KR101430330B1

KR101430330B1 - 투명체 검출 시스템 및 투명 평판 검출 시스템

Info

Publication number: KR101430330B1
Application number: KR1020127021110A
Authority: KR
Inventors: 히데아키 히라이; 신 아오키; 마사노리 고바야시; 쉬에 리
Original assignee: 가부시키가이샤 리코
Priority date: 2010-02-15
Filing date: 2011-01-26
Publication date: 2014-08-13
Also published as: EP2536997A1; WO2011099404A1; EP2536997A4; CN102753933A; US20130123985A1; US9080986B2; EP2536997B1; CN102753933B; KR20120104635A

Abstract

개시된 투명체 검출 시스템은, 투과광의 편광 방향이 변화하는 특성을 가지는 투명체를 포함하는 제1 영역의 화상을 획득함으로써 수직 편광 화상 및 수평 편광 화상을 획득하는 화상 획득 유닛; 투명체가 배치될 배치대; 배치대를 가로질러 화상 획득 유닛과 대향하고, 제2 영역을 포함하는 위치에 배치되는 편광 필터로서, 제2 영역의 화상은, 제1 영역에서 적어도 투명체를 포함하고 획득되는 것인 편광 필터; 및 수직 편광 화상 및 수평 편광 화상에 기초한 종/횡 편광도 화상의 종/횡 편광도의 분포에 기초하여 투명체를 검출하는 화상 처리 장치를 포함한다.

Description

투명체 검출 시스템 및 투명 평판 검출 시스템{TRANSPARENT OBJECT DETECTION SYSTEM AND TRANSPARENT FLAT PLATE DETECTION SYSTEM}

본 발명은, 투명체 검출 시스템 및 투명 평판 검출 시스템에 관한 것으로, 특히 화상 처리에 기초하여 투명체 및 투명 평판을 각각 용이하고 정밀하게 검출하는 투명체 검출 시스템 및 투명 평판 검출 시스템에 관한 것이다.

종래에, 투명한 플라스틱 성형품(이하 "투명체(들)")은, 식품 포장지, 가전제품, 차량 부품 등과 같은 다양한 분야에서 이용되고, 디스플레이, 광 디스크 등과 같은 광학 부품으로서도 널리 이용된다. 그러나, 이러한 투명체를 촬상될 대상으로 삼는 경우, 휘도 정보만을 검출할 수 있는 통상의 카메라로 투명체를 적절히 검출하는 것은 어려울 수도 있다. 이는, 투명체가 낮은 반사율 및 높은 투과율을 가지기 때문이다. 따라서, 투명체와 배경 간의 획득된 콘트라스트가 불분명해질 수 있다.

이러한 문제를 해결하기 위해, 특허문헌1은, 도 1의 투명체 검출 시스템에서 이용될 투명체 검출 방법을 개시한다. 도 1에서 개략적으로 도시된 바와 같이, 투명체 검출 시스템은, 투광측 편광판(95), 투광 장치(91), 수광측 편광판(96)을 가지는 편광 장치(92), TV 카메라(93) 및 화상 처리 장치(94)를 포함한다. 투광측 편광판(95)은 광을 특정한 방향으로 편광한다. 투광 장치(91)는, 투명체(90)를 포함하는 미리 정해진 영역에 투광한다. 수광측 편광판(96)은, 미리 정해진 영역을 통해 투과된 광으로부터 특정한 편광만을 투과시킨다. TV 카메라(93)는, 수광측 편광판(96)을 통해 투과된 광을 수광함으로써 획득되는 화상에 기초하여 2차원 화상을 촬상한다. 화상 처리 장치(94)는, TV 카메라(93)에 의해 획득되는 화상의 투사광 분포에 기초하여 투명체(90)를 검출한다. 이 구성을 가짐으로써, 투명체(90)가 검출될 수 있다. 그 때문에, 특정한 방향으로 편광되는 광이, 투명체(90)를 포함하는 미리 정해진 영역에 투사된다. 그 후에, 이 미리 정해진 영역을 통해 투과된 광이, 특정한 편광만을 투과시키는 수광측 편광판(96)을 통해 더 투과된다. 수광측 편광판(96)을 통해 투과되는 광이, TV 카메라(93)의 CCD(Charge Coupled Device; 전하 결합 소자)에 의해 수광된다. 이 CCD에 의해 획득되는 화상에서의 투사광 분포에 기초하여, 투명체(90)가 검출된다.

그러나, 특허문헌1에 설명된 기술에 따르면, 투명체의 복굴절(=double refraction) 특성을 이용하여 투명체가 검출된다. 이 특징 때문에, 특허문헌1에 설명된 기술이 적용될 때, 유리 평판과 같이 복굴절 특성을 가지지 않는 투명 평판을 검출하는 것은 어려울 수도 있다.

한편, 판형체(plate-like object)의 화상을 검출하는 기술로서, 특허문헌2는, 도 2에 도시된 바와 같은 표면 검사 장치를 개시한다. 도 2에 개략적으로 도시된 바와 같이, 표면 검사 장치는, 라인 센서 카메라(82a 내지 82c)를 이용하여 강판(81)의 표면으로부터의 상이한 반사광에 대응하는 편광을 검출함으로써 편광의 강도 분포를 나타내는 화상을 형성한다.

[특허문헌1] 일본 특허 출원 공개 제2002-98650호 공보 [특허문헌2] 일본 특허 출원 공개 평9-166552호 공보

(과제 1: 조명 장치의 배치)

특허문헌1의 기술에서는, TV 카메라(93)에 대하여 투명체(90)의 아래에 조명 장치(97)와 투광측 편광판(95)을 배치할 필요가 있다. 그러나, 실제 생산 라인 등에서는, 투명체 또는 투명 평판을 세정하는 처리가 있을 수도 있다. 이러한 처리에서는, 액적이 아래로 떨어질 수도 있다. 안전상의 이유 등을 위해, 조명 장치(97)를 투명체 또는 투명 평판의 아래에 배치하는 것이 어려운 경우가 있을 수도 있다.

또한, 특허문헌2에 설명된 기술에서는, 카메라(82)에 대하여 투광부(83) 및 편광자를 서로 대향하도록 배치하는 것이 요구될 수도 있다. 이 필요성 때문에, 검사될 강판(81)으로서 투명 평면체가 제공될 때, 투명 평면체의 전체 표면에 걸쳐 광을 조사하는 것이 요구된다. 따라서, 복수의 투명 평판체 또는 큰 크기를 가지는 투명 평판체가 검사될 때는, 넓은 조명 면적을 가지는 조명 장치를 이용하거나 물체(들)로부터 분리될 조명 장치를 배치하는 것이 필요하게 될 수도 있다. 결과적으로, 시스템의 크기가 더 커질 수도 있다.

(과제 2: 트레이로부터 검출 장치로의 재배치)

또한, 특허문헌1에 설명된 기술에서는, 트레이가 이용될 때나, 배치대와 트레이가 처리시 일체로 이용될 때, 먼저, 투명체를 투명체 검출 장치로 재배치할 필요가 있을 수도 있다.

(과제 3: 회전 기구 및 캘리브레이션(calibration) 처리가 필요함)

또한, 특허문헌1에 설명된 기술에서는, 투광측 편광판(95)과 수광측 편광판(96)의 투과 편광 방향을 서로 평행하거나 서로 직교하도록 설정하는 것이 요구될 수도 있다. 그 때문에, 수광측 편광판(96)을 미리 정해진 회전 피치마다 회전시키고, 각 화상을 측정하는 것이 요구될 수도 있다. 이 특징 때문에, 예컨대, 투명체(90)의 종류가 변경되는 경우, 이 변경에 대응할 시간이 소요되어, 시간이 손실될 수도 있다. 또한, 회전 기구를 추가하기 위해, 장치의 크기가 따라서 더 커진다. 또한, 이러한 회전 기구는, 공장에서와 같은 환경에서 시간 경과에 따른 변화(예컨대, 중심 위치가 시프트될 수도 있음)가 생길 수도 있다. 또한, 회전 기구의 이동부는 소모되는 것에 기인하는 문제가 생길 수도 있다. 따라서, 적절한 유지가 요구될 수도 있다.

본 발명은, 상기 문제를 고려하여 만들어지고, 투명체 및 투명 평판을 각각 용이하고 정밀하게 검출하는 투명체 검출 시스템 및 투명 평판 검출 시스템, 보다 자세히는, 하측에 조명 장치를 배치하지 않고, 캘리브레이션 동작을 요구하지 않으며, 전용 회전 기구를 가지지 않고, 투명체의 자세에 상관없이 투명체를 검출하는 투명체 검출 시스템 및 투명 평판 검출 시스템을 제공할 수도 있다.

또한, 본 발명은, 투명 평판을 용이하고 정밀하게 검출하는 투명 평판 검출 시스템, 보다 자세히는, 전용 조명 장치를 요구하지 않고, 캘리브레이션 동작을 요구하지 않으며, 회전 기구를 가지지 않고, 투명 평판의 배치 상태에 상관없이 투명 평판을 검출하는 투명 평판 검출 시스템을 제공할 수도 있다.

본 발명의 제1 태양에 따라서 상술된 문제를 해결하기 위해, 투과광의 편광 방향이 변화하는 특성을 가지는 투명체를 포함하는 제1 영역의 화상을 획득함으로써 수직 편광 화상 및 수평 편광 화상을 획득하는 화상 획득 유닛; 투명체가 배치될 배치대; 배치대를 가로질러 화상 획득 유닛과 대향하고, 제2 영역을 포함하는 위치에 배치되는 편광 필터로서, 제2 영역의 화상은, 제1 영역에서 적어도 투명체를 포함하고 획득되는 것인 편광 필터; 및 수직 편광 화상 및 수평 편광 화상에 기초한 종/횡 편광도 화상의 종/횡 편광도의 분포에 기초하여 투명체를 검출하는 화상 처리 장치를 포함하는 투명체 검출 시스템이 제공된다.

이 구성을 가짐으로써, 종/횡 편광도 화상이 획득된다. 따라서, 투명체 아래에 배치되는 편광 필터의 방향에 의존하지 않고, 투명체의 편광 변화를 검출하는 것이 가능해질 수도 있어, 캘리브레이션 동작을 제거할 수 있게 한다. 또한, 회전 기구가 불필요해질 수도 있다(과제 3이 해결될 수도 있음). 또한, 투명체로 투과될 광으로서, 편광 필터(112)를 통해 투과된 광(즉, 특정 편광 방향을 가지는 광)이 이용된다. 조명 장치를 편광 필터(112)의 바로 아래에 배치할 필요가 없다(과제 1이 해결될 수도 있음). 또한, 배치대가 트레이 상에 배치되는 구성에서는, 편광 필터가 배치대와 트레이 사이에 배치된다. 투명체를 배치대로부터 투명체 검출 장치로 재배치하도록 동작을 수행할 필요가 없을 수도 있다(과제 2가 해결될 수도 있음).

또한, 본 발명의 제2 태양에 따르면, 투과광의 편광 방향이 변화하는 특성을 가지는 투명체를 포함하는 제1 영역의 화상을 획득함으로써 수직 편광 화상 및 수평 편광 화상을 획득하는 화상 획득 유닛; 투명체가 배치될 배치대로서, 배치대는 제3 영역의 편광 방향과 실질적으로 동일한 편광 방향을 가지는 광을 반사하며, 제3 영역의 화상은 투명체를 포함하지 않고 획득되는 것인 배치대; 배치대를 가로질러 화상 획득 유닛과 대향하도록 배치되고, 수직 편광 화상 및 수평 편광 화상 중 하나의 계조치(gradation value)가 수직 편광 화상 및 수평 편광 화상 중 다른 하나의 계조치보다 높은 특성을 가지는 기초; 및 수직 편광 화상 및 수평 편광 화상에 기초한 종/횡 편광도 화상의 종/횡 편광도의 분포에 기초하여 투명체를 검출하는 화상 처리 장치를 포함하는 투명체 검출 시스템이 제공된다.

이 구성을 가짐으로써, 종/횡 편광도 화상이 획득된다. 따라서, 투명체 아래에 배치되는 편광 필터의 방향에 의존하지 않고, 투명체의 편광 변화를 검출하는 것이 가능해질 수도 있어, 캘리브레이션 동작을 제거할 수 있게 한다. 또한, 회전 기구가 불필요해질 수도 있다(과제 3이 해결될 수도 있음). 또한, 시스템이 단순화될 수도 있고, 시스템의 비용이 감소될 수도 있다.

또한, 본 발명의 제3 태양에 따르면, 본 발명의 제1 또는 제2 태양에 따른 투명체 검출 시스템에서, 화상 처리 장치는 검출된 투명체의 위치 및 자세를 검출한다.

또한, 본 발명의 제4 태양에 따르면, 본 발명의 제3 태양에 따른 투명체 검출 시스템에서, 투명체 검출 시스템은, 로봇 핸드; 및 로봇 핸드를 제어하는 로봇 컨트롤러를 더 포함하여, 로봇 컨트롤러는, 검출된 투명체의 위치에 기초하여 로봇 핸드를 이동시키고, 검출된 투명체의 자세에 기초하여 투명체를 픽업하게 한다.

또한, 본 발명의 제5 태양에 따르면, 본 발명의 제3 또는 제4 태양에 따른 투명체 검출 시스템에서, 화상 처리 장치는, 검출된 투명체의 위치 및 자세에 기초하여 투명체의 존재 영역을 결정하고,　2 이상의 투명체의 존재 영역을 비교하며, 투명체의 형상의 결함을 검출한다.

또한, 본 발명의 제6 태양에 따르면, 본 발명의 제3 내지 제5 태양 중 어느 한 태양에 따른 투명체 검출 시스템에서, 화상 처리 장치는, 검출된 투명체의 위치 및 자세에 기초하여 투명체의 존재 영역을 결정하고, 수직 편광 화상 및 수평 편광 화상에 기초한 흑백 휘도 화상의 휘도 분포에 기초하여 투명체의 외관의 결함을 검출한다.

또한, 본 발명의 제7 태양에 따르면, 본 발명의 제3 내지 제6 태양 중 어느 한 태양에 따른 투명체 검출 시스템에서, 화상 처리 장치는, 검출된 투명체의 위치 및 자세에 기초하여 투명체의 존재 영역을 결정하고, 수직 편광 화상 및 수평 편광 화상에 기초한 흑백 휘도 화상의 휘도 분포에 기초하여 문자 정보 및 디자인 패턴 정보 중 하나 이상을 검출하며, 문자 정보 및 디자인 패턴 정보는 투명체의 표면에 형성된다.

