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技術 被測定物の形状、ガラス内部にある泡の形状およびガラスの欠陥の度合の評価方法

出願人 AGC株式会社
発明者 楜澤信
出願日 1996年4月23日 (22年8ヶ月経過) 出願番号 1996-101606
公開日 1997年11月4日 (21年2ヶ月経過) 公開番号 1997-287920
状態 未査定
技術分野 光学的手段による測長装置 光学的手段による材料の調査の特殊な応用 画像処理 イメージ分析
主要キーワード 疲労具合 全平均値 突端部分 演算部分 クラス内分散 クラス間分散 液晶基板用 認識度
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(1997年11月4日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (9)

課題

ガラス内の泡径の正確な自動測定を行う方法を得る。

解決手段

ガラス2に光を照射して、ガラス2を介した光を撮像した領域のうち泡3を含む泡3の近傍をウインドウに定め、ウインドウにおける光の濃度のヒストグラムのデータに基づいてしきい値を決定して撮像した光の情報をデジタル化してガラス2にある泡3の形状を評価する方法。

概要

背景

従来、ガラスの泡の径の測定は、人による官能検査ルーペなどによって行われてきた。しかし、従来の官能検査では検査員による個人差疲労具合等によるばらつきが大きいため、測定の信頼性に劣るものであった。またルーペによる測定は労力と時間がかかるうえ、個人差や読みとり誤差などの問題点もあった。

そこで、人の個人的な能力に頼る方法ではなく、画像処理を用いた二値化による方法を用いて泡の大きさを測定する方法が提案されてきた。例えば、特開昭61−123985号や特開平7−270136号には、固定したしきい値による方法、判別分析、モード法などと呼ばれる統計手段によりしきい値を決めて二値化する方法が開示されており、それらを改良して照明の変化をモニターすることを特徴とした二値化の方法も提案されていた。

概要

ガラス内の泡径の正確な自動測定を行う方法を得る。

ガラス2に光を照射して、ガラス2を介した光を撮像した領域のうち泡3を含む泡3の近傍をウインドウに定め、ウインドウにおける光の濃度のヒストグラムのデータに基づいてしきい値を決定して撮像した光の情報をデジタル化してガラス2にある泡3の形状を評価する方法。

目的

本発明の目的は、従来技術が有していた前述の欠点を解消することにあり、従来知られていなかった透明体にある被測定物の形状、ガラス内部にある泡の形状およびガラスの欠陥度合評価方法新規に提供することにある。

効果

実績

技術文献被引用数
2件
牽制数
4件

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請求項1

透明体に光を照射し、透明体を介した光を撮像して透明体にある被測定物の形状を評価する方法において、透明体を撮像した領域のうち被測定物を含む被測定物の近傍を測定有効領域に定め、該有効領域における透明体を介した光の濃度のヒストグラムを作製し、該ヒストグラムのデータに基づいてしきい値を決定して撮像した光の情報をデジタル化し、該デジタル化した情報から被測定物の評価をすることを特徴とする透明体にある被測定物の形状の評価方法

請求項2

被測定物に応じて、被測定物と被測定物の周辺にある背景に相当する部分との境界における濃淡コントラストによりしきい値の決定手法を変えることを特徴とする請求項1の透明体にある被測定物の形状の評価方法。

請求項3

ヒストグラムの最大頻度を持つ濃度値判別分析の手法により求めた濃度値との差によってしきい値を決定することを特徴とする請求項2の被測定物の評価方法。

請求項4

ヒストグラムの最大頻度を持つ濃度値と判別分析の手法により求めた濃度値との差が大きい場合に、判別分析の手法により求めた濃度値あるいはそれに近い値をしきい値とすることを特徴とする請求項3の被測定物の評価方法。

請求項5

ヒストグラムの最大頻度を持つ濃度値と判別分析の手法により求めた濃度値との差が小さい場合に、ヒストグラムにおける最大濃度値あるいは最小濃度値と、最大頻度を持つ濃度値の差を用いてしきい値を決めることを特徴とする請求項3の被測定物の評価方法。

請求項6

前記しきい値を用いて光が入射した各画素二値化を行い、二値化されて1になった画素の数および二値化されて0になった画素の数のうちの少なくとも一方から被測定物を評価することを特徴とする請求項1〜5のいずれかの被測定物の評価方法。

