that acquires height information by using a photometric stereo method is known (for example, see Patent Document 1). Here, the photometric stereo method (photometric stereo method) is also called a photometric stereo method, and is a method of three-dimensional measurement in which images illuminated from a plurality of different illumination directions are captured, and a normal vector of the workpiece is obtained from the shadow information. This is one of the methods. An image processing apparatus using such a photometric stereo method is an image in which a component of the X-axis or the Y-axis is replaced with a luminance value from a normal vector (corresponding to a tilt image), or a reflectance image (corresponding to an albedo image). Has been created and applied to image inspection. Here, in order to perform three-dimensional measurement with high accuracy by the photometric stereo method, mainly, a method of installing a lighting device and a method of irradiating illumination light are studied.

特開2007−206797号公報JP 2007-206797 A

しかしながら、フォトメトリックステレオ法に基づく画像検査では、正確な法線ベクトルを計算するには光源とワークの正確な位置関係情報が必要になることから、例えばワークを載置する面が水平面から傾いていたり、照明が傾いていたりすると、大きな変化が多数生じて、精度が低下するという問題があった。さらに、正確な法線ベクトルを計算するには大量の異なる照明方向下での画像が必要になり、処理時間が膨大となってしまうという問題もある。一方で、ワークの高さの寸法を必ずしも正確に検出できなくとも、検査用途においては十分な場合も多い。   However, in image inspection based on the photometric stereo method, since accurate positional relationship information between the light source and the work is required to calculate an accurate normal vector, for example, the surface on which the work is placed is inclined from a horizontal plane. In addition, if the lighting is tilted, a large number of large changes occur, and there is a problem that accuracy is reduced. Further, there is a problem that a large amount of images under different illumination directions are required to calculate an accurate normal vector, and the processing time becomes enormous. On the other hand, even if the height dimension of the work cannot always be detected accurately, it is often sufficient for inspection purposes.

本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、その主な目的は、フォトメトリックステレオ法を利用して、実用上十分な精度を維持しつつ、より簡便にワークの傷や印字を検査可能とした画像検査装置、画像検査方法、画像検査プログラム及びコンピュータで読み取り可能な記録媒体又は記録した機器を提供することにある。   The present invention has been made in view of such a problem, and a main object of the present invention is to use a photometric stereo method to maintain a sufficient accuracy for practical use, and to more easily damage a work piece. It is an object of the present invention to provide an image inspection apparatus, an image inspection method, an image inspection program, and a computer-readable recording medium or a device on which printing can be inspected.

課題を解決するための手段及び発明の効果Means for Solving the Problems and Effects of the Invention

本発明の第1の側面に係る画像検査装置によれば、ワークの外観検査を行うための画像検査装置であって、三以上の照明ブロックが環状に配置され、当該三以上の照明ブロックがワークを互いに異なる照明方向から照明可能に構成された環状照明ユニットと、前記環状照明ユニットの各照明ブロックと単一のケーブル又は各々異なる複数のケーブルを介して接続され、当該各照明ブロックの各々を所定のタイミングで点灯させる照明分岐ユニットと、前記環状照明ユニットとは別体に設けられ、前記三以上の照明ブロックがそれぞれ点灯するタイミングにて、ワークを一定の方向から撮像することにより、照明方向の異なる複数の部分照明画像を撮像するためのカメラと、前記照明分岐ユニット及び前記カメラとケーブルを介して接続され、前記部分照明画像に基づいてワーク表面の傾きの輪郭を示す輪郭抽出画像を生成する画像処理部と、前記画像処理部又は前記照明分岐ユニットと一体に設けられ、前記三以上の照明ブロックを一ずつ点灯順に点灯させるように制御するための照明制御手段と、前記画像処理部により生成された輪郭抽出画像を表示可能な表示手段と、前記表示手段に表示された輪郭抽出画像上で検査領域の設定が可能な検査領域設定手段と備え、前記画像処理部は、前記カメラによって撮像された複数の部分照明画像同士で、対応関係にある画素毎の画素値を用いて、フォトメトリックステレオ法に基づき、前記カメラの光軸方向における前記カメラの設置位置と前記環状照明ユニットの設置位置とが相対的に変化することに応じて変化する、各画素のワークの表面に対する法線ベクトルを算出し、当該法線ベクトルのx成分とy成分に対応したX座標成分画像及びY座標成分画像を生成し、当該法線ベクトルのX方向及びY方向に微分処理を施し、ワークの表面の傾きの輪郭を示す前記輪郭抽出画像を生成し、前記検査領域設定手段で設定された検査領域内の検査を行ことができる。上記構成により、法線ベクトルに微分処理を施し、ワークの表面の傾きの輪郭を示す輪郭画像を生成し、この輪郭画像を検査対象の画像として適用することで、ワークや照明の傾きの影響を受け難い、従来のフォトメトリックステレオを用いた高さ計測よりも環境にロバストな画像検査を実現できる。
According to the image inspection apparatus according to the first aspect of the present invention, an image inspection apparatus for visual inspection of the work, the three or more lighting block is arranged annularly, the three or more lighting blocks work and an annular illumination unit which is illuminable constructed from different illumination directions, are connected via the annular illumination unit each lighting block and a single cable or each different cables, given each of the respective lighting blocks The illumination branch unit to be turned on at the timing of, and the annular lighting unit are provided separately, and at the timing at which the three or more lighting blocks are turned on, by imaging the work from a certain direction, the lighting direction a camera for imaging a plurality of different partial illumination images, is connected via the lighting branch unit and the camera and cable, An image processing unit that generates a contour extracted image showing the inclination of the contour of the workpiece surface based on serial partial illumination image, the image processing unit or provided in the illumination branch unit integral, one by one said three or more lighting block Lighting control means for controlling lighting in the lighting order; display means capable of displaying the contour extraction image generated by the image processing unit ; and setting of an inspection area on the contour extraction image displayed on the display means and a test area setting means capable, the image processing unit, a plurality of partial illumination between images captured by the camera, using the pixel value of each pixel in the corresponding relationship, based on photometric stereo method , changes according to the installation position of the camera in the optical axis direction of the camera and the installation position of the annular lighting unit changes relatively, word of each pixel Of calculating a normal vector to the surface, to generate an X-coordinate component image and the Y coordinate component image corresponding to the x and y components of the normal vector, a differential processing in the X direction and Y direction of the normal vector subjected, to generate the contour extracted image showing the inclination of the contour of the surface of the workpiece, the inspection of the inspection region set in the inspection area setting means capable intends row. With the above configuration, the normal vector is differentiated, a contour image indicating the contour of the inclination of the surface of the workpiece is generated, and the contour image is applied as an image to be inspected, thereby reducing the influence of the inclination of the workpiece and illumination. An image inspection that is hard to receive and that is more robust to the environment than conventional height measurement using a photometric stereo can be realized.

また、第2の側面に係る画像検査装置によれば、画像処理部がさらに、前記カメラによって撮像された複数の部分照明画像同士で、対応関係にある画素毎の画素値を用いて、フォトメトリックステレオ法に基づき、前記カメラの光軸方向における前記カメラと前記照明ブロックの相対位置の変化に応じて変化する、各画素のワークの表面に対する法線ベクトルを算出するための法線ベクトル算出手段と、前記法線ベクトル算出手段で算出された各画素の法線ベクトルに対して、X方向及びY方向に微分処理を施し、ワークの表面の傾きの輪郭を示す輪郭画像を生成するための輪郭画像生成手段と、前記法線ベクトル算出手段で算出された各画素の法線ベクトルから前記各画素のアルベドを算出し、前記アルベドから、ワークの表面の傾き状態を除去した模様を示すテクスチャ抽出画像を生成するためのテクスチャ抽出画像生成手段を備え、前記輪郭画像生成手段と前記テクスチャ抽出画像生成手段とが切り替え可能とできる。
According to the image inspection apparatus of the second aspect, the image processing unit further performs photometric measurement on the plurality of partial illumination images captured by the camera using pixel values of corresponding pixels. A normal vector calculation means for calculating a normal vector to the surface of the work of each pixel, which changes according to a change in the relative position between the camera and the illumination block in the optical axis direction of the camera, based on the stereo method; A contour image for performing a differentiation process in the X direction and the Y direction with respect to a normal vector of each pixel calculated by the normal vector calculating means to generate a contour image indicating a contour of a tilt of a surface of a work; a generation unit, wherein the normal vector of each pixel calculated by the normal vector calculating means, said calculating the albedo for each pixel, from the albedo, the surface of the workpiece slope shape Includes a texture extraction image generating means for generating a texture extraction image showing a pattern was removed, it can be switched and the contour image generating means and the texture extraction image generating means.

さらにの側面に係る画像検査装置によれば、前記テクスチャ抽出画像生成手段は、前記法線ベクトル算出手段で算出された各画素の法線ベクトルから、前記カメラの撮像した回数分存在する、複数の前記部分照明画像の各画素についてアルベドを算出し、当該複数の部分照明画像の各画素について、対応する画素のアルベドの値をソートし、上から特定の順番の画素値を採用したものをテクスチャ抽出画像とすることができる。
Further , according to the image inspection apparatus according to the third aspect, the texture extraction image generation means exists from the normal vector of each pixel calculated by the normal vector calculation means as many times as the number of times of imaging by the camera. Calculating the albedo for each pixel of the plurality of partial illumination images, sorting the albedo values of the corresponding pixels for each pixel of the plurality of partial illumination images, and adopting pixel values in a specific order from above Can be used as a texture extraction image.

さらにまた、第の側面に係る画像検査装置によれば、前記カメラと、前記照明手段とが独立した別部材であり、任意の位置に配置可能とできる。上記構成により、照明手段とカメラを、実際のワークや設置環境に応じて配置できるので、配置の自由度を高めた柔軟性の高い設置を実現できる。
Still further, according to the image inspection apparatus of the fourth aspect, the camera and the illumination unit are independent members, and can be arranged at any position. With the above configuration, the lighting means and the camera can be arranged according to the actual work and the installation environment, so that a highly flexible installation with an increased degree of freedom in arrangement can be realized.

さらにまた、第の側面に係る画像検査装置によれば、前記照明ブロックを4個備えることができる。
Furthermore, according to the image inspection device of the fifth aspect, four illumination blocks can be provided.

さらにまた、第の側面に係る画像検査装置によれば、前記三以上の照明ブロックが、環状に配置された複数個の発光素子で構成されており、前記照明制御手段が、隣接する発光素子の所定個を第一照明ブロックとして、該第一照明ブロックの発光素子を同時に点灯させ、他の発光素子を消灯することで、第一照明手段で第一照明方向からの第一照明として機能させ、前記第一照明ブロックと隣接する、所定個の発光素子で構成された第二照明ブロックを点灯させるように制御することで、前記第一照明方向と異なる第二照明方向から照明する第二照明ブロックを構成し、さらに前記第二照明ブロックと隣接する、所定個の発光素子で構成された第三照明ブロックを点灯させるように制御することで、前記第一照明方向及び第二照明方向と異なる第三照明方向から照明する第三照明ブロックを構成できる。上記構成により、環状に複数個の発光素子を配置した一の照明ユニットでもって、三以上の照明手段として機能する三以上の照明ブロックに区画でき、照明手段の構成をさらに簡素化できる。
Still further, according to the image inspection apparatus of the sixth aspect, the three or more lighting blocks are configured by a plurality of light emitting elements arranged in a ring, and the lighting control unit is configured to control the adjacent light emitting elements. As a first lighting block, the light emitting elements of the first lighting block are simultaneously turned on and the other light emitting elements are turned off, so that the first lighting means functions as the first lighting from the first lighting direction. Controlling the second illumination block, which is adjacent to the first illumination block and includes a predetermined number of light-emitting elements, to illuminate from a second illumination direction different from the first illumination direction. A first lighting direction and a second lighting direction by controlling a third lighting block formed of a predetermined number of light emitting elements adjacent to the second lighting block to be turned on. You can configure the third illumination block for illuminating the third illumination direction that. With the above configuration, one illumination unit in which a plurality of light emitting elements are arranged in a ring can be divided into three or more illumination blocks functioning as three or more illumination units, and the configuration of the illumination unit can be further simplified.

さらにまた、第の側面に係る画像検査装置によれば、前記画像処理部は、算出された各画素の法線ベクトルから、異なる縮小率の複数の縮小傾き画像を作成し、それぞれの縮小傾き画像において、X方向及びY方向に微分処理を施し、得られた縮小輪郭画像に対して、所定の縮小率の縮小輪郭画像が反映されるように重み付けをして、元のサイズへ拡大してから、拡大された縮小輪郭画像をすべて足し合わせたものを輪郭抽出画像とすることができる。
Still further, according to the image inspection apparatus of the seventh aspect, the image processing unit creates a plurality of reduced tilt images having different reduction rates from the calculated normal vectors of the respective pixels, and generates each reduced tilt image. In the image, differentiation processing is performed in the X and Y directions, and the obtained reduced outline image is weighted so that the reduced outline image at a predetermined reduction ratio is reflected, and is enlarged to the original size. Therefore, the sum of all the enlarged reduced outline images can be used as the outline extraction image.

さらにまた、第の側面に係る画像検査装置によれば、前記重み付けは、予め決められた重みのセットを用意しておき、前記縮小輪郭画像に対して、前記重みのセットを掛けることによって、それぞれの縮小率の縮小輪郭画像の採用比を按分することによって行うことを特徴とする画像検査装置。
Furthermore, according to the image inspection apparatus according to the eighth aspect, the weighting is performed by preparing a set of predetermined weights and multiplying the reduced contour image by the set of weights. An image inspection apparatus characterized in that the inspection is performed by apportioning the adoption ratio of reduced outline images at each reduction ratio.

さらにまた、第の側面に係る画像検査装置によれば、前記重みのセットは、ワークの表面の凸凹が明瞭な輪郭抽出画像が得られる縮小輪郭画像の採用比が大きくなるセットを含むことができる。
Still further, according to the image inspection apparatus of the ninth aspect, the set of weights may include a set in which the adoption ratio of a reduced contour image that can obtain a contour extraction image in which unevenness on the surface of a workpiece is clear is increased. it can.

さらにまた、第10の側面に係る画像検査装置によれば、前記重みのセットは、OCRに適した輪郭抽出画像が得られる縮小輪郭画像の採用比が大きくなるセットを含むことができる。
Furthermore, according to the image inspection apparatus of the tenth aspect, the set of weights can include a set in which the adoption ratio of reduced contour images that can obtain contour extracted images suitable for OCR increases.

さらにまた、第11の側面に係る画像検査方法によれば、ワークの画像を撮像して外観を検査する検査方法であって、ワークを、三以上の照明ブロックが環状に配置され、当該三以上の照明ブロックがワークを互いに異なる照明方向から照明可能に構成された環状照明ユニットでもって、互いに異なる三以上の照明方向から、画像処理部又は照明分岐ユニットと一体に設けられた照明制御手段で、前記三以上の照明ブロックを一ずつ点灯順に点灯させて照明すると共に、前記環状照明ユニットとは別体に設けられた、前記三以上の照明ブロックがそれぞれ点灯するタイミングにて、ワークを一定の方向から撮像することにより、照明方向の異なる複数の部分照明画像を撮像するための、予め前記照明ブロックとの相対位置と撮像方向を調整した共通のカメラを用いて、各照明方向毎に一の部分照明画像を撮像して、複数枚の照明方向の異なる部分照明画像を取得する工程と、照明方向の異なる複数の部分照明画像同士で、対応関係にある画素毎の画素値を用いて、フォトメトリックステレオ法に基づき、前記カメラの光軸方向における前記カメラの設置位置と前記環状照明ユニットの設置位置とが相対的に変化することに応じて変化する、各画素のワークの表面に対する法線ベクトルを、前記環状照明ユニットの各照明ブロックと単一のケーブル又は各々異なる複数のケーブルを介して接続され、当該各照明ブロックの各々を所定のタイミングで点灯させる前記照明分岐ユニット及び前記カメラとケーブルを介して接続された前記画像処理部で算出し、当該法線ベクトルのx成分とy成分に対応したX座標成分画像及びY座標成分画像を生成し、当該法線ベクトルX方向及びY方向に微分処理を施し、前記部分照明画像に基づいてワーク表面の傾きの輪郭を示す輪郭抽出画像を、前記画像処理部でもって生成する工程と、前記輪郭抽出画像を表示手段に表示させ、該表示された輪郭抽出画像上で検査領域を設定させ、該設定された検査領域内の検査を行う工程とを含むことができる。
Further, according to the image inspection method according to the eleventh aspect, the inspection method is to take an image of the work and inspect the appearance, wherein the work is formed by annularly arranging three or more lighting blocks. The illumination block is configured to be able to illuminate the work from different illumination directions with the annular illumination unit, and from three or more different illumination directions, with the illumination control means provided integrally with the image processing unit or the illumination branch unit, The three or more lighting blocks are lit and lit one by one in the lighting order, and the work is provided in a fixed direction at a timing at which the three or more lighting blocks are provided separately from the annular lighting unit. by imaging from for imaging a plurality of partial lighting images of different illuminating directions to adjust the relative position and imaging direction of advance the illumination block Using a common camera, and images the one partial illumination image for each illumination direction, a step of acquiring a plurality illumination direction different partial illumination images, different in a plurality of partial illumination between images of illumination direction, using the pixel value of each pixel in the corresponding relationship, based on photometric stereo method, the installation position of the camera in the optical axis direction of the camera and the installation position of the annular lighting unit according to relative changes The normal vector to the surface of the work of each pixel, which varies with the lighting block, is connected to each lighting block of the annular lighting unit via a single cable or a plurality of different cables, and each of the lighting blocks is connected to a predetermined cable. the lighting branch unit and through the camera and cable are turned on with the timing calculated in the connected the image processing section, and the x component of the normal vector Generates X-coordinate component image and the Y coordinate component image corresponding to the component is subjected to differential processing in the X direction and Y direction of the normal vector, contour extraction indicating the inclination of the contour of the workpiece surface based on the partial illumination image Generating an image by the image processing unit , displaying the contour extracted image on a display unit, setting an inspection region on the displayed contour extracted image, and examining the inspection in the set inspection region. Performing the steps.

さらにまた、第12の側面に係る画像検査プログラムによれば、ワークの画像を撮像して外観を検査するための検査プログラムであって、コンピュータに、ワークを、三以上の照明ブロックが環状に配置され、当該三以上の照明ブロックがワークを互いに異なる照明方向から照明可能に構成された環状照明ユニットでもって、互いに異なる三以上の照明方向から、画像処理部又は照明分岐ユニットと一体に設けられた照明制御手段で、前記三以上の照明ブロックを一ずつ点灯順に点灯させて照明すると共に、前記環状照明ユニットとは別体に設けられた、前記三以上の照明ブロックがそれぞれ点灯するタイミングにて、ワークを一定の方向から撮像することにより、照明方向の異なる複数の部分照明画像を撮像するための、予め前記照明ブロックとの相対位置と撮像方向を調整した共通のカメラを用いて、各照明方向毎に一の部分照明画像を撮像して、複数枚の照明方向の異なる部分照明画像を取得する機能と、照明方向の異なる複数の部分照明画像同士で、対応関係にある画素毎の画素値を用いて、フォトメトリックステレオ法に基づき、前記カメラの光軸方向における前記カメラの設置位置と前記環状照明ユニットの設置位置とが相対的に変化することに応じて変化する、各画素のワークの表面に対する法線ベクトルを、前記環状照明ユニットの各照明ブロックと単一のケーブル又は各々異なる複数のケーブルを介して接続され、当該各照明ブロックの各々を所定のタイミングで点灯させる前記照明分岐ユニット及び前記カメラとケーブルを介して接続された前記画像処理部で算出し、当該法線ベクトルのx成分とy成分に対応したX座標成分画像及びY座標成分画像を生成し、当該法線ベクトルX方向及びY方向に微分処理を施し、前記部分照明画像に基づいてワーク表面の傾きの輪郭を示す輪郭抽出画像を、前記画像処理部でもって生成する機能と、前記輪郭抽出画像を表示手段に表示させる機能と、前記表示された輪郭抽出画像上で検査領域を設定させる機能と、前記設定された検査領域内の検査を行う機能とを実現させることができる。 Still further, according to the image inspection program according to the twelfth aspect, the inspection program is for inspecting the appearance by capturing an image of a work, wherein the work is arranged in a computer in which three or more lighting blocks are arranged in a ring. The three or more lighting blocks are provided integrally with the image processing unit or the lighting branching unit from the three or more different lighting directions , with the annular lighting unit configured to be able to illuminate the work from different lighting directions . In the lighting control means, the three or more lighting blocks are lit and illuminated one by one in the lighting order, and the three or more lighting blocks, which are provided separately from the annular lighting unit, are respectively lit, by imaging the work from a certain direction, for imaging a plurality of partial lighting images of different illuminating directions, advance the illumination Bro Using a common camera to adjust the relative position and imaging direction of the click, by photographing one of the partial illumination image for each illumination direction, a function of acquiring a plurality illumination direction different partial illumination images, the illumination A plurality of partial illumination images in different directions, using a pixel value of each pixel in a corresponding relationship, based on a photometric stereo method, based on an installation position of the camera in an optical axis direction of the camera and an installation of the annular illumination unit. A normal vector with respect to the surface of the work of each pixel, which changes according to a relative change in the position, is connected to each lighting block of the annular lighting unit via a single cable or a plurality of different cables. in is, the said image processing unit which respectively through the illumination branch unit and the camera and cable to be turned at a predetermined timing are connected to each lighting block Out to generate the X-coordinate component image and the Y coordinate component image corresponding to the x and y components of the normal vector, a differential processing on the X and Y directions of the normal vectors, the partial illumination image A function of generating, by the image processing unit , a contour extraction image indicating a contour of the inclination of the work surface based on the image; a function of displaying the contour extraction image on a display unit; and an inspection area on the displayed contour extraction image. And a function of performing an inspection in the set inspection region.

