表面検査装置のシェーディング補正方法
【課題】シェーディングの状態や、その雑音成分が変化しても、リアルタイムにシェーディング補正が可能な表面検査装置のシェーディング補正方法を提供することを目的とする。
【解決手段】予め記憶された前回走査時までの走査検出信号で生成した第１のシェーディング補正信号ｓ８を元にして閾値信号ｓ３、ｓ４を生成し、今回の走査時の走査検出信号ｓ１に含まれる欠陥部に対応する位置の信号値を第１のシェーディング補正信号ｓ８で置換してアルタイムに補正走査信号ｓ６を求め、今回の走査時の走査検出信号を正規化するようにしたことを特徴とする表面検査装置のシェーディング補正方法。
【解決手段】予め記憶された前回走査時までの走査検出信号で生成した第１のシェーディング補正信号ｓ８を元にして閾値信号ｓ３、ｓ４を生成し、今回の走査時の走査検出信号ｓ１に含まれる欠陥部に対応する位置の信号値を第１のシェーディング補正信号ｓ８で置換してアルタイムに補正走査信号ｓ６を求め、今回の走査時の走査検出信号を正規化するようにしたことを特徴とする表面検査装置のシェーディング補正方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、薄鋼板等の表面の欠陥を検出する表面検査装置のシェーディング補正方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、生産工程における製品表面の欠陥の検査は、検査対象表面を高輝度の光源で照明し、その表面をＣＣＤカメラ等の撮像装置によって撮像し、得られた画像の定められた領域の特徴量から、その領域が欠陥部であるか否かを判定し、欠陥部である場合、その種類やその欠陥が軽度か重度かの程度を判別するようにしている。
【０００３】
この場合、検査対象表面の反射特性が完全拡散面であっても、照明する照明装置の輝度が空間的に一様ではないことや、カメラの視野角の相違から中央部と端部とで受光立体角が異なるため、中央部に比べて周辺部の光量が少なくなる。そのため、撮像した画像に輝度ムラ（シェーディング）が生じる。
【０００４】
一般に、このシェーディングは、欠陥を抽出する前の前処理として画像からシェーディング成分を背景画像として抽出し、元の画像をその背景画像で除算して正規化、または背景画像を減算する方法でその成分を除去するようにしている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００５】
このシェーディング補正方法は、シェーディング成分を抽出するためにＬＰＦ（低域通過フィルタ）を用いて背景画像を生成すると、欠陥の空間周波数成分とＬＰＦのフィルタ定数値によっては、欠陥のエッジ部分に跳ね返りが発生したり、大面積欠陥の場合には、その一部あるいは全体がシェーディング成分として検出され、補正後の画像から除去されたりする可能性がある。
【０００６】
この現象を図４を参照して、欠陥の検査を行う場合のシェーディング補正の問題点について説明する。図４は、ライン走査型のＣＣＤカメラからの検出信号の１つの走査信号を図示したものである。
【０００７】
図４（ａ）は、欠陥の無い部分を走査した場合のシェーディング波形を示し、図４（ｂ）は欠陥部Ａ、Ｂが存在する場合の波形を示す。
【０００８】
例えば、このようなシェーディングを有する検出信号に対して、一次遅れのＬＰＦを用いた場合のシェーディング補正信号の波形は、欠陥が無い図４（ａ）の場合には図４（ｃ）のようになり、欠陥が存在する図４（ｂ）の場合には、図４（ｄ）のようなシェーディング補正信号が生成される。
【０００９】
したがって、図４（ｅ）の破線に示すシェーディング補正信号で、図４（ｅ）実線で示す検出信号に対して除算による正規化演算を行った場合には、ＬＰＦのフィルタのフィルタ定数値と欠陥部の周波数成分の相違により、信号の変化の早い微小幅の欠陥部Ａでは跳ね返りが、信号の変化が緩やかな大面積の欠陥部Ｂでは欠陥部Ｂが抑制される、図４（ｅ）に示すような正規化信号が生成され欠陥部の信号の歪みが生じる問題がある。
【００１０】
そのため、シェーディング補正信号の生成を、検査対象の画像領域部分について、各ラインの輝度変化を曲線によって近似、あるいは検査対象の画像領域部分全体の輝度変化を曲面によって近似し、その近似曲線あるいは近似曲面が検査対象と検査対象外の境界近傍を通る様に、その近似曲線あるいは近似曲面に含まれる各点の画素輝度に一定の値を加算することによりその近似曲線あるいは近似曲面をシフトした後、その近似曲線あるいは近似曲面の値を輝度とする同じ大きさの画像に再構成し、カメラからの画像をその再構成した画像により除算または減算することによりシェーディング補正する技術が開示されている（例えば、特許文献２参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特許第４３２０９９０号公報
【特許文献２】特許第４２７２４３８号公報
【特許文献３】特許第２５７５４６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、一般に撮像した検出信号に含まれるシェーディングは、検出系の光学系の設定条件と検査対象表面の粗さや反射率のバラツキなどにより、同一製品でも多様に変化する場合がある。
【００１３】