또한, 본 발명의 제8 태양에 따르면, 본 발명의 제3 내지 제7 태양 중 어느 한 태양에 따른 투명체 검출 시스템에서, 투명체는 빈 병 또는 투명한 액체로 채워진 병에서 혼합될 투명 이물이고, 화상 처리 장치는, 수직 편광 화상 및 수평 편광 화상에 기초한 종/횡 편광도 화상의 종/횡 편광도의 분포에 기초하여 빈 병 또는 투명한 액체로 채워진 병에서 투명 이물이 혼합되는지 여부를 판정한다.

또한, 본 발명의 제9 태양에 따르면, 투명 평판을 포함하는 영역의 화상을 획득함으로써 수직 편광 화상 및 수평 편광 화상을 획득하는 화상 획득 유닛으로서, 화상은, 투명 평판의 평면부의 법선에 대해서 미리 정해진 각도로 획득되는 것인 화상 획득 유닛; 투명 평판이 배치될 배치대; 투명 평판과 화상 획득 유닛을 지나는 광로 상이며, 배치대의 아래에 배치되는 반사면; 투명 평판의 평면부의 법선에 대해서 화상 획득 유닛과 대향하도록 배치되고, 투명 평판의 평면부로부터의 거울 반사광이 화상 획득 유닛에 입사되는 것을 방지하기 위해 차광하는 차광판; 및 수직 편광 화상 및 수평 편광 화상에 기초하는 종/횡 편광도 화상의 종/횡 편광도의 분포에 기초하여 투명 평판을 검출하는 화상 처리 장치를 포함하는 투명 평판 검출 시스템이 제공된다.

이 구성을 가짐으로써, 종/횡 편광도 화상 데이터가 획득된다. 따라서, 투명 평판 아래에 배치되는 편광 필터의 방향에 의존하지 않고, 투명 평판의 편광 변화를 검출하는 것이 가능해질 수도 있어, 캘리브레이션 동작을 제거할 수 있게 한다. 또한, 회전 기구가 불필요해질 수도 있다(과제 3이 해결될 수도 있음). 또한, 투명 평판으로부터의 거울 반사광이 화상 획득 유닛에 입사되지 않고, 투명 평판을 통해 투과되는 광이 이용된다. 따라서, 전용 조명 장치를 제공할 필요가 없고, 형광등 아래에서도, 투명 평판을 검출하는 것이 가능해질 수도 있다(과제 1이 해결될 수도 있음). 또한, 배치대가 트레이 위에 배치되고, 투명 평판이 배치대 상에 배치되는 상태에서나, 투명 평판이 배치대 상에 직접 배치되는 상태에서는, 투명 평판을 검출하는 것이 가능해질 수도 있다(과제 2가 해결될 수도 있음).

또한, 본 발명의 제10 태양에 따르면, 투명 평판을 포함하는 영역의 화상을 획득함으로써 수직 편광 화상 및 수평 편광 화상을 획득하는 화상 획득 유닛으로서, 화상은, 투명 평판의 평면부의 법선에 대해서 미리 정해진 각도로 획득되는 것인 화상 획득 유닛; 투명 평판의 평면부의 법선에 대해서 화상 획득 유닛과 대향하도록 배치되고, 투명 평판의 평면부로부터의 거울 반사광이 화상 획득 유닛에 입사되도록 앙각을 가지는 반사면; 및 수직 편광 화상 및 수평 편광 화상에 기초하는 종/횡 편광도 화상의 종/횡 편광도의 분포에 기초하여 투명 평판을 검출하는 화상 처리 장치를 포함하는 투명 평판 검출 시스템이 제공된다.

이 구성을 가짐으로써, 종/횡 편광도 화상 데이터가 획득된다. 따라서, 투명 평판 아래에 배치되는 편광 필터의 방향에 의존하지 않고, 투명 평판의 편광 변화를 검출하는 것이 가능해질 수도 있어, 캘리브레이션 동작을 제거할 수 있게 한다. 또한, 회전 기구가 불필요해질 수도 있다(과제 3이 해결될 수도 있음). 또한, 투명 평판의 평면부로부터의 거울 반사광이 화상 획득 유닛에 입사되기 위해 반사면이 화상 획득 유닛과 대향하도록 배치된다. 따라서, 전용 조명 장치를 제공할 필요가 없고, 형광등 아래에서도, 투명 평판을 검출하는 것이 가능해질 수도 있다(과제 1이 해결될 수도 있음). 또한, 예컨대, 배치대가 트레이 위에 배치되고, 투명 평판이 배치대 상에 배치되는 상태에서나, 투명 평판이 배치대 상에 직접 배치되는 상태에서는, 투명 평판의 배치 상태에 상관없이 투명 평판을 검출하는 것이 가능해질 수도 있다(과제 2가 해결될 수도 있음).

또한, 본 발명의 제11 태양에 따르면, 본 발명의 제9 또는 제10 태양에 따른 투명 평판 검출 시스템에서, 화상 처리 장치는 검출된 투명 평판의 위치 및 자세를 검출한다.

또한, 본 발명의 제12 태양에 따르면, 본 발명의 제11 태양에 따른 투명 평판 검출 시스템은, 로봇 핸드; 및 로봇 핸드를 제어하는 로봇 컨트롤러를 더 포함하여, 로봇 컨트롤러는, 검출된 투명 평판의 위치에 기초하여 로봇 핸드를 이동시키고, 검출된 투명 평판의 자세에 기초하여 투명 평판을 픽업하게 한다.

또한, 본 발명의 제13 태양에 따르면, 본 발명의 제11 또는 제12 태양에 따른 투명 평판 검출 시스템에서, 화상 처리 장치는, 검출된 투명 평판의 위치 및 자세에 기초하여 투명 평판의 존재 영역을 결정하고,　2 이상의 투명 평판의 존재 영역을 비교하며, 투명 평판의 형상의 결함을 검출한다.

또한, 본 발명의 제14 태양에 따르면, 본 발명의 제11 내지 제 13 태양 중 어느 한 태양에 따른 투명 평판 검출 시스템에서, 화상 처리 장치는, 검출된 투명 평판의 위치 및 자세에 기초하여 투명 평판의 존재 영역을 결정하고, 수직 편광 화상 및 수평 편광 화상에 기초한 흑백 휘도 화상의 휘도 분포에 기초하여 투명 평판의 외관의 결함을 검출한다.

또한, 본 발명의 제15 태양에 따르면, 본 발명의 제11 내지 제14 태양 중 어느 한 태양에 따른 투명 평판 검출 시스템에서,

화상 처리 장치는, 검출된 투명 평판의 위치 및 자세에 기초하여 투명 평판의 존재 영역을 결정하고, 수직 편광 화상 및 수평 편광 화상에 기초한 흑백 휘도 화상의 휘도 분포에 기초하여 문자 정보 및 디자인 패턴 정보 중 하나 이상을 검출하며, 문자 정보 및 디자인 패턴 정보는 투명 평판의 표면에 형성된다.

본 발명의 실시예에 따르면, 투명체와 투명 평판을 용이하고 정밀하게 검출하는 것이 가능해질 수도 있다.

도 1은 종래의 투명체 검출 시스템의 예를 도시하는 도면이다.
도 2는 종래의 표면 검사 장치의 예를 도시하는 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 투명체 검출 시스템을 도시하는 개략도이다.
도 4는 화상 획득 유닛의 제1 구성예를 도시하는 도면이다.
도 5는 화상 획득 유닛의 제2 구성예를 도시하는 도면이다.
도 6는 화상 획득 유닛의 제3 구성예를 도시하는 도면이다.
도 7는 화상 획득 유닛의 제1 구성예를 도시하는 도면이다.
도 8은 영역 분할형 필터를 도시하는 도면이다.
도 9a는 투명체의 획득된 화상의 제1 예의 흑백 휘도 화상을 도시하는 도면이다.
도 9b는 제1 예의 종/횡 편광도 화상을 도시하는 도면이다.
도 10a는 투명체의 획득된 화상의 제2 예의 흑백 휘도 화상을 도시하는 도면이다.
도 10b는 제2 예의 종/횡 편광도 화상을 도시하는 도면이다.
도 11a는 투명체의 획득된 화상의 제3 예의 흑백 휘도 화상을 도시하는 도면이다.
도 11b는 제3 예의 종/횡 편광도 화상을 도시하는 도면이다.
도 12a는 투명체의 획득된 화상의 제4 예의 흑백 휘도 화상을 도시하는 도면이다.
도 12b는 제4 예의 종/횡 편광도 화상을 도시하는 도면이다.
도 13은 화상 처리 장치에 의해 수행될 화상 처리 과정의 흐름도의 예이다.
도 14는 투명체가 누락 부분을 가지는 경우를 도시하는 도면이다.
도 15는 투명체가 버(burr)를 가지는 경우를 도시하는 도면이다.
도 16은 투명체가 오물을 가지지 않는 경우를 도시하는 도면이다.
도 17은 투명체가 오물을 가지는 경우를 도시하는 도면이다.
도 18은 본 발명의 실시예에 따른 투명 평판 검출 시스템을 도시하는 도면이다.
도 19는 투명 평판의 투과율의 예를 도시하는 그래프이다.
도 20a는 투명 평판의 획득된 화상의 예의 흑백 휘도 화상을 도시하는 도면이다.
도 20b는 상기 예의 종/횡 편광도 화상을 도시하는 도면이다.
도 21은 화상 형성 장치에 의해 수행되는 화상 처리의 예시적인 흐름도이다.
도 22는 투명 평판의 영역 추출 결과로서 획득되는 화상의 예를 도시하는 도면이다.
도 23은 사다리꼴 왜곡 보정이 수행된 후의 화상을 도시하는 도면이다.
도 24는 누락 부분을 가지는 투명 평판의 예시적인 화상을 도시하는 도면이다.
도 25는 버를 가지는 투명 평판의 예시적인 화상을 도시하는 도면이다.
도 26은 얼룩이 없는 투명 평판의 예시적인 화상을 도시하는 도면이다.
도 27은 얼룩이 있는 투명 평판의 예시적인 화상을 도시하는 도면이다.
도 28은 본 발명의 다른 실시예에 따른 투명 평판 검출 시스템을 도시하는 도면이다.
도 29는 투명 평판의 반사율의 예를 도시하는 그래프이다.
도 30a는 투명 평판의 획득된 화상의 다른 예의 흑백 휘도 화상을 도시하는 도면이다.
도 30b는 상기 예의 종/횡 편광도 화상을 도시하는 도면이다.

이하, 본 발명의 실시예에 따른 구성예에 대해 도 3 내지 도 18을 참조하여 설명한다.

투명체 검출 시스템

본 발명의 실시예에 따른 투명체 검출 시스템(1A)은, 화상 획득 유닛(카메라(12)), 배치대(113), 편광 필터(112) 및 화상 처리 장치(13)를 포함한다. 화상 획득 유닛(카메라(12))은, 투과광의 편광 방향이 변화하는 특성을 가지는 투명체(114A)를 포함하는 제1 영역의 화상을 획득함으로써 수직 편광 화상 및 수평 편광 화상을 획득한다. 배치대(113)가 제공되어, 투명체(114A)가 배치대(113)에 배치된다. 편광 필터(112)는, 편광 필터(112)가 배치대(113)를 가로질러 화상 획득 유닛(카메라(12))과 대향하는 위치에 배치된다. 또한, 편광 필터(112)는, 제2 영역의 화상이 획득될 때, 획득된 화상이, 적어도 제1 영역에 포함되는 투명체(114A)를 포함하고, 제2 영역이 편광 필터(112)에 포함되는 위치에 배치된다. 화상 처리 장치(13)는, 수직 편광 화상 및 수평 편광 화상에 기초한 종/횡 편광도 화상의 종/횡 편광도의 분포에 기초하여 투명체(114A)를 검출한다.

도 3은 투명체 검출 시스템(1A)의 구성을 개략적으로 도시한다. 투명체 검출 시스템(1A)은, 투명체 배치부(11A), 카메라(12), 화상 처리 장치(13), 모니터(14), 로봇 컨트롤러(15) 및 로봇 핸드(16)를 포함한다. 카메라(12)는 흑백 휘도 화상 및 종/횡 편광도 화상 모두를 획득한다.

예컨대, 투명체 검출 시스템(1A)은 공장에 설치되고, 형광등(101)과 같은 실내 조명 아래에 배치된다. 또한, 투명체 검출 시스템(1A)은, 투명체 배치부(11A)의 배치대(113)가 지면과 평행하게 배치되고, 카메라(12)는, 배치대(113)의 법선 방향을 따라서 투명체(114A)의 화상을 획득한다. 또한, 차광판(102)은, 실내 조명이 투명체(114A)를 직접 조사할 수 없도록 카메라(12)와 실내 조명(예컨대, 형광등(101)) 사이에 배치된다. 그러나, 위의 형광등(101)으로부터의 광이 부분적으로 차단될 수도 있다. 차광판(102)으로서는, 예컨대, 컬러 플라스틱판이 이용될 수도 있다. 그러나, 충분한 차광 능력을 가지는 임의의 다른 판 등이 대안적으로 이용될 수도 있다. 차광판(102)을 배치함으로써, 투명체(114A) 표면상의 불필요한 반사광이 제거될 수도 있어, 투명체(114A)의 검출 정밀도를 향상시킬 수 있다.

투명체 배치부(11A)는, 배치대(113) 및 편광 필터(112)를 포함한다. 배치대(113)가 제공되어, 투명체(114A)가 배치대(113)에 배치된다. 편광 필터(112)는, 편광 필터(112)가 배치대(113)를 가로질러 화상 획득 유닛(카메라(12))과 대향하는 위치에 배치되고, 적어도 투명체(114A)를 포함하는 영역(제2 영역)의 범위를 포함하여, 제2 영역의 화상이 획득될 수도 있다. 트레이(111)는 편광 필터(112) 아래에 배치된다. 트레이(111)는, 예컨대, 투명체(114A)의 세정 처리 후에 투명체(114A)로부터 액적을 받기 위해 제공된다.

또한, 배치대(113)는, 트레이(111)로부터 반사된 후, 편광 필터(112)를 통해 투과되는 광이 투명체(114A)를 통해 충분히 투과될 수 있도록, 그물(메시) 구조의 메시(패턴) 점유율이 결정되는 그물(메시) 구조를 가진다. 특히, 메시(패턴) 점유율은, 투명체(114A) 영역의 약 5%인 것이 바람직하다. 또한, 메시(패턴)의 선은 가는 것이 바람직하고, 따라서 선의 폭은 투명체(114A)의 크기의 5% 이하이다. 상술된 크기(구조)를 가짐으로써, 편광이 투명체(114A)를 통해 투과하는 영역의 크기가 증가될 수도 있고, 배경 영역의 크기도 증가될 수 있어, 투명체(114A)의 에지를 검출하는 정밀도를 향상시킬 수 있다.