請求項7

前記ヒストグラムの最大濃度値または最小濃度値と、最大頻度を持つ濃度値の差を変数とする数式を用いて相対的にしきい値を決定することを特徴とする請求項1〜6のいずれかの被測定物の評価方法。

請求項8

ガラスに光を照射し、ガラスを介した光を撮像してガラス内部にある泡の形状を評価する方法において、ガラスを撮像した領域のうち泡を含む泡の近傍を測定有効領域に定め、該有効領域におけるガラスを介した光の濃度のヒストグラムを作製し、該ヒストグラムのデータに基づいてしきい値を決定して撮像した光の情報をデジタル化し、該デジタル化した情報から泡の大きさを求めることを特徴とするガラス内部にある泡の形状の評価方法。

請求項9

ガラスに光を照射し、ガラスを介した光を撮像してガラスの欠陥度合を評価する方法において、ガラスを撮像した領域のうちガラス内部にある泡を含む泡の近傍を測定有効領域に定め、該有効領域におけるガラスを介した光の濃度のヒストグラムを作製し、該ヒストグラムのデータに基づいてしきい値を決定して撮像した光の情報をデジタル化し、該デジタル化した情報から泡の大きさを求め、ヒストグラムより求めた泡部分の濃度に相当する値とを組み合わせてあるいはそれらを変数とする数式により泡の欠点としての強さを評価することを特徴とするガラスの欠陥の度合の評価方法。

技術分野

0001

本発明は、透明体に存在する被測定物の形状を評価する方法に関し、特にガラスの内部に発生する泡の大きさを測定して評価し、さらにこの泡によるガラスの欠陥度合を評価する方法に関する。

背景技術

0002

従来、ガラスの泡の径の測定は、人による官能検査ルーペなどによって行われてきた。しかし、従来の官能検査では検査員による個人差疲労具合等によるばらつきが大きいため、測定の信頼性に劣るものであった。またルーペによる測定は労力と時間がかかるうえ、個人差や読みとり誤差などの問題点もあった。

0003

そこで、人の個人的な能力に頼る方法ではなく、画像処理を用いた二値化による方法を用いて泡の大きさを測定する方法が提案されてきた。例えば、特開昭61−123985号や特開平7−270136号には、固定したしきい値による方法、判別分析、モード法などと呼ばれる統計手段によりしきい値を決めて二値化する方法が開示されており、それらを改良して照明の変化をモニターすることを特徴とした二値化の方法も提案されていた。

発明が解決しようとする課題

0004

しかし、これらの従来法は照明光の変動などの対策はなされているが、画像全面に対して被測定物が小さく、背景部分に対する被測定物の濃淡コントラストが低い被測定物を測定しようとする場合には、十分な測定精度が得られなかった。すなわち、上記のように被測定物が小さい場合には、被測定物と背景との境界がはっきりしないため、被測定物の形状の認識がうまくいかず、被測定物のコントラストのばらつきによって測定のばらつきが大きくなってしまう。

0005

このような欠点を解消する手段として、解像度を上げたりカメラ感度や安定性を上げて従来技術が適用できるようにすることが考えられる。しかしながら、時間や演算部分パワーをより必要とすることになり、あまり実用的ではない。

0006

また、別の従来から知られている方法として、p−タイル法と呼ばれるヒストグラム最大値、あるいは最小値より特定の面積に相当する画素数となるところでしきい値を決める方法がある。この方法は、例えば特開昭63−4373号等に開示されており、二値化しきい値を変えながら特定の特徴量の変化の具合によりしきい値を決める二値化の方法である。

0007

しかし、これらの方法は、パターン検査などの被測定物の形状があらかじめわかっている場合は有効である。しかし、測定する被測定物の大きさや形や濃淡のコントラストが被測定物に応じてまちまちで予想できない場合には、ある程度のしきい値を予め設定することが困難であるため、ガラス内の泡の大きさ測定などには適用が困難であった。

0008

本発明の目的は、従来技術が有していた前述の欠点を解消することにあり、従来知られていなかった透明体にある被測定物の形状、ガラス内部にある泡の形状およびガラスの欠陥度合評価方法新規に提供することにある。