図５は、その変化の様子を説明するための図である。図５（ａ）、（ｂ）は、例えば、薄鋼板等の同一製品でのシェーディングのバラツキの様子を示したもので、夫々のシェーディングの包絡線を図５（ｄ）のａ、ｂに示す。
【００１４】
また、図５（ｃ）は、異なる品種での検出波形を示し、例えば、ヘアライン仕上げされたアルミ板など、テクスチャーの多い場合の検出波形で、その包絡線を図５（ｄ）、ｃに示す。
【００１５】
図５に示すように、検出波形の包絡線の形は多様で、また、図５（ｅ）に示すように背景となる雑音成分も、同じシェーディング形の図５（ａ）とは異なる場合がある。
【００１６】
照明装置にレーザ光線のような干渉性の高い光源を使用した、例えば、特許文献３に開示された表面検査装置などの光学系の場合、検査対象表面の幾何学的な周波数成分に高感度で応答するため、シェーディングや雑音成分のバラツキが大きくなる傾向がある。
【００１７】
このようなシェーディングが生成される場合には、特許文献１に開示された方法でシェーディング補正信号を生成する場合には、製品の品種毎に異なる近似曲線、または、近似曲面を生成することが必要となるので、この近似曲線、近似曲面の生成は複雑で手間が掛かる問題がある。
【００１８】
さらに、同一品種でもシェーディングが異なるので、このバラツキは予め予測することが困難であるので、シェーディングを補正することが困難となる問題が在る。
【００１９】
即ち、特許文献１に開示された技術を適用しようとする場合、シェーディング補正のための近似曲線、または、近似曲面が、予め固定されているので、被検査対象表面の製品のバラツキをリアルタイムに補正することは困難で、その正規化演算による望ましいシェーディング補正が行えなくなる問題がある。
【００２０】
本発明は、上記問題点を解決するためになされたもので、シェーディングの状態や、その雑音成分が変化しても、リアルタイムにシェーディング補正が可能な表面検査装置のシェーディング補正方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
上記目的を達成するために、本実施例による表面検査装置のシェーディング補正方法は、検査対象表面に光を照射し、その反射光を検出して欠陥を検出するライン走査型の表面検査装置の走査検出信号のシェーディング補正方法において、予め正常な検査対象表面を走査して得られる前記走査検出信号を平滑処理し、第１のシェーディング補正信号の初期値を求めて記憶するステップと、前記走査検出信号に含まれる雑音成分を検出してノイズレベルを求め、予め定めるＳ／Ｎ比を定数値として乗じ、さらに、予め記憶された前記第１のシェーディング補正信号に加算及び減算して２つの閾値信号を求めるステップと、求めた２つの前記閾値信号と今回走査時の前記走査検出信号とを夫々比較し、今回走査時の前記走査検出信号について前記閾値信号を越える箇所については、記憶された前記第１のシェーディング補正信号の対応する位置の信号値に置換して補正走査信号を生成するステップと、前記補正走査信号を平滑処理し、今回走査時の第２のシェーディング補正信号を求めて、記憶した前記第１のシェーディング補正信号を更新するとともに、前記第２のシェーディング補正値で今回走査時の前記走査検出信号を正規化演算するステップと、とからなり、予め記憶された前回走査時までの走査検出信号で生成した第１のシェーディング補正信号を元にして閾値信号を生成し、今回の走査時の走査検出信号に含まれる欠陥部に対応する位置の信号値を第１のシェーディング補正信号で置換してアルタイムに補正走査信号を求め、今回の走査時の走査検出信号を正規化するようにしたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、シェーディングの状態や、その雑音成分が変化しても、リアルタイムにシェーディング補正が可能な表面検査装置のシェーディング補正方法を提供することを目的とする。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の実施例の表面検査装置の構成図。
【図２】各部の信号波形を説明する図。
【図３】本発明の実施例の動作を説明するフロー図。
【図４】従来のシェーディング補正の問題点を説明する信号波形。
【図５】従来のシェーディング補正の問題点を説明する信号波形。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明の実施例について図１乃至図３を参照して説明する。
【００２５】
図１は、本発明の実施例の表面検査装置１００の構成図で、移動する検査対象２０の表面に光を照射する照明装置１と、検査対象２０の表面からの反射光を撮像するカメラ２と、カメラ２からの検出信号（以後、ここでは走査検出信号と言う）のシェーディングを補正するシェーディング補正信号生成部３と、シェーディング補正演算を行う正規化演算部４とを備える。
【００２６】
照明装置１及びカメラ２とで構成される検出系は、検査対象２０の表面とその欠陥の検査条件により適宜最適な検出系で構成される。また、カメラ２は、例えばＣＣＤカメラの場合には、ライン走査型とエリア走査型とがあるが、高速で移動する鋼板などの製造工程における表面検査の場合においては、移動方向の設置スペースや、検査速度などからライン走査型のカメラが選択される場合が多い。
【００２７】
ライン走査型の検出系は、ＣＣＤカメラに限定されるものでなく、特許文献３に開示されたようなレーザ走査によるものも含まれる。