편광 필터(112)로서는, 유기막 구조를 가지는 필터를 이용하는 것이 바람직하다. 이러한 유기막을 이용함으로써, 더 적은 비용으로 더 큰 영역을 가지는 것이 가능하게 될 수도 있어, 투명체 검출 시스템(1A)의 비용을 감소시킬 수 있다. 또한, 이러한 유기막은 탄성을 가져서, 트레이(111)가 완만한 요철 부분을 가지는 경우에도 막을 시일재(sealing material)로 트레이(111)에 용이하게 붙이는 것이 가능해질 수도 있다.

또한, 본 실시예에서는, 트레이(111)가 배치되는 경우에 대해 설명된다. 그러나, 편광 필터(112)가 배치대(113)의 아래에 배치되면 충분할 수도 있다. 따라서, 예컨대, 바닥이 편광 필터(112)의 아래에 배치될 수도 있다. 또한, 편광 필터(112)가, 특정 편광을 투명체(114A)에 조사할 목적으로 제공된다. 따라서, 목적이 달성되는 한, 임의의 적절한 필터가 대안적으로 이용될 수도 있다. 예컨대, 투과형 편광 필터를 이용하는 대신, 반사형 편광 필터가 이용될 수도 있다. 반사형 편광 필터로서는, 예컨대, 수지형의 와이어 그리드형 필터가 알려져 있다.

또한, 본 실시예에서는, 반구 형상을 가지며 폴리카보네이트 수지를 사출 성형함으로써 형성된 투명체(114A)가 이용되는 경우에 대해 설명된다. 유리 등으로 만들어지는 투명체(114A)는 편광 특성이 변화하지 않고, 수지로 만들어지는 투명체(114A)는 형성 방법에 따라서 편광 특성이 변화하거나 편광 특성이 변화하지 않는다는 것이 알려져 있다. 그러나, 예컨대 폴리카보네이트 수지가 투명체(114A)로서 이용되는 경우, 사출 성형 방법 등에 기초하여 투명체(114A)가 형성될 때, 편광 방향이 변화하는 특성이 발생된다. 이것이, 폴리카보네이트 수지로 만들어지고, 사출 성형 등에 의해 형성된 투명체(114A)가 여기서 이용되는 이유이다.

본 실시예에서 이용되는 카메라(12)는, 휘도 흑백 화상 및 종/횡 편광도 화상도 획득한다. 2차원의 획득된 화상의 화소 신호는, 카메라(12) 내의 각 센서로부터 화상 처리 장치(13)로 출력(전송)된다.

화상 처리 장치(13)는, A/D 변환부(131), 메모리(132), 표시 제어부(133), CPU(135) 및 통신 제어부(도시되지 않음)를 포함한다. A/D 변환부(131)는, 화소 신호를 디지털 2진값 또는 다중값으로 A/D 변환한다. 메모리(132)는 이 값들을 기억한다. 표시 제어부(133)는 모니터(14)의 표시를 제어한다. 통신 제어부는 로봇 컨트롤러(15)에 대한 제어 신호의 통신 제어를 수행한다. CPU(135)는, ROM(도시되지 않음) 등에 기억되는 프로그램에 기초하여 여러 가지 화상 처리 및 계산을 수행한다.

화상 처리 장치(13)는, 메모리(132)에 기억되는 화상 데이터의 투영광 분포(명암 분포)를 이용함으로써 카메라(12)에 의해 획득되는 화상에 기초하여 투명체(114A)의 위치, 자세, 크기(존재 영역) 등을 검출한다.

또한, 화상 처리 장치(13)에서, 표시 제어부(133)는, 모니터(14)에 투명체(114A)의 획득된 위치, 자세 등의 결과가 표시되게 한다. 또한, 화상 처리 장치(13)에서는, 투명체(114A)의 위치, 자세 등에 기초하여 획득되는 제어 신호가 로봇 컨트롤러(15)로 전송된다.

모니터(14)는 LCD 또는 CRT와 같은 표시 장치이다. 로봇 컨트롤러(15)는, 화상 처리 장치(13)로부터 전송되는 제어 신호에 기초하여 로봇 핸드(16)를 제어한다. 로봇 핸드(16)는, 로봇 컨트롤러(15)의 제어 하에, 배치대(113)에 배치되는 투명체(114A)를 픽업하며, 배치되는 트레이와 같은 저장부(도시되지 않음)에 픽업된 투명체(114A)를 정렬하고 저장한다.

화상 획득 유닛

다음에, 종/횡 편광도 화상을 획득하는 화상 획득 유닛으로서의 카메라(12)의 구성에 대해 설명한다. 카메라(12)는, CCD(Charge-Coupled Device) 또는 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)와 같은 화상 획득 장치(수광 장치)를 이용함으로써, 메가픽셀 크기 등을 가지며, 투명체(114A)를 포함하는 주변 영역의 화상을 획득한다. 본 발명의 본 실시예에 따른 투명체 검출 시스템(1A)에서 이용되는 카메라(12)는, 휘도 화상뿐만 아니라 편광 화상도 획득한다. 다음에, 편광 화상을 획득(형성)하기 위한 카메라(12)에 대해 설명한다.

화상 획득 유닛(카메라)의 제1 실시예

본 실시예에서, 도 4에 개략적으로 도시된 바와 같이, 카메라(12)는 제1 카메라 및 제2 카메라를 포함하고, 제1 카메라는, 종 방향으로 편광되는 편광을 투과하는 위치에 배치되는 편광 필터(20a)를 이용하여 수직 편광 화상을 획득하며, 제2 카메라는, 횡 방향으로 편광되는 편광을 투과하는 위치에 배치되는 편광 필터(20b)를 이용하여 수평 편광 화상을 획득한다. 이 구조를 가짐으로써, 카메라(12)는, 수직 편광 화상 및 수평 편광 화상을 동시에 획득하지 않는 종래의 카메라와 달리, 획득된 화상 간의 시간 지연을 야기할 수도 있는 편광 필터의 회전 없이, 수직 편광 화상 및 수평 편광 화상 모두를 동시에 획득할 수도 있다.

또한, 주지의 스테레오 방식과는 달리, 제1 및 제2 카메라는 서로 근접 배치될 수도 있다. 최근, 장치의 소형화의 요구가 높다. 도 4에서의 카메라를 더 소형화하는 구조로서, 도 5에 도시된 바와 같이, 카메라(12)는, 렌즈 어레이 및 편광자 필터 어레이를 통해 단일 수광 장치를 이용하여 화상을 획득하는 구조를 가지는 것이 바람직하다.

도 5는 카메라(12)의 광학계(21)의 구성을 개략적으로 도시한다. 광학계(21)는 2개의 광학계를 포함하고, 하나의 광학계는 수직 편광 화상을 획득하며, 나머지 다른 하나의 광학계는 수평 편광 화상을 획득한다. 또한, 렌즈 어레이(22), 차광 스페이서(23), 편광 필터(24), 스페이서(25) 및 고체 화상 획득 유닛(26)이 형성되고, 서로 적층된다.

렌즈 어레이(22)는 2개의 렌즈(28a 및 28b)를 포함한다. 2개의 렌즈(28a 및 28b)는, 반구형 렌즈 등과 같은 동일한 형상을 가지는 각각의 단일 렌즈로 이루어진다. 2개의 렌즈(28a 및 28b)는, 서로 평행한 각각의 광축(27a 및 27b)을 가진다. 또한, 2개의 렌즈(28a 및 28b)는 동일한 평면 상에 배치된다. 즉, 광축(27a 및 27b)과 평행한 방향이 Z 방향으로서 정의되고, Z 방향과 수직인 한 방향이 X 방향으로서 정의되며, Z 방향과 X 방향에 수직인 방향이 Y 방향으로서 정의될 때, 2개의 렌즈(28a 및 28b)는 동일한 XY 평면 상에 배치된다.

차광 스페이서(23)는, 2개의 개구부(29a 및 29b)를 가지고, 렌즈 어레이(22)에 대해서 피사체측(촬상될 물체가 배치되는 측)과 대향하도록 배치된다. 개구부(29a 및 29b)는, 미리 정해진 크기를 가지고, 각 광축(27a 및 27b)에 배치되는 중심을 가지는 관통 구멍이다. 또한, 광 반사 방지 처리가 개구부(29a 및 29b)의 내벽에 수행되고, 이 광 반사 방지 처리는, 흑색 코팅, 거친 표면, 무광택 처리 등을 포함한다.

편광 필터(24)는, 서로 90도 차이나는 각각의 편광면을 가지는 2개의 편광자 영역(30a 및 30b)을 포함한다. 편광 필터(24)는, 차광 스페이서(23)에 대해서 렌즈 어레이(22)와 대향하도록 배치된다. 편광자 영역(30a 및 30b)의 중심이 광축(27a 및 27b)에 각각 배치되도록 편광자 영역(30a 및 30b)이 배치되고, 또한 XY 평면 상에 배치된다. 각 편광자 영역(30a 및 30b)은, 특정된 편광면 방향을 따라 진동 성분을 가지는 직선 편광만을 투과시키도록, 불특정 방향으로 전계 및 자계가 진동하는 편광되지 않은 광을 편광시키기 위해 제공된다.

스페이서(25)는, 편광 필터(24)의 편광자 영역(30a 및 30b)에 대응하는 영역을 포함하는 관통 구멍인 개구부(31)를 가지는 직사각형 틀 형상을 가진다. 스페이서(25)는, 편광 필터(24)에 대해서 차광 스페이서(23)와 대향하도록 배치된다.

고체 화상 획득 유닛(26)은, 신호 처리부(도시되지 않음)를 가지는 기판(32) 상에 탑재되는 2개의 고체 화상 획득 장치(33a 및 33b)를 포함한다. 고체 화상 획득 유닛(26)은, 스페이서(25)에 대해서 편광 필터(24)와 대향하도록 배치된다. 고체 화상 획득 장치(33a 및 33b)의 촬상 영역의 중심이 광축(27a 및 27b)에 각각 배치되도록 고체 화상 획득 장치(33a 및 33b)의 촬상 영역이 배치되고, XY 평면 상에 배치된다. 촬상 영역은 촬상될 물체의 화상이 형성되는 곳이다. 각 고체 화상 획득 장치(33a 및 33b)가 흑백 화상을 감지(획득)할 때, 컬러 필터가 포함되지 않는다. 한편, 각 고체 화상 획득 장치(33a 및 33b)가 컬러 화상을 감지(획득)할 때, 컬러 필터가 이전 단계에 배치된다.

화상 획득 유닛(카메라)의 제2 실시예

본 실시예에서,　도 6에 개략적으로 도시된 바와 같이, 화상을 획득(형성)하기 위해 단일 촬상 렌즈(또는 동일한 축 상의 복수의 렌즈)가 이용되고, 후속 단계에서, 종/횡 편광도 화상을 형성하기 위해 화상이 수직 편광 화상 및 횡(수평) 편광 화상으로 분리되는 카메라(12)를 이용하는 것이 바람직하다.

수직 편광 화상 및 수평 편광 화상을 획득하기 위해, 도 6에 개략적으로 도시된 바와 같이, 카메라(12)는, 하프 미러 박스(34), 미러(35), 수직 편광 필터(36), 수평 편광 필터(37) 및 CCD들(38 및 39)을 포함한다. 하프 미러 박스(34)는 1：1의 투과율(즉, 광의 50%는 투과되고, 광의 50%는 반사됨)을 가진다. 수직 편광 필터(36) 및 수평 편광 필터(37)를 통해 각각 시야상을 획득하기 위해 CCD들(38 및 39)이 제공된다. 제1 실시예에서의 카메라(12)는 수직 편광 화상 및 수평 편광 화상 모두를 획득할 수 있지만, 획득된 화상들 사이에 시차가 발생될 수도 있다. 한편, 제2 실시예에서의 카메라(12)는, 화상을 획득하기 위해 동일한 촬상 광학계(렌즈)가 이용되기 때문에 시차를 발생시키지 않는다. 이 특징 때문에, 검출 영역이 더 작아질 수도 있고, 시차 등을 보정하는 것이 더 이상 필요하지 않게 될 수도 있다.

하프 미러 박스(34)를 이용하는 대신에, 수평 편광을 반사하고, 수직 편광을 투과하는 편광 빔 분할기가 이용될 수도 있다. 편광 빔 분할기가 이용되는 경우, 수직 편광 필터(36) 및 수평 편광 필터(37)를 더 이상 가질 필요가 없게 된다. 또한, 광학계의 구성을 단순화하고, 광 이용 효율을 향상시키는 것이 가능해질 수도 있다.

화상 획득 유닛(카메라)의 제3 실시예

본 실시예에서, 도 7에 개략적으로 도시된 바와 같이, 화상을 획득(형성)하기 위해 단일 촬상 렌즈(또는 동일한 축에서의 복수의 렌즈)가 이용되고, 렌즈의 후속 단계에서, 수직 편광만을 투과하는 1개 이상의 편광자 영역 및 수평(횡) 편광만을 투과하는 1개 이상의 편광자 영역을 포함하는 영역 분할형 편광 필터(24)가 배치되는 카메라(12)를 이용하는 것이 바람직하다. 이 경우에는, 편광자 영역을 형성하기 위해, 미세 요철 형상을 가지는 금속에 기초한 와이어 그리드 방식이나, 오토 클로닝형의 포토닉 결정 방식을 이용함으로써 영역들 간에 명확한 경계를 가지는 영역 분할형 편광 필터(24)가 형성될 수도 있다.

제2 실시예에서의 카메라(12)가 이용되는 경우, 프리즘을 이용하여 광을 분리함으로써 수직 편광 및 수평 편광이 획득된다. 이 특징 때문에, 광학계의 크기가 더 커질 수도 있고, 2개의 수광 장치가 필요하다. 한편, 제3 실시예에서의 카메라(12)가 이용되는 경우, 촬상 렌즈의 동일한 축을 가지는 광학계에 의해 수평 편광 화상 및 수직 편광 화상 모두가 획득된다.