また本発明のコンピュータで読み取り可能な記録媒体または記憶した機器は、上記画像検査プログラムを格納するものである。記録媒体には、CD−ROM、CD−R、CD−RWやフレキシブルディスク、磁気テープ、MO、DVD−ROM、DVD−RAM、DVD−R、DVD+R、DVD−RW、DVD+RW、Blu−ray(商品名)、HD DVD(AOD)等の磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、半導体メモリその他のプログラムを格納可能な媒体が含まれる。またプログラムには、上記記録媒体に格納されて配布されるものの他、インターネット等のネットワーク回線を通じてダウンロードによって配布される形態のものも含まれる。さらに記憶した機器には、上記プログラムがソフトウェアやファームウェア等の形態で実行可能な状態に実装された汎用もしくは専用機器を含む。さらにまたプログラムに含まれる各処理や機能は、コンピュータで実行可能なプログラムソフトウエアにより実行してもよいし、各部の処理を所定のゲートアレイ(FPGA、ASIC)等のハードウエア、又はプログラムソフトウエアとハードウェアの一部の要素を実現する部分的ハードウエアモジュールとが混在する形式で実現してもよい。   Further, a computer-readable recording medium or a stored device of the present invention stores the image inspection program. Recording media include CD-ROM, CD-R, CD-RW, flexible disk, magnetic tape, MO, DVD-ROM, DVD-RAM, DVD-R, DVD + R, DVD-RW, DVD + RW, Blu-ray (products) , HD DVD (AOD), and other magnetic disks, optical disks, magneto-optical disks, semiconductor memories, and other media capable of storing programs. The programs include those distributed by being downloaded via a network line such as the Internet, in addition to those stored and distributed on the recording medium. Further, the stored devices include general-purpose or special-purpose devices in which the above-mentioned programs are mounted in a state where the programs can be executed in the form of software or firmware. Furthermore, each process and function included in the program may be executed by program software executable by a computer, or the process of each unit may be performed by hardware such as a predetermined gate array (FPGA, ASIC) or program software. And a partial hardware module that realizes some elements of the hardware.

本発明の実施形態1に係る画像検査装置の構成を示すブロック図である。1 is a block diagram illustrating a configuration of an image inspection device according to a first embodiment of the present invention. 図1の画像検査装置の撮像手段と照明手段の位置関係を示す模式平面図である。FIG. 2 is a schematic plan view illustrating a positional relationship between an imaging unit and a lighting unit of the image inspection device in FIG. 1. 図1の画像検査装置の撮像手段と照明手段の位置関係を示す模式側面図である。FIG. 2 is a schematic side view illustrating a positional relationship between an imaging unit and a lighting unit of the image inspection apparatus in FIG. 1. 実施形態2に係る4つの照明ブロックを実現する照明手段を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the illumination means which implement | achieves four illumination blocks concerning Embodiment 2. 図4の照明手段で5つの照明ブロックを実現する様子を示す模式平面図である。FIG. 5 is a schematic plan view illustrating how five lighting blocks are realized by the lighting unit of FIG. 4. 実施形態3に係る照明手段を示す模式平面図である。FIG. 14 is a schematic plan view illustrating a lighting unit according to a third embodiment. 実施形態4に係る照明手段を示す模式平面図である。FIG. 14 is a schematic plan view illustrating a lighting unit according to a fourth embodiment. 変形例に係る照明手段を示す模式平面図である。It is a schematic plan view which shows the illumination means which concerns on a modification. 他の変形例に係る照明手段を示す模式平面図である。It is a schematic plan view which shows the illumination means which concerns on another modification. 実施形態5に係る画像検査装置の構成を示す模式図である。FIG. 14 is a schematic diagram illustrating a configuration of an image inspection device according to a fifth embodiment. 実施形態6に係る画像検査装置の構成を示す模式図である。FIG. 14 is a schematic diagram illustrating a configuration of an image inspection device according to a sixth embodiment. 画像処理部の信号処理系の説明に供するブロック図である。FIG. 3 is a block diagram for describing a signal processing system of an image processing unit. 図13Aは、フォトメトリックステレオ法の基本原理を説明するための、拡散反射面Sと照明との位置関係を示す図、図13BはL1から光を照射した状態を示す図、図13CはL2から光を照射した状態を示す図、図13Dは照射方向と反射光の明るさの組み合わせから、表面の向きを推定することを説明するための図である。FIG. 13A is a diagram illustrating the positional relationship between the diffuse reflection surface S and the illumination for explaining the basic principle of the photometric stereo method, FIG. 13B is a diagram illustrating a state where light is irradiated from L1, and FIG. FIG. 13D is a diagram showing a state where light is irradiated, and FIG. 13D is a diagram for explaining estimating the surface direction from a combination of the irradiation direction and the brightness of the reflected light. 図14Aは輪郭抽出画像の生成方法を説明するための、垂直方向に微分した傾き画像の一例を示す図、図14Bは水平方向に微分した傾き画像の一例を示す図、図14Cは輪郭抽出画像の一例を示す図である。FIG. 14A is a diagram illustrating an example of a tilt image differentiated in the vertical direction for explaining a method of generating a contour extracted image, FIG. 14B is a diagram illustrating an example of a tilt image differentiated in a horizontal direction, and FIG. 14C is a contour extracted image It is a figure showing an example of. 図15Aは、δ2s/δx2及びδ2s/δy2の計算方法を説明するための、表面情報を示す図、図15Bは傾き画像を示す図、図15Cは前進差分を示す図、図15Dは中央差分を示す図である。FIG. 15A is a diagram illustrating surface information for explaining a method of calculating δ 2 s / δx 2 and δ 2 s / δy 2 , FIG. 15B is a diagram illustrating a tilt image, FIG. 15C is a diagram illustrating a forward difference, FIG. 15D is a diagram illustrating the central difference. 図16Aはテクスチャ抽出画像の生成方法を説明するための、ソース画像を示す図、図16Bは平均法による処理を行った画像を示す図、図16Cはハレーション除去法による処理を行った画像を示す図である。16A is a diagram illustrating a source image for explaining a method of generating a texture extraction image, FIG. 16B is a diagram illustrating an image that has been processed by an averaging method, and FIG. 16C is an image that has been processed by a halation removal method. FIG. アングルノイズ低減の説明に供する図である。It is a figure for explaining angle noise reduction. 照明とカメラが一体型の場合に、障害物と干渉する様子を示す模式断面である。It is a schematic cross section which shows a mode that it interferes with an obstacle when the illumination and the camera are integrated. カメラが照明光の一部を遮る様子を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows a mode that a camera blocks a part of illumination light. 照明とカメラを分離型とした構成を示す模式断面図である。FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing a configuration in which lighting and a camera are separated. 図21Aは照明とカメラとが分離型であるメリットを説明するための、LWDを小さく取った場合、図21BはLWDを大きく取った場合を示す図である。FIG. 21A is a diagram illustrating a case where LWD is set to be small, and FIG. 21B is a diagram illustrating a case where LWD is set to be large, for explaining an advantage that the illumination and the camera are separated types. リング状の照明を配置する様子を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows a mode that arranges illumination of a ring shape. リング状の照明とカメラの回転位置を一致させる様子を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows a mode that the rotation position of a ring-shaped illumination and a camera is matched. 第一実施例に係る設置補助手段を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the installation assistance means which concerns on a 1st Example. 設置補助手段を照明ケーブルと照明手段との接続に適用した例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the example which applied the installation assistance means to the connection of a lighting cable and a lighting means. 第二実施例に係る設置補助手段を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the installation assistance means which concerns on 2nd Example. 第三実施例に係る設置補助手段を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the installation assistance means which concerns on 3rd Example. 変形例に係る設置補助手段を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the installation assistance means which concerns on a modification. 他の変形例に係る設置補助手段を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the installation assistance means which concerns on another modification. 他の変形例に係る設置補助手段を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the installation assistance means which concerns on another modification. 他の変形例に係る設置補助手段を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the installation assistance means which concerns on another modification. 他の変形例に係る設置補助手段を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the installation assistance means which concerns on another modification. 他の変形例に係る設置補助手段を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the installation assistance means which concerns on another modification. 他の変形例に係る設置補助手段を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the installation assistance means which concerns on another modification. 実施例に係る画像検査方法を示すフローチャートである。4 is a flowchart illustrating an image inspection method according to the embodiment. 変形例に係る画像検査方法を示すフローチャートである。9 is a flowchart illustrating an image inspection method according to a modification.

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施の形態は、本発明の技術思想を具体化するための例示であって、本発明は以下のものに特定されない。また、本明細書は特許請求の範囲に示される部材を、実施の形態の部材に特定するものでは決してない。特に実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。なお、各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため誇張していることがある。さらに以下の説明において、同一の名称、符号については同一もしくは同質の部材を示しており、詳細説明を適宜省略する。さらに、本発明を構成する各要素は、複数の要素を同一の部材で構成して一の部材で複数の要素を兼用する態様としてもよいし、逆に一の部材の機能を複数の部材で分担して実現することもできる。
(1.画像検査装置1の構成)
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. However, the embodiment described below is an example for embodying the technical idea of the present invention, and the present invention is not limited to the following. Further, the present specification does not specify the members described in the claims as members of the embodiments. In particular, the dimensions, materials, shapes, relative arrangements, and the like of the components described in the embodiments are not intended to limit the scope of the present invention thereto, unless otherwise specified. It is only an example. In addition, the size, positional relationship, and the like of the members shown in each drawing may be exaggerated for clarity of description. Further, in the following description, the same names and reference numerals denote the same or similar members, and a detailed description thereof will be appropriately omitted. Further, each element constituting the present invention may be configured such that a plurality of elements are formed of the same member and one member also serves as the plurality of elements, or conversely, the function of one member may be performed by a plurality of members. It can be realized by sharing.
(1. Configuration of image inspection apparatus 1)

本発明の実施の形態1に係る画像検査装置のブロック図を、図1に示す。この図に示す画像検査装置1は、検査対象物(以下、「ワークWK」ともいう。)を一定の方向から撮像する撮像手段11と、ワークWを異なる三以上の照明方向から照明するための照明手段と、各照明手段を一ずつ点灯順に点灯させるための照明制御手段31と、照明制御手段と撮像手段と接続されてこれらを制御する画像処理部41を備えている。画像処理部41と撮像手段とは、撮像ケーブル12を介して、また画像処理部41と照明制御手段31とは照明ケーブル32を介して、それぞれ接続されている。また画像処理部は、表示手段51と操作手段61を接続している。さらに画像処理部には、必要に応じて外部機器であるPLC(Programable Logic Controller)やコンピュータ等と接続することもできる。   FIG. 1 shows a block diagram of the image inspection apparatus according to Embodiment 1 of the present invention. The image inspection apparatus 1 shown in FIG. 1 includes an imaging unit 11 that images an inspection target (hereinafter, also referred to as a “work WK”) from a certain direction, and an illumination unit that illuminates the work W from three or more different illumination directions. An illumination unit, an illumination control unit 31 for lighting each illumination unit one by one in the lighting order, and an image processing unit 41 connected to the illumination control unit and the imaging unit and controlling them are provided. The image processing unit 41 and the imaging unit are connected via the imaging cable 12, and the image processing unit 41 and the illumination control unit 31 are connected via the illumination cable 32, respectively. The image processing unit connects the display unit 51 and the operation unit 61. Further, the image processing unit can be connected to an external device such as a PLC (Programmable Logic Controller) or a computer as needed.

撮像手段は、照明制御手段により各照明手段を点灯させる照明タイミングにて、ワークWを一定の方向から撮像することにより、照明方向の異なる複数の部分照明画像を撮像する。   The imaging unit captures a plurality of partial illumination images having different illumination directions by imaging the work W from a fixed direction at an illumination timing at which each illumination unit is turned on by the illumination control unit.

画像処理部は、法線ベクトル算出手段41aと、輪郭画像生成手段41bと、テクスチャ抽出画像生成手段41cと、検査領域特定手段41dと、画像処理手段41eと、判定手段41fの機能を実現する。法線ベクトル算出手段41aは、撮像手段によって撮像された複数の部分照明画像同士で、対応関係にある画素毎の画素値を用いて、各画素のワークWの表面に対する法線ベクトルnを算出する。輪郭画像生成手段41bは、算出された各画素の法線ベクトルnに対して、X方向及びY方向に微分処理を施し、ワークW表面の傾きの輪郭を示す輪郭画像を生成する。テクスチャ抽出画像生成手段41cは、照明手段による照明する回数個ある、算出された各画素の法線ベクトルnから、法線ベクトルnと同数個の各画素のアルベドを算出し、アルベドから、ワークWの表面の傾き状態を除去した模様を示すテクスチャ抽出画像を生成する。検査領域特定手段41dは、生成された輪郭画像に対して検査対象となる検査領域の位置を特定する。画像処理手段41eは、特定された検査領域内の傷を検出するための画像処理を施す。判定手段41fは、処理結果に基づいて、ワークW表面の傷の有無を判定する。   The image processing unit implements the functions of a normal vector calculation unit 41a, a contour image generation unit 41b, a texture extraction image generation unit 41c, an inspection area identification unit 41d, an image processing unit 41e, and a determination unit 41f. The normal vector calculation unit 41a calculates a normal vector n of each pixel with respect to the surface of the workpiece W using a pixel value of each pixel in a correspondence relationship between the plurality of partial illumination images captured by the imaging unit. . The contour image generation unit 41b performs a differentiation process on the calculated normal vector n of each pixel in the X direction and the Y direction, and generates a contour image indicating the contour of the inclination of the surface of the work W. The texture extraction image generation unit 41c calculates the albedo of each pixel of the same number as the normal vector n from the calculated normal vector n of each pixel, which is the number of times of illumination by the illumination unit, and calculates the work W from the albedo. A texture extraction image showing a pattern from which the surface inclination state has been removed is generated. The inspection area specifying means 41d specifies the position of the inspection area to be inspected with respect to the generated contour image. The image processing means 41e performs image processing for detecting a flaw in the specified inspection area. The determining unit 41f determines the presence or absence of a flaw on the surface of the work W based on the processing result.

撮像手段と照明手段とは、別個の部材として配置可能としている。これによって自由度の高いレイアウトが可能となる。一例として、図2の模式平面図及び図3の模式側面図に示すように、ステージSG上に載置されたワークWの真上に、光軸を鉛直方向に向けた撮像手段11を配置する。また撮像手段11の周囲の東西南北の方位に、4個の照明手段、すなわち第一照明手段21、第二照明手段22、第三照明手段23、第四照明手段24を、同一の高さに配置する。配置された撮像手段と各照明手段の位置関係は、画像検査装置側で記録される。照明制御手段により所定の照明タイミングで各照明手段を順次点灯させて、共通の撮像手段でもって、ワークを一定の方向から撮像して部分照明画像を取得する。   The imaging means and the illumination means can be arranged as separate members. This enables a layout with a high degree of freedom. As an example, as shown in the schematic plan view of FIG. 2 and the schematic side view of FIG. 3, the imaging unit 11 with the optical axis directed in the vertical direction is disposed right above the work W placed on the stage SG. . Also, in the east-west-north-south direction around the imaging means 11, the four lighting means, that is, the first lighting means 21, the second lighting means 22, the third lighting means 23, and the fourth lighting means 24 are set at the same height. Deploy. The positional relationship between the arranged imaging means and each illumination means is recorded on the image inspection device side. Each lighting unit is sequentially turned on at a predetermined lighting timing by the lighting control unit, and the workpiece is imaged from a fixed direction by a common imaging unit to acquire a partial illumination image.

なお、撮像手段と照明手段とは、別個の部材とする構成に限らず、これらをアーム等を介して一体に構成してもよい。この場合は、予め撮像手段と照明手段の位置関係が固定されているため、光軸を一致させるといった調整作業を不要とできる。ただし、自由度が失われる。
(撮像手段)
Note that the imaging unit and the illumination unit are not limited to being configured as separate members, and may be integrally configured via an arm or the like. In this case, since the positional relationship between the imaging unit and the illumination unit is fixed in advance, it is not necessary to perform an adjustment operation such as matching the optical axes. However, the degree of freedom is lost.
(Imaging means)

撮像手段11は、例えば、CCD(Charge Coupled Device)カメラやCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)イメージャ等の撮像素子が利用できる。撮像素子で被写体の画像を光電変換して画像信号を出力し、出力された画像信号を信号処理ブロックが輝度信号と色差信号とに変換して、撮像ケーブル12で接続された画像処理部41に出力する。
(照明手段)
As the imaging unit 11, for example, an imaging element such as a charge coupled device (CCD) camera or a complementary metal oxide semiconductor (CMOS) imager can be used. The image of the subject is photoelectrically converted by the image sensor to output an image signal, and the output image signal is converted into a luminance signal and a color difference signal by the signal processing block, and the converted signal is transmitted to the image processing unit 41 connected by the imaging cable 12. Output.
(Lighting means)

照明手段21、22、23、24は、ワークWKに対して、異なる照明方向から照明光を照射できるよう、図2の模式平面図に示すようにワークWKの周囲をとり囲むように配置される。また図3の模式側面図に示すように、各照明手段は、光軸を斜め下方に向けて設置される。各照明手段で照明されたワークを、共通の撮像手段で撮像できるよう、撮像手段の光軸と、照明手段を設けた平面(仮想回転面)の中心軸とを一致させることが好ましい。また、照明手段同士の間隔(中心軸からの方位角)は、360°を照明手段の数で均等に分割して配置することが好ましい。さらに天頂角は、すべての照明手段で一定とすることが好ましい。さらにまた、各照明手段とワークとの距離も、一定とすること好ましい。このようにすることで、フォトメトリックステレオ処理の演算に必要な方位角や天頂角情報の入力を簡易化できる。また後述の通り、全灯画像MCを撮像する際はすべての照明手段を点灯した全灯状態で撮像するため、上記状態にすれば、全照明の強さを均等に弱めるだけで、ムラの少ない照明状態で撮像できる。   The illumination means 21, 22, 23, and 24 are arranged so as to surround the periphery of the work WK as shown in a schematic plan view of FIG. 2 so that the work WK can be irradiated with illumination light from different illumination directions. . Further, as shown in the schematic side view of FIG. 3, each lighting unit is installed with the optical axis directed obliquely downward. It is preferable that the optical axis of the imaging unit and the center axis of a plane (virtual rotation plane) provided with the illumination unit coincide with each other so that the work illuminated by each illumination unit can be imaged by the common imaging unit. In addition, it is preferable that the intervals (azimuths from the central axis) between the illumination units are arranged such that 360 ° is equally divided by the number of illumination units. Further, it is preferable that the zenith angle is constant for all the lighting means. Furthermore, it is preferable that the distance between each lighting means and the work is also constant. By doing so, it is possible to simplify the input of the azimuth and zenith angle information required for the calculation of the photometric stereo processing. As will be described later, when capturing the full-light image MC, all the illuminating means are imaged in the full-light state in which all the lighting means are turned on. Images can be taken in the lighting state.

図1の例では、第一照明手段21、第二照明手段22、第三照明手段23、第四照明手段24の4つで構成される。各照明手段は、白熱球や蛍光灯等が利用できる。特に、発光ダイオード(Light Emitting Diode:LED)等の半導体発光素子は、消費電力が少なく長寿命で応答性にも優れ、好ましい。各照明手段は、図1に示すように、それぞれに対応するケーブル71、72、73、74を介して、照明分岐ユニット75に接続され、さらにケーブル76を介して、照明制御手段31に接続されている。
(照明分岐ユニット)
In the example of FIG. 1, the first lighting unit 21, the second lighting unit 22, the third lighting unit 23, and the fourth lighting unit 24 are configured. As each lighting unit, an incandescent bulb, a fluorescent lamp, or the like can be used. In particular, a semiconductor light-emitting element such as a light-emitting diode (Light Emitting Diode: LED) is preferable because it consumes less power, has a long life, and has excellent responsiveness. As shown in FIG. 1, each lighting unit is connected to a lighting branching unit 75 via a corresponding cable 71, 72, 73, 74, and further connected to a lighting control unit 31 via a cable 76. ing.
(Lighting branch unit)

照明分岐ユニットは、各照明手段を照明制御手段と接続するためのインターフェースである。具体的には、照明手段から延長された照明ケーブルを接続するための照明接続コネクタを設けている。図1の例では、4つの照明手段を接続するよう、4つの照明接続コネクタを設けている。この際、照明ケーブルを正しく照明接続コネクタに接続するよう、設置補助手段としてマーク等を設けてもよい(詳細は後述)。各照明手段の照明メーブルを、照明分岐ユニットの照明接続コネクタに正しく接続することで、照明制御手段でもって正しい順序で正しい方向から照明手段を点灯でき、さらに各照明タイミングと同期させて撮像手段を動作させることで、部分照明画像を撮像できる。なお、照明分岐ユニットは、図1の例では照明制御手段と別体に設けられているが、この構成に限られず、例えば照明制御手段に照明分岐ユニットを組み込んでもよい。   The lighting branch unit is an interface for connecting each lighting means to the lighting control means. Specifically, a lighting connection connector for connecting a lighting cable extended from the lighting means is provided. In the example of FIG. 1, four lighting connection connectors are provided so as to connect four lighting means. At this time, a mark or the like may be provided as an installation assisting means so that the lighting cable is correctly connected to the lighting connection connector (details will be described later). By correctly connecting the lighting table of each lighting unit to the lighting connection connector of the lighting branch unit, the lighting unit can be turned on in the correct order by the lighting control unit, and the imaging unit can be synchronized with each lighting timing to set the imaging unit. By operating, a partial illumination image can be captured. Although the lighting branch unit is provided separately from the lighting control means in the example of FIG. 1, the present invention is not limited to this configuration. For example, the lighting branch unit may be incorporated in the lighting control means.

照明手段21、22、23、24の照明色は、ワークWKのタイプに応じて変更することもできる。例えば、細かい傷を検査したい場合には、波長が短い青色が好適である。また、着色されたワークを検査するときは、照明の色が邪魔にならないように、白色の照明を使うのが好ましい。さらに、ワークに油が付いているときには、その影響を防ぐために、赤色の照明を採用するとよい。   The illumination colors of the illumination means 21, 22, 23, 24 can be changed according to the type of the work WK. For example, when it is desired to inspect a fine scratch, blue having a short wavelength is preferable. When inspecting a colored work, it is preferable to use white illumination so that the color of the illumination does not interfere. Further, when the work has oil, it is preferable to adopt red illumination to prevent the influence.

また照明手段は、上述した図1〜図3の例では4個としているが、異なる三以上の照明方向からワークWKを照明できるよう、少なくとも3個あれば足りる。照明手段の数を増やすと、より多くの照明方向から部分照明画像が得られるため、画像検査の精度を向上できる。例えば、北東、北西、南東、南西の方位を加えて全部で8個配置してもよい。また、照明手段同士の間隔(中心軸からの方位角)は、360°を照明手段の数で均等に分割して配置することが好ましい。さらに天頂角は、すべての照明手段で一定とすることが好ましい。なお、処理すべき画像の枚数が増えることで処理量が増え、処理時間が遅くなる。本実施の形態においては、処理速度と演算処理のし易さ、精度等のバランスを考慮して、上述の通り照明手段の数を4個としている。   In addition, although the number of illumination means is four in the examples of FIGS. 1 to 3 described above, at least three illumination means are sufficient so that the work WK can be illuminated from three or more different illumination directions. When the number of illumination means is increased, partial illumination images can be obtained from more illumination directions, so that the accuracy of image inspection can be improved. For example, a total of eight directions including the northeast, northwest, southeast, and southwest directions may be arranged. In addition, it is preferable that the intervals (azimuths from the central axis) between the illumination units are arranged such that 360 ° is equally divided by the number of illumination units. Further, it is preferable that the zenith angle is constant for all the lighting means. It should be noted that an increase in the number of images to be processed increases the amount of processing, thereby reducing the processing time. In the present embodiment, the number of illumination means is set to four as described above in consideration of the balance between the processing speed, the easiness of the arithmetic processing, the accuracy, and the like.