【００２８】
以下、本実施例の説明は、このようなライン走査する構成であれば良く、カメラ２は、ＣＣＤカメラに限定されるものではない。
【００２９】
次に、各部の構成について説明する。照明装置１は、検査対象２０の表面をその移動方向と直交する方向でライン上の照査する上で、効率の良い蛍光灯などの棒状光源が使用される。
【００３０】
また、カメラ２は、予め設定される走査周期の走査開始信号を生成する走査信号回路２ａと、走査検出信号をデジタル信号に変換するＡＤＣ２ａとを備える。
【００３１】
次に、ＡＤＣ２ａの出力からシェーディング補正信号を生成するシェーディング補正信号生成部３は、検査対象２０の表面を走査して得られる走査検出信号に含まれる雑音成分（背景雑音とも言う）を検出するノイズレベル検出部１３と、ノイズレベル検出部１３で求めた閾値と、この閾値に今回走査前に予め記憶されたシェーディング補正信号に加算及び減算して２つの閾値信号を求め、求めた閾値信号と走査検出信号を比較して欠陥部を判定し、今回走査信号から欠陥部を前回までの走査時で求めたシェーディング補正信号で置換して補正された補正走査信号を生成する補正走査信号生成部１４と、この補正走査信号を平滑処理し、今回走査時のシェーディング補正信号を求めて、前回走査時までの走査検出信号で記憶したシェーディング補正信号を更新するシェーディング補正信号出力部１５とを備える。
【００３２】
次に、シェーディング補正信号生成部３の各部の詳細について、図２の各信号波形を参照して説明する。
【００３３】
ノイズレベル検出部１３は、ノイズレベル検出回路１３ａと、求めたノイズレベルを一時記憶するレジスタ１３ｂと、レジスタ１３ｂに一時記憶したノイズレベルの値に予め設定した定数値を乗じるＳ／Ｎ比乗算回路１３ｃとを備える。
【００３４】
このノイズレベル検出回路１３ａは、図２（ａ）に示す一定周期の走査開始信号ｓ０に同期した、図２（ｂ）に示すような１つの走査検出信号ｓ１から、端部信号を除く部分の雑音成分（ノイズレベル）ｓ２を求めるもので、種々の方法が考えられる。例えば、図２（ｃ）に示すように、雑音成分のピーク値をトラッキングしその平均値を求める方法でもよい。
【００３５】
この演算は、例えば、走査検出信号の走査（幅）方向のＡＤＣ２ｂ出力のｉ画素目のグレイスケール値をＤｉとすると、下記演算式でそのノイズレベルｓ２（＝Ｖｎ）が求められる。
【００３６】
Ｖｎ＝Σｉ＝ｎｉ＝１｜Ｄｉ−Ｄｉ−１｜／ｎ÷２
ここで、幅方向の画素分解能は予め設定されるもので、ｎは、走査検出信号の幅方向の画素数となる。即ち、走査検出信号について所定の分解能で画素化し、走査方向についての画素間の信号レベルの差の平均値を求める。
【００３７】
この時、Ｓ／Ｎ比乗算回路１３ｃで乗算する定数値Ｃｎは、Ｖｎが幅方向の画素間のピーク値の差の平均であるので、例えば、Ｃｎ＝１．０〜１．５程度の範囲で設定されるが、背景雑音のバラツキが少ない場合は小さな値を選ぶ。
【００３８】
次に、補正走査信号生成部１４について説明する。補正走査信号生成部１４は、後述する前回走査時までに予め求めたシェーディング補正信号ｓ８にノイズレベル検出回路１３ａで求めたノイズレベルｓ２（Ｖｎ）を加算、及び減算して、図２（ｅ）に示す閾値信号のｓ３及びｓ４を生成する加算回路１４ａと減算回路１４ｂとを備える。
【００３９】
さらに、今回の走査検出信号ｓ１と閾値信号ｓ３、ｓ４とを、夫々比較する比較回路１４ｃ、比較回路１４ｄと、走査検出信号ｓ１について、比較回路１４ｃ、ｄの出力ｓ５でセレクトされた部分についてはシェーディング補正信号ｓ８の対応する値で置換し、閾値を超える欠陥部を除いた補正走査検出信号ｓ６を生成するセレクタ回路１４ｅとを備える。
【００４０】
次に、シェーディング補正信号出力部１５は、セレクタ回路１４ｅから出力された補正走査検出信号ｓ６に対して、幅方向３画素〜１０画素の移動平均値を求め、補正走査検出信号ｓ６を平均化するスムージング回路１５ｂと、スムージングされたシェーディング補正信号ｓ７を記憶するラインメモリ１５ａとを備える。
【００４１】
スムージング補正回路１５ｂは、移動平均だけでなく、さらに複数の走査検出信号ｓ６を検査対象２０が移動する方向で加算して各画素平均値を求めるようにしても良い。
【００４２】
即ち、走査補正信号の平滑処理は、走査方向について所定の分解能で画素化し、複数の画素の移動平均値を求めるだけでなく、さらに、複数の走査検出信号に対する平均値を求め、検査対象表面の移動方向に対しても平均化する。
【００４３】
次にこのように構成された表面検査装置１００のシェーディング補正信号生成部３による動作について図３及び図２を参照して説明する。
【００４４】
先ず、検査対象２０の検査を介する前に、予め正常な検査対象２０の表面を走査して得られる走査検出信号ｓ１に対してセレクタ回路１４ｅで欠陥が検出されない条件を設定し、スムージング回路１５ｂで平滑処理されたシェーディング補正信号の初期値を求めてラインメモリ１５ａに記憶しておく（ｓ１１）。
【００４５】
次に、図示しない検査開始信号がシェーディング補正信号生成部３に印加されると走査検出信号ｓ１及び走査開始信号ｓ０がノイズレベル検出部１３に印加され、処理動作を介しする（ｓ１２）。
【００４６】