본 실시예에서, 영역 분할형 편광 필터(24)의 구성은, 수광 장치의 각 화소와 대응 필터 사이에 1：1 대응하는 구성에 한정되지 않는다. 예컨대, 영역 분할형 편광 필터(24)는 도 8에 개략적으로 도시된 바와 같은 구성을 가지는 것이 바람직하다. 도 8의 구성에서, 종횡 방향으로 모두 정렬된 정사각형은 각 수광 장치의 수광부(즉, 수광 장치 어레이(40))를 나타낸다. 2 종류의 경사 띠는 종횡 방향에서의 편광 필터 영역(41 및 42)을 나타낸다. 각 편광 필터 영역(41 및 42)은 띠 형상을 가진다. 띠 형상의 폭은 1개의 수광 장치의 폭과 동일한 1 화소에 대응한다. 또한, 띠 형상의 편광 필터 영역들(41 및 42) 간의 경계선의 기울기 값은 2, 즉 횡 방향으로의 1 화소 폭과 종 방향으로의 2 화소 길이에 의해 기울기의 각도가 결정된다(횡 방향으로 1 화소 진행할 때, 종 방향으로도 2 화소 진행함).

이러한 필터의 특수한 배치 패턴과 신호 처리 기술을 이용함으로써, 촬상 장치 어레이와 영역 분할형 편광 필터가 접합될 때의 정렬의 정밀도가 충분하지 않은 경우에도 전체 화면에 걸쳐 필터 투과 화상을 재현하는 것이 가능해질 수도 있어, 저비용으로 이러한 화상 획득 장치를 실현하는 것이 가능해질 수도 있다.

상술된 바와 같이, 본 발명의 본 실시예에 따른 투명체 검출 시스템(1A)에서의 카메라(12)는 편광 화상을 획득한다. 또한, 바람직하게는, 투명체(114A)의 화상이 실시간으로 획득될 수 있고, 획득된 화상이 화상 처리 장치(13)에 공급된다.

투명체의 검출

본 발명의 실시예에 따른 투명체 검출 시스템(1A)에서의 카메라(12)는, 특히 플라스틱 투명체에서 발생하는 복굴절(이중 굴절)을 이용(검출)한다. 필름 및 기판과 같은 물체에서는, 일그러짐이나 응력의 결과로서 복굴절이 발생될 수도 있고, 구성에서의 경미한 이방성에 의해 광학 이방성 및 위상 차이가 발생될 수도 있다. 특정 방향으로 편광된 광이 이러한 물체에 입사되는 경우, 이 물체를 통해 투과되는 광의 편광 방향이 변화될 수도 있다. 카메라(12)는 이 변화를 검출한다.

편광 필터의 편광 투과 방향이 P 방향인 경우

상술된 바와 같이, 카메라(12)는 종/횡 편광도 화상을 획득한다. 예컨대, 종/횡 편광도 화상은, 수평 성분(S 성분)으로부터 수직 성분(P 성분)으로의 편광 방향에서 계조(계조치)를 가진다(예컨대, 256 계조). 이 경우에, S 성분을 가지는 광이 입사되는 경우, 명부(bright gradation)가 표시된다. 한편, P 성분을 가지는 광이 입사되는 경우, 암부(dark gradation)가 표시된다.

도 9a 및 도 9b는, 편광 필터의 투과 방향이 P 성분을 나타내도록 하는 배치에서 카메라(12)에 의해 획득되는 화상의 예를 도시한다. 도 9a는 흑백 휘도 화상의 예를 도시하고, 도 9b는 종/횡 편광도 화상의 예를 도시한다.

도 9b에 도시된 바와 같이, 광이 투명체(114A)를 통해 투과하지 않는 배경 부분의 종/횡 편광도는 암부로 표시된다. 한편, 광이 투명체(114A)를 통해 투과되는 영역의 종/횡 편광도는, 복굴절에 기인하는 투과광의 편광 방향에서의 변화 때문에 명부로 표시된다. 한편, 도 9a의 흑백 휘도 화상에서는, 투명체(114A)의 에지부만이 백색으로 조금 표시된다. 또한, 화상 처리에서는, 배치대(113)로부터 투명체(114A)를 구별하는 것이 어려울 것으로 보인다. 상술된 바와 같이, 종/횡 편광도 화상이 이용되는 경우, 투명체(114A)의 영역과 그 외의 영역 사이의 콘트라스트가 명료하게 될 수도 있고, 즉 투명체(114A)의 영역을 그 외의 영역으로부터 명백하게 구별하는 것이 가능해질 수도 있다. 이 특징 때문에, 이하의 화상 처리 절차(흐름)에 기초하여 투명체(114A)의 영역을 추출하는 것이 가능해질 수도 있다.

편광 필터의 편광 투과 방향이 S 방향인 경우

도 10a 및 도 10b는, 편광 필터의 투과 방향이 S 성분을 나타내도록 하는 배치에서 카메라(12)에 의해 획득되는 화상의 예를 도시한다. 도 10a는 흑백 휘도 화상의 예를 도시하고, 도 10b는 종/횡 편광도 화상의 예를 도시한다.

도 10b에 도시된 바와 같이, 광이 투명체(114A)를 통해 투과하지 않는 배경 부분의 종/횡 편광도는 명부로 표시된다. 한편, 광이 투명체(114A)를 통해 투과되는 영역의 종/횡 편광도는, 복굴절에 기인하는 투과광의 편광 방향에서의 변화 때문에 암부측으로 약간 시프트된다. 한편, 도 10a의 흑백 휘도 화상에서는, 투명체(114A)의 에지부만이 백색으로 조금 표시된다. 따라서, 화상 처리 과정에서, 투명체(114A)를 배치대(113)로부터 구별하는 것이 어려울 것으로 보인다. 상술된 바와 같이, 종/횡 편광도 화상이 이용되는 경우, 투명체(114A)의 영역과 그 외의 영역 사이의 콘트라스트가 명료해질 수도 있고, 즉 투명체(114A)의 영역을 그 외의 영역으로부터 명백하게 구별하는 것이 가능해질 수도 있다. 이 특징 때문에, 이하의 화상 처리 절차(흐름)에 기초하여 투명체(114A)의 영역을 추출하는 것이 가능해질 수도 있다.

상술된 바와 같이, 종/횡 편광도 화상을 이용함으로써, 메모리에서의 획득된 화소치로 만들어지는 화상에서의 투명체(114A)의 존재 영역에 대응하는 영역을 암부 또는 명부로 표시하는 것이 가능해질 수도 있어, 이 영역과 배경 영역 사이의 콘트라스트가 높아(명료해)질 수도 있다. 이 특징 때문에, 투명체(114A)의 위치, 자세, 크기 등을 검출하는 것이 가능해질 수도 있다.

휘도 화상을 이용하는 영역 추출과의 병용

또한, 종/횡 편광도 화상을 이용하는 영역 추출 외에, 휘도 화상을 이용하여 영역을 추출함으로써, 검출 정밀도를 더 향상시키는 것이 가능해질 수도 있다. 이 경우에, 휘도 화상에서의 영역을 추출하는 정밀도를 향상시키기 위해, 예컨대, 배치대(113)와 편광 필터(112) 사이의 위치에 광원이 배치될 수도 있고, 광원은 편광 필터(112)를 조사할 수도 있다. 즉, 이러한 배치에서는, 배치대(113)의 그물(패턴) 부분이 광의 그림자로서 암부로 표시되어, 투명체(114A)의 영역을 배치대(113)의 그물(패턴) 부분으로부터 구별하는 것을 더 용이하게 할 수도 있다.

도 11a 및 도 11b는, 이 경우에서의 카메라(12)에 의해 획득되는 화상의 예를 도시한다. 도 11a는 흑백 휘도 화상의 예를 도시하고, 도 11b는 종/횡 편광도 화상의 예를 도시한다.

도 11b에 도시된 바와 같이, 광이 투명체(114A)를 통해 투과하지 않는 배경 부분의 종/횡 편광도는 암부로 표시된다. 한편, 광이 투명체(114A)를 통해 투과되는 영역의 종/횡 편광도는, 복굴절에 기인하는 투과광의 편광 방향에서의 변화 때문에 명부측으로 약간 시프트된다. 한편, 도 11a의 흑백 휘도 화상에서는, 도 9a의 화상과 달리, 배치대(113)의 부분과 투명체(114A)의 에지부가 강조된다.

편광 필터를 갖추지 않는 구성

또한, 본 발명의 본 실시예에 따른 투명체 검출 시스템(1A)은, 편광 필터(112)를 포함하지 않을 수도 있다. 이 경우에, 투명체 검출 시스템(1A)은, 화상 획득 유닛(카메라(12)), 배치대(113), 트레이(111) 및 화상 처리 장치(13)를 포함한다. 화상 획득 유닛(카메라(12))은, 투과광의 편광 방향이 변화하는 특성을 가지는 투명체(114A)를 포함하는 제1 영역의 화상을 획득함으로써 수직 편광 화상 및 수평 편광 화상의 화상들을 획득한다. 배치대(113)가 제공되어, 투명체(114A)가 배치대(113)에 배치된다. 배치대(113)는, 제1 영역에 포함되는 제3 영역의 것과 실질적으로 동일한 편광 방향을 가지는 광을 반사하고, 제3 영역의 화상은 투명체(114A)를 포함하지 않고 획득된다. 트레이(111)는, 배치대(113)를 가로질러 화상 획득 유닛(카메라(12))과 대향하도록 배치되고, 수직 편광 화상과 수평 편광 화상 중 하나의 계조치가 수직 편광 화상과 수평 편광 화상 중 나머지 다른 하나의 계조치보다 높은(강한) 베이스이다. 화상 처리 장치(13)는, 수직 편광 화상 및 수평 편광 화상에 기초한 종/횡 편광도 화상의 종/횡 편광도 분포에 기초하여 투명체(114A)를 검출한다.

이러한 편광 필터(112)를 갖추지 않는 투명체 검출 시스템(1A)에서, 배치대(113)의 하측(베이스)으로부터의 광은 특정의 강한 편광 방향을 가진다. 그 목적을 위해서, 예컨대, 특정의 강한 편광 방향을 가지도록 트레이(111)로부터의 반사광을 발생시키는 트레이(111)가 이용될 수도 있다. 이 경우에, 트레이(111)의 재료는 배치대(113)의 재료와 동일한 것이 바람직하다.

도 12a 및 도 12b는, 편광 필터(112)가 제공되지 않는 경우에 카메라(12)에 의해 획득되는 화상의 예를 도시한다. 도 12a는 흑백 휘도 화상의 예를 도시하고, 도 12b는 종/횡 편광도 화상의 예를 도시한다.

도 12b에 도시된 바와 같이, 약간의 암부를 가지는 배경광과 비교할 때, 투명체(114A)를 통해 투과되는 광이 명부측으로 약간 시프트된다. 따라서, 편광 필터(112)가 이용되지 않는 경우에도, 투명체(114A) 영역과 투명체(114A) 영역 이 외의 영역 사이의 콘트라스트가 높아(명료해)질 수도 있다. 상술된 바와 같이 투명체(114A)가 제공(이용)되지 않는 구성을 가짐으로써, 시스템이 단순화될 수도 있고, 시스템의 비용이 감소될 수도 있다.

투명체 영역 추출 플로우의 제1 실시예

도 13은, 도 9에 도시된 바와 같이 편광 필터의 편광 방향이 P 성분을 나타내는 경우, 투명체 검출 시스템(1A)의 화상 처리 장치(13)에 의해 실행되는 처리 플로우를 도시하는 흐름도이다.

먼저, 종/횡 편광도 화상이 카메라(12)에 의해 획득된다(단계(S101)). 그 후에, 획득된 종/횡 편광도 화상에 기초한 화소의 종/횡 편광도 신호가 A/D 변환부(131)에 의해 디지털 데이터로 A/D 변환된다(단계(S102)).

다음에, 디지털 데이터에 2치화 처리가 수행되고(단계(S103)), 화소의 2치화된 화소치가 화상 데이터로서 메모리(132)에 기억된다(단계(S104)).

다음에, 명부들을 구별하기 위해, 명부의 각 럼프(lump)가 라벨링되고(라벨링 처리)(단계(S105)), 미리 정해진 면적보다 큰 면적을 가지는 명부의 럼프가 검출된다. 또한, 미리 정해진 면적보다 큰 면적을 가지는 명부 럼프의 무게 중심 및 2차 모멘트가 계산된다. 그 후에, CPU(135)는, 계산된 명부 럼프의 무게 중심이 투명체(114A)의 위치로서 결정되고, 2차 모멘트의 방향이 투명체(114A)의 자세로서 결정되도록 처리를 수행한다(단계(S106)).

상술된 바와 같이, 먼저, 미리 정해진 면적보다 큰 면적을 가지는 명부의 럼프를 검출함으로써, 화상 처리에서 투명체(114A)를 검출하는 것이 가능해질 수도 있다. 또한, 검출된 미리 정해진 면적보다 큰 면적을 가지는 명부 럼프의 무게 중심 및 2차 모멘트를 계산함으로써, 투명체(114A)의 위치 및 자세를 결정하는 것이 가능해질 수도 있다.

상기 검출 처리 후에, CPU(135)는, 투명체(114A)의 위치 및 자세의 데이터에 기초하여 획득되는 제어 신호를 로봇 컨트롤러(15)에 전송하는 처리를 수행한다. 결과적으로, 로봇 컨트롤러(15)를 제어하고 구동함으로써, 투명체(114A)가, 투명체(114A)의 자세에 따라서 로봇 핸드(16)에 의해 픽업되고, 트레이(도시되지 않음)에 정렬되어 패킹될 수도 있다(단계(S107)). 이 패킹 처리는, 모든 검출된 투명체(114A)가 패킹될 때까지 반복된다(단계(S108 및 S109)).

또한, 상기 처리에서의 종/횡 편광도의 계산은 아래와 같이 수행된다. 카메라(12)를 이용함으로써, 수직 편광 성분(P), 수평 편광 성분(S), 수직 편광 성분(P) 및 수평 편광 성분(S)을 포함하는 미가공(raw) 편광 화상 데이터가 획득된다. 획득된 수직 편광 성분(이는 "P 편광 성분" 또는 "P 성분"이라고도 칭한다) 및 수평 편광 성분(이는 "S 편광 성분" 또는 "S 성분"이라고도 칭한다)에 기초하여, 종/횡 편광도 정보 처리부는 종/횡 편광도 화상을 발생시키고, 종/횡 편광도를 결정(계산)한다. 이 계산에서, 종/횡 편광도 화상 데이터(종/횡 편광도)가 다음 식(1)에 의해 획득된다.

