JP7063680B2

JP7063680B2 - 画像処理装置、異物検査装置、画像処理方法、および異物検査方法

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Publication number: JP7063680B2
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Inventors: 功士加集
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Description

本発明は、画像処理装置、異物検査装置、画像処理方法、および異物検査方法に関する。

リチウムイオン二次電池等の非水電解液二次電池は、パーソナルコンピュータ、携帯電話、および携帯情報端末等の電池として広く使用されている。とりわけ、リチウムイオン二次電池は、従前の二次電池と比較して、ＣＯ_２の排出量を削減し、省エネに寄与する電池として、注目されている。

従来、非水電解液二次電池用セパレータがコアに対して捲回されてなるセパレータ捲回体の開発が進められている。併せて、このセパレータ捲回体に付着した異物を検出する異物検査が検討されている。

上記異物検査への適用が可能な検査の一例として、特許文献１に開示されている技術が挙げられる。特許文献１に開示されている技術においては、検査対象物の画像データから、各画素の濃度値を積算して積算値を算出し、この積算値を所定の閾値と比較することにより、欠陥を検出する。

特開２００５－２６５４６７号公報（２００５年９月２９日公開）

特許文献１に開示されている技術においては、欠陥である異物の有無を検出し、さらに当該異物に対応する範囲に基づいて当該異物の平面的なサイズを推定することができるが、当該異物の立体的なサイズを推定することが困難であるという問題が発生する。

本発明の一態様は、異物の立体的なサイズを推定することを可能とする、画像処理装置、異物検査装置、画像処理方法、および異物検査方法を実現することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る画像処理装置は、異物を含む検査対象物を透過した電磁波の画像に対して画像処理を行う画像処理装置において、上記画像を構成する多数の画素それぞれに対応した第１画素値を記憶する記憶部と、上記各画素において、上記各第１画素値と上記異物を含まない検査対象物による減衰後の第１画素値に相当する背景値との差に比例する、上記各画素の第２画素値を算出する画素値演算部と、特定の連続領域に属する画素群の各第２画素値を積算する画素値積算部と、を備える。

上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る画像処理方法は、異物を含む検査対象物を透過した電磁波の画像に対して画像処理を行う画像処理方法において、上記画像を構成する多数の画素それぞれに対応した第１画素値を記憶する記憶工程と、上記各画素において、上記各第１画素値と上記異物を含まない検査対象物による減衰後の第１画素値に相当する背景値との差に比例する、上記各画素の第２画素値を算出する画素値演算工程と、特定の連続領域に属する画素群の各第２画素値を積算する画素値積算工程と、を含む。

特に、本発明の一態様に係る画像処理装置および画像処理方法において、上記各画素の第２画素値は、上記各画素における、上記各第１画素値と上記背景値との差の、当該背景値に対する比率である。

上記の構成によれば、第２画素値が、異物における画素に対応する部分の厚みに応じた値となる。そして、特定の連続領域に属する複数の画素それぞれの第２画素値を積算した値が、異物における当該複数の画素に対応する部分の体積に応じた値となる。従って、異物の一部又は全部の体積を推定することができるため、ある一定以上の体積を有する異物の有無を判定することができる。つまり、上記の構成によれば、異物の立体的なサイズを推定することが可能となる。

本発明の一態様に係る画像処理装置において、上記画素値積算部は、上記多数の画素それぞれを注目画素とし、当該注目画素を包含する上記連続領域に属する画素群の各第２画素値を積算する。

本発明の一態様に係る画像処理方法は、上記画素値積算工程にて、上記多数の画素それぞれを注目画素とし、当該注目画素を包含する上記連続領域に属する画素群の各第２画素値を積算する。

上記の構成によれば、検出下限値として設定する異物の体積に概ね対応した連続領域を設定し、当該異物に対応する積算値を閾値として用いることにより、検出下限値以上の体積を有する異物を選択的に検出することができる。

本発明の一態様に係る画像処理装置において、上記画素値積算部は、閾値よりも減衰量が大きい値を示す第２画素値を有し、かつ、連続領域をなす複数の画素それぞれの第２画素値を積算する。

本発明の一態様に係る画像処理方法は、上記画素値積算工程にて、閾値よりも減衰量が大きい値を示す第２画素値を有し、かつ、連続領域をなす複数の画素それぞれの第２画素値を積算する。

上記の構成によれば、閾値よりも減衰量が大きい値を示す第２画素値を有し、かつ、連続領域をなす複数の画素は、１つの独立した異物に対応するものとみなすことができる。従って、１つの独立した異物の体積を推定することができる。

本発明の一態様に係る異物検査装置は、上記画像処理装置を備える。

本発明の一態様に係る異物検査方法は、上記画像処理方法を含む。

上記の構成によれば、上記異物検査装置および上記異物検査方法は、それぞれ、上記画像処理装置および上記画像処理方法と同様の効果を奏する。

本発明の一態様によれば、異物の立体的なサイズを推定することが可能となる。

本発明の一態様に係る異物検査装置の概略構成を示す図である。イメージセンサの主面の平面図である。複数の参照画素の設定例を示す平面図である。画像処理装置による画像処理の流れを示すフローチャートである。記憶部によって記憶された各第１画素値を、図２に示した多数の画素それぞれと対応付けて示している。図５に示した各第１画素値、および各画素について設定された背景値に基づいて、画素値演算部によって算出された各第２画素値を、図２に示した多数の画素それぞれと対応付けて示している。図６に示した各第２画素値に基づいて、画素値積算部によって積算された各積算値を、図２に示した多数の画素それぞれと対応付けて示している。電磁波発生源における電磁波の発生部分の中心と、ある１画素の四隅とによって構成される四角錐を示す斜視図である。図１に示す異物検査装置の第１変形例の概略構成を示す図である。図１に示す異物検査装置の第２変形例の概略構成を示す図である。回転機構による検査対象物の回転を説明する図である。電磁波としてＸ線を用いた異物検査装置における、画素値積算部の有効性について検証を行った結果を示す表である。