また、照明手段を、環状に配置された複数個の発光素子で構成することもできる。例えば図4に示す実施形態2に係るリング照明では、環状に配置された発光素子を4つの照明ブロックに分割している。そして照明制御手段が、第一照明ブロックを第一照明手段、第二照明ブロックを第二照明手段、第三照明ブロックを第三照明手段、第四照明ブロックを第四照明手段として、それぞれの照明ブロックの照明タイミングを異ならせることで、4つの別個の照明手段が存在するのと同様に制御できる。   Further, the lighting means may be constituted by a plurality of light emitting elements arranged in a ring. For example, in the ring illumination according to the second embodiment shown in FIG. 4, the light emitting elements arranged in a ring are divided into four illumination blocks. Then, the lighting control unit sets the first lighting block as the first lighting unit, the second lighting block as the second lighting unit, the third lighting block as the third lighting unit, and the fourth lighting block as the fourth lighting unit. By making the illumination timing of the blocks different, it is possible to control as if there are four separate illumination means.

またこの構成であれば、同一のリング照明を用いて、照明手段の数を任意に変更できる利点も得られる。すなわち、各発光素子の点灯を照明制御手段で任意に制御できる場合は、図5に示すように、環状に配列された発光素子の円周を4区分から5区分に分割するように照明ブロックを変更し、5つの照明ブロックをそれぞれ点灯させる照明タイミングをずらして各部分照明画像を撮像するように照明制御手段で制御することで、5つの照明方向からの部分照明画像を取得できる。さらに同様に環状の円周を6分割、7分割に変更すれば、照明方向をさらに増やすことができる。また、常時一定の照明ブロックにて部分照明画像を取得する構成に限らず、周期毎に照明ブロックを変更してもよい。このように、各発光素子の点灯パターンを調整することで、同一のリング照明を用いて、仮想的に照明ブロックの数を変更し、照明手段の数を調整するのと同様の効果を得ることができる。言い換えると、共通のハードウェアでもって異なる精度に対応できる。   Further, with this configuration, there is an advantage that the number of illumination means can be arbitrarily changed using the same ring illumination. That is, when lighting of each light emitting element can be arbitrarily controlled by the lighting control means, as shown in FIG. 5, the lighting block is so divided as to divide the circumference of the annularly arranged light emitting elements into four to five sections. By changing the illumination timing to turn on the five illumination blocks and controlling the illumination control unit to capture each partial illumination image, partial illumination images from five illumination directions can be obtained. Similarly, by changing the annular circumference into six and seven divisions, the number of illumination directions can be further increased. Further, the present invention is not limited to a configuration in which a partial illumination image is always acquired by a constant illumination block, and the illumination block may be changed in each cycle. As described above, by adjusting the lighting pattern of each light emitting element, it is possible to obtain the same effect as virtually changing the number of illumination blocks and adjusting the number of illumination means using the same ring illumination. Can be. In other words, different accuracy can be handled by common hardware.

さらに照明手段は、円環状に配置する他、実施形態3として図6の模式平面図に示すように、バー状に構成された照明手段を矩形状に配置したり、実施形態4として図7の模式平面図に示すように、多角形状に配置することもできる。   Further, in addition to arranging the illuminating means in an annular shape, as shown in the schematic plan view of FIG. 6 as the third embodiment, illuminating means configured in a bar shape may be arranged in a rectangular shape, and as the fourth embodiment, the illuminating means of FIG. As shown in the schematic plan view, they can be arranged in a polygonal shape.

あるいは、照明手段を円や多角形の環状に配置する他、平面状に配置することもできる。例えば、多数の発光素子を平面状に配置し、点灯する照明ブロックを変化させることで、異なる照明方向を実現することもできる。具体的には、図8に示す変形例に係る照明手段のように、同心円状の円環を複数重ねた照明ユニット20’を構成し、半径の異なる各円環をそれぞれ照明ブロックとして照明手段を構成する。あるいは、図9に示す他の変形例に係る照明手段のように、ドットマトリックス状に発光素子を並べた照明ユニット20”としつつ、中心を通る複数の線分で分割した照明ブロックでもって照明手段を構成してもよい。このように本発明において照明手段や照明方向とは、必ずしも物理的に離間された照明に限られず、一の照明手段を複数に分割した照明ブロックでもって、照明を行う構成も含む意味で使用する。   Alternatively, the illuminating means may be arranged in a circle, a polygonal ring, or a plane. For example, different illumination directions can be realized by arranging a large number of light emitting elements in a plane and changing illumination blocks to be lit. Specifically, as in the illumination unit according to the modification shown in FIG. 8, an illumination unit 20 ′ in which a plurality of concentric rings are stacked is configured, and each of the rings having different radii is used as an illumination block, and the illumination unit is used as the illumination unit. Constitute. Alternatively, as in the illumination unit according to another modification shown in FIG. 9, the illumination unit 20 ″ in which light-emitting elements are arranged in a dot matrix form, and an illumination unit divided by a plurality of line segments passing through the center. As described above, in the present invention, the lighting means and the lighting direction are not necessarily limited to physically separated lighting, and lighting is performed by a lighting block obtained by dividing one lighting means into a plurality. It is used in the sense including the configuration.

なお、本実施例においては各照明手段による部分照明光が撮像範囲内で並行光であるとの前提で処理している。部分照明光が平行光である限り、照明光の方向(例えば東西南北のいずれか)だけが問題となり、その詳細な位置、例えば照明手段の光源の座標位置等は考慮する必要はない。
(照明制御手段)
In this embodiment, the processing is performed on the assumption that the partial illumination light from each illumination unit is parallel light within the imaging range. As long as the partial illumination light is parallel light, only the direction of the illumination light (for example, any of north, south, east and west) becomes a problem, and it is not necessary to consider its detailed position, for example, the coordinate position of the light source of the illumination means.
(Lighting control means)

照明制御手段は、三以上の照明手段を一ずつ点灯順に点灯させると共に、各照明手段を点灯させる照明タイミングにて、ワークを撮像手段で一定の方向から撮像するよう、各照明手段と撮像手段を同期させるように制御する。いいかえると照明制御手段は、照明手段による照明タイミングと、撮像手段による撮像タイミングとを同期させる。また照明制御手段が各照明手段を点灯させる点灯順は、ワークの周囲を取り囲むように配置された照明手段を、時計回り、反時計回りといった順で点灯させる他、離散的な順序、例えば一つおきや交差するような順としてもよい。どのような順であっても、各照明タイミングで撮像された部分照明画像が、どの照明方向の照明にて撮像されたものであるかを把握できれば、フォトメトリックステレオ法に基づいて法線ベクトル画像を構築できる。   The lighting control means lights up the three or more lighting means one by one in the lighting order, and sets each lighting means and the imaging means so that the work is imaged from a certain direction by the imaging means at the lighting timing for lighting each lighting means. Control to synchronize. In other words, the illumination control unit synchronizes the illumination timing of the illumination unit with the imaging timing of the imaging unit. The lighting order in which the lighting control means turns on each lighting means is such that the lighting means arranged to surround the periphery of the work is turned on in a clockwise, counterclockwise, or other order, and in a discrete order, for example, one. It is good also as the order which crosses and intersects. In any order, if it is possible to grasp which illumination direction the partial illumination image captured at each illumination timing is captured in which illumination direction, a normal vector image based on the photometric stereo method Can be constructed.

なお図1の実施形態1では、照明制御手段31は、画像処理部41と別体として設けられているが、この構成に限られない。例えば、図10に示す実施形態5のように、画像処理部41と一体化されていてもよいし、あるいは図11に示す実施形態6のように、照明手段25に内蔵されていてもよい。
(画像処理部)
In the first embodiment of FIG. 1, the illumination control unit 31 is provided separately from the image processing unit 41, but is not limited to this configuration. For example, it may be integrated with the image processing unit 41 as in a fifth embodiment shown in FIG. 10, or may be built in the lighting means 25 as in a sixth embodiment shown in FIG.
(Image processing unit)

画像処理部41は、撮像手段11及び照明手段21、22、23、24の動作を制御するとともに、撮像手段11から入力された4つの部分照明画像の画像信号Q1〜Q4を用いて、各画素における面の法線ベクトル画像(以下、「傾き画像」という。)を生成し、傾き画像のX方向及びY方向の第2次の傾き画像(以下、「輪郭抽出画像」という。)や、アルベド(albedo、反射率を意味する。)画像(以下、「テクスチャ抽出画像」ともいう。)を作成し、それらの画像を用いて、傷の検査や文字の検出等を行うための処理をする。なお、傷の検査や文字の検出等を行うための処理は、画像処理部41で処理する構成に限らず、例えばPLC81等の外部部機器側で実行させることもできる。   The image processing unit 41 controls the operations of the imaging unit 11 and the illumination units 21, 22, 23, and 24, and uses the image signals Q 1 to Q 4 of the four partial illumination images input from the imaging unit 11 to set each pixel. A normal vector image (hereinafter, referred to as an “inclination image”) of the surface at is generated, and a secondary inclination image (hereinafter, referred to as an “outline extraction image”) in the X direction and the Y direction of the inclination image and an albedo are generated. (Albedo means reflectivity.) An image (hereinafter, also referred to as a “texture extraction image”) is created, and a process for inspecting a flaw, detecting a character, and the like is performed using the image. It should be noted that the processing for performing a flaw inspection, character detection, and the like is not limited to the processing performed by the image processing unit 41, and may be executed by an external device such as the PLC 81, for example.

図12は、画像処理部41の信号処理系42を示している。信号処理系42は、CPU43、メモリ44、ROM45、表示手段51、ポインティングデバイス等の操作手段61、撮像手段11、照明制御手段31、結果出力処理を実行するPLC(プログラマブル・ロジック・コントローラ)81より構成されており、これらは、バス46やケーブル12、32、52、62、82を介して互いに接続されている。なお、ROM45は、可搬メディアであってもよい。また表示手段51を、例えばタッチパネルとする等、操作手段61と兼用させてもよい。   FIG. 12 shows a signal processing system 42 of the image processing unit 41. The signal processing system 42 includes a CPU 43, a memory 44, a ROM 45, a display unit 51, an operation unit 61 such as a pointing device, an imaging unit 11, an illumination control unit 31, and a PLC (programmable logic controller) 81 for executing a result output process. These are connected to each other via a bus 46 and cables 12, 32, 52, 62, 82. Note that the ROM 45 may be a portable medium. The display means 51 may also be used as the operation means 61, for example, as a touch panel.

CPU43は、ROM45に格納されているプログラムに基づいて、メモリ44、ROM45、表示手段51、操作手段61、撮像手段11、照明制御手段31、PLC81の相互間でのデータの送受を制御したり、表示手段51、撮像手段11、照明制御手段31の制御を行っている。   The CPU 43 controls transmission and reception of data among the memory 44, the ROM 45, the display unit 51, the operation unit 61, the imaging unit 11, the illumination control unit 31, and the PLC 81 based on a program stored in the ROM 45, The display unit 51, the imaging unit 11, and the illumination control unit 31 are controlled.

画像処理部41は、例えば、プログラムが格納された1台のコンピュータを想定しているが、複数のコンピュータの組み合わせにより各手段が構成されるようにしてもよいし、一部の手段を専用の回路により構成してもよい。あるいは、ASICのように専用設計された部材とすることもできる。
(判定手段)
The image processing unit 41 is, for example, assumed to be one computer storing a program, but each unit may be configured by a combination of a plurality of computers, or some of the units may be dedicated. It may be constituted by a circuit. Alternatively, a specially designed member such as an ASIC may be used.
(Judgment means)

画像処理部41は上述の通り、判定手段の機能を実現する。判定手段は、得られたテクスチャ抽出画像に基づいて、傷の有無や大きさの検査を行う。例えば所定の閾値以上の場合に傷であると判定する。また、判定手段は必要に応じて輪郭抽出画像に基づいてOCRを行い、認識された文字列を出力することもできる。
(基本原理)
The image processing unit 41 realizes the function of the determination unit as described above. The judging unit inspects the presence or absence and size of a flaw based on the obtained texture extraction image. For example, when it is equal to or more than a predetermined threshold value, it is determined that the scratch is present. Further, the determination means can perform OCR based on the contour extraction image as needed, and can output the recognized character string.
(Basic principle)

次に、以上の画像検査装置を用いて、ワークの外観検査を行う基本原理について、従来技術である特許文献1の技術と対比しながら説明する。まず特許文献1に開示された技術の基本原理は、フォトメトリックステレオ法の原理を利用し、未知の面に対して、様々な方向から光を当てて、ワークの反射光の違いを利用してワークの形を推定しようとするものである。ワークの反射光は、照明の入射角度、照明の距離等を反映し、入射角度が90°になるところが最も明るくなり、照明との距離が離れれば離れるほど暗くなる性質がある。   Next, the basic principle of inspecting the appearance of a workpiece using the above-described image inspection apparatus will be described in comparison with the conventional technique of Patent Document 1. First, the basic principle of the technology disclosed in Patent Document 1 uses the principle of the photometric stereo method, irradiates an unknown surface with light from various directions, and utilizes the difference in the reflected light of the work. It is intended to estimate the shape of the work. The reflected light of the work reflects the incident angle of the illumination, the distance of the illumination, and the like, and has the property of becoming brightest when the incident angle is 90 °, and becomes darker as the distance from the illumination increases.

この性質を利用して、明るさと位置が既知である照明を複数個用意して、照明の点灯を順に切り替えていき、それぞれの点において、各方向の照明から照射されたときの反射光の明るさの違いを利用して表面がどちらを向いているかを推定する。具体的には、傾き画像のX成分Y成分を、X成分の輝度に置き換えたX成分画像やY成分の輝度に置き換えたY成分画像を作成して検査に応用しようとするものである。   By utilizing this property, a plurality of illuminations whose brightness and position are known are prepared, and the lighting is switched in order, and at each point, the brightness of the reflected light when emitted from the illumination in each direction. Estimate which surface is facing using the difference in height. More specifically, an X component image in which the X component and Y component of the tilt image are replaced with the X component luminance, and a Y component image in which the Y component luminance is replaced are created to be applied to inspection.

しかしながら、この方法は、照明やワークの設置面の僅かな傾きや、元々入力している照明の位置等の入力情報の過誤に対して、得られる検査画像が大きく変化してしまう等、ロバスト性に劣るという問題があった。例えば、実際には凸凹がないのに凸凹の画像になったり、あるいは照明に対しては通常、近くが明るく見えるところ、明るさの変化によってワークの中央が盛り上がったような画像に見えるといった、ワークの実際の形状に即した検査画像が必ずしも得られないという欠点があった。   However, this method is robust in that the obtained inspection image is greatly changed due to a slight inclination of the installation surface of the lighting or the work or an error in the input information such as the position of the originally input lighting. There was a problem that it was inferior. For example, a work may have an uneven image without any unevenness, or the work may look like an image where the vicinity of the work normally looks bright for illumination, or the center of the work is raised due to a change in brightness. However, there is a drawback that an inspection image conforming to the actual shape cannot be always obtained.

これに対して、本実施の形態に係る画像検査技術の基本原理は、フォトメトリックステレオ法を利用して第1次の傾き画像を生成することを出発点としながらも、得られた第1次の傾き画像をX方向及びY方向に微分処理して第2次の傾き画像、すなわち、輪郭抽出画像を作成し、その画像を用いて、傷の検査等を行うものである。第2次の傾き画像は、前述の欠点が生ずるようなケースであっても、その影響が小さく、面の傾き変化の大きいところが暗くなる階調とする一方、面の傾き変化の小さいところが明るくなる階調と設定することで、ワークの表面の傾きが大きく変化する傷や輪郭等を抽出するのに好適な画像となる。   On the other hand, the basic principle of the image inspection technique according to the present embodiment is that the first-order tilt image is generated using the photometric stereo method as a starting point, but the obtained first-order tilt image is obtained. Is differentiated in the X direction and the Y direction to create a second-order tilt image, that is, a contour extraction image, and inspects the scratch using the image. Even in the case where the above-described defect occurs, the second-order tilt image has a small effect, and a portion where the surface tilt change is large is darkened, while a portion where the surface tilt change is small is bright. By setting the gradation, an image suitable for extracting a flaw, an outline, or the like in which the inclination of the surface of the work greatly changes is obtained.

また、特許文献1に開示された技術では、フォトメトリックステレオ法を利用して生成した反射率画像(テクスチャ抽出画像に相当。)は、ハレーションが起きてしまい、文字の検出等が困難な場合があった。これに対して、本実施の形態に係る画像検査技術は、基本的には、2つの照明でしか同じ箇所ではハレーションしないという基本原理を利用して、各画素において、例えば4つの画素値の内、上から3つ目の画素値を採用することで、ハレーションの影響を取り除くようにしている。   In the technique disclosed in Patent Document 1, a reflectance image (corresponding to a texture extraction image) generated by using the photometric stereo method may cause halation, and it may be difficult to detect characters. there were. On the other hand, the image inspection technology according to the present embodiment basically utilizes the basic principle that only two illuminations cause halation at the same location, and for each pixel, for example, out of four pixel values. , The effect of halation is removed by adopting the third pixel value from the top.

加えて、特許文献1に開示された画像処理装置は、カメラと照明用の光源を一体に構成しているが、この構成では、カメラと光源が大型化して、設置に際して大きさの制約を受けるという問題もあった。これに対して本実施の形態に係る画像検査装置では、撮像手段と照明手段を別個の部材とできるので、配置スペースを考慮したより柔軟な設置が可能となって、使い勝手の面でも有利となる。
(フォトメトリックステレオ法の基本原理)
In addition, in the image processing apparatus disclosed in Patent Document 1, the camera and the light source for illumination are integrally configured. However, in this configuration, the size of the camera and the light source is increased, and the size of the camera and the light source is restricted during installation. There was also a problem. On the other hand, in the image inspection apparatus according to the present embodiment, since the imaging unit and the illumination unit can be separate members, more flexible installation can be performed in consideration of the arrangement space, which is advantageous in terms of usability. .
(Basic principle of photometric stereo method)

ここで、図13A〜図13Dを参照しながら、フォトメトリックステレオ法の基本原理について説明する。まず、図13Aに示すように、未知の拡散反射面S、及び明るさと位置が既知の複数の照明(この例では第一照明手段L1と第二照明手段L2の2個)がある場合を想定する。例えば図13Bに示すように、第一照明手段L1から光を照射すると、拡散反射面Sの表面における拡散反射光は、(1)照明の明るさ(既知)、(2)照明の向き(既知)、(3)ワークWKの表面の向き(法線ベクトルn)、(4)ワークWKの表面のアルベドのパラメータのみで決定される。   Here, the basic principle of the photometric stereo method will be described with reference to FIGS. 13A to 13D. First, as shown in FIG. 13A, it is assumed that there is an unknown diffuse reflection surface S and a plurality of illuminations (first illumination means L1 and second illumination means L2 in this example) whose brightness and position are known. I do. For example, as shown in FIG. 13B, when light is emitted from the first illumination unit L1, the diffuse reflection light on the surface of the diffuse reflection surface S is (1) the brightness of the illumination (known), and (2) the direction of the illumination (known). ), (3) the orientation of the surface of the work WK (normal vector n), and (4) the albedo parameter of the surface of the work WK alone.

そこで、図13B及び図13Cに示すように、複数の異なる照明方向、具体的には三以上の照明方向から照明光が投光されたときの拡散反射光からなる部分照明画像を、それぞれ撮像手段で撮影する。そして図13Dに示すように、3以上の部分照明画像を入力画像とすることで、未知である(3)ワークWK表面の向き(法線ベクトルn)、(4)ワークWK表面のアルベドを、以下の関係式に基づいて算出できる。
I=ρLSn
Therefore, as shown in FIGS. 13B and 13C, the partial illumination images formed by the diffuse reflection light when the illumination light is projected from a plurality of different illumination directions, specifically, three or more illumination directions, are respectively taken by the imaging unit. To shoot. Then, as shown in FIG. 13D, by using three or more partial illumination images as input images, the unknown (3) the orientation (normal vector n) of the surface of the work WK, and (4) the albedo of the surface of the work WK, It can be calculated based on the following relational expression.
I = ρLSn

上式において、
ρ:アルベド
L:照明の明るさ
S:照明方向行列
n:表面の法線ベクトル
I:画像の階調値
In the above formula,
ρ: albedo L: illumination brightness S: illumination direction matrix n: surface normal vector I: image tone value

上式から、照明手段が3つの場合、次式で表すことができる。   From the above equation, when there are three illumination means, it can be expressed by the following equation.

また照明手段が4つの場合は、次式で表すことができる。   In the case of four illumination means, it can be expressed by the following equation.

(法線ベクトルn) (Normal vector n)

上式より、法線ベクトルnは、次式で表現できる。
n=1/ρL・S+
From the above equation, the normal vector n can be expressed by the following equation.
n = 1 / ρL · S + I

上式において、
+:正方行列であれば、普通の逆行列
+:縦長行列の逆行列は以下の式で表現されるムーアペンローズの擬似逆行列
+=(StS)-1t
で求める。
(アルベド)
In the above formula,
S + : If it is a square matrix, ordinary inverse matrix S + : The inverse matrix of the vertical matrix is a pseudo-inverse matrix of Moore-Penrose S + = (S t S) −1 S t represented by the following equation.
Ask for.
(Albedo)

さらにアルベドρは、次式で表現できる。
ρ=|I|/|LSn|
(2−2.輪郭抽出画像)
Further, the albedo ρ can be expressed by the following equation.
ρ = | I | / | LSn |
(2-2. Contour extraction image)

次に、フォトメトリックステレオ法で傾き画像を生成すると共に、得られた傾き画像から、傷や輪郭等のワークの表面情報を得る方法について説明する。
(傾き画像)
Next, a method of generating a tilt image by the photometric stereo method and obtaining surface information of a work such as a scratch or a contour from the obtained tilt image will be described.
(Tilted image)

まず、傾き画像の生成方法について説明する。ワークの曲面をSとするとき、傾き画像は次式で与えられる。
x方向:δs/δx、y方向:δs/δy
First, a method of generating a tilt image will be described. When the curved surface of the work is S, the tilt image is given by the following equation.
x direction: δs / δx, y direction: δs / δy

ここで傾き画像の例として、ワークとして一円玉を用いた例を図14A、図14Bに示す。図14Aは、法線方向のY座標成分画像、図14Bは法線方向のX座標成分画像である。ここでは、4つの照明方向から撮像した部分照明画像を用いて、Y方向(図において垂直方向)に微分することで図14Aに示す傾き画像を、またX方向(図において水平方向)に微分することで図14Bに示す傾き画像を図14Bを、それぞれ得ている。   Here, as an example of the tilt image, an example in which a single coin is used as a workpiece is shown in FIGS. 14A and 14B. FIG. 14A is a Y-coordinate component image in the normal direction, and FIG. 14B is an X-coordinate component image in the normal direction. Here, the tilt image shown in FIG. 14A is differentiated in the X direction (horizontal direction in the figure) by differentiating in the Y direction (vertical direction in the figure) using partial illumination images captured from four illumination directions. Thus, the tilt image shown in FIG. 14B is obtained in FIG. 14B.