ノイズレベル検出部１３では、走査検出信号ｓ１に含まれる雑音成分を検出してノイズレベルＶｎを求め、予め定めるＳ／Ｎ比の定数値Ｃｎを乗じ、さらに、予めラインメモリ１５ａに記憶された初期値のシェーディング補正信号ｓ８に加算及び減算して２つの閾値信号ｓ３、ｓ４を求める（ｓ１３）。
【００４７】
次に、求めた２つの閾値信号ｓ３、ｓ４と今回走査時の走査検出信号ｓ１とを夫々比較し、今回走査時の走査検出信号ｓ１について閾値信号を越える箇所については、記憶されたシェーディング補正信号ｓ８の対応する位置の信号値にセレクタ回路１４ｅで置換して補正走査信号ｓ６を生成する（ｓ１４）。
【００４８】
そして、補正走査信号ｓ６をスムージング回路１５ｂで平滑処理し、今回走査時のシェーディング補正信号ｓ７を求めて、ラインメモリ１５ａに記憶したシェーディング補正信号ｓ８を更新する（ｓ１５）とともに、図２（ｇ）に示すように、シェーディング補正信号ｓ７で今回走査時の走査検出信号ｓ１を正規化演算部４で除算演算して正規化された歪みの少ない走査検出信号ｓ９を得る。
【００４９】
以下、次の走査検出信号に対して、ｓ１３からｓ１５の動作を図示しない検査終了信号が印加するまで継続する。
【００５０】
以上説明したように、本実施例によれば、予め記憶された前回走査時の走査検出信号で生成したシェーディング補正信号を元にして閾値信号を生成し、今回の走査時の走査検出信号に含まれる欠陥部に対応する位置の信号値を前回までの走査時で生成したシェーディング補正信号で置換してリアルタイムに補正走査信号を求め、今回の走査時の走査検出信号を正規化するようにした。
【００５１】
従って、本実施例によれば、走査検出信号単位でリアルタイムにシェーディング補正信号を生成することが可能となるので、シェーディングの状態や、その雑音成分が変化しても、リアルタイムにシェーディング補正が可能な表面検査装置のシェーディング補正方法を提供することができる。
【００５２】
そのため、画像処理装置を備えない場合でも、補正後、直ちに欠陥部の有無の判定が可能となる。
【００５３】
尚、本発明は上述したような実施例に何ら限定されるものでなく、ノイズレベルの平均化とＳ／Ｎ比の定数値は、走査検出信号から欠陥部とみなされるものを除外するものであるので、適宜その値を変更しても良く、また走査補正信号の平滑処理は、走査方向の平均化画素数及びその移動方向の平均化走査数は適宜変更しても良く、検査対象表面の正常表面（背景雑音）ｎの状態により、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。
【符号の説明】
【００５４】
１ 照明装置
２ カメラ
２ａ 走査開始信号回路
２ｂ ＡＤＣ
３ シェーディング補正信号生成部
４ 正規化演算部
１３ ノイズレベル検出部
１３ａ ノイズレベル検出回路
１３ｂ レジスタ
１３ｃ Ｓ／Ｎ比乗算回路
１４ 補正走査信号生成部
１４ａ 加算回路
１４ｂ 減算回路
１４ｃ、１４ｄ 比較回路
１４ｅ セレクタ
１５ シェーディング補正信号出力
１５ａ ラインメモリ
１５ｂ スムージング回路
２０ 検査対象
１００ 表面検査装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、薄鋼板等の表面の欠陥を検出する表面検査装置のシェーディング補正方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、生産工程における製品表面の欠陥の検査は、検査対象表面を高輝度の光源で照明し、その表面をＣＣＤカメラ等の撮像装置によって撮像し、得られた画像の定められた領域の特徴量から、その領域が欠陥部であるか否かを判定し、欠陥部である場合、その種類やその欠陥が軽度か重度かの程度を判別するようにしている。
【０００３】
この場合、検査対象表面の反射特性が完全拡散面であっても、照明する照明装置の輝度が空間的に一様ではないことや、カメラの視野角の相違から中央部と端部とで受光立体角が異なるため、中央部に比べて周辺部の光量が少なくなる。そのため、撮像した画像に輝度ムラ（シェーディング）が生じる。
【０００４】
一般に、このシェーディングは、欠陥を抽出する前の前処理として画像からシェーディング成分を背景画像として抽出し、元の画像をその背景画像で除算して正規化、または背景画像を減算する方法でその成分を除去するようにしている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００５】
このシェーディング補正方法は、シェーディング成分を抽出するためにＬＰＦ（低域通過フィルタ）を用いて背景画像を生成すると、欠陥の空間周波数成分とＬＰＦのフィルタ定数値によっては、欠陥のエッジ部分に跳ね返りが発生したり、大面積欠陥の場合には、その一部あるいは全体がシェーディング成分として検出され、補正後の画像から除去されたりする可能性がある。
【０００６】
この現象を図４を参照して、欠陥の検査を行う場合のシェーディング補正の問題点について説明する。図４は、ライン走査型のＣＣＤカメラからの検出信号の１つの走査信号を図示したものである。
【０００７】
図４（ａ）は、欠陥の無い部分を走査した場合のシェーディング波形を示し、図４（ｂ）は欠陥部Ａ、Ｂが存在する場合の波形を示す。
【０００８】
例えば、このようなシェーディングを有する検出信号に対して、一次遅れのＬＰＦを用いた場合のシェーディング補正信号の波形は、欠陥が無い図４（ａ）の場合には図４（ｃ）のようになり、欠陥が存在する図４（ｂ）の場合には、図４（ｄ）のようなシェーディング補正信号が生成される。