종/횡 편광도=((P 편광 성분-S 편광 성분)/(P 편광 성분＋S 편광 성분)) 식 (1)

또한, 위치 및 자세를 계산(결정)하기 위해, 미리 템플릿(template)이 제공될 수도 있고, 이 템플릿에 기초하여 위치 및 자세가 결정될 수도 있다. 투명체(114A)의 형상은 도 9a 및 도 9b에 도시된 바와 같은 구 형상에 한정되지 않는다. 예컨대, 1도 간격으로 회전되는 화상이 템플릿에 제공되고, 템플릿에 기초하여, 회전 상태에 따른 자세가 계산될 수도 있다.

화상 처리 장치(13)에 의해 수행되는 다른 화상 처리, 즉 2치화 처리, 무게 중심 및 2차 모멘트를 계산하는 처리와 같은 화상 처리는, 특정 알고리즘에 기초한 처리에 한정되지 않고, 각각의 주지 또는 신규 알고리즘에 기초하여 수행될 수도 있다. 따라서, 그 상세한 설명은 여기서 생략한다. 또한, 처리에서 이용되는 임계치는 투명체(114A)의 크기, 형상 등에 따라 적절히 설정될 수도 있다.

상술된 바와 같이, 본 발명의 본 실시예에 따른 투명체 검출 시스템(1A)에서는, 투명체(114A)가 존재하는 부분과 다른 부분 사이의 콘트라스트가 높아(명료해)질 수도 있어, 투명체(114A)를 검출할 수 있게 한다. 또한, 종/횡 편광도 화상 데이터가 획득된다. 따라서, 투명체(114A) 아래에 배치되는 편광 필터(112)의 방향에 의존하지 않고, 투명체(114A)의 편광 변화를 검출하는 것이 가능해질 수도 있어, 캘리브레이션 동작을 제거할 수 있게 한다. 또한, 회전 기구가 불필요해질 수도 있다(과제 3이 해결될 수도 있음). 또한, 투명체(114A)로 투과될 광으로서, 편광 필터(112)를 통해 투과된 광이 이용된다. 편광 필터(112) 바로 아래에 조명 장치를 배치할 필요가 없다(과제 1이 해결될 수도 있음). 또한, 배치대(113)가 트레이(111) 위에 배치되는 구성에서는, 편광 필터(112)가 배치대(113)와 트레이(111) 사이에 배치된다. 투명체(114A)를 배치대(113)로부터 투명체 검출 장치로 재배치하기 위한 동작을 수행하는 것이 불필요해질 수도 있다(과제 2가 해결될 수도 있음).

또한, 화상 처리에 의해 검출되는 투명체(114A)의 위치 및 자세를 용이하고 정밀하게 계산(결정)하는 것이 가능해질 수도 있다. 또한, 계산된 투명체(114A)의 위치 및 자세에 기초하여, 로봇 핸드(16)를 이용함으로써 투명체(114A)를 정밀하게 픽업하는 것이 가능해질 수도 있다.

결함 검사

또한, 투명체 검출 시스템(1A)에서는, 투명체(114A)의 위치 및 자세의 검출 외에, 누락 부분, 버(burr) 등과 같은 결함의 유무를 검사하는 것이 바람직하다.

그 목적을 위해, 먼저, 상기와 유사하게, 투명체(114A)의 존재 영역이 특정된다. 이 경우, 투명체(114A)에 누락 부분(43)의 결함(결점)이 있으면, 도 14에 도시된 바와 같이, 획득된(2치화된) 종/횡 편광도 화상의 명부의 크기는, 무결함 투명체(114A)의 존재 영역보다 작아진다. 한편, 도 15에 도시된 바와 같이 투명체(114A)가 버(44)를 가지는 경우, 획득된(2치화된) 종/횡 편광도 화상의 명부의 크기는 무결함 투명체(114A)의 존재 영역을 초과한다.

이 경우에, 무결함 투명체(114A)의 존재 영역의 화소수는 알려져 있다. 따라서, 이 화소수에 기초하여, 투명체(114A)가 결함을 가지는지 여부를 판정하기 위해 이용될 기준으로서 상한치와 하한치 사이의 정상 범위가 결정될 수도 있다. 그 후에, 투명체(114A)의 존재 영역이 특정된 후, 투명체(114A)의 명부의 화소수가 카운트된다. 이 카운트수가 정상 범위 내이면, 투명체(114A)는 결함을 가지지 않는 것으로 판정될 수도 있다. 카운트수가 상한치보다 크면, 투명체(114A)는 버(44)의 결함을 가지는 것으로 판정될 수도 있다. 카운트수가 하한치보다 작으면, 투명체(114A)는 누락 부분(43)의 결함을 가지는 것으로 판정될 수도 있다. 이렇게 함으로써, 투명체(114A)에서 생길 수도 있는 누락 부분(43) 및 버(44)의 형상의 결함이 검출될 수도 있어, 투명체(114A)가 무결함인지 결함인지 여부를 판정할 수 있게 한다.

투명 이물 검사

또한, 바람직하게는, 반투명 병 내부의 투명 이물의 존재 여부를 검사하기 위해 투명체 검출 시스템(1A)이 이용된다. 즉, 투명 이물이 존재하면, 종/횡 편광도 화상 내의 명부의 럼프 또는 암부의 럼프로서 투명 이물이 촬상된다. 이 특징 때문에, 화상 내의 럼프의 존재 여부에 따라 투명 이물의 존재 여부를 판정하는 것이 가능해질 수도 있다. 따라서, 빈 병 또는 투명한 액체로 채워진 병에 남은 투명 이물을 검출하는 것이 가능해질 수도 있다.

투명체 영역 추출 플로우의 제2 실시예

투명체 검출 시스템(1A)의 화상 처리 장치(13)에 의해 실행되는 다른 처리 플로우에 대해 설명한다. 제2 실시예에서의 처리 플로우에서는, 제1 실시예에서의 처리 플로우와는 달리, 얼룩, 상처 및 금 등의 결함, 및 로고와 마크 등의 문자 정보, 및 화상 정보를 검출하기 위해 종/횡 편광도 화상뿐만 아니라 휘도 화상도 이용되어, 투명체(114A)가 패킹될 때의 분류 개수를 증가시킬 수 있게 한다.

다음에, 카메라(12)로부터의 편광 정보를 이용하는 흑백 휘도 정보의 생성에 대해 설명한다. 흑백 휘도 처리부는, 획득된 P 성분과 S 성분을 이용하여 흑백 화상을 생성하고, 휘도 정보를 계산한다. 또한, 흑백 휘도는, 다음 식(2)에 기초하여 휘도 정보 화상 데이터를 생성하고 출력함으로써 획득된다.

　흑백 휘도=P 편광 성분＋S 편광 성분 식(2)

투명체(114A)에 생기는 얼룩, 상처 및 금 등의 결함의 존재 여부를 검출하기 위해 검사가 수행되는 경우, 도 13에서의 처리 플로우에 기초하여 투명체(114A)의 위치 및 자세가 획득되고, 투명체(114A)의 존재 영역이 특정된다.

이 경우에, 투명체(114A)에 결함이 없는 경우, 도 16에 도시된 바와 같이, 흑백 휘도 화상으로서 획득되는 화상 내의 존재 영역에서 낮은 콘트라스트 화상이 획득된다. 한편, 투명체(114A)에 결함(예컨대, 얼룩(45))이 있으면, 도 17에 도시된 바와 같이, 이 얼룩(45)에 대응하는 부분이 주변부보다 어두워지고, 부분적으로, 얼룩(45)에 대응하는 부분과 주변부 사이의 콘트라스트가 높아(명료해)진다.

이 특징을 이용함으로써, 휘도 화상의 투명체(114A)의 존재 영역에서, 흑백 휘도 화상의 휘도 분포가 변화하는 부분의 크기나 변화 정도가 정상 범위 내인지 여부가 판정된다. 즉, 미리 정해진 밝기보다 낮은 밝기를 가지는 화소수가 측정된다. 그 후에, 측정 결과에 기초하여, 결함의 존재 여부가 판정될 수도 있다. 예컨대, 측정 결과에서의 화소수가 미리 정해진 검사 임계치보다 크다고 판정하는 경우, 결함이 존재한다고 판정될 수도 있다. 그렇지 않으면, 결함이 없다고 판정될 수도 있다. 이렇게 함으로써, 투명체(114A) 상에 생성되는 얼룩, 상처 및 금 등의 표면 결함을 검출하는 것이 가능해질 수도 있어, 투명체(114A)가 무결함인지 결함인지 여부를 판정할 수 있게 한다.

또한, 종/횡 편광도 화상을 이용함으로써 투명체(114A)의 위치 및 자세가 특정된 후에, 흑백 휘도 화상에서 흑백 휘도 화상의 휘도 분포가 변화하는 부분의 크기나 변화 정도에 기초하여, 투명체(114A)의 표면에 형성(기입)되는 로고 및 마크 등의 문자 정보 및 디자인 패턴 정보를 검출하는 것이 바람직하다. 이렇게 함으로써, 예컨대, 형상의 판정뿐만 아니라 문자 정보 및 디자인 패턴 정보에 기초하여 투명체(114A)를 픽업하는 것이 가능해질 수도 있다.

다음에, 도 4 내지 도 8과 도 18 내지 도 30을 참조하여 본 발명의 실시예에 기초해 투명 평판 검출 시스템의 구성예에 대해 설명한다.

투명 평판 검출 시스템

제1 실시예

본 발명의 실시예에 따른 투명 평판 검출 시스템(1B)은, 화상 획득 유닛(카메라(12)), 배치대(113), 편광 필터(112), 반사면(115), 차광판(102) 및 화상 처리 장치(13)를 포함한다. 화상 획득 유닛(카메라(12))은, 투명 평판(114B)을 포함하는 영역의 화상을 투명 평판(114B)의 평면부의 법선 방향에 대하여 미리 정해진 각도로 획득함으로써, 수직 편광 화상 및 수평 편광 화상의 화상들을 획득한다. 배치대(113)가 제공되어, 투명 평판(114B)이 배치대(113)에 배치된다. 투명 평판(114B)과 화상 획득 유닛(카메라(12))을 통과하는 광로 상이며, 배치대(113)의 아래에 반사면(115)이 배치된다. 차광판(102)은, 투명 평판(114B)의 평면부의 법선에 대하여 화상 획득 유닛(카메라(12))과 대향하도록 배치되고, 투명 평판(114B)의 평면부로부터의 거울 반사광이 화상 획득 유닛(카메라(12))에 입사되는 것을 방지하도록 차광한다. 화상 처리 장치(13)는, 수직 편광 화상 및 수평 편광 화상에 기초한 종/횡 편광도 화상의 종/횡 편광도의 분포에 기초하여 투명 평판(114B)을 검출한다.

도 18은 투명 평판 검출 시스템(1B)의 구성을 개략적으로 도시한다. 투명 평판 검출 시스템(1B)은, 투명 평판 배치부(11B), 카메라(12), 화상 처리 장치(13), 모니터(14), 로봇 컨트롤러(15) 및 로봇 핸드(16)를 포함한다. 카메라(12)는 흑백 휘도 화상 및 종/횡 편광도 화상 모두를 획득한다.

예컨대, 투명 평판 검출 시스템(1B)은 공장에 설치되고, 형광등(101)과 같은 실내 조명 아래에 배치된다. 또한, 투명 평판 검출 시스템(1B)은, 투명 평판 검출 시스템(1B)의 배치대(113)가 지면과 평행하도록 배치되고, 카메라(12)는, 투명 평판(114B)의 화상이 배치대(113)의 법선 방향에 대하여 미리 정해진 앙각으로 획득되도록 배치된다. 또한, 실내 조명이 투명 평판(114B)을 직접 조사할 수 없도록, 카메라(12)와 실내 조명(예컨대, 형광등(101)) 사이에 차광판(102)이 배치된다. 그러나, 바로 위의 형광등(101)으로부터의 광은 부분적으로 차광될 수도 있다. 차광판(102)으로서는, 예컨대, 흑색 천이 접착된 플라스틱판이 이용될 수도 있다. 그러나, 충분한 차광 능력을 가지는 임의의 다른 판 등이 대안적으로 이용될 수도 있다.

차광판(102)을 배치함으로써, 투명 평판(114B)의 표면 상의 불필요한 반사광이 방지될 수도 있고, 카메라(12)는, 투명 평판(114B) 상에 입사되어 투명 평판(114B)을 통해 투과되는 광의 화상을 획득한다. 결과적으로, 거울 반사광에 의해 묻히지 않고 광 투과에 의해 생기는 편광 상태의 변화를 검출하는 것이 가능해질 수도 있다. 따라서, 투명 평판(114B)을 검출하는 정밀도를 향상시키는 것이 가능해질 수도 있다.

투명 평판 배치부(11B)는 배치대(113) 및 반사면(115)을 포함한다. 배치대(113)가 제공되어, 투명 평판(114B)이 배치대(113)에 배치된다. 반사면(115)은, 배치대(113)를 가로질러 카메라(12)와 대향하도록 배치된다. 반사면(115)으로서는, 예컨대, 투명 평판(114B)의 세정 공정 후에 투명 평판(114B)으로부터의 액적을 받기 위해, 예컨대 트레이가 이용될 수도 있다.

또한, 배치대(113)는, 반사면(115)으로부터 반사된 후 편광 필터(112)를 통해 투과된 광이 투명 평판(114B)을 통해 충분히 투과될 수 있도록, 그물(메시) 구조의 메시(패턴) 점유율이 결정되는 그물(메시) 구조를 가진다. 구체적으로, 메시(패턴) 점유율은 투명 평판(114B) 영역의 약 5%인 것이 바람직하다. 또한, 메시(패턴)의 선은 가는 것이 바람직하고, 따라서 각 선의 폭은 투명 평판(114B)의 크기의 5% 이하이다. 상술된 크기(구조)를 가짐으로써, 편광이 투명 평판(114B)을 통해 투과하는 영역의 크기가 증가될 수도 있고, 배경 영역의 크기도 증가될 수도 있어, 투명 평판(114B)의 에지를 검출하는 정밀도를 향상시킬 수 있게 한다.

본 실시예에서 이용되는 카메라(12)는 휘도 흑백 화상과 종/횡 편광도 화상도 획득한다. 2차원의 획득된 화상의 화소 신호는 카메라(12) 내의 각 센서로부터 화상 처리 장치(13)로 출력(전송)된다.

화상 처리 장치(13)는, A/D 변환부(131), 메모리(132), 표시 제어부(133), CPU(135) 및 통신 제어부(도시되지 않음)를 포함한다. A/D 변환부(131)는 화소 신호를 디지털 2치값 또는 다중값으로 A/D 변환을 수행한다. 메모리(132)는 이 값들을 기억한다. 표시 제어부(133)는 모니터(14)의 표시를 제어한다. 통신 제어부는 로봇 컨트롤러(15)에 대한 제어 신호에 통신 제어를 수행한다. CPU(135)는 각종 화상 처리를 수행하고, ROM(도시되지 않음) 등에 기억되는 프로그램에 기초하여 계산한다.