ここで、傷や輪郭等はワーク表面の傾きが変化する箇所なので、傾き画像をそれぞれの方向に微分する。第2次の傾き画像は、次式で与えられる。
x方向:δ2s/δx2、y方向:δ2s/δy2
(輪郭抽出画像)
Here, scratches, contours, and the like are portions where the inclination of the work surface changes, so that the inclination image is differentiated in each direction. The second tilt image is given by the following equation.
x direction: δ 2 s / δx 2 , y direction: δ 2 s / δy 2
(Contour extraction image)

以上から、x方向、y方向の傾き画像の部分δ2s/δx2、δ2s/δy2を合成して、ワークの輪郭や傷情報を含む輪郭抽出画像を生成する。輪郭抽出画像Eは、次式で与えられる。
E=δ2s/δx2+δ2s/δy2
From the above, the parts δ 2 s / δx 2 and δ 2 s / δy 2 of the tilt image in the x direction and the y direction are combined to generate a contour extraction image including the contour of the work and the flaw information. The contour extraction image E is given by the following equation.
E = δ 2 s / δx 2 + δ 2 s / δy 2

上式において、Eは輪郭情報、Sはワークの曲面をそれぞれ示している。図14A、図14Bから演算された輪郭抽出画像の例を、図14Cに示す。輪郭抽出画像は、高い部分が白色、低い部分が黒色となるように、画像の濃淡(輝度)で高さを表現している。
(微分合成方法)
In the above equation, E indicates contour information, and S indicates a curved surface of the work. FIG. 14C shows an example of the contour extraction image calculated from FIGS. 14A and 14B. In the contour extraction image, the height is expressed by shading (luminance) of the image such that a high portion is white and a low portion is black.
(Differential synthesis method)

以上のような輪郭抽出画像の生成に際して行われる微分合成方法としては、(1)単純加算、(2)多重解像度、(3)二乗和等が挙げられる。
(1:単純加算)
Differential synthesis methods performed at the time of generating the contour extraction image as described above include (1) simple addition, (2) multiple resolution, and (3) sum of squares.
(1: Simple addition)

ここで(1)の単純加算は、各画素におけるX,Y傾き画像の微分の和である。
(2:多重解像度)
Here, the simple addition in (1) is the sum of the derivatives of the X and Y tilt images at each pixel.
(2: multiple resolution)

また(2)の多重解像度は、傾き画像を異なる縮小率で縮小した縮小傾き画像を複数作成し、それぞれの縮小傾き画像において、(1)の方法で輪郭の強さを求める。縮小率は、例えば1/1、1/2、1/4、1/8、1/16、1/32等とする。このようにして得られた複数の縮小輪郭画像に対して、所定の重み付けを行い、拡大処理を行い、拡大された縮小輪郭画像をすべて足し合わせたものを輪郭抽出画像とする。ここで重み付けを変更すれば、任意の太さの傷や輪郭等を抽出することが可能となる。
(3:二乗和)
In the multiple resolution of (2), a plurality of reduced tilt images obtained by reducing the tilt image at different reduction rates are created, and the strength of the contour is obtained for each reduced tilt image by the method (1). The reduction ratio is, for example, 1/1, 1/2, 1/4, 1/8, 1/16, 1/32, or the like. A predetermined weight is applied to the plurality of reduced outline images obtained in this way, an enlargement process is performed, and a sum of all the enlarged reduced outline images is set as an outline extracted image. Here, if the weight is changed, it becomes possible to extract a scratch, an outline, or the like having an arbitrary thickness.
(3: Sum of squares)

さらに(3)の二乗和では、X,Y傾き画像の微分の二乗の和を輪郭の強さとする輪郭抽出画像を作成する。なお、本実施形態においては、(2)の多重解像度を採用している。   In the sum of squares of (3), a contour extraction image is created in which the sum of the squares of the derivatives of the X and Y tilt images is the strength of the contour. In this embodiment, the multi-resolution (2) is adopted.

如何なる大きさを傷として判断するかは、ユーザの用途によって異なる。例えば、10ピクセルに跨がったものを傷として判断する場合もあれば、100ピクセルに跨がっている凹んだものを傷として判断する場合もある。また、急峻なエッジだけをエッジとして抽出したい場合もある。   The size to be determined as a scratch differs depending on the use of the user. For example, there is a case where a scratch over 10 pixels is determined as a scratch, and a recess over 100 pixels is determined as a scratch. In some cases, only a steep edge is desired to be extracted as an edge.

傾き画像の画素数が大きいと処理上は大きな傷となるため、大きな傷を抽出したければ、傾き画像を縮小してから(1)の方法で輪郭の強さを求めてから拡大する。一方、小さな傷を抽出したければ、重み付けをせずに(1)の方法で微分合成をすればよい。   If the number of pixels in the tilted image is large, the processing will cause a large flaw. Therefore, if a large flaw is to be extracted, the tilted image is reduced, the strength of the contour is obtained by the method (1), and then enlarged. On the other hand, if it is desired to extract a small flaw, differential synthesis may be performed by the method (1) without weighting.

すなわち、重み付けは、合成するときに予め決められた重みのセットを用意しておき、縮小傾き画像を上記の全種類作成し、大きい傷を見たければ、より縮小した画像からの結果を重くし、小さい傷を見たければ、縮小を弱めた画像からの結果を重くする。   That is, for the weighting, a set of predetermined weights is prepared at the time of synthesis, all kinds of reduced tilt images are created, and if a large flaw is to be seen, the result from the more reduced image is weighted. If you want to see small scratches, make the results from the image with reduced reduction heavier.

ここで、拡大された縮小輪郭画像をすべて足し合わせたものを輪郭抽出画像とするのは、傷は、通常、複数の周波数に跨がって検出されるため、例えば一つの周波数に限定すると、その限定した周波数で検出される傷だけを抽出してしまい、全体的にぼやけてしまうからである。
(特徴サイズ)
Here, the sum of all of the enlarged and reduced outline images is used as the outline extraction image, because the flaw is usually detected over a plurality of frequencies. This is because only the flaw detected at the limited frequency is extracted, and the entire image is blurred.
(Feature size)

前述した重みのセットは、例えば、特徴サイズというパラメータを設けて、この値が1のときに一番細かい傷が検出でき、この値を上げていくと大きな傷が検出できるようにする。特徴サイズを大きくしていき、より大きな傷が検出し易い状態になったとき、ワーク表面の凸凹がより明瞭となる。そこで、特徴サイズに所定の閾値を設けて、その閾値以上になった場合を凹凸モードとして、輪郭抽出画像の特徴サイズによって、輪郭抽出モードと使い分けるようにしてもよい。   The above-mentioned weight set is provided with, for example, a parameter called a feature size. When this value is 1, the finest flaw can be detected, and when this value is increased, a large flaw can be detected. When the feature size is increased and larger flaws are more easily detected, irregularities on the work surface become clearer. Therefore, a predetermined threshold value may be provided for the feature size, and a case where the threshold value or more is exceeded is set as the concavo-convex mode, and the contour extraction mode may be selectively used depending on the feature size of the contour extraction image.

次に、δ2s/δx2及びδ2s/δy2の計算方法について説明する。この計算方法としては、(1)前進差分や、(2)中央差分等が挙げられる。
(1:前進差分)
Next, a method of calculating δ 2 s / δx 2 and δ 2 s / δy 2 will be described. This calculation method includes (1) forward difference, (2) central difference, and the like.
(1: forward difference)

前進差分においては、水平方向の傾き画像Gh、垂直方向の傾き画像Gvを入力として、輪郭画像Eの座標(x、y)における画素G(x,y)を、次式で計算する。   In the forward difference, the pixel G (x, y) at the coordinates (x, y) of the contour image E is calculated by the following equation, using the horizontal tilt image Gh and the vertical tilt image Gv as inputs.

E(x,y)=Gh(x−1,y)−Gh(x,y)+Gv(x,y−1)−Gv(x,y)   E (x, y) = Gh (x-1, y) -Gh (x, y) + Gv (x, y-1) -Gv (x, y)

ここで、輪郭画像に表れる傷の情報を、模式的なプロファイルとして図15A〜図15Dに示す。これらの図において、図15Aはワークの表面情報、図15Bは傾き画像、図15Cは前身差分による輪郭画像、図15Dは中央差分による輪郭画像のプロファイルを、それぞれ示している。(1)の前進差分では、図15A、図15Cに示すように、1ピクセル単位の傷が明瞭に見えるというメリットがある。一方で、元画像に対して0.5ピクセルずれた画像が得られてしまうというデメリットもある。
(2:中央差分)
Here, the information of the flaw appearing in the contour image is shown in FIGS. 15A to 15D as a schematic profile. In these figures, FIG. 15A shows the surface information of the work, FIG. 15B shows the tilt image, FIG. 15C shows the profile image based on the predecessor difference, and FIG. 15D shows the profile of the profile image based on the central difference. The forward difference of (1) has an advantage that a flaw in units of one pixel can be clearly seen as shown in FIGS. 15A and 15C. On the other hand, there is a demerit that an image shifted by 0.5 pixel from the original image is obtained.
(2: Central difference)

次に中央差分によるδ2s/δx2及びδ2s/δy2の計算方法について説明する。水平方向の傾き画像Gh、垂直方向の傾き画像Gvを入力として、輪郭画像Eの座標(x、y)における画素G(x,y)を、次式で計算する。 Next, a method of calculating δ 2 s / δx 2 and δ 2 s / δy 2 using the central difference will be described. With the horizontal tilt image Gh and the vertical tilt image Gv as inputs, the pixel G (x, y) at the coordinates (x, y) of the contour image E is calculated by the following equation.

E(x,y)=Gh(x−1,y)−Gh(x+1,y)+Gv(x,y−1)−Gv(x,y+1)   E (x, y) = Gh (x-1, y) -Gh (x + 1, y) + Gv (x, y-1) -Gv (x, y + 1)

(2)の中央差分は、図15A、図15Dに示すように、座標が元画像とずれないメリットがある一方で、結果が少しぼけてしまうというデメリットもある。
(2−3.テクスチャ抽出画像)
As shown in FIGS. 15A and 15D, the central difference in (2) has the advantage that the coordinates do not deviate from the original image, but also has the disadvantage that the result is slightly blurred.
(2-3. Texture extraction image)

次に、フォトメトリックステレオ法で得られた傾き画像から、ワークの表面状態を除去して、文字の検出等に好適なテクスチャ抽出画像を得る方法について説明する。まず、テクスチャ情報は、ワークの表面のアルベドρから計算する。アルベドρは、次式で与えられる。   Next, a method of removing a surface state of a work from a tilt image obtained by the photometric stereo method to obtain a texture extraction image suitable for character detection or the like will be described. First, the texture information is calculated from the albedo ρ on the surface of the work. The albedo ρ is given by the following equation.

ρ=|I|/|LSn|   ρ = | I | / | LSn |

上式において、
ρ:アルベド
L:照明の明るさ
S:照明方向行列
n:表面の法線ベクトル
I:画像の階調値
In the above formula,
ρ: albedo L: illumination brightness S: illumination direction matrix n: surface normal vector I: image tone value

なお上記ρ=|I|/|LSn|の式でテクスチャ抽出画像(アルベド)を1枚求めることができるが、この式で得られた法線ベクトルとN枚の入力画像(部分照明画像)から、テクスチャ抽出画像(アルベド)をN枚求めてこれを合成し、一枚のテクスチャ抽出画像(アルベド)を求めることもできる。具体的な合成の方法としては平均法、ハレーション除去法等が挙げられる。   Note that one texture extraction image (albedo) can be obtained by the above expression ρ = | I | / | LSn |, but from the normal vector obtained by this expression and N input images (partial illumination images) It is also possible to obtain N texture extraction images (albedo), synthesize them, and obtain one texture extraction image (albedo). Specific examples of the synthesis method include an averaging method and a halation removal method.

図16A〜図16Cに、テクスチャ抽出画像の例を示す。これらの図において、図16Aは入力画像である4枚のテクスチャ抽出画像を示しており、図16Bはこれらに対して平均法を適用したテクスチャ抽出画像、図16Cはハレーション除去法を適用したテクスチャ抽出画像を、それぞれ示している。
(1:平均法)
16A to 16C show examples of a texture extraction image. In these figures, FIG. 16A shows four texture extraction images as input images, FIG. 16B shows a texture extraction image obtained by applying an averaging method thereto, and FIG. 16C shows a texture extraction image obtained by applying a halation removal method. Each image is shown.
(1: average method)

平均法は、画素毎にN個のρの平均値をその画素における画素値とするものである。図16Bに示すように、全体の陰影は消えているものの、入力画像中でハレーションが生じている部分は、フォトメトリックステレオ法で消せないため、ハレーションの影響が残った画像となる。すなわち図16Aの4つの入力画像(部分照明画像)の内、白くなっている箇所がハレーションを起こしている箇所であり、平均法によって平均化すると、図16Bに示すように、ある程度凸凹が取れて、読み易くはなるものの、若干下地に凸凹が残ってしまう。
(2:ハレーション除去法)
The averaging method uses an average value of N ρs for each pixel as a pixel value at that pixel. As shown in FIG. 16B, although the entire shadow has disappeared, the portion where the halation has occurred in the input image cannot be eliminated by the photometric stereo method, so that the image is still affected by the halation. That is, in the four input images (partial illumination images) of FIG. 16A, white portions are portions where halation occurs, and when averaged by the averaging method, as shown in FIG. However, although it is easy to read, some irregularities remain on the base.
(2: Halation removal method)

撮像手段であるカメラのダイナミックレンジの制限やワーク表面の反射性の多様性のため、上記ρ=|I|/|LSn|の式そのものがその適応範囲を超えているため、ρに誤差が含まれる。この誤差を補正するために、ハレーション除去法が利用できる。   Due to the limitation of the dynamic range of the camera as the imaging means and the diversity of the reflection of the work surface, the expression of ρ = | I | / | LSn | itself exceeds the applicable range, so that ρ contains an error. It is. To correct this error, a halation elimination method can be used.

ハレーションが起きる箇所は照明の位置で決まるため、基本的には、4つの部分照明画像において、同じ箇所ではハレーションは起きないと考えられる。厳密にいえば、2つの方向の間ではハレーションが2カ所に跨がってしまうことがあるものの、基本的には、2つの照明でしか同じ箇所ではハレーションは生じないと言える。   Since the location where halation occurs is determined by the position of the illumination, it is basically considered that no halation occurs at the same location in the four partial illumination images. Strictly speaking, although halation may straddle two places between two directions, basically, it can be said that halation does not occur at the same place with only two illuminations.

ハレーション除去法では、N枚の部分照明画像から計算した照明方向別テクスチャ抽出画像を合成する際に、各画素において一番画素値が高い部分照明画像、又は一番目〜N番目に画素値が高い部分照明画像はハレーションが多いと考えて、それらを除去した上で合成を行う。   In the halation elimination method, when synthesizing a texture extraction image for each illumination direction calculated from N partial illumination images, the partial illumination image having the highest pixel value or the first to Nth highest pixel values in each pixel The partial illumination image is considered to have a lot of halation, and is synthesized after removing them.

具体的には、本実施形態において4つの照明方向別テクスチャ抽出画像の各画素について、3番目に大きい画素値(例えばアルベドの値や輝度)を採用して合成すると、図16Cの画像のようになり、ハレーションの影響を除去することができる。なお4番目に大きい画素値を採用すると、影の影響が生じるため若干暗い画像となる。逆に2番目に大きい画素値を採用すると、ハレーションの影響が若干残ってしまう。   Specifically, in the present embodiment, when each pixel of the texture extraction image for each of the four illumination directions is synthesized by adopting the third largest pixel value (for example, the albedo value or luminance), as shown in the image of FIG. 16C. Thus, the effects of halation can be eliminated. When the fourth largest pixel value is used, the image is slightly dark because of the influence of shadow. Conversely, if the second largest pixel value is used, the effect of halation will remain slightly.

また照明手段が8方向の場合は、5番目以降の画素値にはハレーションの影響は発生しないと仮定して、上から5番目の画素値を採用している。実際、発明者が行った試験によれば、5番目の画素値を採用すると、画像が最も良くなることが確認された。また6番目以降の画素値を採用すると影の影響が出てくることも判明した。   When the illumination means is in eight directions, the fifth pixel value from the top is adopted assuming that the influence of halation does not occur on the fifth and subsequent pixel values. In fact, according to a test performed by the inventor, it has been confirmed that the image is best when the fifth pixel value is adopted. It has also been found that the use of the sixth and subsequent pixel values has the effect of shadows.

なお、合成の方法や平均の取り方は、これらに限定されず、種々の方法が利用できる。例えば、上述したハレーション除去法と平均法とを組み合わせて、アルベドの値をソートして、上から特定の順番の値を採用し、例えば3番目と4番目とを平均化してもよい。
(特徴サイズ)
The method of synthesis and the method of obtaining the average are not limited to these, and various methods can be used. For example, the values of the albedo may be sorted by combining the above-described halation elimination method and the averaging method, and values in a specific order may be adopted from the top, for example, the third and fourth values may be averaged.
(Feature size)

次に、設定の詳細について説明する。上述の通り、輪郭抽出画像を作成する際に、特徴サイズを設定できる。輪郭抽出画像は、特徴サイズを所定値以上にすることで、OCRに適した画像とできる。
(3−2.ゲイン)
Next, the details of the setting will be described. As described above, the feature size can be set when creating the contour extraction image. The contour extraction image can be an image suitable for OCR by setting the feature size to a predetermined value or more.
(3-2. Gain)

輪郭抽出画像やテクスチャ抽出画像を作成する際には、これらの画像の生成過程において元の画像の画素値に対してゲインを乗算することができる。   When creating a contour extraction image or a texture extraction image, a gain can be multiplied by the pixel value of the original image in the process of generating these images.

輪郭抽出画像を作成するときのゲインは、計算処理で算出された画素値を、0〜255の濃淡に分散させるときの定数をいう。例えば、傷や輪郭等が浅すぎて、傷や輪郭等を把握し難いときにこのゲインの値を上げることによって、画素値の濃淡変化が大きくなるため、傷や輪郭等が把握し易くなる。   The gain at the time of creating the contour extraction image refers to a constant when the pixel values calculated by the calculation process are dispersed in a density of 0 to 255. For example, when the scratches and contours are too shallow and it is difficult to grasp the scratches and contours, by increasing the gain value, the shading change of the pixel value becomes large, so that the scratches and contours can be easily grasped.

また、計算処理で算出された画素値が、0〜255の範囲を超えていれば、その間に収まるようにし、小さければ、0〜255の範囲に広げるように調節することで、傷や輪郭等が把握し易くなる。   If the pixel value calculated by the calculation process is outside the range of 0 to 255, the pixel value is adjusted to fall within the range. Is easy to grasp.

上述したハレーション除去法では、アルベドの値をソートして上から例えば3番目を採用するため、生成した画像の明るさが予測できない。このため、正反射が取り除かれた結果、予測に反して暗くなることがある。そこで、明るさを調節するために、テクスチャ抽出画像を作成する際には所定のゲインを、画素値に掛ける。   In the above-described halation removal method, the value of the albedo is sorted and, for example, the third value is adopted from the top, so that the brightness of the generated image cannot be predicted. Therefore, as a result of the removal of the specular reflection, the image may become darker than expected. Therefore, in order to adjust the brightness, a predetermined gain is multiplied by the pixel value when creating a texture extraction image.

なお、傾き画像の計算に際しても、画素値が0〜255の範囲に収まるように、同様にゲインで調節することもできる。
(3−3.ノイズ除去フィルタ)
In calculating the tilt image, the gain can be similarly adjusted so that the pixel value falls within the range of 0 to 255.
(3-3. Noise removal filter)

傾き画像の作成等に際しては、複数枚の画像を使って連立方程式で計算するところ、実際には差分的な計算をすることになる。この際、撮像手段で撮像した画像データは、生データの時点でノイズが存在しているため、傾き画像を作成する際に、ノイズ成分が強調され、輪郭がざらざらすることがある。このようなノイズを軽減するために、ガイデットフィルタ(Guided Filter)等のノイズ除去フィルタを利用する。一般的なローパスフィルタでは、ノイズのみならず傷の情報もなまったり消えたりしてしまうことがあるが、ガイデットフィルタであれば、傾き画像を求める際にガイデッドフィルタを適用することで、エッジを維持したままノイズを除去でき、好適である。
(3−4.アングルノイズ低減)
When a tilt image is created or the like, calculation is performed using simultaneous equations using a plurality of images. In practice, however, a difference calculation is performed. At this time, since the image data picked up by the image pickup unit has noise at the time of the raw data, a noise component is emphasized when creating a tilted image, and the outline may be rough. In order to reduce such noise, a noise removal filter such as a guided filter is used. With a general low-pass filter, not only the noise but also the information on the scratches may be blurred or lost.However, with a guided filter, the edge can be reduced by applying a guided filter when obtaining the tilt image. This is suitable because noise can be removed while maintaining it.
(3-4. Angle noise reduction)

次に、アングルノイズ低減の原理を、図17の模式図に基づいて説明する。この図に示すように、入射角がα,βという2つ照明があり、ワークWKが拡散反射面からなると仮定して、ワークWKの基準面に対する傾きをγ、基準面に垂直な向きからの角度をθ、照明αからの反射光の明るさをIα、照明βからの反射光の明るさをIβとしたとき、γは次式で与えられる。 Next, the principle of angle noise reduction will be described with reference to the schematic diagram of FIG. As shown in this figure, assuming that there are two illuminations having incident angles α and β, and that the work WK is formed of a diffuse reflection surface, the inclination of the work WK with respect to the reference plane is γ, When the angle is θ, the brightness of the reflected light from the illumination α is I α , and the brightness of the reflected light from the illumination β is I β , γ is given by the following equation.

