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JP7544358B2 - Imaging device, inspection device, and imaging method - Google Patents
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Description

本発明は、被写体を撮像する撮像装置、検査装置及び撮像方法に関する。 The present invention relates to an imaging device for imaging a subject, an inspection device, and an imaging method.

例えば、特許文献1~3には、可視光と近赤外光との両方を撮像できる撮像素子またはカメラモジュールが開示されている。例えば、特許文献1には、レンズの前面にIRカット特性を持ちかつ絞りを兼ね備えた構造のフィルタ部を配置した構造を有するカメラモジュールが開示されている。また、特許文献2には、読み取り対象書類のカラー画像を検出するための画素センサと不可視情報として記録された近赤外光を検出するための画素センサを同一基板上に形成した固体撮像装置が開示されている。 For example, Patent Documents 1 to 3 disclose imaging elements or camera modules capable of capturing both visible light and near-infrared light. For example, Patent Document 1 discloses a camera module having a structure in which a filter section with IR-cutting properties and a structure that also functions as an aperture is arranged in front of the lens. Patent Document 2 discloses a solid-state imaging device in which a pixel sensor for detecting a color image of a document to be read and a pixel sensor for detecting near-infrared light recorded as invisible information are formed on the same substrate.

特許文献3には、カラー画像信号や赤外光画像信号、あるいは両者を合成した混在画像信号として出力する撮像装置が開示されている。撮像装置は、撮影レンズにより赤外光を含む被写体を表わす光学画像を取り込み、赤外光画像(近赤外光光学画像)と可視光像(可視光光学画像)とを分離することなく撮像部に取り込み、撮像信号処理部によってこれら赤外光画像と可視光像とをそれぞれ映像信号に変換した後に所定の信号処理を行なう。撮像部は、可視光用の3つのフィルタと近赤外光用の1つのフィルタを含む色フィルタ群と、可視光を検知する3つの画素と近赤外光を検知する1つの画素とを含む固体撮像素子とを有する。 Patent document 3 discloses an imaging device that outputs a color image signal, an infrared image signal, or a mixed image signal that combines both. The imaging device captures an optical image representing a subject that includes infrared light using a photographing lens, captures the infrared image (near-infrared optical image) and the visible light image (visible optical image) in the imaging section without separating them, and performs predetermined signal processing after converting the infrared image and the visible light image into video signals by an imaging signal processing section. The imaging section has a color filter group including three filters for visible light and one filter for near-infrared light, and a solid-state imaging element including three pixels that detect visible light and one pixel that detects near-infrared light.

特開2002-182270号公報JP 2002-182270 A 特開平10-65135号公報Japanese Patent Application Publication No. 10-65135 特開2007-53731号公報JP 2007-53731 A

しかしながら、カラー画像信号や赤外光画像信号、あるいは両者を合成した混在画像信号として出力する装置では、可視光画像と近赤外画像とを撮像可能な特殊な撮像素子や特殊なカメラを用いる必要があるという課題がある。また、被写体の画像認識・検査において、可視光でのカラー画像と近赤外での白黒画像での画像処理が必要となった場合、通常、カラーカメラと白色照明と近赤外白黒カメラと近赤外照明の2セットの撮像システムが必要となる。また、上記2台カメラ構成の場合、各カメラから得られる画像は、被写体の位置が異なっているため、2台のカメラからの画像を共有して処理を行うためには、位置・画角補正などの処理が必要となる。なお、特許文献1~3に記載された、可視光と近赤外撮像ができる特殊撮像素子(特殊イメージセンサ)、特殊カメラでは、高価なうえ仕様選定の自由度が極めて少ない。 However, devices that output color image signals, infrared image signals, or mixed image signals that combine both have the problem that they require the use of special imaging elements and special cameras that can capture visible light images and near-infrared images. In addition, when image processing is required for color images in visible light and black-and-white images in near-infrared light in image recognition and inspection of a subject, two sets of imaging systems are usually required: a color camera and white lighting, and a near-infrared black-and-white camera and near-infrared lighting. In addition, in the case of the above-mentioned two-camera configuration, the images obtained from each camera have different subject positions, so in order to share and process the images from the two cameras, processing such as position and angle of view correction is required. Note that the special imaging elements (special image sensors) and special cameras that can capture visible light and near-infrared images, as described in Patent Documents 1 to 3, are expensive and have very little freedom in selecting specifications.