図１は、本発明の一態様に係る異物検査装置１００の概略構成を示す図である。図２は、イメージセンサ３の主面３１の平面図である。

異物検査装置１００は、検査対象物１に付着した異物１３を検出するものである。検査対象物１は、非水電解液二次電池用セパレータ１２がコア１１に対して捲回されてなるセパレータ捲回体である。但し、検査対象物１は、非水電解液二次電池用セパレータ１２以外のフィルムがコア１１に対して捲回されてなるものであってもよいし、フィルムがコア１１に対して捲回されてなるものでなくてもよい。異物検査装置１００は、電磁波発生源２、イメージセンサ３、および画像処理装置４を備えている。

電磁波発生源２は、検査対象物１の側面の一方に対して電磁波２１を照射する。電磁波２１は、検査対象物１および異物１３を透過して、検査対象物１の側面の他方から出る。検査対象物１のそれぞれの側面とは、非水電解液二次電池用セパレータ１２の幅方向端部それぞれによって構成された面である。非水電解液二次電池用セパレータ１２の幅方向とは、非水電解液二次電池用セパレータ１２の面に沿った方向であって、非水電解液二次電池用セパレータ１２の製造工程において非水電解液二次電池用セパレータ１２が搬送される方向に対して垂直な方向である。ここでは、電磁波２１として、電磁波発生源２から放射状に出射されるＸ線を適用している。

イメージセンサ３は、主面３１を有している。主面３１には、検査対象物１および異物１３を透過した電磁波２１を受け、この電磁波２１の画像を構成する多数の画素３２が設けられている。図示の便宜上、図２においては、多数の画素３２のうち、１５行１５列の行列状に配置された２２５個の画素３２を抜粋して示している。ここでは、イメージセンサ３として、Ｘ線イメージセンサを適用している。

多数の画素３２が構成する画像は、検査画像において背景をなす検査対象物１と、背景に対してコントラストのある異物１３とを撮影した画像であると言える。

本実施形態では、異物１３は、例えば金属異物など、透過するＸ線を、検査対象物１よりもより大きく減衰させる材質であるものとして説明する。この場合、多数の画素３２が構成する画像は、異物１３を含む検査対象物１を透過し、検査対象物１よりも検査対象物１に付着した異物１３によってより大きく減衰された電磁波２１の画像であるとも言える。

なお、異物１３は、逆に、例えば検査対主物１内に形成された空洞欠陥（気泡）等、透過するＸ線を、検査対象物１よりもより小さく減衰させる材質であってもよい。この場合、多数の画素３２が構成する画像は、異物１３を含む検査対象物１を透過し、検査対象物１よりも検査対象物１に付着した異物１３によってより小さく減衰された電磁波２１の画像であるとも言える。

いずれも場合であっても、多数の画素３２が構成する画像は、検査画像において背景をなす検査対象物１と、背景に対してコントラストのある異物１３とを撮影した画像である。

画像処理装置４は、多数の画素３２が構成する画像に対して画像処理を行うものである。画像処理装置４は、記憶部４１、画素値演算部４２、背景値設定部４３、および画素値積算部４４を備えている。

記憶部４１は、例えば周知の記憶媒体によって構成されている。記憶部４１は、画像処理装置４が画像処理を行う上記の画像を構成する、多数の画素３２それぞれに対応した画素値を記憶する。以下では、記憶部４１が記憶する画素値を、第１画素値と呼ぶ。本願明細書において、第１画素値および後述する背景値は、対応する画像が明るい程大きい値になるものとしているが、当該画像の明るさに対する大小関係は反転していてもよい。

図３は、複数の参照画素３４の設定例を示す平面図である。図３において複数の参照画素３４は、網掛けで図示された複数の画素３２である。参照画素３４は、後述するとおり、対応する注目画素３３の背景値を設定するために必要な画素３２である。

画素値演算部４２は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）またはハードウェアロジックによって構成されている。以下では、一例として、図３に示す注目画素３３について説明を行う。注目画素３３は、後述するとおり、対応する複数の参照画素３４により、その背景値が設定される画素３２である。画素値演算部４２は、多数の画素３２それぞれを注目画素３３とし、記憶部４２に記憶された第１画素値に基づいて、当該注目画素３３の第２画素値を算出する。換言すれば、画素値演算部４２は、各画素３２の第２画素値を算出する。

ここで、注目画素３３および上記各画素３２のそれぞれに関し、第２画素値は、第１画素値と背景値との差の、当該背景値に対する比率である。当該背景値は、検査対象物１による電磁波２１の減衰量に相当する値であると言える。つまり、注目画素３３および上記各画素３２のそれぞれに関し、第２画素値は、「（第１画素値－背景値）／背景値」である。第２画素値の演算結果は、当該背景値に対する当該差の比率を求めることから、相対濃度とも呼ばれる。