γ=arctan(A・|Iβ−Iα|/|Iβ+Iα|),A=cotθ γ = arctan (A · | I β -I α | / | I β + I α |), A = cotθ

アングルノイズ低減は、|Iβ+Iα|がある程度小さいときに、強制的に傾きγを0とするものである。 Angle noise reduction is to forcibly set the slope γ to 0 when | I β + I α | is somewhat small.

仮に、IβもIαも極めて暗く、例えば、Iβ=2、Iα=1だとすると、|Iβ−Iα|/|Iβ+Iα|=1/3という大きな値となる。一方、IβもIαも明るく、例えば、Iβ=300、Iα=200だとすると、|Iβ−Iα|/|Iβ+Iα|=1/5という小さな値となる。Iβ=2、Iα=1というのは、単にノイズという可能性があるにも拘わらず、傾きに大きく反映されてしまうため、そのノイズの影響を軽減するために、アングルノイズ低減があり、強制的に傾きを0とする|Iβ+Iα|の閾値を設定できるようになっている。
(照明手段と撮像手段との分離型構造)
Even if I beta I alpha is extremely dark, for example, I β = 2, I α = 1 Datosuruto, | I β -I α | / | I β + I α | = a large value of 1/3. On the other hand, bright nor I beta I alpha, for example, I β = 300, I α = 200 Datosuruto, | I β -I α | / | I β + I α | = a small value of 1/5. Since I β = 2 and I α = 1 have a large influence on the slope despite the possibility of being simply noise, there is angle noise reduction to reduce the influence of the noise. It is possible to set a threshold value of | + | for which the slope is forcibly set to 0.
(Separable type structure of illumination means and imaging means)

フォトメトリックステレオ法を利用した画像検査においては、照明手段と撮像手段との対応位置を予め厳格に規定しておく必要がある。このため、従来の画像検査装置では、照明手段と撮像手段を一体に構成していた。いいかえると、フォトメトリックステレオ法では、撮像手段と照明手段の相対位置を厳密に位置決めした上で正確な三次元計測を行う計測手法であることから、元来、照明手段と撮像手段の設置に際して設置位置の自由度を与えるということは従来行われていなかった。しかしながら、照明手段と撮像手段とを予め固定する構成では、これらの部材が一体化された撮像照明ユニットが必然的に大型化するため、取り回しが悪くなる。   In the image inspection using the photometric stereo method, it is necessary to strictly define in advance the corresponding positions of the illumination means and the imaging means. For this reason, in the conventional image inspection apparatus, the illumination unit and the imaging unit are integrally configured. In other words, since the photometric stereo method is a measurement method that performs accurate three-dimensional measurement after strictly positioning the relative position of the imaging means and the illumination means, it is originally installed when installing the illumination means and the imaging means. Giving a degree of freedom of position has not been conventionally performed. However, in a configuration in which the illumination unit and the imaging unit are fixed in advance, the imaging illumination unit in which these members are integrated is inevitably increased in size, so that the handling becomes poor.

例えば検査位置に障害物が存在すると、撮像照明ユニットと干渉して、設置できない事態が生じ得る。特に、撮像手段の一形態であるカメラに装着するレンズには、例えばラインカメラやズームレンズ、大型のマクロレンズのように、大きなサイズのものがある。このような大型のレンズを撮像手段に装着する等、撮像手段が長大化するほど、図18において矢印で示すように、ワークWKの周囲に存在する障害物OSとカメラe1又はその周囲に配置された照明用の光源e21〜e24と干渉するリスクが高くなる。さらに撮像手段であるカメラe1が長大化すると、図19に示すようにカメラe1やレンズの一部で照明光が部分的に遮られて、ワークWKに影を落とす等、照明に支障を来すことも考えられる。このような事態を回避するために、撮像照明ユニットを障害物と干渉しない位置まで遠ざけて配置しようとすれば、照明手段とワークとの距離(ライトワーキングディスタンス(Light Working Distance:LWD))が遠くなることから、照明光の光量が減少して、検査精度の低下に繋がる。   For example, if an obstacle is present at the inspection position, it may interfere with the imaging illumination unit and cause a situation in which it cannot be installed. In particular, there are large lenses such as a line camera, a zoom lens, and a large macro lens as a lens to be mounted on a camera which is one form of the imaging means. As the size of the imaging means becomes longer, such as when such a large lens is attached to the imaging means, the obstacle OS existing around the work WK and the camera e1 or the periphery thereof are arranged as shown by arrows in FIG. The risk of interference with the illuminating light sources e21 to e24 increases. Further, if the camera e1 as the imaging means becomes longer, the illumination light is partially blocked by the camera e1 and a part of the lens as shown in FIG. It is also possible. In order to avoid such a situation, if the imaging illumination unit is to be arranged at a position where the imaging illumination unit does not interfere with an obstacle, the distance (light working distance (LWD)) between the illumination means and the work is long. Therefore, the amount of illumination light decreases, leading to a decrease in inspection accuracy.

これに対して、撮像手段と照明手段を分離することができれば、障害物と干渉しない位置に配置しやすくなる。例えば上述した図18に示す障害物OSが存在する場合でも、照明手段21〜24を撮像手段11から離間させることで、図20に示すように、干渉しない位置に照明手段21〜24を設置することが可能となる。同様に、撮像手段に大型のレンズを装着する場合でも、レンズ12と照明手段21〜24との物理的干渉を回避するように調整可能である。このように、照明手段21〜24と撮像手段11とを分離型とすることで、障害物と干渉しない位置に調整する等、設置の自由度を高め、様々な環境でワークWKを検査することが可能となる。   On the other hand, if the imaging means and the illumination means can be separated, it is easy to arrange them at positions where they do not interfere with obstacles. For example, even when the obstacle OS shown in FIG. 18 exists, the illumination units 21 to 24 are separated from the imaging unit 11 so that the illumination units 21 to 24 are installed at positions that do not interfere with each other as shown in FIG. It becomes possible. Similarly, even when a large lens is attached to the imaging unit, the adjustment can be made so as to avoid physical interference between the lens 12 and the illumination units 21 to 24. As described above, the illumination units 21 to 24 and the imaging unit 11 are of a separate type, so that they can be adjusted to a position where they do not interfere with obstacles, thereby increasing the degree of freedom of installation and inspecting the work WK in various environments. Becomes possible.

また撮像手段が照明光を遮らないように、照明手段の取り付け位置等を調整することも可能となる。同様に、ハレーションや影の影響を抑制するように照明手段の配置位置を調整することも可能となる。特にフォトメトリックステレオ法では、ワークの表面が拡散反射面であることを前提にしているため、一般に、実際のワークの面とフォトメトリックステレオ法によって得られた傾き画像における面の法線ベクトルはズレてしまう。そこで、二階微分処理を行う等の対策が取られているが、このような方策に加え、照明手段を設置する際に、ハレーションを回避できる姿勢に調整することで、このようなズレを少なくすることができる。また、鏡面と同様に、明るさが変化してしまうような大きな凸凹では、ハレーションが悪影響を及ぼすようになる。例えば、ワークが円筒型の場合は、照明光を照射すると鏡面反射が生じるが、ここで凸凹が存在すると、鏡面反射の影響を少なからず受けるようになる。よって、照明光の設置位置や角度に自由度を与えることは、このような鏡面反射を低減するように予め調整することを可能にし、ひいては検査精度の向上に繋がる利点が得られる。   It is also possible to adjust the mounting position of the illumination means and the like so that the imaging means does not block the illumination light. Similarly, it is possible to adjust the arrangement position of the illumination means so as to suppress the influence of halation and shadow. In particular, since the photometric stereo method assumes that the surface of the work is a diffuse reflection surface, the normal vector of the actual work surface and the surface of the surface in the tilt image obtained by the photometric stereo method generally deviate. Would. Therefore, measures such as performing second-order differential processing have been taken. In addition to such measures, when installing the lighting means, by adjusting the posture so that halation can be avoided, such a deviation is reduced. be able to. Also, like a mirror surface, halation has an adverse effect on large irregularities where the brightness changes. For example, when the work is cylindrical, specular reflection occurs when illuminating light is applied. However, if there is unevenness, the influence of the specular reflection will be considerable. Therefore, giving the degree of freedom to the installation position and the angle of the illumination light makes it possible to perform adjustment in advance so as to reduce such specular reflection, thereby obtaining an advantage that leads to improvement in inspection accuracy.

さらにフォトメトリックステレオ法では、影の影響を考慮する必要がある。フォトメトリックステレオ法は、照明の反射光から法線ベクトルを算出するため、反射光の検出が必須となる。しかし、例えばワークが複雑な形状で陰影が着き易いような場合に、このワークの近傍に照明手段を設置すると、光が届かない箇所からは適切な反射光が得られず、法線ベクトルの算出に支障を来すことがある。このような場合であっても、照明手段21〜24と撮像手段11との分離させたことで、照明手段21〜24を最適な位置や角度に設置して、このような影響を抑えることができる。   Further, in the photometric stereo method, it is necessary to consider the influence of shadow. In the photometric stereo method, since a normal vector is calculated from reflected light of illumination, detection of reflected light is essential. However, for example, when the work has a complicated shape and a shadow is likely to be formed, if an illuminating unit is installed in the vicinity of the work, an appropriate reflected light cannot be obtained from a place where light does not reach, and a normal vector is calculated. May cause problems. Even in such a case, the illumination units 21 to 24 and the imaging unit 11 are separated from each other, so that the illumination units 21 to 24 can be installed at optimal positions and angles to suppress such an influence. it can.

加えて、照明手段を撮像手段から分離したことで、照明光の高さを変更可能となる。この結果、ワークWKと照明との距離LWD(Light Working Distance)を小さくしたり、逆に大きくしたりする検査が可能となり、検査用途に応じた適切な配置を選択できるようになる。
(1:LWDを小さく取った場合)
In addition, the height of the illumination light can be changed by separating the illumination unit from the imaging unit. As a result, it is possible to perform an inspection in which the distance LWD (Light Working Distance) between the work WK and the illumination is reduced or increased, and an appropriate arrangement according to the inspection application can be selected.
(1: When LWD is small)

LWDを小さく取ると、図21Aに示すように、照明手段21〜24からの光が横方向から多く当たることになる。一般にハレーションが発生するのは、入射角と反射角が同じ場合であるから、照明手段21〜24とワークWKとを接近させてLWDを小さくすることで、ハレーションの発生する位置を、ワークWKの外側近傍とすることができる。言い換えると、ワークWKの外側で意図的にハレーションを発生し易くして、ワークWKの表面近傍でのハレーションを抑制できる。これにより、ワークWKの有効視野を増加させることができる。   If the LWD is made small, as shown in FIG. 21A, a large amount of light from the illumination units 21 to 24 impinges from the lateral direction. In general, halation occurs when the incident angle and the reflection angle are the same. Therefore, by making the illumination means 21 to 24 close to the work WK and reducing the LWD, the position where the halation occurs can be changed to the position of the work WK. It can be near the outside. In other words, halation is easily generated intentionally outside the work WK, and halation near the surface of the work WK can be suppressed. Thereby, the effective visual field of the work WK can be increased.

また、LWDが小さい場合は、ローアングルでの照明となる。例えば上方からの直接照明では光が拡散して認識が困難なワーク表面上の凹凸でも、斜め側面から照射することで、小さい傾きの変化でもコントラストを大きく変化させて、浅い凸凹の変化を捉え易くできる。このようにローアングルでコントラストを強調することにより、フォトメトリックステレオ法において傾き画像や輪郭抽出画像をより鮮明にできる利点が得られる。   When the LWD is small, illumination is performed at a low angle. For example, even when unevenness on the work surface is difficult to recognize due to the diffusion of light by direct illumination from above, irradiating from the oblique side surface greatly changes the contrast even with a small change in inclination, making it easy to catch changes in shallow irregularities. it can. By enhancing the contrast at a low angle in this manner, an advantage that the tilt image and the contour extraction image can be made clearer in the photometric stereo method can be obtained.

一方で、LWDを小さく取った場合のデメリットとしては、浅い角度で照明光を照射することにより、影が生じ易くなるため、有効視野が減少し、フォトメトリックステレオ処理が困難となることがある。また、照明手段21〜24とワークWKが干渉し易くなるため、高さの大きいワークWKに対しては利用が制限されることがある。
(2:LWDを大きく取った場合)
On the other hand, as a disadvantage when the LWD is reduced, shadows are likely to be generated by irradiating the illumination light at a shallow angle, so that the effective visual field is reduced and photometric stereo processing may be difficult. Further, since the illumination means 21 to 24 easily interfere with the work WK, use of the work WK having a large height may be restricted.
(2: When LWD is large)

逆にLWDを大きく取ると、図21Bに示すように、照明手段21〜24からの照明光が上方向から多く照射されることになる。これによって影が生じ難くなるので、見えない領域が減少し、フォトメトリックステレオ処理の精度が向上する。また、照明手段21〜24とワークWKが干渉し難くなるため、高さの大きいワークWKに対しても好適に利用できる。   Conversely, if the LWD is set to be large, as shown in FIG. 21B, the illumination light from the illumination units 21 to 24 is emitted more from above. As a result, shadows are less likely to occur, so that invisible areas are reduced, and the accuracy of the photometric stereo processing is improved. Further, since the illumination means 21 to 24 and the work WK hardly interfere with each other, the illumination means 21 to 24 can be suitably used for a work WK having a large height.

一方で、ハレーションの発生する位置がワークWKの内側となるので、有効視野が減少してしまうことがある。またLWDを大きい場合は、マルチアングル方式の照明においてLWDが遠い場合に相当し、コントラストが出難いため、ワーク表面の浅い凸凹の変化を捉え難いこともある。一方で、マルチアングル方式の照明により、LWDが遠い場合には、照明手段21〜24の写り込みや照度ムラの少ない均一な撮像状態を作り出し、ワークWKそのものの表面状態を明確に捉えた画像を得ることができる。   On the other hand, the position where the halation occurs is located inside the work WK, so that the effective visual field may be reduced. Further, when the LWD is large, it corresponds to a case where the LWD is far in multi-angle illumination, and it is difficult to obtain a contrast, so that it may be difficult to catch a change in shallow irregularities on the work surface. On the other hand, if the LWD is distant due to the multi-angle illumination, a uniform imaging state with less reflection of the illumination means 21 to 24 and uneven illuminance is created, and an image that clearly captures the surface state of the work WK itself is obtained. Obtainable.

このように、撮像手段と照明手段を分離したことで、様々な目的や用途の検査に対応でき、また配置の自由度を高められるといった利点が得られる。特に法線ベクトル算出手段で算出される法線ベクトルは、撮像手段の光軸方向における、撮像手段と照明手段との相対距離の変化に応じて、その法線ベクトルの強度が変化する依存性を有している。すなわち、照明手段の光量が等しい場合、相対距離が近いほど法線ベクトルの強度が強くなり、距離が遠いほど、法線ベクトルの強度が弱くなる傾向がある。法線ベクトルの強度が強いほど、ワーク表面の傾き(凹凸形状)がより明確に現れるため、得られる検査画像の精度も向上する。このため従来のフォトメトリックステレオ法においては、精度向上のため、法線ベクトルの強度が強く得られるよう、予め撮像手段と照明手段の相対位置を厳格に規定していた。すなわち、撮像手段と照明手段を予め固定しておくことで、得られる法線ベクトルの強度を高めることが行われていた。   As described above, by separating the imaging means and the illumination means, there are obtained advantages that the inspection can be performed for various purposes and uses, and that the degree of freedom of arrangement can be increased. In particular, the normal vector calculated by the normal vector calculation means has a dependency that the intensity of the normal vector changes in accordance with a change in the relative distance between the imaging means and the illumination means in the optical axis direction of the imaging means. Have. That is, when the light amounts of the illumination means are equal, the intensity of the normal vector tends to increase as the relative distance decreases, and the intensity of the normal vector tends to decrease as the distance increases. The higher the intensity of the normal vector, the more clearly the inclination (concavo-convex shape) of the work surface appears, so that the accuracy of the obtained inspection image is also improved. For this reason, in the conventional photometric stereo method, the relative position between the imaging means and the illumination means has been strictly defined in advance so that the intensity of the normal vector can be increased to improve the accuracy. That is, the intensity of the obtained normal vector is increased by fixing the imaging unit and the illumination unit in advance.

一方、ワーク表面の傷やOCRといった外観検査においては、必ずしも高い精度が求められておらず、例えば傷の有無が判別できる程度、あるいは数字や文字がOCRできる程度に検出できれば足りることが多い。このような用途においては寧ろ、精度よりもカメラやライトの設置の自由度を高めることの方がユーザ側にとってメリットが大きい。そこで本実施の形態においては、法線ベクトルの強度を高めることを主眼とするのでなく、寧ろ法線ベクトルの強度を低下させることを許容し、必要な外観検査の精度が十分得られるレベルを維持しつつ、その代償として、照明手段と撮像手段の固定という制約から開放された、より自由度の高いライトやカメラの設置を可能とすることで、ユーザの利便性を向上させることに成功したものである。   On the other hand, in appearance inspections such as scratches on the work surface and OCR, high accuracy is not always required. For example, it is often sufficient to be able to detect scratches or detect OCRs of numbers and characters. In such applications, it is rather advantageous for the user to increase the degree of freedom in installing cameras and lights rather than the accuracy. Therefore, in the present embodiment, rather than increasing the strength of the normal vector, the strength of the normal vector is allowed to be reduced, and the level at which the necessary accuracy of the visual inspection is sufficiently maintained is maintained. At the same time, it has succeeded in improving user convenience by enabling the installation of more flexible lights and cameras, freed from the restriction of fixing the lighting means and the imaging means. It is.

その一方で、照明手段と撮像手段とを別体に構成してフォトメトリックステレオ法で画像検査を行う場合は、照明手段と撮像手段との相対的な位置関係を明確に設定する必要がある。もし、設定された照明方向と、実際の照明方向とが大きく異なる場合は、検査精度が低下したり、誤った結果が出力されてしまう虞がある。例えば撮像手段と照明手段の設置時に、ユーザが、多数ある照明手段の接続を間違えたり、方位角を全体的にずらして設置してしまうと、正確な検査ができなくなることが考えられる。   On the other hand, when the illumination unit and the imaging unit are configured separately to perform image inspection by the photometric stereo method, it is necessary to clearly set the relative positional relationship between the illumination unit and the imaging unit. If the set illumination direction is significantly different from the actual illumination direction, there is a possibility that the inspection accuracy is reduced or an incorrect result is output. For example, when the imaging means and the lighting means are installed, if the user mistakenly connects a large number of lighting means or installs them with the azimuthal angle shifted as a whole, accurate inspection may not be possible.

例えば、図22に示すように、ワークの上方において、ワークを配置した鉛直線上に撮像手段を配置し、さらにワークの周囲を囲むように、東西南北に照明手段を各々配置する場合を考える。このような配置において、フォトメトリックステレオ法を用いてワークの高さ形状を取得する場合、各照明手段や照明ケーブルの形状が共通の場合は、接続や配置の取り違えが生じうる。具体的には、照明分岐ユニットに設けられた照明接続コネクタに、所定の照明ケーブルを接続するよう構成されているところ、各照明ケーブルは形状を共通にすることが一般的であり、また照明接続コネクタも同様に形状が共通であることから、照明ケーブルを誤った照明接続コネクタに接続することが起こり得る。特に、照明ケーブルを長く引き回すと、取り違えが起こりやすい。また照明手段をワークの周囲上方に設置する際にも、同じ形状の照明手段を取り違えて固定することが考えられる。   For example, as shown in FIG. 22, a case is considered in which imaging means is arranged on a vertical line where the work is arranged above the work, and illumination means are arranged on the north, south, east and west so as to surround the periphery of the work. In such an arrangement, when the height shape of the work is acquired by using the photometric stereo method, if the illumination means and the illumination cable have the same shape, connection and arrangement may be confused. Specifically, when a predetermined lighting cable is connected to a lighting connection connector provided in the lighting branch unit, each lighting cable generally has a common shape. Since the connectors also have a common shape, it can happen that the lighting cable is connected to the wrong lighting connector. In particular, if the lighting cable is drawn for a long time, it is easy to get confused. Also, when installing the illuminating means above the periphery of the work, it is conceivable to fix the illuminating means having the same shape by mistake.

あるいは図23に示すように、リング状の照明手段を配置する例においても、照明光の方向と撮像手段の回転角度を一致させる必要がある。この場合において、撮像手段や照明手段が円筒状や円環状のように点対称の形状である場合は、その回転角度が判り難く、位置合わせが容易でない。この結果、回転位置が所期の位置からずれることがある。特に、ワークの表面の形状といった特徴量は、回転角度や配置位置等の設定が多少誤っていても、ある程度検出されることから、ユーザが照明手段の設置ミスに気付き難いという特有の事情もあった。さらに、完全に照明手段を取り違えていたような場合ならば比較的設定ミスに気付きやすいものの、少し回転角度がずれていた程度の設定ミスであれば、ユーザが気付くことは困難であり、精度の低下に繋がるという問題があった。   Alternatively, as shown in FIG. 23, also in an example in which a ring-shaped illumination unit is arranged, it is necessary to make the direction of the illumination light coincide with the rotation angle of the imaging unit. In this case, when the imaging means and the illuminating means have a point-symmetrical shape such as a cylindrical shape or an annular shape, the rotation angle is difficult to recognize and the alignment is not easy. As a result, the rotational position may deviate from the expected position. In particular, the characteristic amount such as the shape of the surface of the work is detected to some extent even if the setting of the rotation angle, the arrangement position, and the like is slightly incorrect. Was. Furthermore, if the lighting unit is completely mistaken, it is relatively easy to notice the setting error, but if the setting error is such that the rotation angle is slightly shifted, it is difficult for the user to notice, and the accuracy is low. There was a problem that led to a decline.

