異物検査装置
【課題】本発明は、試料、特に食品の製造、検査の過程で、食品に混入した異物を高速かつ高精度に検出することができる異物検査装置を提供することを目的とする。
【解決手段】上記課題を解決するために、連続的に試料を移送する搬送手段と、ストロボ光源と、該ストロボ光源からの光を反射して試料の表面や裏面を間接的に照射する反射板と、ストロボ光源の発光と同期して試料を撮影する撮影手段とを備え、上記撮影手段は、試料からの反射光の波長帯域を少なくとも２つ以上に分けて撮影するものであり、それぞれの画像または差分画像から組み合わせて画像を生成し、異物を強調するようにしたものである。
【解決手段】上記課題を解決するために、連続的に試料を移送する搬送手段と、ストロボ光源と、該ストロボ光源からの光を反射して試料の表面や裏面を間接的に照射する反射板と、ストロボ光源の発光と同期して試料を撮影する撮影手段とを備え、上記撮影手段は、試料からの反射光の波長帯域を少なくとも２つ以上に分けて撮影するものであり、それぞれの画像または差分画像から組み合わせて画像を生成し、異物を強調するようにしたものである。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、試料の製造、検査の過程において、混入した異物の検査装置に関し、特に、食品の製造、検査の過程で食品に混入した異物の高速かつ高精度な検出を可能にする異物検査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
試料、特に、食品の製造過程や検査過程において、金属、石、ガラス、毛髪、虫等の異物が混入するケースがあり、食品衛生上の問題となっている。このため、近年では多くの食品製造メーカが金属検査機やＸ検査装置を採用し、食品の製造過程において食品に混入した金属、石、ガラスの除去作業を行っている。しかしながら、上記の検査装置では毛髪や虫等の検出が非常に困難であるため、現状は作業員による目視検査に頼らざるを得ず、検査コストの増大や見逃しが問題となっている。
【０００３】
そこで、このような問題を解決すべく、いくつかの異物の検査方法が提案されている。製造過程で例えばベルトコンベア上を流れる食品にＬＥＤや蛍光灯の光源を当て、異物を検知する異物検査方法が提案されている。この場合、髪の毛のような細い異物が移動すると、撮影時に画像が流れて検出感度が悪くなり、検出が困難になるという問題があった。
【０００４】
また、食品に広帯域光を照射し、可視光、近赤外光、中近赤外光の透過光画像を形成し、それぞれの画像について２値化処理し、いずれかの画像でパターンが発見された場合に、異物として検出する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。しかし、このような２値化処理では、照明条件が変動した場合、二値化処理が正常に機能せず、検出困難になるといった問題がある。
【０００５】
また、食品と異物の可視−近赤外の吸収スペクトルを測定し、食品と異物の２次微分スペクトルを計算し、両者の間で差異のある波長を特定し、その特定波長を利用した２次微分画像を生成し、異物を検出する方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。しかし、このような方法では、検査対象の食品が変わる度に食品と異物の吸収スペクトルを測定し、差異のある波長を特定する作業が発生すため、手間とコストがかかるといった問題がある。
【０００６】
また、製造、検査過程で例えばベルトコンベア上を高速で流れている食品を検査する場合、検査対象とする領域の面積が大きくなり、可視光以外の光の撮影は現実的には困難であり、上記の方法を異物検査装置として実現するには困難がともなうと予想される。
【０００７】
【特許文献１】特開２００１−９９７８３号公報
【特許文献２】特開２００４−３０１６９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
食品の製造、検査過程において、例えばベルトコンベア上を流れる食品に混入した異物を検出する場合、多量の食品をいかに高速でかつ誤検知のない検査をするかが重要である。
【０００９】
そのためには、食品の搬送速度を上げた上で、食品のすべてを検査するように検査対象領域を広くし、撮影した画像から異物を検出する画像処理速度を上げる必要がある。しかし、食品の搬送速度が速くなると画像が流れ、検査対象領域を広くすると撮影機の分解能が悪くなり、髪の毛のような細い物質を識別することは困難になる。
【００１０】
本発明は、試料、特に食品の製造、検査の過程で、食品に混入した異物を高速かつ高精度に検出することができる異物検査装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するために、本発明の実施態様は、連続的に試料を移送する搬送手段と、ストロボ光源と、該ストロボ光源からの光を反射して試料の表面や裏面を間接的に照射する反射板と、ストロボ光源の発光と同期して試料を撮影する撮影手段とを備え、上記撮影手段は、試料からの反射光の波長帯域を少なくとも２つ以上に分けて撮影するものであり、それぞれの画像または差分画像から組み合わせて画像を生成し、異物を強調するようにしたものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の実施態様によれば、試料、特に食品の製造、検査の過程で、食品に混入した異物を高速かつ高精度に検出することができる異物検査装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明の一実施態様は、光源としてＸｅランプなどのストロボ光を用い、短い発光時間で瞬時に測定を行うことで、画像中の異物のブレを少なくする。
【００１４】
また、波長帯域ごとに分離した各画像やその差分画像を使用することにより、誤検知や検知欠落が少なくなる。さらには、画像から特異な領域を抽出し、その領域のみを検査対象とすることにより、高速な検知を行うことができる。
【００１５】
本実施例では、光としてＬＥＤや蛍光灯に比べて、発光量が１桁から２桁多いストロボ光を用いる。ストロボ光の光源は、可視領域では比較的平坦な周波数分布を持つＸｅランプなどを用いる。
【００１６】
ストロボ光を用いることにより、短い発光時間で瞬時に測定を行うことができるため、食品が高速に移動しても、画像のブレがほとんどなくなる。また、発光量が多いためのぎらつきは、ストロボ光を食品へ直接照射するのではなく、反射板を用いて間接照明にすることで抑えることができる。
【００１７】
異物の検出は、波長帯域ごとに分離した各画像や、その差分画像を用い、異物と食品の分光特性の差異から、輝度変化のある領域を抽出することで、異物を識別可能とする。
【００１８】
以下、図面を用いて、本発明の一実施例を説明する。
【００１９】
図１は、食品の製造過程の一部に異物検査装置を設置したシステムの構成を示す構成図である。
【００２０】
図１（ａ）において、異物検査装置１は、食品供給装置２０から供給された検査対象である試料４を検査し、検査結果に従って仕分け手段１９で試料４が仕分けされる。検査の結果、試料４に異物が混入していると判定された場合には、その試料４は、トレイ２１へ収納され、異物混入のない良品と区別される。
【００２１】
異物検査装置１には、搬送手段２が設けられ、搬送手段２の上に重ならないように置かれた試料４が移動する間に検査のための光が照射される。搬送手段２は、例えば一定幅を持つベルトで構成されたベルトコンベアであり、モータなどの搬送駆動装置３によって駆動される。
【００２２】
搬送手段２の上の試料４に光を照射するための光源ユニット５が搬送手段２を覆うように設けられ、試料４に光が照射される。
【００２３】
図１（ｂ）は、光源ユニット５の断面図であり、図１（ａ）中に白矢印で示した試料４が搬送される方向から見たものである。
【００２４】
光源ユニット５の内部に、搬送手段２のベルトの両端に、移動方向に沿ってストロボ光源１１ａ、１１ｂを配置している。ストロボ光の発光量が多いためのぎらつきは、ストロボ光を食品へ直接照射するのではなく、反射板を用いて間接照明にすることで抑えるようにしている。
【００２５】