背景値設定部４３は、例えばＣＰＵまたはハードウェアロジックによって構成されている。背景値設定部４３は、各注目画素３３に関し、注目画素３３の近傍に位置し、かつ、注目画素３３に対して予め定められた位置関係にある参照画素３４の第１画素値に基づき背景値とみなす値を定め、その値を注目画素３３の背景値として設定する。ここで言う各注目画素３３は、上記各画素３２に相当する。

画素値積算部４４は、特定の連続領域に属する画素群の各第２画素値を積算する。

図４は、画像処理装置４による画像処理の流れを示すフローチャートである。

多数の画素３２が電磁波２１の画像を構成すると、まず、記憶部４１は、多数の画素３２それぞれに対応した第１画素値を記憶する。この処理は、図４のステップＳ１に相当する。図５には、記憶部４１によって記憶された各第１画素値を、図２に示した多数の画素３２それぞれと対応付けて示している。図５は、上述した２２５個の画素３２のうち、中央の５×５＝２５個の画素３２が、検査対象物１および異物１３によって減衰された電磁波２１の画像を構成しており、その他の画素３２が、検査対象物１によって減衰された電磁波２１の画像を構成している例を示している。当該中央の２５個の画素３２は、画素群３７に対応する。図５中、Ａ１およびＡ２の定義は、以下のとおりである。

Ａ１：検査対象物１による電磁波２１の減衰量に対応する第１画素値
Ａ２：検査対象物１および異物１３による電磁波２１の減衰量に対応する第１画素値
続いて、背景値設定部４３は、各画素３２について、背景値を設定する。この処理は、図４のステップＳ２に相当する。背景値設定部４３が背景値を設定することによって、異物検査装置１００においては、以下の効果を奏する。

すなわち、上記の構成によれば、注目画素３３の近傍に位置する参照画素３４の第１画素値に基づき背景値を設定する。これにより、例えばＸ線による透過検査において、透過率が多少のバラツキを有するものの相対的に高い検査対象物１と、その検査対象物１に含まれ、透過率が相対的に低い異物１３を検出する場合において、当該バラツキの影響を低減した第２画素値を得ることができる。そして、第２画素値を参照して異物１３を検出することによって、高精度の異物検査が可能となる。

すなわち、上記の構成によれば、検査対象物１における透過率の分布をキャンセルすることができる。例えば、当該分布に対応する、検査対象物１内の位置に対する透過率の傾斜における等高線が直線でなくとも、その等高線の曲率が低ければ、背景値を概ね正確に、すなわちわずかの誤差で、設定することができ、ひいては正しい第２画素値を算出することができる。

ところで、本実施形態においては、電磁波発生源２は、電子を金属板に当てることでＸ線を発生させるが、電子が当たる場所が加熱されるため、電子を当てる当該金属板の場所を変えるべく当該金属板が振動される。これにより、電磁波発生源２は、当該Ｘ線を、点状ではなく面状で発生させる。この結果、電磁波発生源２が電磁波２１として当該Ｘ線を照射する場合、撮影の度に、電磁波２１の画像の明るさの分布にバラツキが生じ得る。また、電磁波２１の画像に生じるノイズに起因して、撮影の度に、電磁波２１の画像の明るさの分布にバラツキが生じ得る。このような場合であっても、上記の構成によれば、上記バラツキの影響を低減した第２画素値を得ることができる。

第１画素値が極端に大きい画素３２、および第１画素値が極端に小さい画素３２を避けて参照画素３４を設定することによって、背景値が所望の値から著しく離れることを防ぐことができる。結果、上記バラツキの影響を低減した第２画素値を得ることができる。

参照画素３４は、少なくとも１つ設定されていればよいが、図３に示すように複数であることが好ましい。これにより、背景値とみなす値を定めるため使用可能な第１画素値の数が増えるため、背景値の設定方法の選択肢を広げることができる。当該選択肢について、以下に説明する。

図３に示すように、複数の参照画素３４は、対応する注目画素３３を取り囲むように配置された複数の画素３２であることが好ましい。

上記の構成によれば、背景値を設定するための値として相応しくない第１画素値を有する不適画素３５が、ある参照画素３４およびその近傍に集中して位置している場合に、複数の参照画素３４に占める不適画素３５の割合を小さくすることができる。従って、不適画素３５の第１画素値が、背景値の設定に悪影響を及ぼす虞を低減することができる。

すなわち、図３において、斜線が付された各画素３２を不適画素３５とすると、図中左上に複数の不適画素３５が集中している。上記の構成によれば、不適画素３５に該当する参照画素３４も存在するが、不適画素３５に該当しない参照画素３４が多数存在している。このように、複数の参照画素３４に占める不適画素３５の割合を小さくすることができる。

なお、不適画素３５の一例として、検査対象物１に貼られたテープまたはラベル１４を透過した電磁波２１の画像を構成する画素３２が挙げられる。これらの画素３２にて得られる第１画素値は、検査対象物１そのものを透過した電磁波２１の画像であって、影の無い画像を構成する画素３２にて得られる第１画素値と比較して、極端に小さい値となる傾向がある。