【０００９】
したがって、図４（ｅ）の破線に示すシェーディング補正信号で、図４（ｅ）実線で示す検出信号に対して除算による正規化演算を行った場合には、ＬＰＦのフィルタのフィルタ定数値と欠陥部の周波数成分の相違により、信号の変化の早い微小幅の欠陥部Ａでは跳ね返りが、信号の変化が緩やかな大面積の欠陥部Ｂでは欠陥部Ｂが抑制される、図４（ｅ）に示すような正規化信号が生成され欠陥部の信号の歪みが生じる問題がある。
【００１０】
そのため、シェーディング補正信号の生成を、検査対象の画像領域部分について、各ラインの輝度変化を曲線によって近似、あるいは検査対象の画像領域部分全体の輝度変化を曲面によって近似し、その近似曲線あるいは近似曲面が検査対象と検査対象外の境界近傍を通る様に、その近似曲線あるいは近似曲面に含まれる各点の画素輝度に一定の値を加算することによりその近似曲線あるいは近似曲面をシフトした後、その近似曲線あるいは近似曲面の値を輝度とする同じ大きさの画像に再構成し、カメラからの画像をその再構成した画像により除算または減算することによりシェーディング補正する技術が開示されている（例えば、特許文献２参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特許第４３２０９９０号公報
【特許文献２】特許第４２７２４３８号公報
【特許文献３】特許第２５７５４６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、一般に撮像した検出信号に含まれるシェーディングは、検出系の光学系の設定条件と検査対象表面の粗さや反射率のバラツキなどにより、同一製品でも多様に変化する場合がある。
【００１３】
図５は、その変化の様子を説明するための図である。図５（ａ）、（ｂ）は、例えば、薄鋼板等の同一製品でのシェーディングのバラツキの様子を示したもので、夫々のシェーディングの包絡線を図５（ｄ）のａ、ｂに示す。
【００１４】
また、図５（ｃ）は、異なる品種での検出波形を示し、例えば、ヘアライン仕上げされたアルミ板など、テクスチャーの多い場合の検出波形で、その包絡線を図５（ｄ）、ｃに示す。
【００１５】
図５に示すように、検出波形の包絡線の形は多様で、また、図５（ｅ）に示すように背景となる雑音成分も、同じシェーディング形の図５（ａ）とは異なる場合がある。
【００１６】
照明装置にレーザ光線のような干渉性の高い光源を使用した、例えば、特許文献３に開示された表面検査装置などの光学系の場合、検査対象表面の幾何学的な周波数成分に高感度で応答するため、シェーディングや雑音成分のバラツキが大きくなる傾向がある。
【００１７】
このようなシェーディングが生成される場合には、特許文献１に開示された方法でシェーディング補正信号を生成する場合には、製品の品種毎に異なる近似曲線、または、近似曲面を生成することが必要となるので、この近似曲線、近似曲面の生成は複雑で手間が掛かる問題がある。
【００１８】
さらに、同一品種でもシェーディングが異なるので、このバラツキは予め予測することが困難であるので、シェーディングを補正することが困難となる問題が在る。
【００１９】
即ち、特許文献１に開示された技術を適用しようとする場合、シェーディング補正のための近似曲線、または、近似曲面が、予め固定されているので、被検査対象表面の製品のバラツキをリアルタイムに補正することは困難で、その正規化演算による望ましいシェーディング補正が行えなくなる問題がある。
【００２０】
本発明は、上記問題点を解決するためになされたもので、シェーディングの状態や、その雑音成分が変化しても、リアルタイムにシェーディング補正が可能な表面検査装置のシェーディング補正方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
上記目的を達成するために、本実施例による表面検査装置のシェーディング補正方法は、検査対象表面に光を照射し、その反射光を検出して欠陥を検出するライン走査型の表面検査装置の走査検出信号のシェーディング補正方法において、予め正常な検査対象表面を走査して得られる前記走査検出信号を平滑処理し、第１のシェーディング補正信号の初期値を求めて記憶するステップと、前記走査検出信号に含まれる雑音成分を検出してノイズレベルを求め、予め定めるＳ／Ｎ比を定数値として乗じ、さらに、予め記憶された前記第１のシェーディング補正信号に加算及び減算して２つの閾値信号を求めるステップと、求めた２つの前記閾値信号と今回走査時の前記走査検出信号とを夫々比較し、今回走査時の前記走査検出信号について前記閾値信号を越える箇所については、記憶された前記第１のシェーディング補正信号の対応する位置の信号値に置換して補正走査信号を生成するステップと、前記補正走査信号を平滑処理し、今回走査時の第２のシェーディング補正信号を求めて、記憶した前記第１のシェーディング補正信号を更新するとともに、前記第２のシェーディング補正値で今回走査時の前記走査検出信号を正規化演算するステップと、とからなり、予め記憶された前回走査時までの走査検出信号で生成した第１のシェーディング補正信号を元にして閾値信号を生成し、今回の走査時の走査検出信号に含まれる欠陥部に対応する位置の信号値を第１のシェーディング補正信号で置換してアルタイムに補正走査信号を求め、今回の走査時の走査検出信号を正規化するようにしたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、シェーディングの状態や、その雑音成分が変化しても、リアルタイムにシェーディング補正が可能な表面検査装置のシェーディング補正方法を提供することを目的とする。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の実施例の表面検査装置の構成図。