ストロボ光源１１ａ、１１ｂの発光部はほぼ上向きに光が出るようにカバーを取付けて試料４から隠れるように設置され、光が試料４に直接当らないようにしている。反射板１２は、ストロボ光源１１ａ、１１ｂから出た光を反射して、間接的に試料４へ照射されるようにする。
【００２６】
反射板１２は、試料４の搬送方向に沿った半円筒形状とし、光が試料４にできるだけ均一に当るようにしている。
【００２７】
なお、試料４で反射した反射光１３を撮影するときは、カメラ等の撮影手段６のレンズ１０の下方に試料４がきたときなので、反射板１２を試料４の撮影位置を中心とする半球形状とすれば、より多くの間接照明光を試料４へ照射することができる。
【００２８】
図１（ａ）に戻って、反射板１２の上方に撮影手段６が設けられ、レンズ１０の下方の試料４を撮影する。撮影手段６もストロボ光源１１ａ，１１ｂの光が直接入らないような位置としている。
【００２９】
撮影手段６は、レンズ１０と、フィルタ９と、光を分光するためのプリズム７と、１つ以上の撮像素子８とで構成される。試料４からの反射光１３は、レンズ１０を経由し、プリズム７で３つの波長帯域に分光され、それぞれＣＣＤやＣＭＯＳ等の撮像素子８で受光される。
【００３０】
３つの波長帯域は、主に赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）である。分光する波長帯は、特にこのＲＧＢにこだわらなくても、２つ以上の波長帯域に分光できれば、本発明における異物判別を行える。また、必要に応じ、レンズ１０の前段にフィルタ９を設け、不要な波長を取り除いてもよい。
【００３１】
撮像素子８で受光された画像は、異物検出手段１６に設けられた画像間演算手段１５に導かれ、それぞれの画像から特異な輝度値変化分を抽出する。その後、異物検出手段１６にて、特異な輝度値変化分から異物の検出を行う。
【００３２】
異物検出手段１６はコンピュータであり、入力された画像データに対し、定められたプログラムに従って演算処理を行い、その結果を接続されたディスプレイ１７に表示する。また、異物検出手段１６には制御手段１８が接続され、異物を検出した後の対象試料４を仕分けする仕分け手段１９の制御を行う。
【００３３】
また、制御手段１８は、異物検出手段１６から送信される指令データに従って、撮影手段６による撮影の制御、ストロボ光源１１ａ、１１ｂの発光と撮影の同期をとるための制御、搬送手段２の搬送速度と撮影タイミングの制御を行う。
【００３４】
図２は、ストロボ発光と撮影のタイミングを示すタイムチャートである。タイミングの制御は、図１（ａ）に示した異物検出手段１６から送信される指令データに従って、制御手段１８により実行される。
【００３５】
図２（ａ）において、搬送手段２により試料４は速度Ｖで移動しており、撮影手段６により一定の範囲、すなわち撮影エリア３０ａ、３０ｂを撮影するものとする。撮影幅Ａは、撮影漏れをなくすために、撮影時間Ｔ＝Ａ／Ｖのタイミングで撮影する。
【００３６】
図２（ｂ）は、露光に必要な露光時間ｔ１を示し、従来の場合は、ＬＥＤや蛍光灯を常時点灯しておき、必要な光量３１を得るために、撮影手段６の露光時間ｔ１を長くすることで対応していた。
【００３７】
ＬＥＤや蛍光灯は光強度が低いため、露光時間ｔ１を長くしないと異物を識別できるだけの光量３１が得られない。しかし、露光時間ｔ１を長くすると、異物が流れた状態の画像となってしまう可能性があり、調整が困難であった。
【００３８】
図３は、露光時間を変えて髪の毛を撮影したときの画像の例を示す図であり、図３（ａ）は、従来のＬＥＤや蛍光灯を常時点灯しておき、露光時間ｔ１を長くしたときの例、図３（ｂ）は、本発明のストロボ光を用いた例である。
【００３９】
図３（ａ）に示すように、髪の毛などの線状異物３５は画像が流れて、異物像３６は、速度Ｖと露光時間ｔ１の積で求められる長さに引き伸ばされた形状になる。そして、広がった面積分の輝度が低下し、撮影感度が極端に悪くなる欠点がある。
【００４０】
例えば、線状異物３５の幅が５０μｍ、移動速度Ｖが２００ｍｍ／ｓ、露光時間ｔ１が１ｍｓとすると、引き延ばされた長さＶ・ｔ１は２００μｍとなり、元の幅５０μｍの４倍に広がる。
【００４１】
そして、輝度値は４分の１に低下し、形状が崩れるので、異物の識別が困難になってしまう。髪の毛のように細い異物や、小さい異物ほどこの影響が大きくなり、しかも、移動速度Ｖが大きくなるにつれて輝度値の低下が大きくなるので、従来の方式では、異物の検出がほとんどできなくなる。
【００４２】
また、光量を得るためにレンズ１０の絞りを大きくすると、光量は増えるが焦点深度が浅くなるため、撮影エリア全体の焦点を合せることが困難になり、光量と焦点深度のバランスをとるのが困難であった。
【００４３】
本発明の実施例では、光源として、発光輝度がＬＥＤや蛍光灯に比べ１桁から２桁大きいストロボ光源を用いた。
【００４４】
例えば、Ｘｅストロボ光源は、波長帯域が３００から９００ｎｍの可視光範囲で比較的平坦な特性を持つ。図２（ａ）に示した撮影エリア３０ａ，３０ｂを撮影するために、従来と同じく、撮影時間Ｔ＝Ａ／Ｖのタイミングで撮影する。
【００４５】
一方、図２（ｃ）に示すように、ストロボを、発光時間ｔ２と、周期Ｔ＝Ａ／Ｖで発光させ、光量３２を得る。ストロボ光源は、発光輝度がＬＥＤや蛍光灯に比べ１桁から２桁大きいので、図２（ｂ）に示す露光時間ｔ１は、少なくともストロボの発光時間ｔ２より長ければ撮影可能であるので任意の値でよく、上限は撮影エリアの撮影幅Ａである。
【００４６】
ストロボは輝度強度が大きいため、発光時間を従来のＬＥＤや蛍光灯などの光源に比べ、１桁から２桁小さくできる。そのため、図３（ｂ）示すように、髪の毛などの線状異物３５は、画像がほとんど流れず、原形の異物の形状に近い異物像３７になる。
【００４７】
したがって、輝度低下が少なく、異物検出の感度が悪くなることはない。例えば、異物の幅が５０μｍ、移動速度Ｖが２００ｍｍ／ｓ、発光時間ｔ２が０．０５ｍｓとすると、引き延ばされた長さＶ・ｔ２は１０μｍとなり、元の異物のたかだか１．２倍の幅の広がりに抑えられている。
【００４８】
このように、輝度も落ちず、形状も変わらないので、髪の毛のような細い異物、小さい異物を、移動速度が速くても検出することができる。また、輝度が高いことから反射光の光量が大きく、レンズ１０の絞りを絞って焦点深度を深くすることができるため、撮影エリア全体の焦点がぼけることも防止できる。さらに、瞬時に高輝度で撮影するため、振動や、外から進入する光などの外乱の影響も受けにくいという利点がある。
【００４９】
ストロボ光源は光量が大きいので、試料に直接照射すると試料の表面にテカリやぎらつきが発生し、本来の試料や異物の正しい分光反射が得られないことがある。そのため、反射板１２を設け、反射板１２で反射した照明光を試料４に間接的に照射する方法を取る。
【００５０】
また、試料４の影は撮影像として、異物と認識したりするので、できるだけ影をなくすために照明光が試料４に各方向からできるだけ均一に当たるように、反射板１２を半円筒形状や半球形状とすることが望ましい。
【００５１】
図４、図５は、図１（ｂ）と同じく、光源ユニット５の断面図であり、試料４に多くの照明光を照射するための構造を示す例である。
【００５２】
試料４に高さがあると影が出やすいので、図４に示すように、試料４の側面に光を当てるように補助の反射板１２ａ，１２ｂを設け、影をなくすようにする。さらに、この補助の反射板１２ａ，１２ｂにスリットを設けて櫛状とし、スリットの幅等を変えることで反射面積を変えるようにすることで、試料４の側面からの光量を調整することができる。
【００５３】
また、図５に示すように、搬送手段２のベルトをある程度透過する光を、ベルトの下側から当てるように光源２２を設けてもよい。ただし、この場合、ストロボ光源１１ａ，１１ｂの光量とのバランスを考慮して光源２２の光量を選択する必要がある。また、搬送手段２のベルトを透過させるので、ベルトの構造に配慮する必要がある。
【００５４】
異物検出後の試料４の仕分けは、図１（ａ）に示した制御手段１８と仕分け手段１９によって行われる。異物検出の位置は異物検出手段１６によって、図２（ａ）に示した撮像エリア３０ａ内の位置を算出し、その位置から仕分け手段１９までの距離が計算できる。
【００５５】