図３に示すように、複数の参照画素３４は、対応する注目画素３３からみて、行方向及び列方向に対称に配置された複数の画素３２であることが好ましい。なお、当該行方向および当該列方向は、それぞれ、図３中「行方向」および「列方向」に対応する。

また、図３に示す複数の参照画素３４は、注目画素３３を中心として、画素群３６を４回回転対称に配置したものであると言える。このように、複数の参照画素３４は、対応する注目画素３３を中心として、ｎ（ｎは２以上の整数）回回転対称に配置された複数の画素３２であることが好ましい。

上記の構成によれば、不適画素３５が、注目画素３３に対していずれの方向に集中して位置している場合であっても、複数の参照画素３４に占める不適画素３５の割合を小さくすることができる。従って、不適画素３５の第１画素値が、背景値の設定に悪影響を及ぼす虞を低減することができる。

すなわち、図３において、注目画素３３から図中左上に向かう方向に、複数の不適画素３５が集中している。上記の構成によれば、不適画素３５に該当する参照画素３４も存在するが、不適画素３５に該当しない参照画素３４が多数存在している。このように、複数の参照画素３４に占める不適画素３５の割合を小さくすることができる。

例えば、異物検査装置１００において検査対象物１を撮影する向きを変化させる必要がある場合、これに伴い、複数の不適画素３５が集中する位置も変化することとなる。異物検査装置１００において検査対象物１の向きを十分に制御することが難しいことに起因して、やむを得ず検査対象物１の向きが変わってしまう場合についても同様に、複数の不適画素３５が集中する位置が変化することとなる。異物検査装置１００によれば、検査対象物１を撮影する向きの変化前および変化後の両方において、複数の参照画素３４に占める不適画素３５の割合を小さくすることができる。従って、異物検査装置１００は、検査対象物１を撮影する向きに対する依存性が小さいものであると言える。

なお、複数の参照画素３４は、図３において、互いに離れることなく注目画素３３を取り囲むように配置された複数の画素３２であるが、これに限定されない。すなわち、少なくとも１つの参照画素３４が、他の参照画素３４から離れて配置されていてもよい。例えば、各参照画素３４が点在していてもよい。また、複数の参照画素３４が複数のブロックに分かれており、各ブロックが点在しており、同一のブロックを構成する各参照画素３４が互いに隣接していてもよい。

背景値設定部４３は、複数の参照画素３４それぞれの第１画素値の中央値、又は最大値及び最小値を除いた値のうち予め定められた順位にある値を背景値として設定する。当該中央値は、複数の参照画素３４それぞれの第１画素値の総数が２ｐ（ｐは自然数）個である場合、ｐ番目に大きい第１画素値とｐ＋１番目に大きい第１画素値との平均値であり、当該総数が２ｐ＋１個である場合、ｐ＋１番目に大きい第１画素値である。また、当該最大値及び最小値を除いた値のうち予め定められた順位は、ノイズ等の特性に応じ、本来の背景値を求めやすい順位であることが好ましい。当該順位として好ましい値は、当該総数の半分にできるだけ近い値であることが多いが、検査対象物１の形状および／または配置によっては、例えば最頻値の考え方を用いて当該順位を決定することが好ましい場合もある。これは、複数の参照画素３４について明るさのヒストグラムを求め、出現頻度の高さに基づいて当該予め定められた順位を決定する（例えば、最も出現頻度が高い明るさに対応する順位を採用する）方法である。

上記の構成によれば、複数の参照画素３４それぞれの第１画素値のうち、極端に大きな値または極端に小さな値が、背景値として設定されることを容易に防ぐことができる。つまり、背景値が、不当なまでに極端に明るい背景、または不当なまでに極端に暗い背景を示すことを防ぐことができる。また、このことの影響により、背景値が本来の値から大きくかい離することを容易に防ぐことができる。従って、撮影された画像により適合した背景値を設定することができる。

例えば、ある参照画素３４が構成する画像にノイズが含まれている場合、当該参照画素３４の第１画素値は、極端に大きい値または極端に小さい値となり得る。異物検査装置１００は、このようなノイズに起因してその値が乱れた第１画素値が、背景値として適用される虞を低減したものであると言える。

背景値設定部４３は、電磁波２１を検査対象物１および異物１３にて反射させる異物検査において、検査対象物１による電磁波２１の減衰量に相当する背景値を設定する場合においても適用可能である。

続いて、画素値演算部４２は、各画素３２の第２画素値を算出する。この処理は、図４のステップＳ３に相当する。図６には、図５に示した各第１画素値、および各画素３２について設定された背景値に基づいて、画素値演算部４２によって算出された各第２画素値を、図２に示した多数の画素３２それぞれと対応付けて示している。図６中、Ｂ１およびＢ２の定義は、以下のとおりである。

Ｂ１：Ｂ１＝（Ａ１－対応する画素３２の背景値）／対応する画素３２の背景値
Ｂ２：Ｂ２＝（Ａ２－対応する画素３２の背景値）／対応する画素３２の背景値
なお、理想的には、Ａ１は対応する画素３２の背景値と同じであり、Ｂ１は０となる。各第２画素値は、異物１３における画素３２に対応する部分の厚みに応じた値となる。