そこで本実施の形態においては、フォトメトリックステレオ法で複数の異なる照明方向から照明した部分照明画像を取得する際に、照明手段の照明方向や点灯順が意図した設定通りとなるように、設置時に正しい設定となるよう補助するための設置補助手段を設けている。具体的には、図1において、各照明手段を照明制御手段と接続する際、照明方向と点灯順が合致するように、所定の設置設定に沿って適切な接続先をユーザに示す。あるいは、照明手段の円周方向の姿勢(回転位置又は回転角度)が一致するように、照明手段の設置時に正しい姿勢ユーザに指示する。これによって、設置時のミスを防ぎ、フォトメトリックステレオ法を用いたワークの外観検査を精度よく行うことができる。
(設置設定)
Therefore, in the present embodiment, when acquiring partial illumination images illuminated from a plurality of different illumination directions by the photometric stereo method, when installing, so that the illumination direction and lighting order of the illumination means are as intended settings. An installation assisting means is provided for assisting in setting a correct setting. Specifically, in FIG. 1, when connecting each lighting unit to the lighting control unit, an appropriate connection destination is indicated to the user according to a predetermined installation setting so that the lighting direction and the lighting order match. Alternatively, a correct posture user is instructed when the lighting unit is installed so that the circumferential posture (rotational position or rotation angle) of the lighting unit matches. Thereby, mistakes at the time of installation can be prevented, and the appearance inspection of the work using the photometric stereo method can be accurately performed.
(Installation setting)

ここで設置設定とは、フォトメトリックステレオ法に従い法線ベクトルが正しく算出されるよう、各照明手段の数に応じて、ワークに対して所定の照明方向から照明光を照射できるように設置する設置位置を規定した設定である。例えば図2の平面図に示すように、4つの照明手段を使用する例では、第一照明手段21、第二照明手段22、第三照明手段23、第四照明手段24の4つを、ワークを中心とした周囲(東西南北)に配置すべく、設置設定は、第一照明手段21を北、第二照明手段22を東、第三照明手段23を南、第四照明手段24を西にそれぞれ配置するという、照明の設置位置情報となる。また設置設定に、照明制御手段による照明手段の点灯順や撮像手段の撮像タイミングを含めてもよい。
(設置補助手段)
Here, the installation setting refers to an installation in which the workpiece can be irradiated with illumination light from a predetermined illumination direction according to the number of each illumination means so that the normal vector is correctly calculated according to the photometric stereo method. This is a setting that defines the position. For example, as shown in the plan view of FIG. 2, in an example in which four illumination units are used, the first illumination unit 21, the second illumination unit 22, the third illumination unit 23, and the fourth illumination unit 24 , The first lighting means 21 is located north, the second lighting means 22 is located east, the third lighting means 23 is located south, and the fourth lighting means 24 is located west. It becomes the installation position information of the lighting that each is arranged. The installation setting may include the lighting order of the lighting unit by the lighting control unit and the imaging timing of the imaging unit.
(Installation assistance means)

以下、設置補助手段の具体例を説明する。図1に示す例では、撮像手段11や照明手段21〜24、照明分岐ユニット75を、フォトメトリックステレオ処理を適切に行える所期の接続形態となるように、言い換えると誤った接続や配置とならないように、設置補助手段でもって接続先を表示する。例えば、接続部分に、特定の方向や照明の配置の回転角を示す設置表記を表記したり、あるいは接続すべきコネクタや端子同士に、設置表記の文字、記号やその他のマーク、形状や色等、共通性や対応性を持たせることによって、視覚的に配置位置や方向、回転角度や接続先等を示す。このように、設置補助手段で相互の接続作業を補助することで、ユーザは設置表記を参照して、相互の接続先の対応関係を視覚的に把握できる。以下、図24〜図34に、設置補助手段の具体例を示す。
(第一実施例)
Hereinafter, specific examples of the installation assisting means will be described. In the example illustrated in FIG. 1, the image pickup unit 11, the illumination units 21 to 24, and the illumination branching unit 75 are in an intended connection configuration that can appropriately perform photometric stereo processing, in other words, are not erroneously connected or arranged. Thus, the connection destination is displayed by the installation assisting means. For example, installation notation indicating the specific direction or the rotation angle of the lighting arrangement is written on the connection part, or the characters, symbols, other marks, shapes, colors, etc. of the installation notation are attached to the connectors or terminals to be connected. By providing commonality and correspondence, the arrangement position, direction, rotation angle, connection destination, and the like are visually indicated. In this way, by assisting the mutual connection work with the installation assisting means, the user can visually grasp the correspondence between the mutual connection destinations by referring to the installation notation. Hereinafter, FIGS. 24 to 34 show specific examples of the installation assisting means.
(First embodiment)

図24は、図2に示した第一照明手段21、第二照明手段22、第三照明手段23、第四照明手段24からそれぞれ延長された第一照明ケーブル71、第二照明ケーブル72、第三照明ケーブル73、第四照明ケーブル74を、照明分岐ユニットにそれぞれ接続する様子を示している。照明分岐ユニットは、各照明ケーブルをそれぞれ接続するための照明接続コネクタを設けている。各照明接続コネクタに照明ケーブルを接続することで、照明制御手段31から所定の点灯タイミングで給電され、照明手段を点灯させることができる。この場合に、誤って照明ケーブルを本来と異なる照明接続コネクタに接続すると、照明タイミングや方向が異なって部分照明画像が撮像される結果、正確な検査が行えなくなるおそれがある。そこで、設置補助手段として照明接続コネクタに、接続先の照明コネクタを示す第一設置表記を設けることで、ユーザに接続先の照明コネクタを示し、誤接続を回避できる。ここでは、第一照明ケーブル71の接続先である照明接続コネクタには「1」と表記することで、ユーザは視覚的に第一照明手段の接続先を確認できる。また好ましくは、各照明手段から延長された照明ケーブルの接続端にも、接続先に関する情報を示す第二設置表記を設ける。図24の例では、第一照明手段から延長された第一照明ケーブルの接続端に、第二設置表記として「1」を表記している。これによってユーザは、照明接続コネクタの「1」と第一照明ケーブルの「1」とを対応させて接続することにより、接続の正確性を一層確実にできる。このように照明接続コネクタ側に設けた第一設置表記と、接続ケーブル側に設けた第二設置表記とを一致させることで、接続作業のミスを更に低減して、検査の信頼性を向上できる。同様に、第二照明ケーブル72、第三照明ケーブル73、第四照明ケーブル74や、その接続先の照明接続コネクタにも、このような第二設置表記、第一設置表記をそれぞれ設けることができる。なお、照明分岐ユニットと照明制御手段を一体化してもよいことは上述の通りである。   FIG. 24 shows a first lighting cable 71, a second lighting cable 72, a second lighting cable 72 extending from the first lighting means 21, the second lighting means 22, the third lighting means 23, and the fourth lighting means 24 shown in FIG. The state where the three lighting cable 73 and the fourth lighting cable 74 are connected to the lighting branch unit is shown. The lighting branch unit is provided with a lighting connection connector for connecting each lighting cable. By connecting a lighting cable to each lighting connector, power is supplied from the lighting control means 31 at a predetermined lighting timing, and the lighting means can be turned on. In this case, if the lighting cable is erroneously connected to a lighting connector different from the original, a partial lighting image may be taken at a different lighting timing or direction, and accurate inspection may not be performed. Therefore, by providing the lighting connection connector with the first installation notation indicating the lighting connector of the connection destination as the installation assisting means, the lighting connector of the connection destination can be indicated to the user, and incorrect connection can be avoided. Here, the user can visually confirm the connection destination of the first lighting means by writing “1” to the lighting connection connector to which the first lighting cable 71 is connected. Also preferably, a second installation notation indicating information on a connection destination is provided at a connection end of a lighting cable extended from each lighting means. In the example of FIG. 24, “1” is described as the second installation notation at the connection end of the first lighting cable extended from the first lighting means. This allows the user to connect the “1” of the lighting connection connector and the “1” of the first lighting cable in a corresponding manner, thereby further ensuring the connection accuracy. In this way, by matching the first installation notation provided on the lighting connector side with the second installation notation provided on the connection cable side, connection work errors can be further reduced, and the reliability of inspection can be improved. . Similarly, the second lighting cable 72, the third lighting cable 73, the fourth lighting cable 74, and the lighting connection connector to which the second lighting cable 72, the third lighting cable 73, and the like are connected can also be provided with the second installation notation and the first installation notation, respectively. . As described above, the lighting branch unit and the lighting control means may be integrated.

さらに、設置補助手段は、照明ケーブルと照明手段との接続にも適用できる。すなわち、図25に示すように、第一照明手段に第一照明ケーブル71を接続するインターフェース部分においても、同様に設置補助手段として、配線の対応関係を示す設置表記を付してもよい。ここでは、第一照明手段の、第一照明ケーブルを接続するコネクタ部分に、第三設置表記として「1」を表記させている。また第一照明ケーブルの端縁にも、「1」を表記させている。これによって、第一照明手段と第一照明ケーブルとの配線作業に際しても、配線の取り違えを回避できる。特に、複数の照明手段が同じ形状であったり、照明ケーブルが長いような場合、いいかえると配線ミスが起こりやすいような環境でも、確実に配線して検査精度の信頼性が高められる。なお、図25の例では図示を簡素化するため第一照明手段と第一照明ケーブルの接続のみを示しているが、第二照明手段〜第四照明手段についても同様であることはいうまでもない。また以上の例では、各照明ケーブルは照明手段及び照明分岐ユニットと挿抜式としているが、照明ケーブルを照明手段又は照明分岐ユニットと直付けにした構成においても、本実施形態を適用できる。さらに設置表記として、以上の例では数字を用いたが、文字や記号、マーク、色等、目視可能な表記を適宜採用できる。また複数の表記を組み合わせてもよい。例えば赤色の1、青色の2、緑色の3、紫色の4のように、色と数字を組み合わせて設置表記を構成すれば、配線関係が一層明確になる。さらには目視のみに限らず、これに加えてあるいはこれに代えて、点字等、触覚で認識可能な設置表記を適用してもよい。特に、接続部分が微細であったり、印字や刻印が物理的に困難な場合、あるいは狭い場所や暗い場所の設置等、目視による確認が困難な場合に好適に利用できる。
(第二実施例)
Further, the installation assisting means can be applied to the connection between the lighting cable and the lighting means. That is, as shown in FIG. 25, the interface portion for connecting the first lighting cable 71 to the first lighting means may be similarly provided with an installation notation indicating a wiring correspondence as an installation auxiliary means. Here, "1" is described as the third installation notation on the connector portion of the first lighting means for connecting the first lighting cable. Also, “1” is written on the edge of the first lighting cable. Thereby, even when wiring the first lighting means and the first lighting cable, it is possible to avoid a mistake in wiring. In particular, when a plurality of illuminating units have the same shape or a long illuminating cable, even in an environment where a wiring error is likely to occur in other words, the wiring is reliably performed, and the reliability of the inspection accuracy is improved. In the example of FIG. 25, only the connection between the first lighting means and the first lighting cable is shown for simplicity of illustration, but it goes without saying that the same applies to the second lighting means to the fourth lighting means. Absent. In the above example, each lighting cable is of a pluggable type with the lighting means and the lighting branch unit. However, the present embodiment can be applied to a configuration in which the lighting cable is directly attached to the lighting means or the lighting branch unit. Further, as the installation notation, a numeral is used in the above example, but a visual notation such as a character, a symbol, a mark, and a color can be appropriately used. Also, a plurality of notations may be combined. For example, if the installation notation is configured by combining colors and numbers, such as 1, red, 2 blue, 3 green, and 4 purple, the wiring relationship becomes clearer. Furthermore, the present invention is not limited to visual observation, and an installation notation that can be recognized by touch, such as Braille, may be applied in addition to or instead of this. In particular, the present invention can be suitably used when the connection portion is fine, printing or engraving is physically difficult, or when it is difficult to visually check such as installation in a narrow or dark place.
(Second embodiment)

以上の例では、設置補助手段でもって、各照明手段を照明制御手段に配線する作業を補助する例について説明した。この場合は、設置補助手段を照明手段や照明ケーブルに設けている。ただ設置補助手段は、これに限らず、照明手段を正しい位置に設置する作業の補助にも適用できる。この場合は、設置補助手段を、撮像手段や照明手段に設けることができる。このような例を図26の模式平面図に示す。この例では、円弧状に形成された第一照明手段21、第二照明手段22、第三照明手段23、第四照明手段24を、平面視において撮像手段の周囲(ここでは東西南北)に配置している。上述の通り、各照明手段の形状が同じ場合は、照明手段の設置に際して取り違えが生じ得る。そこで、設置補助手段として照明手段の配置を撮像手段に表記することで、この表記に従って配置し、取り違えを回避できる。ここでは、各照明手段の上面に異なる色を着色すると共に、撮像手段の上面にも、第四設置表記として各照明手段と対応する部位に同じ色を着色している。この例では、第一照明手段21を赤色、第二照明手段22を青色、第三照明手段23を緑色、第四照明手段24を紫色に、それぞれ着色している。これによってユーザは照明手段の設置作業に際して、撮像手段に設けられた第四設置表記に従って、照明手段を区別でき、さらに設置後においても正しく照明手段が設置されたかどうかを視覚的に容易に確認できるので、照明手段の取り違えミスを防止できる利点が得られる。   In the above example, the example in which the installation assisting unit assists the work of wiring each lighting unit to the lighting control unit has been described. In this case, the installation assisting means is provided on the lighting means or the lighting cable. However, the installation assisting means is not limited to this, and can be applied to assist the work of installing the lighting means at a correct position. In this case, the installation assisting means can be provided in the imaging means and the lighting means. Such an example is shown in the schematic plan view of FIG. In this example, the first illuminating means 21, the second illuminating means 22, the third illuminating means 23, and the fourth illuminating means 24 formed in an arc shape are arranged around the imaging means (here, east, west, north and south) in plan view. are doing. As described above, in the case where the shape of each lighting unit is the same, a mistake may occur when installing the lighting unit. Therefore, by arranging the illumination unit as an installation assisting unit on the imaging unit, the illuminating unit can be arranged in accordance with this notation, thereby avoiding a mistake. Here, the top surface of each lighting unit is colored with a different color, and the top surface of the imaging unit is colored with the same color on the top surface of the imaging unit as the fourth installation notation. In this example, the first lighting means 21 is colored red, the second lighting means 22 is colored blue, the third lighting means 23 is colored green, and the fourth lighting means 24 is colored purple. This allows the user to distinguish the lighting means in accordance with the fourth installation notation provided on the imaging means during the installation work of the lighting means, and to easily visually confirm whether or not the lighting means has been correctly installed even after the installation. Therefore, there is an advantage that the mistake of the lighting means can be prevented.

またこの例は一例であって、各照明手段を着色する色は任意に変更できる。また色に限らず、パターンや模様、記号、数字や文字等の表記でもって区別することも可能である。さらにこのような表記を設ける位置も、照明手段や撮像手段の上面の他、側面や底面とすることもできる。さらにまた設置補助手段を撮像手段に設ける構成に限らず、例えばワークを載置するステージや画像検査装置の筐体等、他の部位に設置補助手段を設けてもよい。   Further, this example is merely an example, and the color for coloring each lighting unit can be arbitrarily changed. In addition, not only colors but also patterns, patterns, symbols, numbers, characters, and the like can be used for distinction. Further, the position where such a notation is provided may be on the side surface or the bottom surface in addition to the top surface of the illumination unit or the imaging unit. Furthermore, the installation assisting means is not limited to the configuration in which the installation assisting means is provided in the imaging means. For example, the installation assisting means may be provided in another part such as a stage on which a work is mounted or a housing of an image inspection apparatus.

なお、各照明手段から引き出された照明ケーブルと照明分岐ユニットとの配線作業においても、上記と同様に設置補助手段でもって配線先の正しい組み合わせを表示して、配線作業のミスを防止し、また配線後の確認作業を容易に行うことができる。
(第三実施例)
In the wiring work between the lighting cable drawn from each lighting means and the lighting branch unit, the correct combination of the wiring destinations is displayed by the installation assisting means in the same manner as described above to prevent mistakes in the wiring work, and Confirmation work after wiring can be easily performed.
(Third embodiment)

以上の第二実施例では、三以上の照明手段をワークの周囲に環状に配置する際の、相対的な設置位置を設置補助手段でもって確認する例を説明した。一方で照明手段は、上述の通り予め環状の照明ユニットとして一体的に構成することも可能である。このような場合においても、図23に示すように、環状に構成された環状照明ユニット20を撮像手段に対する相対的な回転位置すなわち回転角度を調整して固定しなければ、正確なフォトメトリックステレオ処理結果を得ることができない。特に円環状の環状照明ユニット20が点対称な形状の場合は、回転位置が決まらないため、その調整作業も困難であった。このような場合においても、設置補助手段でもって環状照明ユニットと撮像手段の相対的な回転位置を位置決めすることができる。例えば、図27に示すように、設置補助手段として、環状照明ユニット20を構成する第一照明手段21、第二照明手段22、第三照明手段23、第四照明手段24の境界部分にラインや継ぎ目を表示する。これによって、各照明手段が占める領域が明確になる。また撮像手段にもこれに対応させて、上面にラインを表示させる。このような設置補助手段を設けることで、撮像手段と環状照明ユニット20の回転位置を規定し、さらにこれらを位置決めさせることが容易となる。   In the second embodiment described above, an example has been described in which, when three or more illumination units are annularly arranged around a work, the relative installation positions are confirmed by the installation auxiliary unit. On the other hand, the illuminating means can be integrally formed in advance as an annular illuminating unit as described above. Even in such a case, as shown in FIG. 23, unless the annular illumination unit 20 formed in an annular shape is fixed by adjusting the relative rotation position, that is, the rotation angle with respect to the imaging means, accurate photometric stereo processing is performed. No results can be obtained. In particular, when the ring-shaped annular illumination unit 20 has a point-symmetrical shape, the rotational position is not determined, so that the adjustment work is also difficult. Even in such a case, the relative rotation positions of the annular illumination unit and the imaging unit can be determined by the installation assisting unit. For example, as shown in FIG. 27, as an installation auxiliary unit, a line or a line Show seams. This clarifies the area occupied by each lighting means. In addition, a line is displayed on the upper surface of the image pickup means corresponding to this. By providing such an installation assisting means, it is easy to define the rotational positions of the imaging means and the annular illumination unit 20 and to position them.

さらに、このままでは環状照明ユニット20が45°単位で回転しても判別できないので、基準となる位置を明確にする。例えば第一照明手段に着色することで、環状照明ユニット20の姿勢が明確となり、45°単位でずれる事態を回避できる。またこれに対応させて、撮像手段の上面にも同様に、着色された第一照明手段と対応する部位に、同様の着色を付すことが好ましい。これによって、着色された領域同士を合致させるようにして、環状照明ユニットの回転角度を容易に確定できる。   Furthermore, since the determination cannot be made even if the annular illumination unit 20 is rotated by 45 ° in this state, the reference position is clarified. For example, by coloring the first illumination means, the posture of the annular illumination unit 20 becomes clear, and a situation in which the annular illumination unit 20 shifts by 45 ° can be avoided. Corresponding to this, it is preferable to similarly apply the same coloring to the upper surface of the imaging means corresponding to the colored first lighting means. This makes it possible to easily determine the rotation angle of the annular illumination unit so that the colored regions match each other.

また上記は一例であり、設置補助手段は環状照明ユニットの回転位置を規定できる他の表記を適宜採用できる。例えば図28に示す変形例のように、環状照明ユニット20の基準となる位置にラインを表示させ、このラインを天頂に位置させるように規定しておくことで、点対称な環状照明ユニット20でも正確に位置決めできるようになる。また、基準位置を示す表記は、ラインに限らず、他のマークや文字、模様等任意のパターンが利用できる。例えば図29の例では、矢印でもって天頂となる位置を表示させている。   Further, the above is an example, and the installation assisting unit can appropriately adopt another notation that can define the rotational position of the annular illumination unit. For example, as shown in a modification shown in FIG. 28, a line is displayed at a reference position of the annular illumination unit 20 and the line is defined so as to be located at the zenith. Accurate positioning can be achieved. The notation indicating the reference position is not limited to a line, and any pattern such as another mark, character, or pattern can be used. For example, in the example of FIG. 29, the position at the zenith is displayed by an arrow.

また基準位置は一箇所だけとする例に限らず、複数設けてもよい。例えば図30に示すように、各照明手段と対応する領域に異なるマークをそれぞれ表示させてもよい。また各マークと対応させて、照明分岐ユニットの照明接続コネクタにも、これらのマークと対応させて同様のマークを表示させることで、各照明手段から引き出された照明ケーブルの配線の区別としても利用できる。   Also, the reference position is not limited to one example, and a plurality of reference positions may be provided. For example, as shown in FIG. 30, different marks may be displayed in regions corresponding to the respective lighting units. In addition, by displaying the same mark in the lighting connector of the lighting branch unit in correspondence with each mark in correspondence with each mark, it can also be used to distinguish the wiring of the lighting cable drawn out from each lighting means. it can.

また、表記はマークに限らず、文字や色、模様等、任意のパターンが利用できる。例えば図31の平面図に示す例では、方位を示す文字N、E、S、Wを表示させている。また撮像手段11や照明分岐ユニット75にも、同様に方位を示す文字を付加している。これによって、フォトメトリックステレオ処理の設定に従った位置決めや配線を容易に行うことができる。   Notation is not limited to marks, and any pattern such as characters, colors, and patterns can be used. For example, in the example shown in the plan view of FIG. 31, characters N, E, S, and W indicating the direction are displayed. Similarly, characters indicating the azimuth are added to the image pickup means 11 and the illumination branch unit 75. Thus, positioning and wiring according to the settings of the photometric stereo processing can be easily performed.

また図32の平面図に示す例では、各照明手段と対応する部位に、着色したマークを表示させている。この例では第一照明手段21に赤色のマーク、第二照明手段22に青色のマーク、第三照明手段23に緑色のマーク、第四照明手段24に紫色のマークを、それぞれ付している。また撮像手段11や照明分岐ユニット75にも、同様のマークを付すことで、位置決めや配線の作業や確認を容易に行うことができる。   In the example shown in the plan view of FIG. 32, a colored mark is displayed at a portion corresponding to each lighting unit. In this example, the first lighting means 21 is provided with a red mark, the second lighting means 22 is provided with a blue mark, the third lighting means 23 is provided with a green mark, and the fourth lighting means 24 is provided with a purple mark. In addition, by attaching the same mark to the image pickup means 11 and the illumination branch unit 75, positioning and wiring work and confirmation can be easily performed.