搬送速度Ｖから仕分け手段１９までの時間を割り出し、仕分け手段１９の上に対象の試料４がきたら仕分け機構を動作させ、トレイ２１に収納する。また、搬送手段２の搬送駆動装置３にエンコーダを付け、そのパルスから距離を算出することも可能である。
【００５６】
図６は、仕分け手段とトレイの一部の斜視図である。
【００５７】
図１（ｂ）に示した搬送手段２の横方向に多くの試料４が並び、しかも異物が付着した試料４がそのうち１つだけであった場合に、仕分け手段１９が単純に上下するだけであると、横に並んだ良品の試料４も一緒にトレイ２１に収納されてしまうことになり、無駄が発生してしまう。
【００５８】
そこで、図６に示すように、エアー４２を試料４に吹付けることで、異物が付着した試料を異物トレイ４３へ、良品の試料をトレイ４４へ収納するようにする。
【００５９】
搬送手段２の出口は、試料４がトレイ４４に落下して収納されるようになっている。また、搬送手段２とトレイ４４の間には、エアーノズル４０を搬送手段２のベルト幅方向（Ｙ軸方向とする）に複数個並べ、それぞれのエアーノズル４０が電磁弁４１でエアー４２の噴出し量を制御できるようにしている。エアー４２の噴出しにより飛ばされた試料４及び線状異物３５は、異物トレイ４３に収納される。
【００６０】
搬送された試料４に線状異物３５が検出されると、制御手段１８で搬送方向（Ｘ軸方向とする）とＹ軸方向の位置を計算し、搬送手段２の出口で、その試料４のＸ座標とＹ座標に対応したエアーノズル４０がエアー４２を噴出する。エアー４２をかけられた試料４と線状異物３５は、異物トレイ４３に収納される。エアー４２が噴出した部位は試料４のＸ座標とＹ座標の位置のみなので、良品と異物が付着した試料４とを区別して、良品の試料４は異物トレイ４３でなくトレイ４４へ収納することができる。
【００６１】
図７は、食品供給装置と搬送手段の一部の斜視図である。
【００６２】
図１（ａ）に示した異物検査装置１は、主に線状異物を検査するものなので、線状でない異物や食品に表面張力で付着している液体は検出するのが困難である。
【００６３】
したがって、これらの異物を事前に除去しておくことが望ましい。食品供給装置２０には試料４が搭載されているが、線状異物３５、小異物３８、水分などの液体３９も一緒に搭載されている場合、搬送手段２に試料４を供給する手前の位置で、小異物３８や液体３９が通過可能なスリット５１を食品供給装置２０の幅方向に設ける。
【００６４】
そして、食品供給装置２０に振動を加えて、スリット５１から小異物３８や液体３９が取り除かれるようにする。取り除かれた小異物３８や液体３９は異物受け５２に集められる。
【００６５】
図８は、異物からの反射光の波長と反射率の関係を表すグラフである。
【００６６】
図１（ａ）に示した撮影手段６は、レンズ１０と、受光した光を分光するためのプリズム７と、１つ以上の撮像素子８とから構成され、試料４からの反射光１３はレンズ１０を経由し、プリズム７で赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３つの波長帯域に分光され、それぞれの波長帯域がＣＣＤやＣＭＯＳ等の撮像素子８で受光される。
【００６７】
なお、プリズム７と撮像素子８とが一体になったカメラも市販されているので、これを使用してもよい。
【００６８】
図８において、一般的に食品６２の特性は、波長により反射率の山谷があるが、髪の毛のような異物は、比較的平坦な反射率を示す。また、異物Ａ６０は反射率が高く、異物Ｂ６１は反射率が低いものであるとする。図中、Ｂは青、Ｇは緑、Ｒは赤の波長領域を示す。
【００６９】
図９は、撮像素子８で撮影した異物の画像の例を示す画面図で、図９（ａ）はＢ画面、図９（ｂ）はＧ画面、図９（ｃ）はＧ画面とＢ画面の差をとったＧ−Ｂ画面である。
【００７０】
撮像素子８で撮影したＲ画像、Ｇ画像、Ｂ画像は、画像間演算手段１５に送信され、それぞれの画像が生成される。また、画像は微小な画素から構成されているので、画像同士の差を演算することもできる。
【００７１】
図９（ａ）に示すＢ画面において、画像全体は食品６２ａの表面であり、その上に異物６０ａと異物６１ａが付着している。食品６２ａの明るさに比べて、異物６０ａは明るく、異物６１ａは暗い輝度で撮影されている。
【００７２】
図９（ｂ）に示すＧ画面は、食品６２ｂは図９（ａ）に示した食品６２ａよりも暗くなり、食品６２ｂに比べて、異物６０ｂは明るく、異物６１ｂは暗い輝度で撮影されている。
【００７３】
図８に示すように、異物Ａ６０と食品６２の反射率が、青（Ｂ）の波長帯域では近接し、Ｂ画面では両者の識別が困難になる可能性がある。図９（ｃ）は図９（ａ）に示したＢ画面と図９（ｂ）に示したＧ画面の差をとった画面であり、異物と食品の反射率が近接して識別が困難になることを防ぐことができる。
【００７４】
図８において、Ｂ波長帯域とＧ波長帯域において、異物Ａ６０と異物Ｂ６１の反射率はあまり変わらないが、食品６２の反射率は大きく変わっている。
【００７５】
したがって、Ｂ画面とＧ画面の差をとると、異物Ａ６０と異物Ｂ６１は反射率の差が小さいのに対して、食品６２の反射率の差が大きく、図９（ｃ）に示すように、Ｇ−Ｂ画面では、差が小さい異物６０ｃと異物６１ｃと、差が大きい食品６２ｃとはコントラストが強調されるので、異物６０ｃと異物６１ｃを容易に識別することができる。
【００７６】
画面の差分では、反射率の特性に従って、明るいか暗いかのいずれかになるので、画像処理で行われる２値化処理には非常に都合のいい手法である。
【００７７】
上記の例では、Ｂ波長帯域と、Ｇ波長帯域に着目して説明したが、Ｒ波長帯域についても同様である。図８の例では、Ｂ波長帯域とＲ波長帯域が類似の特性を示しているので、Ｇ画面とＲ画面の差をとっても、Ｇ画面とＢ画面の差の場合と同じ結果を得ることができる。
【００７８】
図１０は、図８と同じく、異物からの反射光の波長と反射率の関係を表すグラフであるが、食品６２の反射率特性が異なり、波長を変えても平坦な特性を有している場合の例である。
【００７９】
また、図１１は、撮像素子８で撮影した異物の画像の例を示す画面図で、図１１（ａ）はＢ画面、図１１（ｂ）はＧ画面、図１１（ｃ）はＧ画面とＢ画面の差をとったＧ−Ｂ画面である。
【００８０】
図１１（ａ）に示すＢ画面では、食品６２ｄと異物６１ｄの反射率の差が大きいので、異物６１ｄが識別できる。食品６２ｄと異物６０ｄの反射率の差も大きいが、いずれも反射率が大きいので、コントラストが明確でなくなるが、一応異物６０ｄは識別できる。
【００８１】
図１１（ｂ）に示すＧ画面でも同様に、食品６２ｅと異物６１ｅの反射率の差が大きいので、異物６１ｅが識別でき、食品６２ｅと異物６０ｅの反射率の差も大きいので、異物６０ｅが識別できる。
【００８２】
一方、図１１（ｃ）に示すＧ−Ｂ画面では、図１０からわかるように、食品６２ｆ、異物６０ｆ、異物６１ｆのいずれも、Ｂ波長帯域とＧ波長帯域の反射率の差が小さいので、それぞれの差は同程度になり、識別できなくなってしまう。
【００８３】
食品は、様々な成分や色を有しているので、Ｒ，Ｇ，Ｂそれぞれの波長帯域の画面と、相互の差をとった画面の中から、食品と異物を識別するのに適切な画面をはじめに選択し、その後、その画面に着目して検査を行う。
【００８４】
このようにすれば、多くの画面を一度に見る手間が省けるので、見逃し等の誤りを防止することができる。
【００８５】
図１２は、図８と同じく、異物からの反射光の波長と反射率の関係を表すグラフ、図１３は、図９と同じく、撮像素子で撮影した異物の画像の例を示す画面図である。
【００８６】
食品が、ひとつの成分や表面でできているとは限らず、ひとつの食品の表面の反射率特性が複数ある場合、例えば、図１２に示すように、食品６２の反射率の特性が、イ、ロ、ハの３種類である場合を考える。Ｂ波長帯域では、黒い四角印で示す異物Ｂ６１の反射率よりも、白い四角印で示す異物Ａ６０の反射率の方に、食品６２のイの反射率が近接している。
【００８７】
したがって、Ｂ画面では、異物Ｂ６１は識別できるが、異物Ａ６０は識別が難しいであろうと予測できる。
【００８８】
図１３に示すように、Ｇ−Ｂ画面の差分画面では、食品６２の特性イとロは、異物６０ｇと異物６１ｇに比べてコントラストが高くなるが、食品６２の特性ハは、異物６０ｇと異物６１ｇと同等の輝度差分となるため、コントラストが付きにくい。
【００８９】