続いて、画素値積算部４４は、特定の連続領域に属する画素群の各第２画素値を積算する。この処理は、図４のステップＳ４に相当する。

図７には、図６に示した各第２画素値に基づいて、画素値積算部４４によって積算された各積算値を、図２に示した多数の画素３２それぞれと対応付けて示している。図７では、多数の画素３２それぞれを注目画素３３とし、注目画素３３を中心として３行３列に設けられた計９つの画素３２を連続領域とし、当該連続領域に属する画素群３８に対応する当該９つの画素３２の各第２画素値を積算する例を示している。図７中、Ｃ１～Ｃ７の定義は、以下のとおりである。

Ｃ１：Ｃ１＝９＊Ｂ１
Ｃ２：Ｃ２＝８＊Ｂ１＋１＊Ｂ２
Ｃ３：Ｃ３＝７＊Ｂ１＋２＊Ｂ２
Ｃ４：Ｃ４＝６＊Ｂ１＋３＊Ｂ２
Ｃ５：Ｃ５＝５＊Ｂ１＋４＊Ｂ２
Ｃ６：Ｃ６＝３＊Ｂ１＋６＊Ｂ２
Ｃ７：Ｃ７＝９＊Ｂ２
上述したとおり、電磁波発生源２は、Ｘ線を、点状ではなく面状で発生させる。この結果、電磁波発生源２が電磁波２１として当該Ｘ線を照射する場合、電磁波２１の画像にボケが生じる。そのため、画像上の異物１３の像では、ある画素３２に本来反映されるべき減衰量の一部がその画素３２の周辺の画素３２へ反映されてしまう。

また、Ｘ線は、可視光とは異なり、レンズを用いて、スポット径を絞ったり平行光へ変換したりすることが難しい。このため、可視光を用いる場合と比べて、画像に含まれる異物１３の像にボケが生じやすい。

しかし、上記の構成によれば、特定の連続領域に属する画素群の第２画素値を積算することから、その連続領域の大きさを、検出対象とする異物１３の大きさよりも大きく設定しておくことにより、その異物１３に起因して生じたＸ線の減衰量の総和を算出することができる。このため、画像に含まれる異物１３の像を検出することができる。その結果、異物１３の検出漏れの発生リスクを低減することができる。また、画像にボケが生じた場合であっても、異物１３の検出漏れの発生リスクを低減することができるという利点を活用し、画像撮影における露光時間を従来よりも短縮することも可能である。なお、画素値積算部４４が、各第２画素値の替わりに、記憶部４１が記憶した各第１画素値を積算する構成であっても、これらの効果を得ることは可能である。

以上のことをまとめると、特定の連続領域は、少なくとも、検査対象物１および異物１３によって減衰された電磁波２１の画像を構成する全ての画素３２を包含する領域より大きい領域とする。

また、当該特定の連続領域は、当該画像における異物１３のボケに対応する全ての画素３２をさらに包含する領域より大きい領域とすることがより好ましい。これによると、より確実に、上記画像に含まれる異物１３の像を検出することができる。

なお、上記特定の連続領域は、画像における異物１３のボケに対応する画素が少なくとも包含される程度に適宜調整してもよい。

また、特定の連続領域に属する複数の画素３２それぞれの第２画素値の積算値が、異物１３における当該複数の画素３２に対応する部分の体積に応じた値となる。従って、異物１３の一部又は全部の体積を推定することができるため、ある一定以上の体積を有する異物１３の有無を判定することができる。つまり、上記の構成によれば、異物１３の立体的なサイズを推定することが可能となる。

Ｘ線である電磁波２１の減衰量と、異物１３の体積との関係について、詳細に説明する。異物１３の体積は、異物１３の立体的なサイズに相当する。以下では、異物１３のサイズが微小であるものとして説明を行う。具体的に、微小な異物１３のサイズは、例えば直径０．０５ｍｍ以上かつ直径０．３ｍｍ以下の球に収まる程度のサイズである。

電磁波２１の透過率Ｔは、下記の数式（１）によって求められる。なお、数式（１）において、ａは電磁波２１が透過する物質の吸収係数であり、ｚは電磁波２１が当該物質を透過する長さの合計である。なお、電磁波２１の当該物質への入射が１回である場合、ｚは電磁波２１透過方向に沿った当該物質の厚みである。電磁波２１の当該物質への入射が複数回である場合の一例としては、当該物質の内部に空洞があったり、当該物質が湾曲している場合が挙げられる。

また、電磁波２１が異物１３を透過することに起因して、電磁波２１の画像がどの程度暗くなるのかについては、１－Ｔで表すことができる。この１－Ｔを遮蔽率と呼ぶ。

図８は、電磁波発生源２における電磁波２１の発生部分の中心２２と、ある１つの画素３２の四隅とによって構成される四角錐２３を示す斜視図である。四角錐２３の中で、異物１３について遮蔽率を積分する計算を、下記の数式（２）に示している。数式（２）の演算結果が、当該画素３２における異物１３に起因する電磁波２１の強度の減衰率となる。なお、数式（２）中、ｘに対応するｘ方向およびｙに対応するｙ方向は、いずれも異物１３の厚み方向に対して垂直であり、かつ互いに垂直である。

ここで、異物１３のサイズが微小である場合、異物１３周辺において、画素３２の面と略平行な四角錐２３の断面寸法がほぼ一定である。このことから、異物１３周辺において、四角錐２３は、直方体に近似することができる。また、ｚが０とほぼ等しいとき、下記の数式（３）が成立する。