課題を解決するための手段

0009

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、透明体に光を照射し、透明体を介した光を撮像して透明体にある被測定物の形状を評価する方法において、透明体を撮像した領域のうち被測定物を含む被測定物の近傍を測定有効領域に定め、該有効領域における透明体を介した光の濃度のヒストグラムを作製し、該ヒストグラムのデータに基づいて被測定物の評価のしきい値を決定することを特徴とする透明体にある被測定物の形状の評価方法を提供するものである。

0010

また、本発明は、ガラスに光を照射し、ガラスを介した光を撮像してガラス内部にある泡の形状を評価する方法において、ガラスを撮像した領域のうち泡を含む泡の近傍を測定有効領域に定め、該有効領域におけるガラスを介した光の濃度のヒストグラムを作製し、該ヒストグラムのデータに基づいてしきい値を決定して撮像した光の情報をデジタル化し、該デジタル化した情報から泡の大きさを求めることを特徴とするガラス内部にある泡の形状の評価方法を提供するものである。

0011

さらにまた、本発明は、ガラスに光を照射し、ガラスを介した光を撮像してガラスの欠陥の度合を評価する方法において、ガラスを撮像した領域のうちガラス内部にある泡を含む泡の近傍を測定有効領域に定め、該有効領域におけるガラスを介した光の濃度のヒストグラムを作製し、該ヒストグラムのデータに基づいてしきい値を決定して撮像した光の情報をデジタル化し、該デジタル化した情報から泡の大きさを求め、ヒストグラムより求めた泡部分の濃度に相当する値とを組み合わせてあるいはそれらを変数とする数式により泡の欠点としての強さを評価することを特徴とするするガラスの欠陥の度合の評価方法を提供するものである。

発明を実施するための最良の形態

0012

以下に図面に基づいて本発明を詳細に説明する。図1は本発明を用いた被測定物の評価方法の一例として、ガラス内部の泡の大きさを測定する方法を説明する概略斜視図である。1は撮像装置であるCCDカメラレンズ、5はその信号を演算、処理する装置、2はガラス、3は被測定物である泡である。4は白色拡散光源であり、泡は明視野で撮像される。

0013

この条件では、泡の輪郭部分周縁部分)は背景よりも黒く、低い濃度で撮像されるが、画像の濃度値反転させて泡を高い濃度の部分として認識、測定することももちろん可能である。

0014

本例で用いた光学的諸条件は、レンズは焦点距離15mm、絞りはF16であり、撮像面から被測定物までの距離は95mm、測定面においては1画素の大きさが約35μmである。また、画像は512×480画素あり、被測定物の泡は0.1〜1mm程度の大きさである。

0015

この条件でガラス内部の泡を撮像した場合に得られる画像を模式的に示したのが図2図3である。泡には様々な形状のものがあり、球に近い形状のものは図2のようにしっかりした輪郭を持つが、肉厚方向に薄く、偏平した泡は図3のように輪郭における濃度差の小さい、濃淡のコントラストの低い画像が得られる。この2例は代表的なものを模式的に示したものであるが、実際の被測定物である泡は、形状、濃淡のコントラストとも様々なものが存在している。

0016

図4は得られる画像全体の模式図である。撮像領域(画像)全体のうち、6はヒストグラムを求めるための測定有効領域(以下ウインドウという)を示している。本例では、ウインドウの大きさを80×80画素の大きさとしている。本発明における1つの例としては、画像中のウインドウの位置を固定し、被測定物である泡の像がウインドウ内に入るようにカメラを移動させる。ウインドウの大きさは現在のカメラの位置合わせ手段で、被測定物の泡が完全にウインドウ内に入りきる最小の大きさとする。別の例としては、画像中の最小値の位置の近傍を欠点であるとして、最小値を中心とした80×80画素の範囲をウインドウとすることがあげられる。

0017

次に、上記例に関する本発明の方法を、図5に示す流れ図を用いて説明する。まず、泡を含む部分を透過した白色拡散光源4からの光を、撮像装置1で撮像する。こうして撮像された光の画像を画像処理装置に入力し、撮像装置1で撮像された撮像領域のうち、泡を含む泡の近傍をウインドウに定める(51)。次に、泡の画像データをコンピュータ装置等の画像処理装置に入力し、泡を含むウィンドウ内の光の濃度ヒストグラムを作製する(52)。