そこで、Ｂ画面を見ると、異物６０ｈと異物６１ｈの輝度値は食品６２の特性ハと明らかに輝度が異なるので、食品６２の特性ハと異物６０ｈ、異物６１ｈとを識別できる。そこで、Ｇ−Ｂ画面とＢ画面を合成した画面を作ると、食品６２の背景から異物６０ｉと異物６１ｉを識別することができる。
【００９０】
ここでは、異物を明るい画像として捕らえるために、輝度の低い異物６１ｉは反転して暗明を逆転し、合成すれば明るい輝度として捕らえることができる。
【００９１】
上記の例の図１３では、容易な理解のために、Ｂ画面だけでも異物を検出できるように見えるが、実際には、食品表面の反射率が一定であることは少なく、例のように単純ではないので、Ｂ画面、Ｇ画面、Ｒ画面などの単色画面、単色画面間の差画面、差画面と単色画面の合成画面を生成して試し検査を行い、適切な画面を選択する。
【００９２】
異物の反射率の特性が予めわかっている場合は、試料との差が明確に識別できる画面を選択し、この画面だけを見るようにすれば、複数の画面を注視するよりも、異物の見逃し等の誤りを防止することができる。
【００９３】
また、ここでは、Ｂ画面、Ｇ画面、Ｒ画面などの可視光の３つの波長帯域を例としてあげたが、異物を識別できるものであれば、紫外光、近赤外光、赤外光でも構わない。また、波長領域を絞って単波長毎に分けた分光特性から特徴のある波長を複数抽出し、画面の差分や合成を行ってもよい。
【００９４】
図１４は、図（ｂ）と同じく、光源ユニット５の断面図であり、波長の分光の一例を示すものである。
【００９５】
撮影手段６の主な構成は、短波長の光を反射するとともに長波長を透過するダイクロックミラー７１と、短波長の光を撮影するカメラ７０ａと、長波長の光を撮影するカメラ７０ｂと、焦点を合せるためのレンズ１０と、それらを固定するとともに外光が入らないようにした暗室７２とであり、得られた画像を画像間演算手段１５へ送り、差分画像や合成画像を生成することにより、異物を検出する。
【００９６】
試料４からの反射光１３のうち、ダイクロックミラー７１により反射された短波長光１３ａはレンズ１０を透過してカメラ７０ａで撮像され、ダイクロックミラー７１を透過した長波長反射光１３ｂはカメラ７０ｂにて撮像される。波長の境界は、試料である食品と異物が識別できるような分光区分になるように任意に決めればよい。
【００９７】
図１５は、波長と波長感度の関係を示すグラフで、試料４からの反射光が、太線で示す波長で短波長側の特性ａと長波長側の特性ｂとに分けられ、それぞれの特性から生成される画面を用いて、異物の識別を行う。
【００９８】
図１６は、図（ｂ）と同じく、光源ユニット５の断面図であり、図１５に示した例をさらに発展させ、撮影手段６にダイクロックミラー７１を２つ設けたものである。
【００９９】
試料４からの反射光１３のうち、ダイクロックミラー７１ａにより反射された短波長光１３ａは、カメラ７０ａで撮像される。ダイクロックミラー７１ａを透過した反射光のうち、中波長光１３ｂはダイクロックミラー７１ｂにて反射され、カメラ７０ｂで撮像される。ダイクロックミラー７１ｂを透過した長波長光１３ｃはカメラ７０ｃにより撮像される。
【０１００】
図１７は、波長と波長感度の関係を示すグラフで、試料４からの反射光が、太線で示す波長で短波長側の特性ａと中波長側の特性ｂと長波長側の特性ｃとに分けられ、それぞれの特性から生成される画面を用いて、異物の識別を行う。
【０１０１】
波長の境界は、試料である食品と異物が識別できるような分光区分になるように任意に決めればよい。反射光の分光は、ダイクロックミラーのかわりにハーフミラーやプリズムでもよい。
【０１０２】
試料に付着する異物が、試料のおおよそ同じところに付着しやすい場合には、試料の全体でなく、付着しやすい特異な領域に絞って異物の識別のための画面を取得することにより、画像処理にかかる処理時間が短くなる。
【０１０３】
また、画像信号を微分すれば、変化の大きいところ、すなわち異物のエッジが強調されるので、異物を容易に識別することができる。また、例えば、髪の毛のように細長い線状の異物を検出するには、対象領域の中から明暗の２値化処理後、ある一定長さ以上のものを選択する線分による検出が可能である。
【０１０４】
ただし、この場合、長い線状の異物が切れて短くなって検出できなくなることがある。それを防ぐために、線が切れていても連続性があると判断した場合は、画像処理上で線同士を接続することで、細長い線状の異物として検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１０５】
【図１】食品の製造過程の一部に異物検査装置を設置したシステムの構成を示す構成図。
【図２】ストロボ発光と撮影のタイミングを示すタイムチャート。
【図３】露光時間を変えて髪の毛を撮影したときの画像の例を示す図。
【図４】光源ユニットの断面図。
【図５】光源ユニットの断面図。
【図６】仕分け手段とトレイの一部の斜視図。
【図７】食品供給装置と搬送手段の一部の斜視図。
【図８】異物からの反射光の波長と反射率の関係を表すグラフ。
【図９】撮像素子で撮影した異物の画像の例を示す画面図。
【図１０】異物からの反射光の波長と反射率の関係を表すグラフ。
【図１１】撮像素子で撮影した異物の画像の例を示す画面図。
【図１２】異物からの反射光の波長と反射率の関係を表すグラフ。
【図１３】撮像素子で撮影した異物の画像の例を示す画面図。
【図１４】光源ユニットの断面図。
【図１５】波長と波長感度の関係を示すグラフ。
【図１６】光源ユニットの断面図。
【図１７】波長と波長感度の関係を示すグラフ。
【符号の説明】
【０１０６】
１…異物検査装置、２…搬送手段、３…搬送駆動装置、４…試料、５…光源ユニット、６…撮影手段、７…プリズム、８…撮像素子、９…フィルタ、１０…レンズ、１１ａ…ストロボ光源、１１ｂ…ストロボ光源、１２…反射板、１３…反射光、１５…画像間演算手段、１６…異物検出手段、１７…ディスプレイ、１８…・制御手段、１９…仕分け手段、２０…食品供給装置、２１…トレイ、２２…光源、３０ａ…撮影エリア、３０ｂ…撮影エリア、３１…光量、３２…光量、３５…線状異物、３６…異物像、３７…異物像、３８…小異物、３９…液体、４０…エアーノズル、４１…電磁弁、４２…エアー、４３…異物トレイ、４４…トレイ、５１…スリット、５２…異物受け、６０…異物Ａ、６１…異物Ｂ、６２…食品、７０ａ…カメラ、７０ｂ…カメラ、７０ｃ…カメラ、７１…ダイクロックミラー、７２…暗室。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、試料の製造、検査の過程において、混入した異物の検査装置に関し、特に、食品の製造、検査の過程で食品に混入した異物の高速かつ高精度な検出を可能にする異物検査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
試料、特に、食品の製造過程や検査過程において、金属、石、ガラス、毛髪、虫等の異物が混入するケースがあり、食品衛生上の問題となっている。このため、近年では多くの食品製造メーカが金属検査機やＸ検査装置を採用し、食品の製造過程において食品に混入した金属、石、ガラスの除去作業を行っている。しかしながら、上記の検査装置では毛髪や虫等の検出が非常に困難であるため、現状は作業員による目視検査に頼らざるを得ず、検査コストの増大や見逃しが問題となっている。
【０００３】
そこで、このような問題を解決すべく、いくつかの異物の検査方法が提案されている。製造過程で例えばベルトコンベア上を流れる食品にＬＥＤや蛍光灯の光源を当て、異物を検知する異物検査方法が提案されている。この場合、髪の毛のような細い異物が移動すると、撮影時に画像が流れて検出感度が悪くなり、検出が困難になるという問題があった。
【０００４】
また、食品に広帯域光を照射し、可視光、近赤外光、中近赤外光の透過光画像を形成し、それぞれの画像について２値化処理し、いずれかの画像でパターンが発見された場合に、異物として検出する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。しかし、このような２値化処理では、照明条件が変動した場合、二値化処理が正常に機能せず、検出困難になるといった問題がある。
【０００５】