これらにより、画素３２における異物１３に起因する電磁波２１の強度の減衰率は、下記の数式（４）によって近似することができる。

そして、数式（４）の演算結果は、上記直方体と異物１３とが重なり合う部分の体積に相当する。以上のことから、Ｘ線である電磁波２１の減衰量と、異物１３の体積との間に、相関性があることが分かる。つまり、多数の画素３２毎に、上述した相対濃度に基づいて、対応する上記直方体と重なり合う異物１３の体積を求めることができる。

ここからは、相対濃度（先に定義したＢ１およびＢ２）またはその積算値（先に定義したＣ１～Ｃ７）を、異物１３の体積に変換するメカニズムについて補足する。検査対象物１による電磁波２１の減衰量に対応する第１画素値（理想的には、背景値と等しい）をＬとする。Ｌに異物１３によるＴを乗じたものＬＴが、実際の第１画素値となる。Ｌは電磁波２１内における位置に応じて異なる値である。言い換えると、Ｌはｘ、ｙの関数Ｌ（ｘ，ｙ）である。第２画素値は、（ＬＴ－Ｌ）／Ｌ＝（Ｔ－１）で表されるため、これに－１を乗じてｘ、ｙについて積分したもの、すなわち数式（２）は、数式（４）と近似的に一致する。数式（２）で求めた値を比例係数ａで除すれば、異物１３の体積が求まる。なお、第１画素値と背景値との差の積算値を用いた場合、（Ｔ－１）がＬ（Ｔ－１）になる。この場合、異物１３の体積を推定するためには、Ｌが定数であることが必要である。換言すれば、検査対象物１が異物１３を含まないことは、当該差の積算値を用いても推定可能である。

画素値積算部４４は、多数の画素３２それぞれを注目画素３３とし、注目画素３３を包含する特定の連続領域に属する画素群の各第２画素値を積算する。

上記の構成によれば、検出下限値として設定する異物１３の体積に概ね対応した連続領域を設定し、異物１３に対応する積算値を閾値として用いることにより、検出下限値以上の体積を有する異物１３を選択的に検出することができる。

画素値積算部４４は、閾値よりも減衰量が大きい値を示す第２画素値を有し、かつ、連続領域をなす複数の画素３２それぞれの第２画素値を積算することが好ましい。当該閾値は、多数の画素３２毎に、電磁波２１の画像に生じるノイズやボケに左右されることなく、電磁波２１が異物１３によって減衰されていることを明確に把握することができるような値とすることが好ましい。

閾値よりも減衰量が大きい値を示す第２画素値を有し、かつ、連続領域をなす複数の画素３２は、１つの独立した異物１３に対応するものとみなすことができる。従って、１つの独立した異物１３の体積を推定することができる。

また、画素値積算部４４は、積算対象である少なくとも２つの第２画素値に対して重み付けを行ってもよい。

例えば、異物１３が球体である場合、異物１３の中央から縁に向かう程、電磁波２１と重なり合う異物１３の体積が小さいため、画像が明るくなることが予想される。そして、異物１３に対応して得られる値を最大化することを目的として、当該重み付けの一例として、異物１３の縁に近い位置に対応する第２画素値ほど積算値への寄与が小さくなるように、積算に際し各第２画素値を重み付けすることが考えられる。

このように、画素値積算部４４は、検出対象としている異物１３が想定される形状（例えば、球体、多面体等）に応じて、各第２画素値それぞれに対して重み付けを行って積算値を得ることで、より、画像における異物１３の像を漏れなく検出することができる。

異物検査装置１００は、Ｘ線イメージセンサであるイメージセンサ３と、画像処理装置４とを備え、記憶部４１は、当該Ｘ線イメージセンサにより取得された画像の画素値を第１画素値として記憶する。

但し、電磁波２１は、Ｘ線に限定されるものではない。Ｘ線以外の電磁波２１の一例として、可視光、赤外線等、周知の各種の電磁波が挙げられる。これに伴い、イメージセンサ３についても、電磁波２１の種類に適したものを適宜選択可能である。Ｘ線イメージセンサ以外のイメージセンサ３の具体例として、ＦＰＤ（Flat Panel Detector：フラットパネルディテクタ）が挙げられる。

また、第２画素値として、上述した相対濃度の替わりに、第１画素値と背景値との差が用いられてもよい。但し、異物１３の体積を推定するためには、第２画素値として当該相対濃度を用いることが好適である。

また、異物検査装置１００においては、画像処理装置４がイメージセンサ３の外部に設けられている構成である。しかしながら、画像処理装置４がイメージセンサ３の内部に設けられている構成であってもよい。

図９は、図１に示す異物検査装置１００の第１変形例である異物検査装置１０１の概略構成を示す図である。なお、以下、説明の便宜上、先に説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を繰り返さない。異物検査装置１０１は、異物検査装置１００の構成に加え、移動機構５を備えている。

検査対象物１は、電磁波２１の入射側に対応する電磁波発生源２側の側面と、電磁波２１の出射側に対応するイメージセンサ３側の側面との間に、厚みを有するものであると言える。なお、当該厚みの方向は、図９中「ＭＺ方向」に対応する。移動機構５は、検査対象物１を、ＭＺ方向に対して略垂直な方向に平行移動させるものである。具体的には、移動機構５は、検査対象物１を、電磁波発生源２とイメージセンサ３との間を横断するように、ＭＺ方向に対して略垂直な面に沿ったある１方向に移動させるものである。なお、検査対象物１の移動方向と平行な方向は、図９中「ＭＹ方向」に対応する。