0018

こうして得られたヒストグラムのデータより、最大頻度を持つ濃度値M1 、最小濃度値M2 、判別分析によるしきい値Tを決定する(53)。図2のような輪郭のはっきりした泡からは図6のようなヒストグラムが得られ、図3のような輪郭の薄い泡からは図7のようなヒストグラムが得られる。図6、7において、横軸は濃度を表す値で、図6および図7の7、8、9は各M2 、T、M1 の値を示している。

0019

上記の判別分析の手法によるしきい値Tは、以下のようにして得られる。ヒストグラムをあるしきい値で2つのクラスに分ける場合、2つのクラスの平均値の分散と各クラスの分散の比が最大となるようにしきい値を求める。

0020

クラス1の画素数をw1 、濃度の平均値をMa 、分散をσ1 、クラス2の画素数をw2 、濃度の平均値をMb 、分散をσ2 、全平均値をMt とすると、クラス内分散は、(σw )2 =w1 ×(σ1 )2 +w2 ×(σ2 )2 であり、クラス間分散は、(σb )2 =w1 ×(Ma −Mt )2 +w2 ×(Mb −Mt )2 となる。しきい値を少しずつ変化させ、そのつどσb /σw を求め、σb /σw が最大となるときのしきい値を判別分析の手法によるしきい値とする。

0021

ところで、ヒストグラムの最大頻度を持つ濃度値は背景の濃度を代表しており、一般に判別分析の手法により求めた値は被測定物の濃度により変化する値である。そのため、両者の関係は背景に対する被測定物の濃淡のコントラストとして作用する。すなわち、被測定物と背景との濃淡のコントラストが高い場合は、判別分析などの手法によるしきい値を用いた被測定物の形状の認識はうまくいく。

0022

しかし、濃淡のコントラストが低い場合は、両者の値は一致するかあるいはきわめて近くなり、判別分析などの手法による値は安定感を失う。そこで、ヒストグラムの最大濃度値または最小濃度値と、最大頻度を持つ濃度値の差を変数とする数式を用いて相対的にしきい値を決定し、被測定物の形状の認識を行った方が、安定な解が得られる。

0023

そこで、上記例のように、画像全面に対して被測定物が小さく、背景部分に対する被測定物の濃淡のコントラストが低く、ばらつきがあり、被測定物の大きさや形が予想できない場合には、上記のヒストグラムの最大濃度値(M1 )または最小濃度値(M2 )と最大頻度を持つ濃度値(T)の差を変数とする数式を用い、被測定物に応じて相対的にしきい値を決定する手法を用いることによって、安定した被測定物の形状の認識が可能となり、その画像を用いた測定も高精度に行いうる。

0024

以下に、M1 −T(=aとする)の値により場合分けする例を示す。例えばM1 −Tの値が大きい場合(図2のような輪郭のはっきりした泡:図6に相当)しきい値はTよりわずかに小さい値とし、M1 −Tの値が小さい場合(図3のような輪郭の薄い泡:図7に相当)しきい値はTよりかなり小さい値とし、M1 −Tの値が中間の場合(図6図7中間状態に相当)しきい値は上記の2つのケースの中間程度の値とする。具体的には、本例で測定しようとしている被測定物である泡の測定に適当な値として、以下の表1のようにしきい値を定めるが、被測定物の母集団に応じて、しきい値の決め方は適宜選択される。

0025

0026

このようにして決定したしきい値を用い、しきい値以上の出力の画素部分を「1」(泡の周縁部分でない背景部分や泡の中心領域等に相当)とし、しきい値未満の画素部分を「0」(泡の周縁部分に相当)として二値化処理をする(55)。その後、測定対象以下の小さな点欠陥を除去してノイズほこりの影響を除去し、さらに泡全体の情報にするために周縁部分にあわせて泡の中心部分を埋める(出力情報を1→0とする)ことにより泡の形状を塗りつぶし、泡部分に相当する画素の数を数えることにより最大径(L1 )および面積(S)を求める。