また、食品と異物の可視−近赤外の吸収スペクトルを測定し、食品と異物の２次微分スペクトルを計算し、両者の間で差異のある波長を特定し、その特定波長を利用した２次微分画像を生成し、異物を検出する方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。しかし、このような方法では、検査対象の食品が変わる度に食品と異物の吸収スペクトルを測定し、差異のある波長を特定する作業が発生すため、手間とコストがかかるといった問題がある。
【０００６】
また、製造、検査過程で例えばベルトコンベア上を高速で流れている食品を検査する場合、検査対象とする領域の面積が大きくなり、可視光以外の光の撮影は現実的には困難であり、上記の方法を異物検査装置として実現するには困難がともなうと予想される。
【０００７】
【特許文献１】特開２００１−９９７８３号公報
【特許文献２】特開２００４−３０１６９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
食品の製造、検査過程において、例えばベルトコンベア上を流れる食品に混入した異物を検出する場合、多量の食品をいかに高速でかつ誤検知のない検査をするかが重要である。
【０００９】
そのためには、食品の搬送速度を上げた上で、食品のすべてを検査するように検査対象領域を広くし、撮影した画像から異物を検出する画像処理速度を上げる必要がある。しかし、食品の搬送速度が速くなると画像が流れ、検査対象領域を広くすると撮影機の分解能が悪くなり、髪の毛のような細い物質を識別することは困難になる。
【００１０】
本発明は、試料、特に食品の製造、検査の過程で、食品に混入した異物を高速かつ高精度に検出することができる異物検査装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するために、本発明の実施態様は、連続的に試料を移送する搬送手段と、ストロボ光源と、該ストロボ光源からの光を反射して試料の表面や裏面を間接的に照射する反射板と、ストロボ光源の発光と同期して試料を撮影する撮影手段とを備え、上記撮影手段は、試料からの反射光の波長帯域を少なくとも２つ以上に分けて撮影するものであり、それぞれの画像または差分画像から組み合わせて画像を生成し、異物を強調するようにしたものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の実施態様によれば、試料、特に食品の製造、検査の過程で、食品に混入した異物を高速かつ高精度に検出することができる異物検査装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明の一実施態様は、光源としてＸｅランプなどのストロボ光を用い、短い発光時間で瞬時に測定を行うことで、画像中の異物のブレを少なくする。
【００１４】
また、波長帯域ごとに分離した各画像やその差分画像を使用することにより、誤検知や検知欠落が少なくなる。さらには、画像から特異な領域を抽出し、その領域のみを検査対象とすることにより、高速な検知を行うことができる。
【００１５】
本実施例では、光としてＬＥＤや蛍光灯に比べて、発光量が１桁から２桁多いストロボ光を用いる。ストロボ光の光源は、可視領域では比較的平坦な周波数分布を持つＸｅランプなどを用いる。
【００１６】
ストロボ光を用いることにより、短い発光時間で瞬時に測定を行うことができるため、食品が高速に移動しても、画像のブレがほとんどなくなる。また、発光量が多いためのぎらつきは、ストロボ光を食品へ直接照射するのではなく、反射板を用いて間接照明にすることで抑えることができる。
【００１７】
異物の検出は、波長帯域ごとに分離した各画像や、その差分画像を用い、異物と食品の分光特性の差異から、輝度変化のある領域を抽出することで、異物を識別可能とする。
【００１８】
以下、図面を用いて、本発明の一実施例を説明する。
【００１９】
図１は、食品の製造過程の一部に異物検査装置を設置したシステムの構成を示す構成図である。
【００２０】
図１（ａ）において、異物検査装置１は、食品供給装置２０から供給された検査対象である試料４を検査し、検査結果に従って仕分け手段１９で試料４が仕分けされる。検査の結果、試料４に異物が混入していると判定された場合には、その試料４は、トレイ２１へ収納され、異物混入のない良品と区別される。
【００２１】
異物検査装置１には、搬送手段２が設けられ、搬送手段２の上に重ならないように置かれた試料４が移動する間に検査のための光が照射される。搬送手段２は、例えば一定幅を持つベルトで構成されたベルトコンベアであり、モータなどの搬送駆動装置３によって駆動される。
【００２２】
搬送手段２の上の試料４に光を照射するための光源ユニット５が搬送手段２を覆うように設けられ、試料４に光が照射される。
【００２３】
図１（ｂ）は、光源ユニット５の断面図であり、図１（ａ）中に白矢印で示した試料４が搬送される方向から見たものである。
【００２４】
光源ユニット５の内部に、搬送手段２のベルトの両端に、移動方向に沿ってストロボ光源１１ａ、１１ｂを配置している。ストロボ光の発光量が多いためのぎらつきは、ストロボ光を食品へ直接照射するのではなく、反射板を用いて間接照明にすることで抑えるようにしている。
【００２５】
ストロボ光源１１ａ、１１ｂの発光部はほぼ上向きに光が出るようにカバーを取付けて試料４から隠れるように設置され、光が試料４に直接当らないようにしている。反射板１２は、ストロボ光源１１ａ、１１ｂから出た光を反射して、間接的に試料４へ照射されるようにする。
【００２６】
反射板１２は、試料４の搬送方向に沿った半円筒形状とし、光が試料４にできるだけ均一に当るようにしている。
【００２７】
なお、試料４で反射した反射光１３を撮影するときは、カメラ等の撮影手段６のレンズ１０の下方に試料４がきたときなので、反射板１２を試料４の撮影位置を中心とする半球形状とすれば、より多くの間接照明光を試料４へ照射することができる。
【００２８】
図１（ａ）に戻って、反射板１２の上方に撮影手段６が設けられ、レンズ１０の下方の試料４を撮影する。撮影手段６もストロボ光源１１ａ，１１ｂの光が直接入らないような位置としている。
【００２９】
撮影手段６は、レンズ１０と、フィルタ９と、光を分光するためのプリズム７と、１つ以上の撮像素子８とで構成される。試料４からの反射光１３は、レンズ１０を経由し、プリズム７で３つの波長帯域に分光され、それぞれＣＣＤやＣＭＯＳ等の撮像素子８で受光される。
【００３０】
３つの波長帯域は、主に赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）である。分光する波長帯は、特にこのＲＧＢにこだわらなくても、２つ以上の波長帯域に分光できれば、本発明における異物判別を行える。また、必要に応じ、レンズ１０の前段にフィルタ９を設け、不要な波長を取り除いてもよい。
【００３１】
撮像素子８で受光された画像は、異物検出手段１６に設けられた画像間演算手段１５に導かれ、それぞれの画像から特異な輝度値変化分を抽出する。その後、異物検出手段１６にて、特異な輝度値変化分から異物の検出を行う。
【００３２】
異物検出手段１６はコンピュータであり、入力された画像データに対し、定められたプログラムに従って演算処理を行い、その結果を接続されたディスプレイ１７に表示する。また、異物検出手段１６には制御手段１８が接続され、異物を検出した後の対象試料４を仕分けする仕分け手段１９の制御を行う。
【００３３】
また、制御手段１８は、異物検出手段１６から送信される指令データに従って、撮影手段６による撮影の制御、ストロボ光源１１ａ、１１ｂの発光と撮影の同期をとるための制御、搬送手段２の搬送速度と撮影タイミングの制御を行う。
【００３４】
図２は、ストロボ発光と撮影のタイミングを示すタイムチャートである。タイミングの制御は、図１（ａ）に示した異物検出手段１６から送信される指令データに従って、制御手段１８により実行される。
【００３５】
図２（ａ）において、搬送手段２により試料４は速度Ｖで移動しており、撮影手段６により一定の範囲、すなわち撮影エリア３０ａ、３０ｂを撮影するものとする。撮影幅Ａは、撮影漏れをなくすために、撮影時間Ｔ＝Ａ／Ｖのタイミングで撮影する。
【００３６】
図２（ｂ）は、露光に必要な露光時間ｔ１を示し、従来の場合は、ＬＥＤや蛍光灯を常時点灯しておき、必要な光量３１を得るために、撮影手段６の露光時間ｔ１を長くすることで対応していた。