화상 처리 장치(13)는, 메모리(132)에 기억되는 화상 데이터의 투영광 분포(명암 분포)를 이용함으로써, 카메라(12)에 의해 획득되는 화상에 기초하여 투명 평판(114B)의 위치, 자세, 크기(존재 영역) 등을 검출한다.

또한, 화상 처리 장치(13)에서, 표시 제어부(133)는, 획득된 투명 평판(114B)의 위치, 자세 등의 결과를 모니터(14)가 표시하게 한다. 또한, 화상 처리 장치(13)에서는, 투명 평판(114B)의 위치, 자세 등에 기초하여 획득되는 제어 신호가 로봇 컨트롤러(15)로 전송된다.

모니터(14)는 LCD 또는 CRT와 같은 표시 장치이다. 로봇 컨트롤러(15)는, 화상 처리 장치(13)로부터 전송되는 제어 신호에 기초하여 로봇 핸드(16)를 구동하기 위한 제어를 수행한다. 로봇 핸드(16)는, 로봇 컨트롤러(15)로부터의 구동 제어 하에 배치대(113)에 배치되는 투명 평판(114B)을 픽업하고, 트레이와 같은 저장부(도시되지 않음)에 픽업된 투명 평판(114B)을 정렬하여 저장한다.

화상 획득 유닛

다음에, 종/횡 편광도 화상을 획득하는 화상 획득 유닛으로서의 카메라(12)의 구성에 대해 설명한다. 카메라(12)는, CCD(Charge-Coupled Device) 또는 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)와 같은 화상 획득 장치(수광 장치)를 이용함으로써, 메가픽셀 크기 등을 가지며, 투명 평판(114B)을 포함하는 주변 영역의 화상을 획득한다. 본 발명의 본 실시예에 따른 투명 평판 검출 시스템(1B)에서 이용되는 카메라(12)는, 휘도 화상뿐만 아니라 편광 화상도 획득한다. 다음에, 편광 화상을 획득(형성)하기 위한 카메라(12)에 대해 설명한다.

화상 획득 유닛(카메라)의 제1 실시예

렌즈 어레이(22)는 2개의 렌즈(28a 및 28b)를 포함한다. 2개의 렌즈(28a 및 28b) 각각은, 반구형 렌즈 등과 같은 동일한 형상을 가지는 각각의 단일 렌즈로 이루어진다. 2개의 렌즈(28a 및 28b)는, 서로 평행한 각각의 광축(27a 및 27b)을 가진다. 또한, 2개의 렌즈(28a 및 28b)는 동일한 평면 상에 배치된다. 즉, 각 광축(27a 및 27b)과 평행한 방향이 Z 방향으로서 정의되고, Z 방향과 수직인 한 방향이 X 방향으로서 정의되며, Z 방향과 X 방향에 수직인 방향이 Y 방향으로서 정의될 때, 2개의 렌즈(28a 및 28b)는 동일한 XY 평면 상에 배치된다.

고체 화상 획득 유닛(26)은, 신호 처리부(도시되지 않음)를 가지는 기판(32) 상에 탑재되는 2개의 고체 화상 획득 장치(33a 및 33b)를 포함한다. 고체 화상 획득 유닛(26)은, 스페이서(25)에 대해서 편광 필터(24)와 대향하도록 배치된다. 고체 화상 획득 장치(33a 및 33b)의 촬상 영역의 중심이 광축(27a 및 27b)에 각각 배치되도록 고체 화상 획득 장치(33a 및 33b)의 촬상 영역이 배치되고, XY 평면 상에 배치된다. 촬상 영역은 촬상될 물체의 화상이 형성되는 영역이다. 각 고체 화상 획득 장치(33a 및 33b)가 흑백 화상을 감지(획득)할 때, 컬러 필터가 포함되지 않는다. 한편, 각 고체 화상 획득 장치(33a 및 33b)가 컬러 화상을 감지(획득)할 때, 컬러 필터가 이전 단계에 배치된다.

화상 획득 유닛(카메라)의 제2 실시예

화상 획득 유닛(카메라)의 제3 실시예

본 실시예에서, 도 7에 개략적으로 도시된 바와 같이, 화상을 획득(형성)하기 위해 단일 촬상 렌즈(또는 동일한 축에서의 복수의 렌즈)가 이용되고, 렌즈의 후속 단계에서, 수직 편광만을 투과하는 1개 이상의 편광자 영역 및 수평(횡) 편광만을 투과하는 1개 이상의 편광자 영역을 포함하는 영역 분할형 편광 필터(24)가 배치되는 카메라(12)를 이용하는 것이 바람직하다. 이 경우에는, 편광자 영역을 형성하기 위해, 미세 요철 형상을 가지는 금속에 기초한 와이어 그리드 방식이나, 오토 클로닝형의 포토닉 결정 방식을 이용함으로써, 영역들 간에 명확한 경계를 가지는 영역 분할형 편광 필터(24)가 형성될 수도 있다.

본 실시예에서, 영역 분할형 편광 필터(24)의 구성은, 수광 장치의 각 화소와 대응 필터 사이에 1：1 대응하는 구성에 한정되지 않는다. 예컨대, 영역 분할형 편광 필터(24)는 도 8에 개략적으로 도시된 바와 같은 구성을 가지는 것이 바람직하다. 도 8의 구성에서, 종횡 방향으로 모두 정렬된 각 정사각형은 각 수광 장치의 수광부(즉, 수광 장치 어레이(40))를 나타낸다. 2 종류의 경사 띠는 종횡 방향에서의 편광 필터 영역(41 및 42)을 나타낸다. 각 편광 필터 영역(41 및 42)은 띠 형상을 가진다. 띠 형상의 폭은 1개의 수광 장치의 폭과 동일한 1 화소에 대응한다. 또한, 띠 형상의 편광 필터 영역들(41 및 42) 간의 경계선의 기울기 값은 2, 즉 횡 방향으로의 1 화소 폭과 종 방향으로의 2 화소 길이에 의해 기울기의 각도가 결정된다(횡 방향으로 1 화소 진행할 때, 종 방향으로도 2 화소 진행함).

이러한 필터의 특수한 배치 패턴과 신호 처리 기술을 이용함으로써, 촬상 장치 어레이와 영역 분할형 편광 필터가 접합될 때의 정렬의 정밀도가 충분하지 않은 경우에도, 전체 화면에 걸쳐 필터 투과 화상을 재현하는 것이 가능해질 수도 있고, 저비용으로 이러한 화상 획득 장치를 실현하는 것이 가능해질 수도 있다.

상술된 바와 같이, 본 발명의 본 실시예에 따른 투명 평판 검출 시스템(1B)에서의 카메라(12)는 편광 화상을 획득한다. 또한, 바람직하게는, 투명 평판(114B)의 화상이 실시간으로 획득될 수 있고, 획득된 화상이 화상 처리 장치(13)에 공급된다.

투명 평판의 검출

본 발명의 본 실시예에 따른 투명 평판 검출 시스템(1B)에서의 카메라(12)는, 특히, 투명 평판(114B)을 통해 비스듬히 투과되는 광의 편광 상태의 변화를 이용(검출)한다. 평행한 평판에 입사되는 광에서, 수직 성분(P 성분)의 투과율은 수평 성분(S 성분)의 투과율과 상이하다.

도 19는, θ의 입사각으로 1.5의 굴절률을 가지는 유리 평판에 입사되는 광의 투과율 특성을 도시한다. 구체적으로, 도 19에 도시된 바와 같이, 수평 성분(S 성분)의 투과율은 단조 감소한다. 그러나, 수직 성분(P 성분)의 투과율은 먼저 증가한 후에 감소한다.

투명 평판 검출 시스템(1B)은, 수평 성분(S 성분)의 투과율과 수직 성분(P 성분)의 투과율 사이의 변화(차이)를 이용한다. 이 경우에, 도 19에 도시된 바와 같이, 앙각이 약 70도인 경우, P 성분과 S 성분 사이의 차가 크고, 수직 성분(P 성분)의 투과율이 충분히 높다(90% 이상). 따라서, 예컨대, 50도와 70도 사이의 범위에서 앙각을 설정하는 것이 바람직하다.

상술된 바와 같이, 카메라(12)는 종/횡 편광도 화상을 획득한다. 예컨대, 종/횡 편광도 화상은, 수평 성분(S 성분)으로부터 수직 성분(P 성분)으로의 편광 방향에서 계조(계조치)를 가진다(예컨대, 256 계조). 이 경우에, 예컨대, P 성분을 가지는 광이 입사되는 경우, 암부가 표시된다. 한편, S 성분을 가지는 광이 입사되는 경우, 명부가 표시된다.

도 20a 및 도 20b는 카메라(12)에 의해 획득되는 화상의 예를 도시한다. 도 20a는 흑백 휘도 화상의 예를 도시하고, 도 20b는 종/횡 편광도 화상의 예를 도시한다.

도 20b에 도시된 바와 같이, 광이 투명 평판(114B)을 통해 투과하지 않는 배경 부분의 종/횡 편광도가 명부에 표시된다. 한편, 광이 투명 평판(114B)을 통해 투과된 영역의 종/횡 편광도는 암부측으로 시프트된다. 이는, S 성분은 투명 평판(114B)의 하측으로 반사되고 감소(감쇠)되지만, P 성분은 반사되지 않고 투과하며, 결과적으로 P 성분의 광이 강조되기 때문이다. 한편, 도 20a의 흑백 휘도 화상에서는, 투명 평판(114B)의 에지부만이 조금 백색으로 표시된다. 또한, 화상 처리에서, 투명 평판(114B)을 배치대(113)로부터 구별하는 것이 어려울 것으로 보인다.

상술된 바와 같이, 종/횡 편광도 화상이 이용되는 경우, 투명 평판(114B) 영역과 그 밖의 영역 사이의 콘트라스트가 명료해질 수도 있고, 즉 투명 평판(114B)의 영역을 그 밖의 영역으로부터 명백히 구별하는 것이 가능해질 수도 있다. 이 특징 때문에, 다음의 화상 처리 절차(플로우)에 기초하여 투명 평판(114B)의 영역을 추출하는 것이 가능해질 수도 있다.

투명 평판 영역 추출 플로우의 제1 실시예

도 21은, 도 20a 및 도 20b에 도시된 바와 같이 투명 평판을 통해 투과되는 광이 검출되는 경우, 투명 평판 검출 시스템(1B)의 화상 처리 장치(13)에 의해 실행되는 처리 플로우를 도시하는 흐름도이다.

먼저, 종/횡 편광도 화상이 카메라(12)에 의해 획득된다(단계(S101)). 그 후에, 획득된 종/횡 편광도 화상에 기초한 화소의 각 종/횡 편광도 신호가 A/D 변환부(131)에 의해 디지털 데이터로 A/D 변환된다(단계(S102)).

다음에, 2치화 처리에서 이용될 임계치가 카메라 앙각에 따라서 설정되고(단계(S103)), 2치화 처리가 디지털 데이터에 수행된다(단계(S103b)). 그 후에, 화소의 2치화된 화소치가 화상 데이터로서 메모리(132)에 기억된다(단계(S104)).

다음에, 암부들을 서로 구별하기 위해, 명부의 각 럼프(도 22는 추출 결과의 예를 도시함)가 라벨링되고(라벨링 처리)(단계(S105)), 미리 정해진 면적보다 큰 면적을 가지는 명부의 럼프가 검출된다. 또한, 미리 정해진 면적보다 큰 면적을 가지는 명부 럼프의 무게 중심 및 2차 모멘트가 계산된다. 그 후에, CPU(135)는, 계산된 명부 럼프의 무게 중심이 투명 평판(114B)의 위치로서 결정되고, 2차 모멘트의 방향이 투명 평판(114B)의 자세로서 결정되는 처리를 수행한다(단계(S106)).

상술된 바와 같이, 먼저, 미리 정해진 면적보다 큰 면적을 가지는 명부의 럼프를 검출함으로써, 화상 처리에서 투명 평판(114B)을 검출하는 것이 가능해질 수도 있다. 또한, 검출된 미리 정해진 면적보다 큰 면적을 가지는 명부 럼프의 무게 중심 및 2차 모멘트를 계산함으로써, 투명 평판(114B)의 위치 및 자세를 결정하는 것이 가능해질 수도 있다.

상기 검출 처리 후에, CPU(135)는, 투명 평판(114B)의 위치 및 자세의 데이터에 기초하여 획득되는 제어 신호를 로봇 컨트롤러(15)에 전송하는 처리를 수행한다. 결과적으로, 로봇 컨트롤러(15)를 제어하고 구동함으로써, 투명 평판(114B)이, 투명 평판(114B)의 자세에 따라서 로봇 핸드(16)에 의해 픽업되고, 트레이(도시되지 않음)에 정렬되어 패킹될 수도 있다(단계(S107)). 이 패킹 처리는, 모든 검출된 투명 평판(114B)이 패킹될 때까지 반복된다(단계(S108 및 S109)).

또한, 상기 처리에서의 종/횡 편광도의 계산은 아래와 같이 수행된다. 카메라(12)를 이용함으로써, 수직 편광 성분(P), 수평 편광 성분(S), 수직 편광 성분(P) 및 수평 편광 성분(S)을 포함하는 미가공(raw) 편광 화상 데이터가 획득된다. 획득된 수직 편광 성분(이는 "P 편광 성분" 또는 "P 성분"이라고도 칭한다) 및 수평 편광 성분(이는 "S 편광 성분" 또는 "S 성분"이라고도 칭한다)에 기초하여, 종/횡 편광도 화상이 생성되고, 종/횡 편광도가 결정(계산)된다. 이 계산에서, 종/횡 편광도 화상 데이터(종/횡 편광도)가 다음 식(3)에 의해 획득된다.

종/횡 편광도=(P 편광 성분-S 편광 성분)/(P 편광 성분＋S 편광 성분) 식 (3)

또한, 투명 평판(114B)이 픽업될 경우에, 획득된 화상이 경사져 있으면(예컨대, 화상의 형상이 사다리꼴), 중심 위치 등을 결정하기 어려워질 수도 있다. 이러한 경우에, 예컨대, 아핀(affine) 변환과 같은 사다리꼴 왜곡 보정 처리를 수행하는 것이 바람직하다. 이렇게 함으로써, 도 22에 도시된 바와 같은 화상이, 도 23에 도시된 바와 같은 바로 위에서 본 화상으로 변환될 수도 있고, 결과적으로, 무게 중심의 위치를 추출하는 정밀도를 향상시키는 것이 가능해질 수도 있다.