【図２】各部の信号波形を説明する図。
【図３】本発明の実施例の動作を説明するフロー図。
【図４】従来のシェーディング補正の問題点を説明する信号波形。
【図５】従来のシェーディング補正の問題点を説明する信号波形。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明の実施例について図１乃至図３を参照して説明する。
【００２５】
図１は、本発明の実施例の表面検査装置１００の構成図で、移動する検査対象２０の表面に光を照射する照明装置１と、検査対象２０の表面からの反射光を撮像するカメラ２と、カメラ２からの検出信号（以後、ここでは走査検出信号と言う）のシェーディングを補正するシェーディング補正信号生成部３と、シェーディング補正演算を行う正規化演算部４とを備える。
【００２６】
照明装置１及びカメラ２とで構成される検出系は、検査対象２０の表面とその欠陥の検査条件により適宜最適な検出系で構成される。また、カメラ２は、例えばＣＣＤカメラの場合には、ライン走査型とエリア走査型とがあるが、高速で移動する鋼板などの製造工程における表面検査の場合においては、移動方向の設置スペースや、検査速度などからライン走査型のカメラが選択される場合が多い。
【００２７】
ライン走査型の検出系は、ＣＣＤカメラに限定されるものでなく、特許文献３に開示されたようなレーザ走査によるものも含まれる。
【００２８】
以下、本実施例の説明は、このようなライン走査する構成であれば良く、カメラ２は、ＣＣＤカメラに限定されるものではない。
【００２９】
次に、各部の構成について説明する。照明装置１は、検査対象２０の表面をその移動方向と直交する方向でライン上の照査する上で、効率の良い蛍光灯などの棒状光源が使用される。
【００３０】
また、カメラ２は、予め設定される走査周期の走査開始信号を生成する走査信号回路２ａと、走査検出信号をデジタル信号に変換するＡＤＣ２ａとを備える。
【００３１】
次に、ＡＤＣ２ａの出力からシェーディング補正信号を生成するシェーディング補正信号生成部３は、検査対象２０の表面を走査して得られる走査検出信号に含まれる雑音成分（背景雑音とも言う）を検出するノイズレベル検出部１３と、ノイズレベル検出部１３で求めた閾値と、この閾値に今回走査前に予め記憶されたシェーディング補正信号に加算及び減算して２つの閾値信号を求め、求めた閾値信号と走査検出信号を比較して欠陥部を判定し、今回走査信号から欠陥部を前回までの走査時で求めたシェーディング補正信号で置換して補正された補正走査信号を生成する補正走査信号生成部１４と、この補正走査信号を平滑処理し、今回走査時のシェーディング補正信号を求めて、前回走査時までの走査検出信号で記憶したシェーディング補正信号を更新するシェーディング補正信号出力部１５とを備える。
【００３２】
次に、シェーディング補正信号生成部３の各部の詳細について、図２の各信号波形を参照して説明する。
【００３３】
ノイズレベル検出部１３は、ノイズレベル検出回路１３ａと、求めたノイズレベルを一時記憶するレジスタ１３ｂと、レジスタ１３ｂに一時記憶したノイズレベルの値に予め設定した定数値を乗じるＳ／Ｎ比乗算回路１３ｃとを備える。
【００３４】
このノイズレベル検出回路１３ａは、図２（ａ）に示す一定周期の走査開始信号ｓ０に同期した、図２（ｂ）に示すような１つの走査検出信号ｓ１から、端部信号を除く部分の雑音成分（ノイズレベル）ｓ２を求めるもので、種々の方法が考えられる。例えば、図２（ｃ）に示すように、雑音成分のピーク値をトラッキングしその平均値を求める方法でもよい。
【００３５】
この演算は、例えば、走査検出信号の走査（幅）方向のＡＤＣ２ｂ出力のｉ画素目のグレイスケール値をＤｉとすると、下記演算式でそのノイズレベルｓ２（＝Ｖｎ）が求められる。
【００３６】
Ｖｎ＝Σｉ＝ｎｉ＝１｜Ｄｉ−Ｄｉ−１｜／ｎ÷２
ここで、幅方向の画素分解能は予め設定されるもので、ｎは、走査検出信号の幅方向の画素数となる。即ち、走査検出信号について所定の分解能で画素化し、走査方向についての画素間の信号レベルの差の平均値を求める。
【００３７】
この時、Ｓ／Ｎ比乗算回路１３ｃで乗算する定数値Ｃｎは、Ｖｎが幅方向の画素間のピーク値の差の平均であるので、例えば、Ｃｎ＝１．０〜１．５程度の範囲で設定されるが、背景雑音のバラツキが少ない場合は小さな値を選ぶ。
【００３８】
次に、補正走査信号生成部１４について説明する。補正走査信号生成部１４は、後述する前回走査時までに予め求めたシェーディング補正信号ｓ８にノイズレベル検出回路１３ａで求めたノイズレベルｓ２（Ｖｎ）を加算、及び減算して、図２（ｅ）に示す閾値信号のｓ３及びｓ４を生成する加算回路１４ａと減算回路１４ｂとを備える。
【００３９】