【００３７】
ＬＥＤや蛍光灯は光強度が低いため、露光時間ｔ１を長くしないと異物を識別できるだけの光量３１が得られない。しかし、露光時間ｔ１を長くすると、異物が流れた状態の画像となってしまう可能性があり、調整が困難であった。
【００３８】
図３は、露光時間を変えて髪の毛を撮影したときの画像の例を示す図であり、図３（ａ）は、従来のＬＥＤや蛍光灯を常時点灯しておき、露光時間ｔ１を長くしたときの例、図３（ｂ）は、本発明のストロボ光を用いた例である。
【００３９】
図３（ａ）に示すように、髪の毛などの線状異物３５は画像が流れて、異物像３６は、速度Ｖと露光時間ｔ１の積で求められる長さに引き伸ばされた形状になる。そして、広がった面積分の輝度が低下し、撮影感度が極端に悪くなる欠点がある。
【００４０】
例えば、線状異物３５の幅が５０μｍ、移動速度Ｖが２００ｍｍ／ｓ、露光時間ｔ１が１ｍｓとすると、引き延ばされた長さＶ・ｔ１は２００μｍとなり、元の幅５０μｍの４倍に広がる。
【００４１】
そして、輝度値は４分の１に低下し、形状が崩れるので、異物の識別が困難になってしまう。髪の毛のように細い異物や、小さい異物ほどこの影響が大きくなり、しかも、移動速度Ｖが大きくなるにつれて輝度値の低下が大きくなるので、従来の方式では、異物の検出がほとんどできなくなる。
【００４２】
また、光量を得るためにレンズ１０の絞りを大きくすると、光量は増えるが焦点深度が浅くなるため、撮影エリア全体の焦点を合せることが困難になり、光量と焦点深度のバランスをとるのが困難であった。
【００４３】
本発明の実施例では、光源として、発光輝度がＬＥＤや蛍光灯に比べ１桁から２桁大きいストロボ光源を用いた。
【００４４】
例えば、Ｘｅストロボ光源は、波長帯域が３００から９００ｎｍの可視光範囲で比較的平坦な特性を持つ。図２（ａ）に示した撮影エリア３０ａ，３０ｂを撮影するために、従来と同じく、撮影時間Ｔ＝Ａ／Ｖのタイミングで撮影する。
【００４５】
一方、図２（ｃ）に示すように、ストロボを、発光時間ｔ２と、周期Ｔ＝Ａ／Ｖで発光させ、光量３２を得る。ストロボ光源は、発光輝度がＬＥＤや蛍光灯に比べ１桁から２桁大きいので、図２（ｂ）に示す露光時間ｔ１は、少なくともストロボの発光時間ｔ２より長ければ撮影可能であるので任意の値でよく、上限は撮影エリアの撮影幅Ａである。
【００４６】
ストロボは輝度強度が大きいため、発光時間を従来のＬＥＤや蛍光灯などの光源に比べ、１桁から２桁小さくできる。そのため、図３（ｂ）示すように、髪の毛などの線状異物３５は、画像がほとんど流れず、原形の異物の形状に近い異物像３７になる。
【００４７】
したがって、輝度低下が少なく、異物検出の感度が悪くなることはない。例えば、異物の幅が５０μｍ、移動速度Ｖが２００ｍｍ／ｓ、発光時間ｔ２が０．０５ｍｓとすると、引き延ばされた長さＶ・ｔ２は１０μｍとなり、元の異物のたかだか１．２倍の幅の広がりに抑えられている。
【００４８】
このように、輝度も落ちず、形状も変わらないので、髪の毛のような細い異物、小さい異物を、移動速度が速くても検出することができる。また、輝度が高いことから反射光の光量が大きく、レンズ１０の絞りを絞って焦点深度を深くすることができるため、撮影エリア全体の焦点がぼけることも防止できる。さらに、瞬時に高輝度で撮影するため、振動や、外から進入する光などの外乱の影響も受けにくいという利点がある。
【００４９】
ストロボ光源は光量が大きいので、試料に直接照射すると試料の表面にテカリやぎらつきが発生し、本来の試料や異物の正しい分光反射が得られないことがある。そのため、反射板１２を設け、反射板１２で反射した照明光を試料４に間接的に照射する方法を取る。
【００５０】
また、試料４の影は撮影像として、異物と認識したりするので、できるだけ影をなくすために照明光が試料４に各方向からできるだけ均一に当たるように、反射板１２を半円筒形状や半球形状とすることが望ましい。
【００５１】
図４、図５は、図１（ｂ）と同じく、光源ユニット５の断面図であり、試料４に多くの照明光を照射するための構造を示す例である。
【００５２】
試料４に高さがあると影が出やすいので、図４に示すように、試料４の側面に光を当てるように補助の反射板１２ａ，１２ｂを設け、影をなくすようにする。さらに、この補助の反射板１２ａ，１２ｂにスリットを設けて櫛状とし、スリットの幅等を変えることで反射面積を変えるようにすることで、試料４の側面からの光量を調整することができる。
【００５３】
また、図５に示すように、搬送手段２のベルトをある程度透過する光を、ベルトの下側から当てるように光源２２を設けてもよい。ただし、この場合、ストロボ光源１１ａ，１１ｂの光量とのバランスを考慮して光源２２の光量を選択する必要がある。また、搬送手段２のベルトを透過させるので、ベルトの構造に配慮する必要がある。
【００５４】
異物検出後の試料４の仕分けは、図１（ａ）に示した制御手段１８と仕分け手段１９によって行われる。異物検出の位置は異物検出手段１６によって、図２（ａ）に示した撮像エリア３０ａ内の位置を算出し、その位置から仕分け手段１９までの距離が計算できる。
【００５５】
搬送速度Ｖから仕分け手段１９までの時間を割り出し、仕分け手段１９の上に対象の試料４がきたら仕分け機構を動作させ、トレイ２１に収納する。また、搬送手段２の搬送駆動装置３にエンコーダを付け、そのパルスから距離を算出することも可能である。
【００５６】
図６は、仕分け手段とトレイの一部の斜視図である。
【００５７】
図１（ｂ）に示した搬送手段２の横方向に多くの試料４が並び、しかも異物が付着した試料４がそのうち１つだけであった場合に、仕分け手段１９が単純に上下するだけであると、横に並んだ良品の試料４も一緒にトレイ２１に収納されてしまうことになり、無駄が発生してしまう。
【００５８】
そこで、図６に示すように、エアー４２を試料４に吹付けることで、異物が付着した試料を異物トレイ４３へ、良品の試料をトレイ４４へ収納するようにする。
【００５９】
搬送手段２の出口は、試料４がトレイ４４に落下して収納されるようになっている。また、搬送手段２とトレイ４４の間には、エアーノズル４０を搬送手段２のベルト幅方向（Ｙ軸方向とする）に複数個並べ、それぞれのエアーノズル４０が電磁弁４１でエアー４２の噴出し量を制御できるようにしている。エアー４２の噴出しにより飛ばされた試料４及び線状異物３５は、異物トレイ４３に収納される。
【００６０】
搬送された試料４に線状異物３５が検出されると、制御手段１８で搬送方向（Ｘ軸方向とする）とＹ軸方向の位置を計算し、搬送手段２の出口で、その試料４のＸ座標とＹ座標に対応したエアーノズル４０がエアー４２を噴出する。エアー４２をかけられた試料４と線状異物３５は、異物トレイ４３に収納される。エアー４２が噴出した部位は試料４のＸ座標とＹ座標の位置のみなので、良品と異物が付着した試料４とを区別して、良品の試料４は異物トレイ４３でなくトレイ４４へ収納することができる。
【００６１】
図７は、食品供給装置と搬送手段の一部の斜視図である。
【００６２】
図１（ａ）に示した異物検査装置１は、主に線状異物を検査するものなので、線状でない異物や食品に表面張力で付着している液体は検出するのが困難である。
【００６３】
したがって、これらの異物を事前に除去しておくことが望ましい。食品供給装置２０には試料４が搭載されているが、線状異物３５、小異物３８、水分などの液体３９も一緒に搭載されている場合、搬送手段２に試料４を供給する手前の位置で、小異物３８や液体３９が通過可能なスリット５１を食品供給装置２０の幅方向に設ける。
【００６４】
そして、食品供給装置２０に振動を加えて、スリット５１から小異物３８や液体３９が取り除かれるようにする。取り除かれた小異物３８や液体３９は異物受け５２に集められる。
【００６５】
図８は、異物からの反射光の波長と反射率の関係を表すグラフである。
【００６６】
図１（ａ）に示した撮影手段６は、レンズ１０と、受光した光を分光するためのプリズム７と、１つ以上の撮像素子８とから構成され、試料４からの反射光１３はレンズ１０を経由し、プリズム７で赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３つの波長帯域に分光され、それぞれの波長帯域がＣＣＤやＣＭＯＳ等の撮像素子８で受光される。
【００６７】