또한, 위치 및 자세를 계산(결정)하기 위해, 미리 템플릿이 제공될 수도 있고, 이 템플릿에 기초하여 위치 및 자세가 결정될 수도 있다. 투명 평판(114B)의 형상은 도 20a 및 도 20b에 도시된 바와 같은 구 형상에 한정되지 않는다. 예컨대, 1도 간격으로 회전되는 화상이 템플릿에 제공되고, 템플릿에 기초하여, 회전 상태에 따른 자세가 계산될 수도 있다.

화상 처리 장치(13)에 의해 수행되는 다른 화상 처리, 즉 2치화 처리, 무게 중심 및 2차 모멘트를 계산하는 처리와 같은 화상 처리는, 특정 알고리즘에 기초한 처리에 한정되지 않고, 각각의 주지 또는 신규 알고리즘에 기초하여 수행될 수도 있다. 따라서, 그 상세한 설명은 여기서 생략한다. 또한, 처리에서 이용되는 임계치는, 카메라 앙각 θ 및 투명 평판(114B)의 크기, 형상 등에 따라 적절히 설정될 수도 있다.

상술된 바와 같이, 본 발명의 본 실시예에 따른 투명 평판 검출 시스템(1B)에서는, 투명 평판(114B)으로부터 투명 평판(114B)에 비스듬히 입사되는 투과광의 편광 상태의 변화가 이용되고, 거울 반사광의 불필요한 광이 차단된다. 따라서, 투명 평판(114B)이 존재하는 부분과 다른 부분 사이의 콘트라스트가 높아(명료해)질 수도 있어, 투명 평판(114B)을 검출할 수 있게 한다. 또한, 종/횡 편광도 화상 데이터가 획득된다. 따라서, 투명 평판(114B) 아래에 배치되는 편광 필터(112)의 방향에 의존하지 않고, 투명 평판(114B)의 편광 변화를 검출하는 것이 가능해질 수도 있어, 캘리브레이션 동작을 제거할 수 있게 한다. 또한, 회전 기구가 불필요해질 수도 있다(과제 3이 해결될 수도 있음). 또한, 투명 평판(114B)으로부터의 거울 반사광이 화상 획득 유닛(카메라(12))에 입사되지 않고, 투명 평판(114B)을 통해 투과되는 광이 이용된다. 따라서, 전용 조명 장치를 제공하는 것이 불필요하고, 형광등(101) 하에서도, 투명 평판(114B)을 검출하는 것이 가능해질 수도 있다(과제 1이 해결될 수도 있음). 또한, 배치대(113)가 트레이 위에 배치되고, 투명 평판(114B)이 배치대(113) 상에 배치되는 상태에서나, 투명 평판(114B)이 배치대(113) 상에 직접 배치되는 상태에서, 투명 평판(114B)을 검출하는 것이 가능해질 수도 있다(과제 2가 해결될 수도 있음).

또한, 화상 처리에 의해 검출되는 투명 평판(114B)의 위치 및 자세를 용이하고 정밀하게 계산(결정)하는 것이 가능해질 수도 있다. 또한, 계산된 투명 평판(114B)의 위치 및 자세에 기초하여, 로봇 핸드(16)를 이용함으로써 투명 평판(114B)을 정밀하게 픽업하는 것이 가능해질 수도 있다.

결함 검사

또한, 투명 평판 검출 시스템(1B)에서는, 투명 평판(114B)의 위치 및 자세의 검출 외에, 누락 부분, 버 등과 같은 결함의 유무를 검사하는 것이 바람직하다.

그 목적을 위해, 먼저, 상기와 유사하게, 투명 평판(114B)의 존재 영역이 특정된다. 이 경우, 투명 평판(114B)에 누락 부분(43)의 결함(결점)이 있으면, 도 24에 도시된 바와 같이, 획득된(2치화된) 종/횡 편광도 화상의 명부의 크기는, 무결함 투명 평판(114B)의 존재 영역보다 작아진다. 한편, 도 25에 도시된 바와 같이 투명 평판(114B)이 버(44)를 가지는 경우, 획득된(2치화된) 종/횡 편광도 화상의 명부의 크기는 무결함 투명 평판(114B)의 존재 영역을 초과한다.

이 경우에, 무결함 투명 평판(114B)의 존재 영역의 화소수는 알려져 있다. 따라서, 이 화소수에 기초하여, 투명 평판(114B)이 결함을 가지는지 여부를 판정하기 위해 이용될 기준으로서 상한치와 하한치 사이의 정상 범위가 결정될 수도 있다. 그 후에, 투명 평판(114B)의 존재 영역이 특정된 후, 투명 평판(114B)의 명부의 화소수가 카운트된다. 이 카운트수가 정상 범위 내이면, 투명 평판(114B)은 결함을 가지지 않는 것으로 판정될 수도 있다. 카운트수가 상한치보다 크면, 투명 평판(114B)은 버(44)의 결함을 가지는 것으로 판정될 수도 있다. 카운트수가 하한치보다 작으면, 투명 평판(114B)은 누락 부분(43)의 결함을 가지는 것으로 판정될 수도 있다. 이렇게 함으로써, 투명 평판(114B)에서 생길 수도 있는 누락 부분(43) 및 버(44)의 형상의 결함이 검출될 수도 있어, 투명 평판(114B)이 무결함인지 결함인지 여부를 판정할 수 있게 한다.

투명 이물 검사

또한, 바람직하게는, 반투명 병 내부의 투명 이물의 존재 여부를 검사하기 위해 투명 평판 검출 시스템(1B)이 이용된다. 즉, 투명 이물이 존재하면, 종/횡 편광도 화상 내의 명부의 럼프 또는 암부의 럼프로서 투명 이물이 촬상된다. 이 특징 때문에, 화상 내의 럼프의 존재 여부에 따라 투명 이물의 존재 여부를 판정하는 것이 가능해질 수도 있다. 따라서, 빈 병 또는 투명한 액체로 채워진 병에 남은 투명 이물을 검출하는 것이 가능해질 수도 있다.

투명 평판 영역 추출 플로우의 제2 실시예

투명 평판 검출 시스템(1B)의 화상 처리 장치(13)에 의해 실행되는 다른 처리 플로우에 대해 설명한다. 제2 실시예에서의 처리 플로우에서는, 제1 실시예에서의 처리 플로우와는 달리, 얼룩, 상처 및 금 등의 결함, 및 로고와 마크 등의 문자 정보, 및 화상 정보를 검출하기 위해 종/횡 편광도 화상뿐만 아니라 휘도 화상도 이용되어, 투명 평판(114B)이 패킹될 때의 분류 개수를 증가시킬 수 있게 한다.

다음에, 카메라(12)로부터의 편광 정보를 이용하는 흑백 휘도 정보의 생성에 대해 설명한다. 흑백 휘도 처리부는, 획득된 P 성분과 S 성분을 이용하여 흑백 화상을 생성하고, 휘도 정보를 계산한다. 또한, 흑백 휘도는, 다음 식(4)에 기초하여 휘도 정보 화상 데이터를 생성하고 출력함으로써 획득된다.

　흑백 휘도=P 편광 성분＋S 편광 성분 식(4)

투명 평판(114B)에 생기는 얼룩, 상처 및 금 등의 결함의 존재 여부를 검출하기 위해 검사가 수행되는 경우, 도 21에서의 처리 플로우에 기초하여 투명 평판(114B)의 위치 및 자세가 획득되고, 투명 평판(114B)의 존재 영역이 특정된다.

이 경우에, 투명 평판(114B)에 결함이 없는 경우, 도 26에 도시된 바와 같이, 흑백 휘도 화상으로서 획득되는 화상 내의 존재 영역에서 낮은 콘트라스트 화상이 획득된다. 한편, 투명 평판(114B)에 결함(예컨대, 얼룩(45))이 있으면, 도 27에 도시된 바와 같이, 이 얼룩(45)에 대응하는 부분이 주변부보다 어두워지고, 부분적으로, 얼룩(45)에 대응하는 부분과 주변부 사이의 콘트라스트가 높아(명료해)진다.

이 특징을 이용함으로써, 휘도 화상의 투명 평판(114B)의 존재 영역에서, 흑백 휘도 화상의 휘도 분포가 변화하는 부분의 크기나 변화 정도가 정상 범위 내인지 여부가 판정된다. 즉, 미리 정해진 밝기보다 낮은 밝기를 가지는 화소수가 측정된다. 그 후에, 측정 결과에 기초하여, 결함의 존재 여부가 판정될 수도 있다. 예컨대, 측정 결과에서의 화소수가 미리 정해진 검사 임계치보다 크다고 판정하는 경우, 결함이 존재한다고 판정될 수도 있다. 그렇지 않으면, 결함이 없다고 판정될 수도 있다. 이렇게 함으로써, 투명 평판(114B) 상에 생성되는 얼룩, 상처 및 금 등의 표면 결함을 검출하는 것이 가능해질 수도 있어, 투명 평판(114B)이 무결함인지 결함인지 여부를 판정할 수 있게 한다.

또한, 종/횡 편광도 화상을 이용함으로써 투명 평판(114B)의 위치 및 자세가 특정된 후에, 흑백 휘도 화상에서 흑백 휘도 화상의 휘도 분포가 변화하는 부분의 크기나 변화 정도에 기초하여, 투명 평판(114B)의 표면에 형성(기입)되는 로고 및 마크 등의 문자 정보 및 디자인 패턴 정보를 검출하는 것이 바람직하다. 이렇게 함으로써, 예컨대, 형상의 판정뿐만 아니라 문자 정보 및 디자인 패턴 정보에 기초하여 투명 평판(114B)을 픽업하는 것이 가능해질 수도 있다.

투명 평판 검출 시스템

제2 실시예

본 발명의 다른 실시예에 따른 투명 평판 검출 시스템(1B)에 대해 설명한다. 본 발명의 본 실시예에 따른 투명 평판 검출 시스템(1B)은, 화상 획득 유닛(카메라(12)), 반사판(103) 및 화상 처리 장치(13)를 포함한다. 화상 획득 유닛(카메라(12))은, 투명 평판(114B)을 포함하는 영역의 화상을 투명 평판(114B)의 평면부의 법선 방향에 대하여 미리 정해진 각도로 획득함으로써 수직 편광 화상 및 수평 편광 화상의 화상들을 획득한다. 반사판(103)은, 투명 평판(114B)의 평면부의 법선에 대하여 화상 획득 유닛(카메라(12))과 대향하고, 투명 평판(114B)으로부터의 거울 반사광이 화상 획득 유닛(카메라(12))에 입사되도록 앙각을 가지고 배치된다. 화상 처리 장치(13)는, 수직 편광 화상 및 수평 편광 화상에 기초한 종/횡 편광도 화상의 종/횡 편광도의 분포에 기초하여 투명 평판(114B)을 검출한다.

도 28은 투명 평판 검출 시스템(1B)의 구성을 개략적으로 도시한다. 투명 평판 검출 시스템(1B)은, 투명 평판 배치부(11B), 카메라(12), 화상 처리 장치(13), 모니터(14), 로봇 컨트롤러(15) 및 로봇 핸드(16)를 포함한다. 카메라(12)는 흑백 휘도 화상 및 종/횡 편광도 화상 모두를 획득한다. 본 발명의 제2 실시예에 따른 투명 평판 검출 시스템(1B)은 차광판(102) 대신에 반사판(103)을 포함한다. 제1 실시예의 것과 유사한 점에 대한 설명은 적절하게 생략한다.

예컨대, 투명 평판 검출 시스템(1B)은 공장에 설치되고, 형광등(101)과 같은 실내 조명 아래에 배치된다. 또한, 투명 평판 검출 시스템(1B)은, 투명 평판 검출 시스템(1B)의 배치대(113)가 지면과 평행하도록 배치되고, 카메라(12)는, 투명 평판(114B)의 화상이 배치대(113)의 법선 방향에 대하여 미리 정해진 앙각으로 획득되도록 배치된다. 또한, 실내 조명이 투명 평판(114B)을 직접 조사하지 않으면서, 형광등(101)으로부터의 직접광이 아니라 주변으로부터의 광이 투명 평판(114B)에 입사되어, 주변으로부터의 광의 반사광이 카메라(12)에 입사되도록 반사판(103)이 배치된다. 그러나, 형광등(101) 바로 위로부터의 광은 부분적으로 차단될 수도 있다. 반사판(103)으로서는, 예컨대, 플라스틱판이 이용될 수도 있다.

반사판(103)을 배치함으로써, 형광등(101)으로부터의 직접 반사광으로서의 불필요한 반사광이 제거될 수도 있고, 카메라(12)는, 반사판(103)으로부터 입사되고, 투명 평판(114B)을 통해 투과되는 광의 화상을 획득한다. 결과적으로, 형광등(101)으로부터의 광 등의 외란광(disturbance light)에 의해 흐트러지지 않고 반사할 때에 생기는 편광 상태의 변화를 검출하는 것이 가능해질 수도 있다. 따라서, 투명 평판(114B)을 검출하는 정밀도를 향상시키는 것이 가능해질 수도 있다.

본 발명의 본 실시예에서와 같이, 투명 평판 반사광이 이용되는 경우, 투명 평판(114B) 아래의 상태는 특정 상태로 한정되지 않는다. 그러나, P 성분이 특히 반사되는 특성을 가지는 재료가 이용되는 것이 바람직하다. P 성분을 특히 반사하는 재료는 플라스틱 등의 내부 산란 특성을 가지는 재료를 포함한다. 따라서, 예컨대, 플라스틱 트레이가 투명 평판(114B) 아래에 배치되는 경우, 투명 평판(114B) 영역과 투명 평판(114B) 영역 외의 영역 사이의 콘트라스트가 높아(명료해)질 수도 있다.

투명 평판의 검출

본 발명의 본 실시예에 따른 투명 평판 검출 시스템(1B)에서의 카메라(12)는, 특히, 투명 평판(114B)에 비스듬히 입사되고, 투명 평판(114B)에 의해 반사되는 광의 편광 상태의 변화를 이용(검출)한다. 평행한 평판에 입사되는 광에서, 수직 성분(P 성분)의 반사율은 수평 성분(S 성분)의 반사율과 상이하다.

도 29는, θ의 입사각으로 1.5의 굴절률을 가지는 유리 평판에 입사되는 광의 반사율 특성을 도시한다. 구체적으로, 도 29에 도시된 바와 같이, 수평 성분(S 성분)의 반사율은 단조 증가한다. 그러나, 수직 성분(P 성분)의 반사율은 먼저 감소한 후에 증가한다.