また、イメージセンサ３は、ＴＤＩ（Time Delay Integration）センサである。イメージセンサ３がＴＤＩセンサである異物検査装置１０１においては、下記の要領で検査対象物１に付着した異物１３を検出する。

まず、上述したように検査対象物１を移動機構５により平行移動させつつ、移動機構５により平行移動されている検査対象物１に対して電磁波２１を照射する。そして、検査対象物１を透過した電磁波２１をイメージセンサ３の多数の画素３２が受け、多数の画素３２が構成した電磁波２１の画像から異物１３を検出する。多数の画素３２は、複数のタイミングについて電磁波２１の画像を構成し、これにより、検査段毎に、検査対象物１における同一箇所の画像を構成する。なお、各検査段は、図３において列方向に並んだ複数の画素３２からなる。当該複数のタイミングは、換言すれば、検査対象物１が互いに異なる位置にある複数の状態である。そして、当該検査段毎に構成した、検査対象物１における同一箇所の画像を重ね合わせることにより、異物１３を顕在化させた画像を得、異物１３を検出する。

異物検査装置１０１によると、厚みを有する検査対象物１を移動させながら行う検査において、ボケによる検査能力の低下を抑制して、検査の高効率化を図り、かつ、異物の検出漏れの発生リスクを低減することができる。

図１０は、図１に示す異物検査装置１００の第２変形例である異物検査装置１０２の概略構成を示す図である。図１１は、回転機構６による検査対象物１の回転を説明する図である。異物検査装置１０２は、異物検査装置１００の構成に加え、回転機構６を備えている。

回転機構６は、検査対象物１を、電磁波２１の入射側から電磁波２１の出射側へと向かう方向、すなわちＭＺ方向と平行な方向に伸びる軸１５に従って回転させるものである。図１１に示すように、軸１５は、検査対象物１の中心軸に相当する。

また、イメージセンサ３は、ＴＤＩセンサである。イメージセンサ３がＴＤＩセンサである異物検査装置１０２においては、下記の要領で検査対象物１に付着した異物１３を検出する。

まず、上述したように検査対象物１を回転機構６により回転させつつ、回転機構６により回転されている検査対象物１に対して電磁波２１を照射する。そして、検査対象物１を透過した電磁波２１をイメージセンサ３の多数の画素３２が受け、その後異物１３を検出するまでの要領は、異物検査装置１０１と異物検査装置１０２とで同様である。

検査対象物１を平行移動または回転させながら検査を行うことによって、検査の高効率化を図ることができる。一方、厚みを有する検査対象物１を平行移動または回転させながら行う検査において、異物１３の像がボケることが問題となる。すなわち、ＴＤＩセンサであるイメージセンサ３を用いて上記いずれかの要領で検査対象物１に付着した異物１３を検出する場合、各検査段が構成した画像において、異物１３がＭＹ方向にボケるケースがある。特に、検査対象物１の厚みが大きい場合、この傾向が顕著である。

異物検査装置１０１および異物検査装置１０２のそれぞれは、画像処理装置４、特に画素値積算部４４を備えているため、異物検査装置１００と同様の原理で、異物１３の検出漏れの発生リスクを低減することができる。画像撮影における露光時間を従来よりも短縮することも可能であることについても、異物検査装置１００と同様である。

以下では、電磁波２１としてＸ線を用いた異物検査装置１００における、画素値積算部４４の有効性について検証を行った。図１２は、当該検証の結果を示す表である。

まず、異物１３を含む検査対象物１の画像を４回撮影し、それぞれ図１２中「異物画像１」～「異物画像４」とした。また、異物１３を含まない検査対象物１の画像を１３回撮影し、それぞれ図１２中「異物無画像１」～「異物無画像１３」とした。

これらの画像のそれぞれについて、ある注目画素３３に関し、下記に定義される手法１～手法７のそれぞれに従って、濃度値を求めた。このうち、手法３～手法７に関しては、各第２画素値の平均値を求める段階で、各第２画素値の積算値を用いることになる。

手法１：注目画素３３を中心として３行３列に設けられた計９つの画素３２の各第２画素値のうち、３番目に小さい値を、濃度値とする
手法２：注目画素３３を中心として３行３列に設けられた計９つの画素３２の各第２画素値のうち、最も小さい値と、２番目に小さい値と、３番目に小さい値との平均値を、濃度値とする
手法３：注目画素３３を中心として３行３列に設けられた計９つの画素３２の各第２画素値の平均値を、濃度値とする
手法４：注目画素３３を中心として４行４列に設けられた計１６つの画素３２の各第２画素値の平均値を、濃度値とする
手法５：注目画素３３を中心として５行５列に設けられた計２５つの画素３２の各第２画素値の平均値を、濃度値とする
手法６：注目画素３３を中心として５行５列に設けられた計２５つの画素３２の各第２画素値について、所定の正規分布に従って重み付けを行った値の平均値を、濃度値とする
手法７：注目画素３３を中心として５行５列に設けられた計２５つの画素３２の各第２画素値について、手法６とは別の（具体的には、重み付けに用いるガウス重みの分散を変更した）正規分布に従って重み付けを行った値の平均値を、濃度値とする
そして、手法１～手法７のそれぞれについて、下記に定義される最悪Ｓ、最悪Ｎ、および最悪Ｓ／最悪Ｎ比を求めた。