さらに、今回の走査検出信号ｓ１と閾値信号ｓ３、ｓ４とを、夫々比較する比較回路１４ｃ、比較回路１４ｄと、走査検出信号ｓ１について、比較回路１４ｃ、ｄの出力ｓ５でセレクトされた部分についてはシェーディング補正信号ｓ８の対応する値で置換し、閾値を超える欠陥部を除いた補正走査検出信号ｓ６を生成するセレクタ回路１４ｅとを備える。
【００４０】
次に、シェーディング補正信号出力部１５は、セレクタ回路１４ｅから出力された補正走査検出信号ｓ６に対して、幅方向３画素〜１０画素の移動平均値を求め、補正走査検出信号ｓ６を平均化するスムージング回路１５ｂと、スムージングされたシェーディング補正信号ｓ７を記憶するラインメモリ１５ａとを備える。
【００４１】
スムージング補正回路１５ｂは、移動平均だけでなく、さらに複数の走査検出信号ｓ６を検査対象２０が移動する方向で加算して各画素平均値を求めるようにしても良い。
【００４２】
即ち、走査補正信号の平滑処理は、走査方向について所定の分解能で画素化し、複数の画素の移動平均値を求めるだけでなく、さらに、複数の走査検出信号に対する平均値を求め、検査対象表面の移動方向に対しても平均化する。
【００４３】
次にこのように構成された表面検査装置１００のシェーディング補正信号生成部３による動作について図３及び図２を参照して説明する。
【００４４】
先ず、検査対象２０の検査を介する前に、予め正常な検査対象２０の表面を走査して得られる走査検出信号ｓ１に対してセレクタ回路１４ｅで欠陥が検出されない条件を設定し、スムージング回路１５ｂで平滑処理されたシェーディング補正信号の初期値を求めてラインメモリ１５ａに記憶しておく（ｓ１１）。
【００４５】
次に、図示しない検査開始信号がシェーディング補正信号生成部３に印加されると走査検出信号ｓ１及び走査開始信号ｓ０がノイズレベル検出部１３に印加され、処理動作を介しする（ｓ１２）。
【００４６】
ノイズレベル検出部１３では、走査検出信号ｓ１に含まれる雑音成分を検出してノイズレベルＶｎを求め、予め定めるＳ／Ｎ比の定数値Ｃｎを乗じ、さらに、予めラインメモリ１５ａに記憶された初期値のシェーディング補正信号ｓ８に加算及び減算して２つの閾値信号ｓ３、ｓ４を求める（ｓ１３）。
【００４７】
次に、求めた２つの閾値信号ｓ３、ｓ４と今回走査時の走査検出信号ｓ１とを夫々比較し、今回走査時の走査検出信号ｓ１について閾値信号を越える箇所については、記憶されたシェーディング補正信号ｓ８の対応する位置の信号値にセレクタ回路１４ｅで置換して補正走査信号ｓ６を生成する（ｓ１４）。
【００４８】
そして、補正走査信号ｓ６をスムージング回路１５ｂで平滑処理し、今回走査時のシェーディング補正信号ｓ７を求めて、ラインメモリ１５ａに記憶したシェーディング補正信号ｓ８を更新する（ｓ１５）とともに、図２（ｇ）に示すように、シェーディング補正信号ｓ７で今回走査時の走査検出信号ｓ１を正規化演算部４で除算演算して正規化された歪みの少ない走査検出信号ｓ９を得る。
【００４９】
以下、次の走査検出信号に対して、ｓ１３からｓ１５の動作を図示しない検査終了信号が印加するまで継続する。
【００５０】
以上説明したように、本実施例によれば、予め記憶された前回走査時の走査検出信号で生成したシェーディング補正信号を元にして閾値信号を生成し、今回の走査時の走査検出信号に含まれる欠陥部に対応する位置の信号値を前回までの走査時で生成したシェーディング補正信号で置換してリアルタイムに補正走査信号を求め、今回の走査時の走査検出信号を正規化するようにした。
【００５１】
従って、本実施例によれば、走査検出信号単位でリアルタイムにシェーディング補正信号を生成することが可能となるので、シェーディングの状態や、その雑音成分が変化しても、リアルタイムにシェーディング補正が可能な表面検査装置のシェーディング補正方法を提供することができる。
【００５２】
そのため、画像処理装置を備えない場合でも、補正後、直ちに欠陥部の有無の判定が可能となる。
【００５３】
尚、本発明は上述したような実施例に何ら限定されるものでなく、ノイズレベルの平均化とＳ／Ｎ比の定数値は、走査検出信号から欠陥部とみなされるものを除外するものであるので、適宜その値を変更しても良く、また走査補正信号の平滑処理は、走査方向の平均化画素数及びその移動方向の平均化走査数は適宜変更しても良く、検査対象表面の正常表面（背景雑音）ｎの状態により、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。
【符号の説明】
【００５４】
１ 照明装置
２ カメラ
２ａ 走査開始信号回路
２ｂ ＡＤＣ
３ シェーディング補正信号生成部
４ 正規化演算部
１３ ノイズレベル検出部
１３ａ ノイズレベル検出回路
１３ｂ レジスタ
１３ｃ Ｓ／Ｎ比乗算回路
１４ 補正走査信号生成部
１４ａ 加算回路
１４ｂ 減算回路
１４ｃ、１４ｄ 比較回路
１４ｅ セレクタ
１５ シェーディング補正信号出力
１５ａ ラインメモリ
１５ｂ スムージング回路
２０ 検査対象
１００ 表面検査装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
移動する検査対象表面に光を照射し、その反射光を検出して欠陥を検出するライン走査型の表面検査装置の走査検出信号のシェーディング補正方法において、
予め正常な検査対象表面を走査して得られる前記走査検出信号を平滑処理し、第１のシェーディング補正信号の初期値を求めて記憶するステップと、