さらに、基準位置を確定する方法として、基準を示す表記を設ける構成の他、物理的な形状を点対称で無くすことにより、外形から姿勢を明確にする方法も採用できる。例えば図33に示す例では、環状照明ユニット20の一部に三角形状の突起部を設け、この突起部を基準として天頂の位置に合わせるよう構成することで、位置決めを行うことができる。また撮像手段11や分岐ユニット75にも、同様の突起部を形成することにより、これらの姿勢や配線も合致させることができる。また照明手段21〜24や照明分岐ユニット75の形状は、平面視円形に限られず、矩形状や多角形状等、任意の形状が利用できる。例えば図34に示す例では、矩形状としている。また突起部も、基準となる位置や方向を示す目印の役割を果たすことができれば足り、凹部等、任意の形態が適用できる。   Further, as a method of determining the reference position, in addition to the configuration of providing a reference indicating the reference, a method of clarifying the posture from the outer shape by eliminating the physical shape in point symmetry can be adopted. For example, in the example shown in FIG. 33, positioning can be performed by providing a triangular projection on a part of the annular illumination unit 20 and adjusting the projection to the position of the zenith based on the projection. Also, by forming similar projections on the image pickup means 11 and the branch unit 75, these postures and wiring can be matched. Further, the shapes of the illumination means 21 to 24 and the illumination branching unit 75 are not limited to a circular shape in a plan view, and any shape such as a rectangular shape or a polygonal shape can be used. For example, in the example shown in FIG. 34, the shape is rectangular. In addition, any form such as a concave part or a concave part is applicable as long as the protrusion part can serve as a mark indicating a reference position or direction.

なお、上述した図27の例では、第一照明手段21、第二照明手段22、第三照明手段23、第四照明手段24を一体化した環状照明ユニット20から、照明ケーブルを各照明手段と対応させて引き出しているが、一体化した環状照明ユニット20においては、照明ケーブルを纏めてもよい。これによって配線作業を省力化して取り違えを回避し、また配線自体を簡素化できる。図28、図29は、このような配線の例を示している。
(画像検査方法)
In the example of FIG. 27 described above, an illumination cable is connected to each illumination unit from the annular illumination unit 20 in which the first illumination unit 21, the second illumination unit 22, the third illumination unit 23, and the fourth illumination unit 24 are integrated. Although they are drawn out correspondingly, in the integrated annular lighting unit 20, the lighting cables may be combined. As a result, the wiring work can be reduced in labor, avoiding mistakes, and the wiring itself can be simplified. FIG. 28 and FIG. 29 show examples of such wiring.
(Image inspection method)

ここで、画像検査装置1を用いてワークの外観検査を行う画像検査方法の手順を、図35のフローチャートに基づいて説明する。   Here, a procedure of an image inspection method of performing an appearance inspection of a work using the image inspection apparatus 1 will be described with reference to a flowchart of FIG.

ステップST1では、画像処理部41は、照明制御手段31を介して、照明手段21、22、23、24に対してトリガ信号を発し、照明手段21、22、23、24は、トリガ信号に応じて順に1つずつ点灯する。   In step ST1, the image processing unit 41 issues a trigger signal to the lighting units 21, 22, 23, 24 via the lighting control unit 31, and the lighting units 21, 22, 23, 24 respond to the trigger signal. Lights one by one in order.

ステップST2では、撮像手段11は、各照明手段21、22、23、24が点灯する都度作動して、ワークWKを撮影する。   In step ST2, the imaging unit 11 is activated each time each of the illumination units 21, 22, 23, and 24 is turned on to photograph the work WK.

ステップST3では、撮像手段11は、ワークWKが撮影された4つの画像信号Q1〜Q4を画像処理部41に転送する。   In step ST <b> 3, the imaging unit 11 transfers the four image signals Q <b> 1 to Q <b> 4 of the image of the work WK to the image processing unit 41.

ステップST4では、画像処理部41は、撮像手段11から入力された4つの画像信号Q1〜Q4を用いて、画像信号Q1〜Q4毎に、各画素における面の法線ベクトルを計算する。   In step ST4, the image processing unit 41 calculates the normal vector of the surface of each pixel for each of the image signals Q1 to Q4 using the four image signals Q1 to Q4 input from the imaging unit 11.

ステップST5では、画像処理部41は、画像信号Q1〜Q4毎に、後段の処理で必要となる、1/1、1/2、1/4、1/8、1/16、1/32にそれぞれ縮小した縮小傾き画像を作成する。また、画像処理部41は、画像信号Q1〜Q4毎に、後段の処理で必要となる、テクスチャ抽出画像を作成しておく。   In step ST5, the image processing unit 41 converts each of the image signals Q1 to Q4 into 1/1, 1/2, 1/4, 1/8, 1/16, and 1/32, which are required in the subsequent processing. A reduced tilt image that is reduced in each case is created. Further, the image processing unit 41 creates a texture extraction image required for subsequent processing for each of the image signals Q1 to Q4.

ステップST6では、必要に応じて特徴サイズの調整を行う。特徴サイズを変化させることで、凹凸抽出画像において抽出される凹凸の大きさが変わる。具体的には特徴サイズを大きくすると、大きなサイズの凹凸が抽出された凹凸抽出画像が得られる。逆に特徴サイズを小さくすると、小さなサイズの凹凸が抽出される。したがってユーザは、抽出したい傷の大きさに応じて特徴サイズを調整する。あるいは、OCR用途の場合は、特徴サイズを大きくすることで、OCRに適した凹凸抽出画像を得ることができる。   In step ST6, the feature size is adjusted as needed. By changing the feature size, the size of the unevenness extracted in the unevenness extracted image changes. Specifically, when the feature size is increased, a concavo-convex extracted image in which large-sized concavities and convexities are extracted is obtained. Conversely, when the feature size is reduced, small-sized irregularities are extracted. Therefore, the user adjusts the feature size according to the size of the flaw to be extracted. Alternatively, in the case of an OCR application, a feature extraction image suitable for OCR can be obtained by increasing the feature size.

ステップST7では、凹凸抽出画像計算を行う。この例では画像処理部41が、ステップST6で設定された特徴サイズに従って凹凸を抽出した凹凸抽出画像を生成し、これを表示手段51に表示させる。   In step ST7, an unevenness extraction image calculation is performed. In this example, the image processing unit 41 generates an unevenness extraction image in which unevenness is extracted according to the feature size set in step ST6, and causes the display unit 51 to display the image.

ステップST10〜12では、画像処理部41又はPLC81が、輪郭抽出画像に対して、傷検査ツールを利用して傷を検出するための傷検出処理をして、傷かどうかを判定する傷判定処理をする。   In steps ST10 to ST12, the image processing unit 41 or the PLC 81 performs a flaw detection process for detecting a flaw using the flaw inspection tool on the contour extracted image, and determines whether or not the flaw is a flaw. do.

まず、ステップST10では、画像処理部41又はPLC81は、生成された輪郭画像に対して検査対象となる検査領域の位置を特定する。検査領域を設定する際には、例えば、エッジを抽出する等して、ワークWKの画像を抽出する。ワークWKが大きく位置ずれしない場合には、検査領域の設定位置を予め登録しておいてもよい。   First, in step ST10, the image processing unit 41 or the PLC 81 specifies the position of the inspection area to be inspected with respect to the generated contour image. When setting the inspection area, an image of the work WK is extracted by, for example, extracting an edge. When the position of the work WK does not significantly deviate, the set position of the inspection area may be registered in advance.

ステップST11では、画像処理部41又はPLC81は、特定された検査領域内の傷を検出するための画像処理を施す。画像処理部41又はPLC81は、記憶されている算出方法により基準濃度値を算出し、画素毎に検査領域の各画素の濃度値と基準濃度値との差分を算出する。そして、画像処理部41又はPLC81は、設定して記憶されている閾値(傷量という閾値を決めておく。)によるラベリング処理(2値画像の白画素の固まりに、「0、1、2・・・」という札(ラベル)を貼っていく処理。)を実行し、特定された傷毎に特徴量を算出する。算出する特徴量は、例えば差分の正負に関する正負情報、差分の総和、差分の最大値、差分の平均値、又は差分の標準偏差である。   In step ST11, the image processing unit 41 or the PLC 81 performs image processing for detecting a flaw in the specified inspection area. The image processing unit 41 or the PLC 81 calculates the reference density value by the stored calculation method, and calculates the difference between the density value of each pixel in the inspection area and the reference density value for each pixel. Then, the image processing unit 41 or the PLC 81 performs a labeling process (a set of white pixels of the binary image to “0, 1, 2,. ..) is performed, and the feature amount is calculated for each of the specified scratches. The feature amount to be calculated is, for example, positive / negative information on the sign of the difference, the sum of the differences, the maximum value of the differences, the average value of the differences, or the standard deviation of the differences.

ステップST12では、画像処理部41又はPLC81は、ステップST11で特定された傷に対して、傷判定に用いる判定基準に基づいて傷判定処理を実行する。傷と判定された場合、表示手段51上で、傷の箇所にマーキングをし、処理を終了する。
(変形例)
In step ST12, the image processing unit 41 or the PLC 81 executes a flaw determination process on the flaw specified in step ST11 based on a determination standard used for flaw determination. If it is determined to be a flaw, marking is made on the flaw on the display means 51, and the process is terminated.
(Modification)

以上の例では、特徴サイズをユーザが調整可能とすることで、特徴サイズのパラメータでもってユーザが望むサイズの凹凸を抽出した凹凸抽出画像を生成する例を説明した。ただ本発明はこの構成に限らず、ユーザの観察用途や目的に応じた複数の観察モードを予め用意しておき、ユーザに観察モードを選択させることで、所望の画像を生成するように構成することもできる。このような例を図36のフローチャートに基づいて説明する。ステップST”1〜ST”5は、上述した図35と同様であるため、詳細説明を省略する。   In the above example, an example has been described in which the feature size is adjustable by the user, and a concavo-convex extraction image in which concavities and convexities of a size desired by the user are extracted using the parameter of the feature size. However, the present invention is not limited to this configuration, and a plurality of observation modes are prepared in advance according to a user's observation purpose and purpose, and a desired image is generated by allowing the user to select an observation mode. You can also. Such an example will be described with reference to the flowchart in FIG. Steps ST "1 to ST" 5 are the same as those in FIG. 35 described above, and a detailed description thereof will be omitted.

ステップST”6では、観察モードをユーザに選択させる。この例では、輪郭抽出モード、テクスチャ抽出モード、凹凸モードの何れかを選択可能としている。各観察モードは、各観察用途に適した特徴サイズを予めプリセットしておく。なお、観察モードの選択後に、ユーザが手動で特徴サイズを微調整可能に構成してもよい。選択された観察モードに従って、次に移行するステップが異なる。すなわち輪郭抽出モードが選択された場合はステップST”7へ、テクスチャ抽出モードが選択された場合はステップST”8へ、凹凸モードが選択された場合はステップST”9へ、それぞれ移行する。各ステップの処理後は、ステップST”10に移行する。このように、凹凸抽出画像生成手段と輪郭画像生成手段41bとテクスチャ抽出画像生成手段41cとは、切り替え可能としている。   In step ST "6, the user is caused to select an observation mode. In this example, any one of the contour extraction mode, the texture extraction mode, and the concavo-convex mode is selectable. Each observation mode has a feature size suitable for each observation purpose. It should be noted that after the observation mode is selected, the user may manually configure the feature size so as to be able to finely adjust it.The next step differs according to the selected observation mode, that is, contour extraction. When the mode is selected, the process proceeds to step ST "7, when the texture extraction mode is selected, the process proceeds to step ST" 8, and when the unevenness mode is selected, the process proceeds to step ST "9. After the processing in each step, the process proceeds to step ST ″ 10. In this manner, the unevenness extraction image generation unit, the outline image generation unit 41b, and the texture extraction image generation unit 41c can be switched.

ステップST”7では、画像処理部41は、凹凸抽出画像計算を行う。すなわち、画像処理部41は、凹凸抽出画像が表示される特徴サイズの輪郭抽出画像を表示手段51に表示する。   In step ST "7, the image processing unit 41 performs an unevenness extraction image calculation. That is, the image processing unit 41 displays, on the display unit 51, a contour extraction image of a feature size in which the unevenness extraction image is displayed.

ステップST”8では、画像処理部41は、ユーザによって輪郭抽出モードが選択された場合の処理を実行する。すなわち、画像処理部41は、ステップST”5において作成された縮小傾き画像に基づいて、輪郭抽出画像計算を行い、輪郭抽出画像を表示手段51に表示する。   In step ST "8, the image processing unit 41 executes a process when the user has selected the contour extraction mode. That is, the image processing unit 41 performs processing based on the reduced inclination image created in step ST" 5. Then, the contour extraction image calculation is performed, and the contour extraction image is displayed on the display means 51.

ステップST”9では、画像処理部41は、ユーザによってテクスチャ抽出モードが選択された場合の処理を実行する。すなわち、画像処理部41は、ステップST”5において作成されたテクスチャ抽出画像に基づいて、テクスチャ抽出画像計算を行い、テクスチャ抽出画像を表示手段51に表示する。   In step ST "9, the image processing unit 41 executes a process when the user selects the texture extraction mode. That is, the image processing unit 41 performs processing based on the texture extraction image created in step ST" 5. Then, a texture extraction image calculation is performed, and the texture extraction image is displayed on the display means 51.

以降のステップST”10〜12は、上述した図35と同様の手順が利用でき、詳細説明を省略する。   In the subsequent steps ST "10 to ST12, the same procedure as in FIG. 35 described above can be used, and detailed description will be omitted.

以上の画像検査装置によれば、フォトメトリックステレオ法を利用して第1次の傾き画像を生成することを出発点としながらも、得られた第1次の傾き画像をX方向及びY方向に微分処理して第2次の傾き画像、すなわち、輪郭抽出画像を作成するようにしている。この処理によって、照明やワーク設置面の僅かな傾きや、元々入力している照明の位置等の入力情報の過誤に対して、得られる検査画像が大きく変化してしまい、例えば、実際には凸凹していないのに凸凹の画像になる現象、照明に対して、通常、近くが明るくなる傾向を受けて、ワークWKの中央が盛り上がったような画像になるといった現象等の、実物に即した検査画像が得られない、という従来のようなフォトメトリックステレオ法の欠点を少なくする事ができる。面の凹方向に傾き変化の大きいところが暗くなる階調とする一方、面の凸方向に変化の小さいところが明るくなる階調と設定することで、ワーク表面の傾きが大きく変化する傷や輪郭等を抽出するのに好適な画像となる。   According to the image inspection apparatus described above, the first-order skew image obtained by using the photometric stereo method is used as a starting point, and the obtained first-order skew image is converted in the X direction and the Y direction. Differential processing is performed to create a secondary inclination image, that is, an outline extraction image. Due to this processing, the obtained inspection image greatly changes with respect to a slight inclination of the illumination or the work installation surface or an error in the input information such as the originally input illumination position. Inspections based on the real thing, such as the phenomenon that an image becomes uneven even though it is not performed, and the phenomenon that the center of the work WK rises due to the tendency to become brighter near the illumination in general. The disadvantage of the conventional photometric stereo method that an image cannot be obtained can be reduced. By setting the gradation where the change in inclination in the concave direction of the surface is large to be dark, and setting the change in the direction of small change in the convex direction of the surface to be bright, scratches and contours where the inclination of the work surface greatly changes are set. An image suitable for extraction is obtained.

また輪郭画像生成手段が、算出された各画素の法線ベクトルから異なる縮小率の複数の縮小傾き画像を作成し、それぞれの縮小傾き画像において、X方向及びY方向に微分処理を施し、得られた縮小輪郭画像に対して、所定の縮小率の縮小輪郭画像が大きく反映されるように重み付けをして、元のサイズへ拡大してから、拡大された縮小輪郭画像をすべて足し合わせたものを輪郭抽出画像とすることができる。この構成によれば、如何なる大きさを傷として判断するかは、ユーザの用途によって異なるところ、所定の縮小率の縮小輪郭画像が輪郭抽出画像に大きく反映されるように重み付けができるようにしたので、ユーザの用途に応じて、ユーザが所望する縮小率の縮小輪郭画像が強調された輪郭抽出画像が得られる。ユーザのニーズとしては、例えば、10ピクセルに跨がったものを傷として判断したい場合もあれば、100ピクセルに跨がっている凹んだものを傷として判断したい場合もある。また、急峻なエッジだけをエッジとして抽出したい場合もある。   Further, the contour image generating means creates a plurality of reduced inclination images having different reduction rates from the calculated normal vectors of the respective pixels, and performs a differentiation process on each of the reduced inclination images in the X direction and the Y direction. The reduced outline image is weighted so that the reduced outline image at the predetermined reduction rate is largely reflected, enlarged to the original size, and the sum of the enlarged reduced outline images is added. It can be a contour extraction image. According to this configuration, the size to be determined as a flaw differs depending on the user's application, but weighting can be performed so that a reduced contour image at a predetermined reduction ratio is largely reflected in the contour extraction image. According to the use of the user, a contour extraction image in which the reduced contour image at the reduction ratio desired by the user is enhanced can be obtained. As the user's needs, for example, there is a case where it is desired to determine a scratch extending over 10 pixels as a scratch, and a case where it is desired to determine a dent that extends over 100 pixels as a scratch. In some cases, only a steep edge is desired to be extracted as an edge.

また傷は、通常、複数の周波数に跨がって検出されるところ、拡大された縮小輪郭画像をすべて足し合わせたものを輪郭抽出画像としているので、一つの周波数の縮小輪郭画像に限定した場合に比べて、傷や輪郭等が、全体的にぼやけることなく、クリアに検出できる。   In addition, when a flaw is usually detected over a plurality of frequencies, a sum of all enlarged reduced contour images is used as a contour extracted image. As compared with the above, a flaw, an outline, and the like can be detected more clearly without blurring as a whole.

さらに重み付けは、予め決められた重みのセットを用意しておき、縮小輪郭画像に対して、重みのセットを掛けることによって、それぞれの縮小率の縮小輪郭画像の採用比を按分することによって行うことができる。これによれば、輪郭抽出画像に合成するときに予め決められた重みのセット(特徴サイズ)がプリセットされているので、ユーザは、所望する輪郭抽出画像に瞬時に簡単に切り替えることができる。   Further, the weighting is performed by preparing a predetermined set of weights and multiplying the reduced outline image by the set of weights, thereby apportioning the adoption ratio of the reduced outline image at each reduction ratio. Can be. According to this, a predetermined set of weights (feature size) is preset when combining with the contour extraction image, so that the user can instantly and easily switch to a desired contour extraction image.

さらにまた重みのセットは、ワークの表面の凸凹が明瞭な輪郭抽出画像が得られる縮小輪郭画像の採用比が大きくなるセットを含むことができる。この使い方を例えば凹凸モードとすることで、輪郭抽出モードと使い分けることができる。   Furthermore, the set of weights can include a set in which the adoption ratio of the reduced outline image that can obtain the outline extraction image in which the unevenness of the surface of the work is clear is large. By setting this usage method to, for example, the concavo-convex mode, it is possible to selectively use the contour extraction mode.

さらにまた、重みのセットは、OCRに適した輪郭抽出画像が得られる縮小輪郭画像の採用比が大きくなるセットを含むことができるので、例えば鋳物の刻印のようなものに対して、OCRをするのに好適な画像を作成することができる。   Furthermore, since the set of weights can include a set in which the adoption ratio of the reduced outline image that can obtain the outline extraction image suitable for OCR is increased, the OCR is performed on, for example, an inscription on a casting. It is possible to create an image suitable for the above.

さらにまた、照明手段による照明する回数個ある、算出された各画素の法線ベクトルから、入力画像と同数個の各画素のアルベドを算出し、アルベドから、ワークの表面の傾き状態を除去した模様を示すテクスチャ抽出画像を生成するようにして、輪郭画像生成手段とテクスチャ抽出画像生成手段とを切り替え可能に構成したので、本来の傷と元々ある輪郭と区別するのは通常困難であるため、傷があってはいけない箇所をサーチして検査領域とすることが求められているが、テクスチャ抽出画像でサーチをして、検査領域を決めてから傷検査を行うことができる。また、OCRを行う際にも、テクスチャ抽出画像でサーチをして、OCRを行う対象領域を決めてからOCRを行うことができる。   Furthermore, the albedo of each pixel of the same number as that of the input image is calculated from the calculated normal vector of each pixel, which is the number of times of illumination by the illumination means, and the pattern in which the inclination state of the work surface is removed from the albedo. Is generated, and the contour image generating means and the texture extracted image generating means are configured to be switchable. Therefore, it is usually difficult to distinguish the original scratch from the original contour. Although it is required to search for a part where there should not be an area as an inspection area, a flaw inspection can be performed after a search is performed with a texture extraction image to determine an inspection area. Also, when performing OCR, OCR can be performed after a search is performed on the texture extraction image to determine a target region for OCR.

テクスチャ抽出画像生成手段は、入力画像と同数個の各画素のアルベドの値をソートして上から特定の順番の画素値を採用したものをテクスチャ抽出画像とすることができる。これにより、ハレーションを起こしている輝度が高い画素値は採用されず、ハレーションの影響が取り除かれたテクスチャ抽出画像が得られる。   The texture extraction image generation means can sort the albedo values of the same number of pixels as the input image and adopt pixel values in a specific order from the top as a texture extraction image. As a result, a pixel value with high luminance causing halation is not adopted, and a texture extraction image from which the influence of halation has been removed is obtained.

また輪郭抽出画像生成後の傷検査に必要な傷検査ツールを備えることで、フォトメトリックステレオ技術は三次元計測の一つの手法であるというのが一般的な共通認識であるところ、フォトメトリックステレオ技術を傷検査に応用した実用品として位置づけられる画像検査装置を提供できる。   In addition, by providing a flaw inspection tool necessary for flaw inspection after the generation of an outline extraction image, it is generally accepted that photometric stereo technology is one method of three-dimensional measurement. An image inspection apparatus which is positioned as a practical product in which the image inspection apparatus is applied to a flaw inspection can be provided.