0027

L1 と垂直方向の径(最小径L2 )は泡を楕円として近似し、L2 =S/L1×4/πで求める。泡径を(L1 +L2 )/2で求めることもできる。なお、図8のような細長い泡については図中の10に相当する両突端部分量子化により測定されないため、その補正として、縦横比に応じた補正を行う。この補正は、例えばL1 /L2 が2未満のものは細長い泡でないと判断し、L1 、L2 に補正は加えずそのまま用い、L1 /L2 が2以上のものを細長い泡と判断し、L1 (補正値)=L1 +L1 /L2 とする等が例示できる。この場合、L1 /L2 は泡の両先端の1画素分の量子化誤差の補正分に相当する。こうして、泡の大きさが測定される(56)。

0028

こうして得られた値に関し、最大径、縦横平均径について顕微鏡による実測定との比較を行った。両者の差は最大径0.8mm以下の泡50個に対して、標準偏差で最大径37μm、平均径26μmであり、本発明による方法は、顕微鏡により時間をかけて行った実測定に十分に見合うものであった。

0029

また、泡の評価の例として、二値化に用いたしきい値と測定した面積の積を用いて、泡の認識度合を評価した(57)。これは、しきい値が泡の存在を認識できる濃度レベルを示す値であり、面積は泡の存在を認識できる大きさを示す値であることから、あるレベルで泡が認識されるものであるかそうでないかの指標になる。他に、M1 −M2 と面積の積によって評価する等、多くの組み合わせにより評価指標を決めることができ、評価の目的に応じて最適な評価指標を用いることが可能である。

0030

ちなみに、従来用いられている手段であるTをしきい値とした場合、テストした泡の25%以上の形状の認識ができず、測定不能であった。

0031

本発明において透明体としては、建築用車両用の窓に用いられるガラス板ブラウン管用ガラス、液晶基板用のガラス板等のガラス物品合成樹脂製の透明樹脂板等があげられる。これら、透明体に存在する被測定物としては、上記例にある泡のほか、透明体の表面にある傷、しみや汚れ等が例示できる。

0032

上記の被測定物の評価項目としては、上記例における被測定物の大きさのほか、被測定物の存在の有無、被測定物の存在が許容範囲であるかどうか等が例示できる。

0033

またしきい値の決定方法も、変数を最大濃度値あるいは最小濃度値と、最大頻度を持つ値に限るものではなく、評価の目的に応じてヒストグラムから求められる他のパラメータを適宜用いることもできる。

発明の効果

0034

本発明によれば、被測定物を含む被測定物の近傍に適当な大きさのウインドウをもうけ、そのウインドウ内の濃度ヒストグラムを作製しているので、濃度ヒストグラムの中の背景のばらつきによる影響を極力小さくすることができ、そのヒストグラムデータの特徴よりその後の処理のしきい値を決定している。そのため、画像全面に対して被測定物が小さい場合、背景部分に対する被測定物の濃淡のコントラストが小さくい場合、さらには被測定物の1つ1つでそれらの特徴がまちまちで、そのばらつきが大きい場合や、これらの組み合わさった場合等、被測定物の大きさや形が予想できない場合においても、安定した被測定物の形状の認識が可能となり、その画像を用いた測定も高精度に行うことができる。

0035

特に、本発明によれば、例えばガラス内の泡径の正確な測定が可能となり、測定の自動化による大幅な省力化が可能になるとともに、製品の安定した品質評価が可能となる。

図面の簡単な説明

0036

図1本発明における被測定物の測定に用いる装置の配置構成を示す概略斜視図
図2輪郭のはっきりした被測定物が撮像された画像例を示す模式図
図3輪郭の薄い被測定物が撮像された画像例を示す模式図
図4本発明における画像とウインドウと被測定物との関係の一例を示す模式図
図5本発明における被測定物の評価の方法の流れの一例を示すフロー
図6輪郭のはっきりした被測定物を測定した場合に得られるヒストグラムの一例を示すグラフ
図7輪郭の薄い被測定物を測定した場合に得られるヒストグラムの一例を示すグラフ
図8長い泡の補正を説明する概念

--

0037

1:撮像装置
2:ガラス
3:被測定物である泡
4:白色拡散光源
5:信号を処理、演算する装置
6:ウインドウ
7:最小値
8:判別分析によるしきい値
9:最大頻度を持つ値
10:細長い泡の突端部分

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