前記走査検出信号に含まれる雑音成分を検出してノイズレベルを求め、予め定めるＳ／Ｎ比を定数値として乗じ、さらに、予め記憶された前記第１のシェーディング補正信号に加算及び減算して２つの閾値信号を求めるステップと、
求めた２つの前記閾値信号と今回走査時の前記走査検出信号とを夫々比較し、今回走査時の前記走査検出信号について前記閾値信号を越える箇所については、記憶された前記第１のシェーディング補正信号の対応する位置の信号値に置換して補正走査信号を生成するステップと、
前記補正走査信号を平滑処理し、今回走査時の第２のシェーディング補正信号を求めて、記憶した前記第１のシェーディング補正信号を更新するとともに、前記第２のシェーディング補正値で今回走査時の前記走査検出信号を正規化演算するステップと、
とからなり、
予め記憶された前回走査時までの走査検出信号で生成した第１のシェーディング補正信号を元にして閾値信号を生成し、今回の走査時の走査検出信号に含まれる欠陥部に対応する位置の信号値を第１のシェーディング補正信号で置換してアルタイムに補正走査信号を求め、今回の走査時の走査検出信号を正規化するようにしたことを特徴とする表面検査装置のシェーディング補正方法。
【請求項２】
前記ノイズレベルは、前記走査検出信号について所定の分解能で画素化し、走査方向についての画素間の信号レベルの差の平均値を求めるようにした請求項１に記載の表面検査装置のシェーディング補正方法。
【請求項３】
前記走査補正信号の平滑処理は、走査方向について所定の分解能で画素化し、複数の画素の移動平均値を求めるように請求項１に記載の表面検査装置のシェーディング補正方法。
【請求項４】
前記走査補正信号の平滑処理は、走査方向について所定の分解能で画素化し、複数の画素の移動平均値を求めるとともに、さらに、複数の前記走査検出信号に対する平均値を求め、前記検査対象表面の移動方向に対しても平均化するようにした請求項１に記載の表面検査装置のシェーディング補正方法。
【請求項１】
移動する検査対象表面に光を照射し、その反射光を検出して欠陥を検出するライン走査型の表面検査装置の走査検出信号のシェーディング補正方法において、
予め正常な検査対象表面を走査して得られる前記走査検出信号を平滑処理し、第１のシェーディング補正信号の初期値を求めて記憶するステップと、
前記走査検出信号に含まれる雑音成分を検出してノイズレベルを求め、予め定めるＳ／Ｎ比を定数値として乗じ、さらに、予め記憶された前記第１のシェーディング補正信号に加算及び減算して２つの閾値信号を求めるステップと、
求めた２つの前記閾値信号と今回走査時の前記走査検出信号とを夫々比較し、今回走査時の前記走査検出信号について前記閾値信号を越える箇所については、記憶された前記第１のシェーディング補正信号の対応する位置の信号値に置換して補正走査信号を生成するステップと、
前記補正走査信号を平滑処理し、今回走査時の第２のシェーディング補正信号を求めて、記憶した前記第１のシェーディング補正信号を更新するとともに、前記第２のシェーディング補正値で今回走査時の前記走査検出信号を正規化演算するステップと、
とからなり、
予め記憶された前回走査時までの走査検出信号で生成した第１のシェーディング補正信号を元にして閾値信号を生成し、今回の走査時の走査検出信号に含まれる欠陥部に対応する位置の信号値を第１のシェーディング補正信号で置換してアルタイムに補正走査信号を求め、今回の走査時の走査検出信号を正規化するようにしたことを特徴とする表面検査装置のシェーディング補正方法。
【請求項２】
前記ノイズレベルは、前記走査検出信号について所定の分解能で画素化し、走査方向についての画素間の信号レベルの差の平均値を求めるようにした請求項１に記載の表面検査装置のシェーディング補正方法。
【請求項３】
前記走査補正信号の平滑処理は、走査方向について所定の分解能で画素化し、複数の画素の移動平均値を求めるように請求項１に記載の表面検査装置のシェーディング補正方法。
【請求項４】
前記走査補正信号の平滑処理は、走査方向について所定の分解能で画素化し、複数の画素の移動平均値を求めるとともに、さらに、複数の前記走査検出信号に対する平均値を求め、前記検査対象表面の移動方向に対しても平均化するようにした請求項１に記載の表面検査装置のシェーディング補正方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１２−１１２７２９（Ｐ２０１２−１１２７２９Ａ）
【公開日】平成２４年６月１４日（２０１２．６．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２６０５３７（Ｐ２０１０−２６０５３７）
【出願日】平成２２年１１月２２日（２０１０．１１．２２）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年６月１４日（２０１２．６．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１１月２２日（２０１０．１１．２２）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
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