さらに画像検査装置は、ワークを一定の方向から撮像する撮像手段と、ワークを異なる方向から少なくとも3回照明する照明手段と、照明手段を1つずつ順に点灯させる照明制御手段と、各照明タイミングにて撮像手段を駆動させることにより、複数の画像を生成する画像生成手段と、複数の画像で対応関係にある画素毎の画素値を用いて、各画素のワークの表面に対する法線ベクトルを算出する法線ベクトル算出手段と、照明手段による照明する回数個ある、算出された各画素の法線ベクトルから、法線ベクトルと同数個の各画素のアルベドを算出し、アルベドから、ワークの表面の傾き状態を除去した模様を示すテクスチャ抽出画像を生成するテクスチャ抽出画像生成手段とを備え、テクスチャ抽出画像生成手段は、法線ベクトルと同数個の各画素のアルベドの値をソートして上から特定の順番の画素値を採用したものをテクスチャ抽出画像とすることができる。これによれば、テクスチャ抽出画像生成手段は、法線ベクトルと同数個の各画素のアルベドの値をソートして上から特定の順番の画素値を採用したものをテクスチャ抽出画像とするようにしたので、ハレーションを起こしている輝度が高い画素値は採用されず、ハレーションの影響が取り除かれたテクスチャ抽出画像が得られる。   The image inspection apparatus further includes an imaging unit that images the workpiece from a certain direction, an illumination unit that illuminates the workpiece at least three times from different directions, an illumination control unit that sequentially lights the illumination units one by one, Calculating a normal vector of each pixel with respect to the surface of the workpiece by using the image generation unit that generates a plurality of images by driving the imaging unit and pixel values of pixels corresponding to each other in the plurality of images. From the calculated normal vector of each pixel, which is the number of times of illumination by the normal vector calculating means and the illuminating means, calculate the albedo of each pixel as many as the normal vector, and from the albedo, calculate the inclination of the surface of the workpiece. Texture extraction image generation means for generating a texture extraction image showing a pattern from which a state has been removed, wherein the number of texture extraction image generation means is equal to the number of normal vectors. It can be a material obtained by employing the pixel values of a specific order from the top to sort the values of albedo of each pixel of the texture extracted image. According to this, the texture extraction image generating means sorts the albedo values of the same number of pixels as the normal vector and adopts a pixel value in a specific order from the top as the texture extraction image. Therefore, a pixel value with high luminance causing halation is not adopted, and a texture extraction image from which the influence of halation has been removed is obtained.

このように、実施の形態に係る画像検査装置によれば、フォトメトリックステレオ法を利用して、より簡単、かつ、ロバストにワークの傷や印字を検査することができる。   As described above, according to the image inspection apparatus according to the embodiment, it is possible to more easily and robustly inspect the work for scratches and prints using the photometric stereo method.

本発明の画像検査装置、画像検査方法、画像検査プログラム及びコンピュータで読み取り可能な記録媒体又は記録した機器は、フォトメトリックステレオを用いた検査装置やデジタイザに好適に利用できる。   The image inspection apparatus, the image inspection method, the image inspection program, and the computer-readable recording medium or the recorded apparatus of the present invention can be suitably used for an inspection apparatus or a digitizer using a photometric stereo.

1…画像検査装置
11…撮像手段
12、32、52、62、82…ケーブル
71、72、73、74、76…ケーブル
20、20’、20”…環状照明ユニット
21、22、23、24、25…照明手段
31…照明制御手段
41…画像処理部;41a…法線ベクトル算出手段;41b…輪郭画像生成手段
41c…テクスチャ抽出画像生成手段;41d…検査領域特定手段
41e…画像処理手段;41f…判定手段
42…信号処理系
43…CPU
44…メモリ
45…ROM
46…バス
51…表示手段
61…操作手段
75…照明分岐ユニット
75a、b、c、d…照明接続コネクタ
81…PLC
e1…カメラ
e21〜e24…照明用の光源
WK…ワーク
SG…ステージ
L1…第一照明手段;L2…第二照明手段
n…法線ベクトル
S…拡散反射面
OS…障害物
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Image inspection apparatus 11 ... Imaging means 12, 32, 52, 62, 82 ... Cable 71, 72, 73, 74, 76 ... Cable 20, 20 ', 20 "... Ring illumination unit 21, 22, 23, 24, 25 illumination unit 31 illumination control unit 41 image processing unit 41a normal vector calculation unit 41b outline image generation unit 41c texture extraction image generation unit 41d inspection area identification unit 41e image processing unit 41f ... Determination means 42. Signal processing system 43. CPU
44 ... memory 45 ... ROM
46 bus 51 display means 61 operating means 75 lighting branch units 75a, b, c, d lighting connector 81 PLC
e1, cameras e21 to e24, light sources WK for illumination, work SG, stage L1, first illumination means; L2, second illumination means n, normal vector S, diffuse reflection surface OS, obstacles

Claims (13)

ワークの外観検査を行うための画像検査装置であって、
三以上の照明ブロックが環状に配置され、当該三以上の照明ブロックがワークを互いに異なる照明方向から照明可能に構成された環状照明ユニットと、
前記環状照明ユニットの各照明ブロックと単一のケーブル又は各々異なる複数のケーブルを介して接続され、当該各照明ブロックの各々を所定のタイミングで点灯させる照明分岐ユニットと、
前記環状照明ユニットとは別体に設けられ、前記三以上の照明ブロックがそれぞれ点灯するタイミングにて、ワークを一定の方向から撮像することにより、照明方向の異なる複数の部分照明画像を撮像するためのカメラと、
前記照明分岐ユニット及び前記カメラとケーブルを介して接続され、前記部分照明画像に基づいてワーク表面の傾きの輪郭を示す輪郭抽出画像を生成する画像処理部と、
前記画像処理部又は前記照明分岐ユニットと一体に設けられ、前記三以上の照明ブロックを一ずつ点灯順に点灯させるように制御するための照明制御手段と、
前記画像処理部により生成された輪郭抽出画像を表示可能な表示手段と、
前記表示手段に表示された輪郭抽出画像上で検査領域の設定が可能な検査領域設定手段と、
備え
前記画像処理部は、前記カメラによって撮像された複数の部分照明画像同士で、対応関係にある画素毎の画素値を用いて、フォトメトリックステレオ法に基づき、前記カメラの光軸方向における前記カメラの設置位置と前記環状照明ユニットの設置位置とが相対的に変化することに応じて変化する、各画素のワークの表面に対する法線ベクトルを算出し、当該法線ベクトルのx成分とy成分に対応したX座標成分画像及びY座標成分画像を生成し、当該法線ベクトルのX方向及びY方向に微分処理を施し、ワークの表面の傾きの輪郭を示す前記輪郭抽出画像を生成し、前記検査領域設定手段で設定された検査領域内の検査を行画像検査装置。
An image inspection device for performing a visual inspection of a work,
An annular illumination unit in which three or more illumination blocks are arranged in a ring, and the three or more illumination blocks are configured to be able to illuminate the workpiece from different illumination directions.
An illumination branch unit connected to each illumination block of the annular illumination unit via a single cable or a plurality of different cables, and lighting each of the illumination blocks at a predetermined timing,
In order to capture a plurality of partial illumination images having different illumination directions, provided separately from the annular illumination unit, and by imaging the work from a certain direction at a timing at which the three or more illumination blocks are respectively turned on. Camera and
An image processing unit that is connected to the illumination branch unit and the camera via a cable and generates a contour extraction image indicating a contour of a tilt of a work surface based on the partial illumination image;
An illumination control unit that is provided integrally with the image processing unit or the illumination branch unit and controls the three or more illumination blocks to be lit one by one in a lighting order.
Display means capable of displaying the contour extraction image generated by the image processing unit ,
Inspection area setting means capable of setting an inspection area on the contour extraction image displayed on the display means,
Equipped with a,
The image processing unit uses a plurality of partial illumination images captured by the camera , using a pixel value of each pixel in a corresponding relationship, based on a photometric stereo method, and based on the photometric stereo method, the camera in the optical axis direction of the camera. varies according to the installation position and the installation position of the annular illumination unit is relatively changed, it calculates a normal vector to the surface of the workpiece for each pixel, corresponding to the x and y components of the normal vector Generating the X-coordinate component image and the Y-coordinate component image, performing differential processing on the normal vector in the X direction and the Y direction, generating the contour extraction image showing the contour of the inclination of the surface of the work, line cormorant image inspection apparatus inspecting the set inspection area by setting means.
請求項に記載の画像検査装置であって、
画像処理部がさらに
前記カメラによって撮像された複数の部分照明画像同士で、対応関係にある画素毎の画素値を用いて、フォトメトリックステレオ法に基づき、前記カメラの光軸方向における前記カメラと前記照明ブロックの相対位置の変化に応じて変化する、各画素のワークの表面に対する法線ベクトルを算出するための法線ベクトル算出手段と、
前記法線ベクトル算出手段で算出された各画素の法線ベクトルに対して、X方向及びY方向に微分処理を施し、ワークの表面の傾きの輪郭を示す輪郭画像を生成するための輪郭画像生成手段と、
前記法線ベクトル算出手段で算出された各画素の法線ベクトルから前記各画素のアルベドを算出し、前記アルベドから、ワークの表面の傾き状態を除去した模様を示すテクスチャ抽出画像を生成するためのテクスチャ抽出画像生成手段を備え、
前記輪郭画像生成手段と前記テクスチャ抽出画像生成手段とが切り替え可能であることを特徴とする画像検査装置。
The image inspection apparatus according to claim 1 ,
The image processing unit is further,
The relative positions of the camera and the illumination block in the optical axis direction of the camera, based on the photometric stereo method, using a plurality of partial illumination images captured by the camera, using a pixel value for each pixel in a corresponding relationship. Normal vector calculation means for calculating a normal vector to the surface of the work of each pixel, which changes in accordance with the change of
Contour image generation for performing a differentiation process on the normal vector of each pixel calculated by the normal vector calculation means in the X direction and the Y direction to generate a contour image indicating the contour of the inclination of the surface of the work. Means,
From the normal vector of each pixel calculated by the normal vector calculating means calculates the albedo for each pixel, from the albedo, to generate a texture extraction image showing a pattern obtained by removing the tilt state of the surface of the workpiece Texture extraction image generation means,
An image inspection apparatus, wherein the contour image generating means and the texture extraction image generating means are switchable.
請求項に記載の画像検査装置であって、
前記テクスチャ抽出画像生成手段は、前記法線ベクトル算出手段で算出された各画素の法線ベクトルから、前記カメラの撮像した回数分存在する、複数の前記部分照明画像の各画素についてアルベドを算出し、当該複数の部分照明画像の各画素について、対応する画素のアルベドの値をソートし、上から特定の順番の画素値を採用したものをテクスチャ抽出画像とすることを特徴とする画像検査装置。
The image inspection apparatus according to claim 2 ,
The texture extraction image generation unit calculates an albedo for each pixel of the plurality of partial illumination images, which is present by the number of times of imaging by the camera, from the normal vector of each pixel calculated by the normal vector calculation unit. An image inspection apparatus characterized in that, for each pixel of the plurality of partial illumination images, the albedo value of the corresponding pixel is sorted, and a pixel extracted in a specific order from the top is used as a texture extraction image.
請求項のいずれか一に記載の画像検査装置であって、
前記カメラと、前記照明手段とが独立した別部材であり、任意の位置に配置可能としてなることを特徴とする画像検査装置。
The image inspection apparatus according to any one of claims 1 to 3 ,
The image inspection apparatus, wherein the camera and the illuminating unit are independent members, and can be arranged at an arbitrary position.
請求項のいずれか一に記載の画像検査装置であって、
前記照明ブロックを、4個備えることを特徴とする画像検査装置。
The image inspection apparatus according to any one of claims 1 to 4 ,
An image inspection apparatus, comprising: four illumination blocks .
請求項のいずれか一に記載の画像検査装置であって、
前記三以上の照明ブロックが、環状に配置された複数個の発光素子で構成されており、
前記照明制御手段が、
隣接する発光素子の所定個を第一照明ブロックとして、該第一照明ブロックの発光素子を同時に点灯させ、他の発光素子を消灯することで、第一照明手段で第一照明方向からの第一照明として機能させ、
前記第一照明ブロックと隣接する、所定個の発光素子で構成された第二照明ブロックを点灯させるように制御することで、前記第一照明方向と異なる第二照明方向から照明する第二照明ブロックを構成し、
さらに前記第二照明ブロックと隣接する、所定個の発光素子で構成された第三照明ブロックを点灯させるように制御することで、前記第一照明方向及び第二照明方向と異なる第三照明方向から照明する第三照明ブロックを構成してなることを特徴とする画像検査装置。
The image inspection apparatus according to any one of claims 1 to 5 ,
The three or more lighting blocks are constituted by a plurality of light emitting elements arranged in a ring,
The lighting control means,
By setting a predetermined number of adjacent light emitting elements as a first lighting block, simultaneously turning on the light emitting elements of the first lighting block and extinguishing the other light emitting elements, the first lighting means sets the first light source from the first lighting direction. Function as lighting,
The second lighting block, which is adjacent to the first lighting block and is controlled to light a second lighting block including a predetermined number of light emitting elements, to illuminate from a second lighting direction different from the first lighting direction. Constitute
Further, by controlling to turn on a third lighting block composed of a predetermined number of light emitting elements adjacent to the second lighting block, from the third lighting direction different from the first lighting direction and the second lighting direction. An image inspection apparatus comprising a third lighting block for lighting.
請求項1〜のいずれか一に記載の画像検査装置であって、
前記画像処理部は、算出された各画素の法線ベクトルから、異なる縮小率の複数の縮小傾き画像を作成し、それぞれの縮小傾き画像において、X方向及びY方向に微分処理を施し、得られた縮小輪郭画像に対して、所定の縮小率の縮小輪郭画像が反映されるように重み付けをして、元のサイズへ拡大してから、拡大された縮小輪郭画像をすべて足し合わせたものを輪郭抽出画像とすることを特徴とする画像検査装置。
The image inspection apparatus according to any one of claims 1 to 6 ,
The image processing unit generates a plurality of reduced tilt images having different reduction rates from the calculated normal vectors of the respective pixels, and performs a differentiation process in the X direction and the Y direction on each reduced tilt image, thereby obtaining The reduced outline image is weighted so that the reduced outline image at the predetermined reduction ratio is reflected, enlarged to the original size, and the sum of all the enlarged reduced outline images is added to the outline. An image inspection device characterized by using an extracted image.
請求項に記載の画像検査装置であって、
前記重み付けは、予め決められた重みのセットを用意しておき、前記縮小輪郭画像に対して、前記重みのセットを掛けることによって、それぞれの縮小率の縮小輪郭画像の採用比を按分することによって行うことを特徴とする画像検査装置。
The image inspection apparatus according to claim 7 ,
The weighting is performed by preparing a predetermined set of weights and multiplying the reduced outline image by the set of weights to proportionate the adoption ratio of the reduced outline image at each reduction ratio. An image inspection apparatus characterized by performing.
請求項に記載の画像検査装置であって、
前記重みのセットは、ワークの表面の凸凹が明瞭な輪郭抽出画像が得られる縮小輪郭画像の採用比が大きくなるセットを含むことを特徴とする画像検査装置。
The image inspection apparatus according to claim 7 ,
The image inspection apparatus according to claim 1, wherein the set of weights includes a set in which the adoption ratio of a reduced contour image that can obtain a contour extracted image in which the contour of the surface of the workpiece is clear is large.
請求項又はに記載の画像検査装置であって、
前記重みのセットは、OCRに適した輪郭抽出画像が得られる縮小輪郭画像の採用比が大きくなるセットを含むことを特徴とする画像検査装置。
The image inspection apparatus according to claim 8 or 9 ,
The image inspection apparatus according to claim 1, wherein the set of weights includes a set in which the adoption ratio of a reduced contour image that can obtain a contour extracted image suitable for OCR increases.
ワークの画像を撮像して外観を検査する検査方法であって、
ワークを、三以上の照明ブロックが環状に配置され、当該三以上の照明ブロックがワークを互いに異なる照明方向から照明可能に構成された環状照明ユニットでもって、互いに異なる三以上の照明方向から、画像処理部又は照明分岐ユニットと一体に設けられた照明制御手段で、前記三以上の照明ブロックを一ずつ点灯順に点灯させて照明すると共に、前記環状照明ユニットとは別体に設けられた、前記三以上の照明ブロックがそれぞれ点灯するタイミングにて、ワークを一定の方向から撮像することにより、照明方向の異なる複数の部分照明画像を撮像するための、予め前記照明ブロックとの相対位置と撮像方向を調整した共通のカメラを用いて、各照明方向毎に一の部分照明画像を撮像して、複数枚の照明方向の異なる部分照明画像を取得する工程と、
照明方向の異なる複数の部分照明画像同士で、対応関係にある画素毎の画素値を用いて、フォトメトリックステレオ法に基づき、前記カメラの光軸方向における前記カメラの設置位置と前記環状照明ユニットの設置位置とが相対的に変化することに応じて変化する、各画素のワークの表面に対する法線ベクトルを、前記環状照明ユニットの各照明ブロックと単一のケーブル又は各々異なる複数のケーブルを介して接続され、当該各照明ブロックの各々を所定のタイミングで点灯させる前記照明分岐ユニット及び前記カメラとケーブルを介して接続された前記画像処理部で算出し、当該法線ベクトルのx成分とy成分に対応したX座標成分画像及びY座標成分画像を生成し、当該法線ベクトルX方向及びY方向に微分処理を施し、前記部分照明画像に基づいてワーク表面の傾きの輪郭を示す輪郭抽出画像を、前記画像処理部でもって生成する工程と、
前記輪郭抽出画像を表示手段に表示させ、該表示された輪郭抽出画像上で検査領域を設定させ、該設定された検査領域内の検査を行う工程と
を含むことを特徴とする画像検査方法。
An inspection method for capturing an image of a work and inspecting the appearance,
The work, the three or more lighting blocks are arranged in a ring, the annular lighting unit configured to be able to illuminate the work from different lighting directions from each other, the three or more lighting blocks, from three or more different lighting directions different from each other, the image in the processing unit or the illumination branch unit and the lighting control means provided integrally, the with three or more lighting block is turned to the lighting order one by one to illumination, provided separately from the said annular illumination unit, the three By imaging the workpiece from a certain direction at the timing at which the above illumination blocks are respectively turned on, in order to capture a plurality of partial illumination images having different illumination directions, a relative position with respect to the illumination block and an imaging direction are previously determined. using common camera adjusted, by imaging one of the partial illumination image for each illumination direction, preparative plurality illumination direction different partial illumination image A step of,
A plurality of partial illumination images having different illumination directions, using a pixel value for each pixel in a corresponding relationship, based on a photometric stereo method, based on the installation position of the camera in the optical axis direction of the camera and the annular illumination unit. The normal vector to the surface of the work of each pixel, which changes in accordance with the relative change in the installation position, is obtained through a single cable or a plurality of different cables with each of the illumination blocks of the annular illumination unit. The image processing unit connected via a cable to the lighting branch unit and the camera connected to the lighting branch unit and the camera to connect each of the lighting blocks at a predetermined timing, and calculates the x component and the y component of the normal vector. generates X-coordinate component image and the Y coordinate component image the corresponding, subjected to differential processing in the X direction and Y direction of the normal vector, the partial irradiation A step of the contour extracted image showing the inclination of the contour of the workpiece surface, to produce with by the image processing unit based on the image,
Displaying the contour extracted image on a display unit, setting an inspection area on the displayed contour extracted image, and performing an inspection in the set inspection area.
ワークの画像を撮像して外観を検査するための検査プログラムであって、コンピュータに、
ワークを、三以上の照明ブロックが環状に配置され、当該三以上の照明ブロックがワークを互いに異なる照明方向から照明可能に構成された環状照明ユニットでもって、互いに異なる三以上の照明方向から、画像処理部又は照明分岐ユニットと一体に設けられた照明制御手段で、前記三以上の照明ブロックを一ずつ点灯順に点灯させて照明すると共に、前記環状照明ユニットとは別体に設けられた、前記三以上の照明ブロックがそれぞれ点灯するタイミングにて、ワークを一定の方向から撮像することにより、照明方向の異なる複数の部分照明画像を撮像するための、予め前記照明ブロックとの相対位置と撮像方向を調整した共通のカメラを用いて、各照明方向毎に一の部分照明画像を撮像して、複数枚の照明方向の異なる部分照明画像を取得する機能と、
照明方向の異なる複数の部分照明画像同士で、対応関係にある画素毎の画素値を用いて、フォトメトリックステレオ法に基づき、前記カメラの光軸方向における前記カメラの設置位置と前記環状照明ユニットの設置位置とが相対的に変化することに応じて変化する、各画素のワークの表面に対する法線ベクトルを、前記環状照明ユニットの各照明ブロックと単一のケーブル又は各々異なる複数のケーブルを介して接続され、当該各照明ブロックの各々を所定のタイミングで点灯させる前記照明分岐ユニット及び前記カメラとケーブルを介して接続された前記画像処理部で算出し、当該法線ベクトルのx成分とy成分に対応したX座標成分画像及びY座標成分画像を生成し、当該法線ベクトルX方向及びY方向に微分処理を施し、前記部分照明画像に基づいてワーク表面の傾きの輪郭を示す輪郭抽出画像を、前記画像処理部でもって生成する機能と、
前記輪郭抽出画像を表示手段に表示させる機能と、
前記表示された輪郭抽出画像上で検査領域を設定させる機能と、
前記設定された検査領域内の検査を行う機能と
を実現させることを特徴とする画像検査プログラム。
An inspection program for inspecting the appearance by capturing an image of the work, the computer,
The work, the three or more lighting blocks are arranged in a ring, the annular lighting unit configured to be able to illuminate the work from different lighting directions from each other, the three or more lighting blocks, from three or more different lighting directions different from each other, the image in the processing unit or the illumination branch unit and the lighting control means provided integrally, the with three or more lighting block is turned to the lighting order one by one to illumination, provided separately from the said annular illumination unit, the three By imaging the workpiece from a certain direction at the timing at which the above illumination blocks are respectively turned on, in order to capture a plurality of partial illumination images having different illumination directions, a relative position with respect to the illumination block and an imaging direction are previously determined. using common camera adjusted, by imaging one of the partial illumination image for each illumination direction, preparative plurality illumination direction different partial illumination image And a function of,
A plurality of partial illumination images having different illumination directions, using a pixel value for each pixel in a corresponding relationship, based on a photometric stereo method, based on the installation position of the camera in the optical axis direction of the camera and the annular illumination unit. The normal vector to the surface of the work of each pixel, which changes in accordance with the relative change in the installation position, is obtained through a single cable or a plurality of different cables with each of the illumination blocks of the annular illumination unit. The image processing unit connected via a cable to the lighting branch unit and the camera connected to the lighting branch unit and the camera to connect each of the lighting blocks at a predetermined timing, and calculates the x component and the y component of the normal vector. generates X-coordinate component image and the Y coordinate component image the corresponding, subjected to differential processing in the X direction and Y direction of the normal vector, the partial irradiation The contour extraction image showing the outline of the inclination of the workpiece surface based on the image, and generating with by the image processing unit,
A function of displaying the contour extraction image on a display means,
A function of setting an inspection area on the displayed contour extraction image,
A function of performing an inspection in the set inspection area.
請求項12に記載の画像検査プログラムを記録したコンピュータで読み取り可能な記録媒体又は記録した機器。 A computer-readable recording medium or a device on which the image inspection program according to claim 12 is recorded.
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