最悪Ｓ：「異物画像１」～「異物画像４」それぞれの濃度値のうち、最も０％に近いもの
最悪Ｎ：「異物無画像１」～「異物無画像１３」それぞれの濃度値のうち、最も０％から遠いもの
最悪Ｓ／最悪Ｎ比：最悪Ｎに対する最悪Ｓの比率
なお、最悪Ｓ／最悪Ｎ比が１より大きければ、「異物画像１」～「異物画像４」それぞれと、「異物無画像１」～「異物無画像１３」それぞれとが適切に区別されているとみなせるため、虚報（異物１３が無いにも拘らず、異物１３を検知したものとしてしまう現象）が無い状態における異物１３の検出漏れが十分に抑制されていると言える。また、最悪Ｓ／最悪Ｎ比が大きい程、当該区別がより明確であるとみなせるため、虚報が無い状態における異物１３の検出漏れの抑制効果が高いと言える。

図１２によれば、手法３～手法７のそれぞれにおいて、最悪Ｓ／最悪Ｎ比が１より大きいため、虚報が無い状態における異物１３の検出漏れが十分に抑制されていることが分かる。一方、図１２によれば、手法１および手法２のそれぞれにおいて、最悪Ｓ／最悪Ｎ比が１より小さいため、虚報が無い状態における異物１３の検出漏れが十分に抑制されていないことが分かる。特に、手法３、手法４、手法５と移るにつれ、換言すれば、第２画素値を積算する対象の画素３２の数が多くなるにつれ、最悪Ｓ／最悪Ｎ比が大きくなるため、虚報が無い状態における異物１３の検出漏れの抑制効果が高くなると言える。

以上の結果から、注目画素３３を包含する連続領域に属する画素群の各第２画素値を積算することにより、虚報が無い状態における異物１３の検出漏れを抑制する効果が向上するということが分かったため、異物検査装置１００における画素値積算部４４の有効性が分かった。

本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

１検査対象物
１１コア
１２非水電解液二次電池用セパレータ
１３異物
１４テープまたはラベル
１５軸
２電磁波発生源
２１電磁波
２２電磁波の発生部分の中心
２３四角錐
３イメージセンサ
３１主面
３２画素
３３注目画素
３４参照画素
３５不適画素
３６～３８画素群
４画像処理装置
４１記憶部
４２画素値演算部
４３背景値設定部
４４画素値積算部
５移動機構
６回転機構
１００、１０１、１０２異物検査装置

Claims

異物を含む検査対象物を透過した電磁波の画像に対して画像処理を行う画像処理装置において、
上記画像を構成する多数の画素それぞれに対応した第１画素値を記憶する記憶部と、
上記各画素において、上記各第１画素値と上記異物を含まない検査対象物による減衰後の第１画素値に相当する背景値との差に比例する、上記各画素の第２画素値を算出する画素値演算部と、
特定の連続領域に属する画素群の各第２画素値の積算値を求める画素値積算部と、
を備え、
上記積算値は、上記異物における上記画素群に対応する部分の体積に応じた値であり、上記異物の一部又は全部の体積を推定することができる値であり、
上記各画素の第２画素値は、上記各画素における、上記各第１画素値と上記背景値との差の、当該背景値に対する比率である画像処理装置。
上記画素値積算部は、上記多数の画素それぞれを注目画素とし、当該注目画素を包含する上記連続領域に属する画素群の各第２画素値を積算する請求項１に記載の画像処理装置。
上記画素値積算部は、閾値よりも減衰量が大きい値を示す第２画素値を有し、かつ、連続領域をなす複数の画素それぞれの第２画素値を積算する請求項１または２に記載の画像処理装置。
請求項１から３のいずれか１項に記載の画像処理装置を備える異物検査装置。
異物を含む検査対象物を透過した電磁波の画像に対して画像処理を行う画像処理方法において、
上記画像を構成する多数の画素それぞれに対応した第１画素値を記憶する記憶工程と、
上記各画素において、上記各第１画素値と上記異物を含まない検査対象物による減衰後の第１画素値に相当する背景値との差に比例する、上記各画素の第２画素値を算出する画素値演算工程と、
特定の連続領域に属する画素群の各第２画素値の積算値を求める画素値積算工程と、
を含み、
上記積算値は、上記異物における上記画素群に対応する部分の体積に応じた値であり、上記異物の一部又は全部の体積を推定することができる値であり、
上記各画素の第２画素値は、上記各画素における、上記各第１画素値と上記背景値との差の、当該背景値に対する比率である画像処理方法。
上記画素値積算工程にて、上記多数の画素それぞれを注目画素とし、当該注目画素を包含する上記連続領域に属する画素群の各第２画素値を積算する請求項５に記載の画像処理方法。
上記画素値積算工程にて、閾値よりも減衰量が大きい値を示す第２画素値を有し、かつ、連続領域をなす複数の画素それぞれの第２画素値を積算する請求項５または６に記載の画像処理方法。
請求項５から７のいずれか１項に記載の画像処理方法を含む異物検査方法。