なお、プリズム７と撮像素子８とが一体になったカメラも市販されているので、これを使用してもよい。
【００６８】
図８において、一般的に食品６２の特性は、波長により反射率の山谷があるが、髪の毛のような異物は、比較的平坦な反射率を示す。また、異物Ａ６０は反射率が高く、異物Ｂ６１は反射率が低いものであるとする。図中、Ｂは青、Ｇは緑、Ｒは赤の波長領域を示す。
【００６９】
図９は、撮像素子８で撮影した異物の画像の例を示す画面図で、図９（ａ）はＢ画面、図９（ｂ）はＧ画面、図９（ｃ）はＧ画面とＢ画面の差をとったＧ−Ｂ画面である。
【００７０】
撮像素子８で撮影したＲ画像、Ｇ画像、Ｂ画像は、画像間演算手段１５に送信され、それぞれの画像が生成される。また、画像は微小な画素から構成されているので、画像同士の差を演算することもできる。
【００７１】
図９（ａ）に示すＢ画面において、画像全体は食品６２ａの表面であり、その上に異物６０ａと異物６１ａが付着している。食品６２ａの明るさに比べて、異物６０ａは明るく、異物６１ａは暗い輝度で撮影されている。
【００７２】
図９（ｂ）に示すＧ画面は、食品６２ｂは図９（ａ）に示した食品６２ａよりも暗くなり、食品６２ｂに比べて、異物６０ｂは明るく、異物６１ｂは暗い輝度で撮影されている。
【００７３】
図８に示すように、異物Ａ６０と食品６２の反射率が、青（Ｂ）の波長帯域では近接し、Ｂ画面では両者の識別が困難になる可能性がある。図９（ｃ）は図９（ａ）に示したＢ画面と図９（ｂ）に示したＧ画面の差をとった画面であり、異物と食品の反射率が近接して識別が困難になることを防ぐことができる。
【００７４】
図８において、Ｂ波長帯域とＧ波長帯域において、異物Ａ６０と異物Ｂ６１の反射率はあまり変わらないが、食品６２の反射率は大きく変わっている。
【００７５】
したがって、Ｂ画面とＧ画面の差をとると、異物Ａ６０と異物Ｂ６１は反射率の差が小さいのに対して、食品６２の反射率の差が大きく、図９（ｃ）に示すように、Ｇ−Ｂ画面では、差が小さい異物６０ｃと異物６１ｃと、差が大きい食品６２ｃとはコントラストが強調されるので、異物６０ｃと異物６１ｃを容易に識別することができる。
【００７６】
画面の差分では、反射率の特性に従って、明るいか暗いかのいずれかになるので、画像処理で行われる２値化処理には非常に都合のいい手法である。
【００７７】
上記の例では、Ｂ波長帯域と、Ｇ波長帯域に着目して説明したが、Ｒ波長帯域についても同様である。図８の例では、Ｂ波長帯域とＲ波長帯域が類似の特性を示しているので、Ｇ画面とＲ画面の差をとっても、Ｇ画面とＢ画面の差の場合と同じ結果を得ることができる。
【００７８】
図１０は、図８と同じく、異物からの反射光の波長と反射率の関係を表すグラフであるが、食品６２の反射率特性が異なり、波長を変えても平坦な特性を有している場合の例である。
【００７９】
また、図１１は、撮像素子８で撮影した異物の画像の例を示す画面図で、図１１（ａ）はＢ画面、図１１（ｂ）はＧ画面、図１１（ｃ）はＧ画面とＢ画面の差をとったＧ−Ｂ画面である。
【００８０】
図１１（ａ）に示すＢ画面では、食品６２ｄと異物６１ｄの反射率の差が大きいので、異物６１ｄが識別できる。食品６２ｄと異物６０ｄの反射率の差も大きいが、いずれも反射率が大きいので、コントラストが明確でなくなるが、一応異物６０ｄは識別できる。
【００８１】
図１１（ｂ）に示すＧ画面でも同様に、食品６２ｅと異物６１ｅの反射率の差が大きいので、異物６１ｅが識別でき、食品６２ｅと異物６０ｅの反射率の差も大きいので、異物６０ｅが識別できる。
【００８２】
一方、図１１（ｃ）に示すＧ−Ｂ画面では、図１０からわかるように、食品６２ｆ、異物６０ｆ、異物６１ｆのいずれも、Ｂ波長帯域とＧ波長帯域の反射率の差が小さいので、それぞれの差は同程度になり、識別できなくなってしまう。
【００８３】
食品は、様々な成分や色を有しているので、Ｒ，Ｇ，Ｂそれぞれの波長帯域の画面と、相互の差をとった画面の中から、食品と異物を識別するのに適切な画面をはじめに選択し、その後、その画面に着目して検査を行う。
【００８４】
このようにすれば、多くの画面を一度に見る手間が省けるので、見逃し等の誤りを防止することができる。
【００８５】
図１２は、図８と同じく、異物からの反射光の波長と反射率の関係を表すグラフ、図１３は、図９と同じく、撮像素子で撮影した異物の画像の例を示す画面図である。
【００８６】
食品が、ひとつの成分や表面でできているとは限らず、ひとつの食品の表面の反射率特性が複数ある場合、例えば、図１２に示すように、食品６２の反射率の特性が、イ、ロ、ハの３種類である場合を考える。Ｂ波長帯域では、黒い四角印で示す異物Ｂ６１の反射率よりも、白い四角印で示す異物Ａ６０の反射率の方に、食品６２のイの反射率が近接している。
【００８７】
したがって、Ｂ画面では、異物Ｂ６１は識別できるが、異物Ａ６０は識別が難しいであろうと予測できる。
【００８８】
図１３に示すように、Ｇ−Ｂ画面の差分画面では、食品６２の特性イとロは、異物６０ｇと異物６１ｇに比べてコントラストが高くなるが、食品６２の特性ハは、異物６０ｇと異物６１ｇと同等の輝度差分となるため、コントラストが付きにくい。
【００８９】
そこで、Ｂ画面を見ると、異物６０ｈと異物６１ｈの輝度値は食品６２の特性ハと明らかに輝度が異なるので、食品６２の特性ハと異物６０ｈ、異物６１ｈとを識別できる。そこで、Ｇ−Ｂ画面とＢ画面を合成した画面を作ると、食品６２の背景から異物６０ｉと異物６１ｉを識別することができる。
【００９０】
ここでは、異物を明るい画像として捕らえるために、輝度の低い異物６１ｉは反転して暗明を逆転し、合成すれば明るい輝度として捕らえることができる。
【００９１】
上記の例の図１３では、容易な理解のために、Ｂ画面だけでも異物を検出できるように見えるが、実際には、食品表面の反射率が一定であることは少なく、例のように単純ではないので、Ｂ画面、Ｇ画面、Ｒ画面などの単色画面、単色画面間の差画面、差画面と単色画面の合成画面を生成して試し検査を行い、適切な画面を選択する。
【００９２】
異物の反射率の特性が予めわかっている場合は、試料との差が明確に識別できる画面を選択し、この画面だけを見るようにすれば、複数の画面を注視するよりも、異物の見逃し等の誤りを防止することができる。
【００９３】
また、ここでは、Ｂ画面、Ｇ画面、Ｒ画面などの可視光の３つの波長帯域を例としてあげたが、異物を識別できるものであれば、紫外光、近赤外光、赤外光でも構わない。また、波長領域を絞って単波長毎に分けた分光特性から特徴のある波長を複数抽出し、画面の差分や合成を行ってもよい。
【００９４】
図１４は、図（ｂ）と同じく、光源ユニット５の断面図であり、波長の分光の一例を示すものである。
【００９５】
撮影手段６の主な構成は、短波長の光を反射するとともに長波長を透過するダイクロックミラー７１と、短波長の光を撮影するカメラ７０ａと、長波長の光を撮影するカメラ７０ｂと、焦点を合せるためのレンズ１０と、それらを固定するとともに外光が入らないようにした暗室７２とであり、得られた画像を画像間演算手段１５へ送り、差分画像や合成画像を生成することにより、異物を検出する。
【００９６】
試料４からの反射光１３のうち、ダイクロックミラー７１により反射された短波長光１３ａはレンズ１０を透過してカメラ７０ａで撮像され、ダイクロックミラー７１を透過した長波長反射光１３ｂはカメラ７０ｂにて撮像される。波長の境界は、試料である食品と異物が識別できるような分光区分になるように任意に決めればよい。
【００９７】
図１５は、波長と波長感度の関係を示すグラフで、試料４からの反射光が、太線で示す波長で短波長側の特性ａと長波長側の特性ｂとに分けられ、それぞれの特性から生成される画面を用いて、異物の識別を行う。
【００９８】
図１６は、図（ｂ）と同じく、光源ユニット５の断面図であり、図１５に示した例をさらに発展させ、撮影手段６にダイクロックミラー７１を２つ設けたものである。
【００９９】
試料４からの反射光１３のうち、ダイクロックミラー７１ａにより反射された短波長光１３ａは、カメラ７０ａで撮像される。ダイクロックミラー７１ａを透過した反射光のうち、中波長光１３ｂはダイクロックミラー７１ｂにて反射され、カメラ７０ｂで撮像される。ダイクロックミラー７１ｂを透過した長波長光１３ｃはカメラ７０ｃにより撮像される。
【０１００】