투명 평판 검출 시스템(1B)은, 수평 성분(S 성분)의 반사율과 수직 성분(P 성분)의 반사율 사이의 변화(차이)를 이용한다. 이 경우에, 도 29에 도시된 바와 같이, 앙각이 약 70도인 경우, P 성분과 S 성분 사이의 차가 크고, 수평 성분(S 성분)의 반사율이 충분히 높다(20% 이상). 따라서, 예컨대, 50도와 70도 사이의 범위에서 앙각을 설정하는 것이 바람직하다.

상술된 바와 같이, 카메라(12)는 종/횡 편광도 화상을 획득한다. 예컨대, 종/횡 편광도 화상은, 수평 성분(S 성분)으로부터 수직 성분(P 성분)으로의 편광 방향에서 계조(계조치)를 가진다(예컨대, 256 계조). 이 경우에, 예컨대, S 성분을 가지는 광이 입사되는 경우, 암부가 표시된다. 한편, P 성분을 가지는 광이 입사되는 경우, 명부가 표시된다.

도 30a 및 도 30b는 카메라(12)에 의해 획득되는 화상의 예를 도시한다. 도 30a는 흑백 휘도 화상의 예를 도시하고, 도 30b는 종/횡 편광도 화상의 예를 도시한다.

도 30b에 도시된 바와 같이, 광이 투명 평판(114B)을 통해 투과하지 않는 배경 부분의 종/횡 편광도가 암부에 표시되도록 베이스가 선택되는 경우, 광이 투명 평판(114B)을 통해 투과한 영역의 종/횡 편광도는 명부측으로 시프트된다. 한편, 도 30a의 흑백 휘도 화상에서는, 투명 평판(114B)의 에지부만이 조금 백색으로 표시된다. 따라서, 화상 처리에서, 투명 평판(114B)을 배치대(113)로부터 구별하는 것이 어려울 수도 있다.

상술된 바와 같이, 종/횡 편광도 화상이 이용되는 경우, 획득된 화상에서의 투명 평판(114B)의 존재 영역에 대응하는 부분이 명부 또는 암부에 표시된다. 결과적으로, 이 부분과 나머지 부분 사이의 콘트라스트가 높아(명료해)진다. 이 특징 때문에, 상술된 화상 처리 플로우에 기초하여, 투명 평판(114B)의 존재 영역을 검출하고, 또한, 투명 평판(114B)의 위치, 자세, 크기 등을 검출하는 것이 가능해질 수도 있다.

상술된 바와 같이, 본 발명의 본 실시예에 따른 투명 평판 검출 시스템(1B)에서는, 반사면(115)으로부터 투명 평판(114B)에 비스듬히 입사되는 투과광의 편광 상태의 변화가 이용되고, 거울 반사광의 불필요한 광이 차단된다. 따라서, 투명 평판(114B)이 존재하는 부분과 다른 부분 사이의 콘트라스트가 높아(명료해)질 수도 있어, 투명 평판(114B)을 검출할 수 있게 한다. 또한, 종/횡 편광도 화상 데이터가 획득된다. 따라서, 투명 평판(114B) 아래에 배치되는 편광 필터(112)(베이스)의 방향에 의존하지 않고, 투명 평판(114B)의 편광 변화를 검출하는 것이 가능해질 수도 있어, 캘리브레이션 동작을 제거할 수 있게 한다. 또한, 회전 기구가 불필요해질 수도 있다(과제 3이 해결될 수도 있음). 또한, 투명 평판(114B)으로부터의 거울 반사광이 화상 획득 유닛(카메라(12))에 입사되지 않고, 투명 평판(114B)을 통해 투과되는 광이 이용된다. 따라서, 전용 조명 장치를 제공하는 것이 불필요하고, 형광등(101) 하에서도, 투명 평판(114B)을 검출하는 것이 가능해질 수도 있다(과제 1이 해결될 수도 있음). 또한, 배치대(113)가 트레이 위에 배치되고, 투명 평판(114B)이 배치대(113) 상에 배치되는 상태에서나, 투명 평판(114B)이 배치대(113) 상에 직접 배치되는 상태에서, 투명 평판(114B)을 검출하는 것이 가능해질 수도 있다(과제 2가 해결될 수도 있음).

본 발명은 완전하고 명료한 개시를 위해 특정 실시예에 대해 설명되어 있지만, 첨부된 특허청구범위는 이렇게 한정되지 않으며, 여기에 제시된 요지에 완전히 포함되고, 당업자에 의해 발상될 수도 있는 모든 변경 및 대안 구성을 포함하는 것으로 해석될 것이다.

본 출원은, 2010년 2월 15일에 출원된 일본 특허 출원 제2010-030238호 및 2010년 2월 15일에 출원된 일본 특허 출원 제2010-030247호에 기초하고, 우선권의 이익을 주장하며, 이것의 전체 내용은 여기에 참조로서 포함된다.

1A 투명체 검출 시스템 1B 투명 평판 검출 시스템
11A 투명체 배치부 11B 투명 평판 배치부
12 카메라(화상 획득 유닛) 13 화상 처리 장치
14 모니터 15 로봇 컨트롤러
16 로봇 핸드 20a, 20b 편광 필터
21 광학계 22 렌즈 어레이
23 차광 스페이서 24 편광 필터
25 스페이서 26 고체 촬상 유닛
27a, 27b 광축 28a, 28b 렌즈
29a, 29b 개구부 30a, 30b 편광자 영역
31 개구부 32 기판
33a, 33b 고체 촬상 소자 34 하프 미러 박스
35 미러 36 수직 편광 필터
37 수평 편광 필터 38, 39 CCD
40 수광 소자 어레이 41 편광 필터 영역(세로)
42 편광 필터 영역(가로) 43 누락 부분
44 버 45 오물
101 형광등 102 차광판
103 반사판 111 트레이
112 편광 필터 113 배치대
114A 투명체 114B 투명 평판
115 반사면 131 A/D 변환부
132 메모리 133 표시 제어부
135 CPU

Claims

투과광의 편광 방향이 변화하는 특성을 가지는 투명체를 포함하는 제1 영역의 화상을 획득함으로써 수직 편광 화상 및 수평 편광 화상을 획득하는 화상 획득 유닛;
상기 투명체가 배치될 배치대;
상기 배치대를 가로질러 상기 화상 획득 유닛과 대향하고, 제2 영역을 포함하는 위치에 배치되는 편광 필터로서, 상기 제2 영역의 화상은, 상기 제1 영역에서 적어도 상기 투명체를 포함하고 획득되는 것인 편광 필터;
광이 그 아래에 배치된 상기 투명체를 직접 조사하는 것을 방지하도록 배치되는 차광 부재; 및
상기 수직 편광 화상 및 상기 수평 편광 화상에 기초한 종/횡 편광도 화상의 종/횡 편광도의 분포에 기초하여 상기 투명체를 검출하는 화상 처리 장치
를 포함하는 투명체 검출 시스템.
투과광의 편광 방향이 변화하는 특성을 가지는 투명체를 포함하는 제1 영역의 화상을 획득함으로써 수직 편광 화상 및 수평 편광 화상을 획득하는 화상 획득 유닛;
상기 투명체가 배치될 배치대로서, 상기 배치대는 제3 영역의 편광 방향과 동일한 편광 방향을 가지는 광을 반사하며, 상기 제3 영역의 화상은 상기 투명체를 포함하지 않고 획득되는 것인 배치대;
상기 배치대를 가로질러 상기 화상 획득 유닛과 대향하도록 배치되고, 상기 수직 편광 화상 및 상기 수평 편광 화상 중 하나의 계조치(gradation value)가 상기 수직 편광 화상 및 상기 수평 편광 화상 중 다른 하나의 계조치보다 높은 특성을 가지는 베이스;
광이 그 아래에 배치된 상기 투명체를 직접 조사하는 것을 방지하도록 배치되는 차광 부재; 및
상기 수직 편광 화상 및 상기 수평 편광 화상에 기초한 종/횡 편광도 화상의 종/횡 편광도의 분포에 기초하여 상기 투명체를 검출하는 화상 처리 장치
를 포함하는 투명체 검출 시스템.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 화상 처리 장치는, 상기 검출된 투명체의 위치 및 자세를 검출하는 것인 투명체 검출 시스템.
제3항에 있어서,
로봇 핸드; 및
상기 로봇 핸드를 제어하는 로봇 컨트롤러
를 더 포함하고,
상기 로봇 컨트롤러는, 상기 검출된 투명체의 위치에 기초하여 상기 로봇 핸드를 이동시키고, 상기 검출된 투명체의 자세에 기초하여 상기 투명체를 픽업하게 하는 것인 투명체 검출 시스템.
제3항에 있어서, 상기 화상 처리 장치는, 상기 검출된 투명체의 위치 및 자세에 기초하여 상기 투명체의 존재 영역을 결정하고,　2 이상의 상기 투명체의 존재 영역을 비교하며, 상기 투명체의 형상의 결함을 검출하는 것인 투명체 검출 시스템.
제3항에 있어서, 상기 화상 처리 장치는, 상기 검출된 투명체의 위치 및 자세에 기초하여 상기 투명체의 존재 영역을 결정하고, 상기 수직 편광 화상 및 상기 수평 편광 화상에 기초한 흑백 휘도 화상의 휘도 분포에 기초하여 상기 투명체의 외관의 결함을 검출하는 것인 투명체 검출 시스템.
제3항에 있어서, 상기 화상 처리 장치는, 상기 검출된 투명체의 위치 및 자세에 기초하여 상기 투명체의 존재 영역을 결정하고, 상기 수직 편광 화상 및 상기 수평 편광 화상에 기초한 흑백 휘도 화상의 휘도 분포에 기초하여 문자 정보 및 디자인 패턴 정보 중 하나 이상을 검출하며, 상기 문자 정보 및 디자인 패턴 정보는 상기 투명체의 표면에 형성되는 것인 투명체 검출 시스템.
제3항에 있어서, 상기 투명체는, 빈 병 또는 투명한 액체로 채워진 병에서 혼합될 투명 이물이고,
상기 화상 처리 장치는, 상기 수직 편광 화상 및 상기 수평 편광 화상에 기초한 상기 종/횡 편광도 화상의 상기 종/횡 편광도의 상기 분포에 기초하여 상기 빈 병 또는 상기 투명한 액체로 채워진 상기 병에서 상기 투명 이물이 혼합되는지 여부를 판정하는 것인 투명체 검출 시스템.
투명 평판을 포함하는 영역의 화상을 획득함으로써 수직 편광 화상 및 수평 편광 화상을 획득하는 화상 획득 유닛으로서, 상기 화상은, 상기 투명 평판의 평면부의 법선에 대해서 미리 정해진 각도로 획득되는 것인 화상 획득 유닛;
상기 투명 평판이 배치될 배치대;
상기 투명 평판과 상기 화상 획득 유닛을 지나는 광로 상에 배치되며, 상기 배치대의 아래에 배치되는 반사면;
상기 투명 평판의 평면부의 상기 법선에 대해서 상기 화상 획득 유닛과 대향하도록 배치되며, 광이 그 아래에 배치된 상기 투명 평판을 직접 조사하는 것을 방지하고, 상기 투명 평판의 평면부로부터의 거울 반사광이 상기 화상 획득 유닛에 입사되는 것을 방지하는 차광 부재; 및
상기 수직 편광 화상 및 상기 수평 편광 화상에 기초하는 종/횡 편광도 화상의 종/횡 편광도의 분포에 기초하여 상기 투명 평판을 검출하는 화상 처리 장치
를 포함하는 투명 평판 검출 시스템.
투명 평판을 포함하는 영역의 화상을 획득함으로써 수직 편광 화상 및 수평 편광 화상을 획득하는 화상 획득 유닛으로서, 상기 화상은, 상기 투명 평판의 평면부의 법선에 대해서 미리 정해진 각도로 획득되는 것인 화상 획득 유닛;
상기 투명 평판의 평면부의 상기 법선에 대해서 상기 화상 획득 유닛과 대향하도록 배치되며, 광이 그 아래에 배치된 상기 투명 평판을 직접 조사하는 것을 방지하고, 상기 투명 평판의 평면부로부터의 거울 반사광이 상기 화상 획득 유닛에 입사되도록 앙각(elevation angle)을 가지는 반사 부재; 및
상기 수직 편광 화상 및 상기 수평 편광 화상에 기초하는 종/횡 편광도 화상의 종/횡 편광도의 분포에 기초하여 상기 투명 평판을 검출하는 화상 처리 장치
를 포함하는 투명 평판 검출 시스템.
제9항 또는 제10항에 있어서, 상기 화상 처리 장치는, 상기 검출된 투명 평판의 위치 및 자세를 검출하는 것인 투명 평판 검출 시스템.
제11항에 있어서,
로봇 핸드; 및
상기 로봇 핸드를 제어하는 로봇 컨트롤러
를 더 포함하고,
상기 로봇 컨트롤러는, 상기 검출된 투명 평판의 위치에 기초하여 상기 로봇 핸드를 이동시키고, 상기 검출된 투명 평판의 자세에 기초하여 상기 투명 평판을 픽업하게 하는 것인 투명 평판 검출 시스템.
제11항에 있어서, 상기 화상 처리 장치는, 상기 검출된 투명 평판의 위치 및 자세에 기초하여 상기 투명 평판의 존재 영역을 결정하고,　2 이상의 상기 투명 평판의 존재 영역을 비교하며, 상기 투명 평판의 형상의 결함을 검출하는 것인 투명 평판 검출 시스템.
제11항에 있어서, 상기 화상 처리 장치는, 상기 검출된 투명 평판의 위치 및 자세에 기초하여 상기 투명 평판의 존재 영역을 결정하고, 상기 수직 편광 화상 및 상기 수평 편광 화상에 기초한 흑백 휘도 화상의 휘도 분포에 기초하여 상기 투명 평판의 외관의 결함을 검출하는 것인 투명 평판 검출 시스템.
제11항에 있어서, 상기 화상 처리 장치는, 상기 검출된 투명 평판의 위치 및 자세에 기초하여 상기 투명 평판의 존재 영역을 결정하고, 상기 수직 편광 화상 및 상기 수평 편광 화상에 기초한 흑백 휘도 화상의 휘도 분포에 기초하여 문자 정보 및 디자인 패턴 정보 중 하나 이상을 검출하며, 상기 문자 정보 및 디자인 패턴 정보는 상기 투명 평판의 표면에 형성되는 것인 투명 평판 검출 시스템.