図１７は、波長と波長感度の関係を示すグラフで、試料４からの反射光が、太線で示す波長で短波長側の特性ａと中波長側の特性ｂと長波長側の特性ｃとに分けられ、それぞれの特性から生成される画面を用いて、異物の識別を行う。
【０１０１】
波長の境界は、試料である食品と異物が識別できるような分光区分になるように任意に決めればよい。反射光の分光は、ダイクロックミラーのかわりにハーフミラーやプリズムでもよい。
【０１０２】
試料に付着する異物が、試料のおおよそ同じところに付着しやすい場合には、試料の全体でなく、付着しやすい特異な領域に絞って異物の識別のための画面を取得することにより、画像処理にかかる処理時間が短くなる。
【０１０３】
また、画像信号を微分すれば、変化の大きいところ、すなわち異物のエッジが強調されるので、異物を容易に識別することができる。また、例えば、髪の毛のように細長い線状の異物を検出するには、対象領域の中から明暗の２値化処理後、ある一定長さ以上のものを選択する線分による検出が可能である。
【０１０４】
ただし、この場合、長い線状の異物が切れて短くなって検出できなくなることがある。それを防ぐために、線が切れていても連続性があると判断した場合は、画像処理上で線同士を接続することで、細長い線状の異物として検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１０５】
【図１】食品の製造過程の一部に異物検査装置を設置したシステムの構成を示す構成図。
【図２】ストロボ発光と撮影のタイミングを示すタイムチャート。
【図３】露光時間を変えて髪の毛を撮影したときの画像の例を示す図。
【図４】光源ユニットの断面図。
【図５】光源ユニットの断面図。
【図６】仕分け手段とトレイの一部の斜視図。
【図７】食品供給装置と搬送手段の一部の斜視図。
【図８】異物からの反射光の波長と反射率の関係を表すグラフ。
【図９】撮像素子で撮影した異物の画像の例を示す画面図。
【図１０】異物からの反射光の波長と反射率の関係を表すグラフ。
【図１１】撮像素子で撮影した異物の画像の例を示す画面図。
【図１２】異物からの反射光の波長と反射率の関係を表すグラフ。
【図１３】撮像素子で撮影した異物の画像の例を示す画面図。
【図１４】光源ユニットの断面図。
【図１５】波長と波長感度の関係を示すグラフ。
【図１６】光源ユニットの断面図。
【図１７】波長と波長感度の関係を示すグラフ。
【符号の説明】
【０１０６】
１…異物検査装置、２…搬送手段、３…搬送駆動装置、４…試料、５…光源ユニット、６…撮影手段、７…プリズム、８…撮像素子、９…フィルタ、１０…レンズ、１１ａ…ストロボ光源、１１ｂ…ストロボ光源、１２…反射板、１３…反射光、１５…画像間演算手段、１６…異物検出手段、１７…ディスプレイ、１８…・制御手段、１９…仕分け手段、２０…食品供給装置、２１…トレイ、２２…光源、３０ａ…撮影エリア、３０ｂ…撮影エリア、３１…光量、３２…光量、３５…線状異物、３６…異物像、３７…異物像、３８…小異物、３９…液体、４０…エアーノズル、４１…電磁弁、４２…エアー、４３…異物トレイ、４４…トレイ、５１…スリット、５２…異物受け、６０…異物Ａ、６１…異物Ｂ、６２…食品、７０ａ…カメラ、７０ｂ…カメラ、７０ｃ…カメラ、７１…ダイクロックミラー、７２…暗室。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
連続的に試料を移送する搬送手段と、ストロボ光源と、該ストロボ光源からの光を反射して前記試料の表面や裏面を間接的に照射する反射板と、前記試料からの反射光の波長帯域を少なくとも２つ以上に分けて前記ストロボ光源の発光と同期して前記試料を撮影する撮影手段と、該撮影手段で撮影された複数の画像から生成される差画像、または前記複数の画像のうち少なくともひとつの画像と前記差画像の合成画像を生成しディスプレイへ表示させる演算手段とを備えたことを特徴とする異物検査装置。
【請求項２】
請求項１記載の異物検査装置において、
前記複数の画像、前記差画像、前記合成画像のうち、前記試料と前記異物とが識別可能なコントラストを有する画像が選択されて、前記試料の検査に用いられることを特徴とする異物検査装置。
【請求項３】
請求項１記載の異物検査装置において、
前記反射板と前記試料との間に、さらに補助の反射板を設けたことを特徴とする異物検査装置。
【請求項４】
請求項１記載の異物検査装置において、
前記試料を前記搬送手段を介して照射する光源を設けたことを特徴とする異物検査装置。
【請求項５】
請求項１記載の異物検査装置において、
前記複数の画像、前記差画像、前記合成画像のうち少なくともひとつが選択されて、前記試料の検査に用いられることを特徴とする異物検査装置。
【請求項６】
請求項１記載の異物検査装置において、
前記複数の画像は、赤色波長帯域、緑色波長帯域、青色波長帯域の画像であることを特徴とする異物検査装置。
【請求項７】
請求項１記載の異物検査装置において、
前記試料からの反射光をダイクロックミラーで分光することを特徴とする異物検査装置。
【請求項８】
請求項１記載の異物検査装置において、
前記反射板は、半円筒形状であることを特徴とする異物検査装置。
【請求項９】
請求項１記載の異物検査装置において、
前記反射板は、半球形状であることを特徴とする異物検査装置。
【請求項１】
連続的に試料を移送する搬送手段と、ストロボ光源と、該ストロボ光源からの光を反射して前記試料の表面や裏面を間接的に照射する反射板と、前記試料からの反射光の波長帯域を少なくとも２つ以上に分けて前記ストロボ光源の発光と同期して前記試料を撮影する撮影手段と、該撮影手段で撮影された複数の画像から生成される差画像、または前記複数の画像のうち少なくともひとつの画像と前記差画像の合成画像を生成しディスプレイへ表示させる演算手段とを備えたことを特徴とする異物検査装置。
【請求項２】
請求項１記載の異物検査装置において、
前記複数の画像、前記差画像、前記合成画像のうち、前記試料と前記異物とが識別可能なコントラストを有する画像が選択されて、前記試料の検査に用いられることを特徴とする異物検査装置。
【請求項３】
請求項１記載の異物検査装置において、
前記反射板と前記試料との間に、さらに補助の反射板を設けたことを特徴とする異物検査装置。
【請求項４】
請求項１記載の異物検査装置において、
前記試料を前記搬送手段を介して照射する光源を設けたことを特徴とする異物検査装置。
【請求項５】
請求項１記載の異物検査装置において、
前記複数の画像、前記差画像、前記合成画像のうち少なくともひとつが選択されて、前記試料の検査に用いられることを特徴とする異物検査装置。
【請求項６】
請求項１記載の異物検査装置において、
前記複数の画像は、赤色波長帯域、緑色波長帯域、青色波長帯域の画像であることを特徴とする異物検査装置。
【請求項７】
請求項１記載の異物検査装置において、
前記試料からの反射光をダイクロックミラーで分光することを特徴とする異物検査装置。
【請求項８】
請求項１記載の異物検査装置において、
前記反射板は、半円筒形状であることを特徴とする異物検査装置。
【請求項９】
請求項１記載の異物検査装置において、
前記反射板は、半球形状であることを特徴とする異物検査装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【公開番号】特開２００９−１１５６１３（Ｐ２００９−１１５６１３Ａ）
【公開日】平成２１年５月２８日（２００９．５．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２８８８７４（Ｐ２００７−２８８８７４）
【出願日】平成１９年１１月６日（２００７．１１．６）
【出願人】（０００２３３５４９）株式会社日立ハイテクコントロールシステムズ (130)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年５月２８日（２００９．５．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１１月６日（２００７．１１．６）
【出願人】（０００２３３５４９）株式会社日立ハイテクコントロールシステムズ (130)
【Ｆターム（参考）】
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