本発明の目的は、被写体を同じ画角で撮像した可視光画像と近赤外画像とを簡単な構成で取得できる撮像装置及び撮像方法を提供することにある。また、本発明の目的は、撮像装置により取得された可視光画像と近赤外画像を基に被写体を検査する検査装置を提供することにある。 The object of the present invention is to provide an imaging device and imaging method that can acquire visible light images and near-infrared images of a subject captured at the same angle of view with a simple configuration. It is also an object of the present invention to provide an inspection device that inspects a subject based on visible light images and near-infrared images acquired by the imaging device.

以下、上記課題を解決するための手段及びその作用効果について記載する。
上記課題を解決する撮像装置は、分光透過率特性の異なるNバンド(但しNは3以上の自然数)の分光光学フィルタを有するとともに可視光領域と近赤外領域とに感度をもつイメージセンサを備えるカメラと、前記イメージセンサと被写体との間の光路上に配置される光学バンドパスフィルタと、前記被写体に可視光領域に発光スペクトルを有した白色光を照射する白色光源と、前記被写体に近赤外光領域に発光スペクトルを有し、かつ前記白色光源の発光スペクトル領域において発光スペクトルを持たない近赤外光を照射する近赤外光源と、前記イメージセンサにより撮像された画像信号を前記Nバンドの信号ごとに分離し、分離したNバンドの画像信号に対してマトリックス演算を行うことにより、可視光領域に分光感度をもつPバンド(但しPはN未満の自然数)の第1画像信号と、近赤外領域に分光感度をもつQバンド(但しQはQ=N-P)の第2画像信号とを生成する変換部とを備える。
The means for solving the above problems and their effects will be described below.
An imaging device that solves the above problem includes a camera having an image sensor having N-band (N is a natural number greater than or equal to 3) spectral optical filters with different spectral transmittance characteristics and sensitive to the visible light region and near-infrared region, an optical bandpass filter arranged on an optical path between the image sensor and a subject, a white light source that irradiates the subject with white light having an emission spectrum in the visible light region, a near-infrared light source that irradiates the subject with near-infrared light that has an emission spectrum in the near-infrared light region and does not have an emission spectrum in the emission spectrum region of the white light source, and a conversion unit that separates image signals captured by the image sensor into signals of the N bands and performs a matrix operation on the separated N-band image signals to generate a first image signal in a P-band (P is a natural number less than N) having spectral sensitivity in the visible light region and a second image signal in a Q-band (Q is Q=N-P) having spectral sensitivity in the near-infrared region.

この構成によれば、被写体を同じ画角で撮像した可視光画像と近赤外画像とを簡単な構成で取得できる。
上記撮像装置において、前記カメラは、赤外光カットフィルタを除去した汎用カラーカメラであってもよい。
According to this configuration, a visible light image and a near-infrared image of a subject captured at the same angle of view can be obtained with a simple configuration.
In the imaging device, the camera may be a general-purpose color camera from which an infrared light blocking filter is removed.

この構成によれば、カメラは汎用カラーカメラを利用するので、撮像装置の構成が簡単な構成で済む。
上記撮像装置において、前記Pバンドと前記Qバンドのうち複数バンドである少なくとも一方の画像信号については当該複数バンドの画像信号を基に疑似色によるカラー画像信号を生成してもよい。
According to this configuration, since a general-purpose color camera is used as the camera, the configuration of the imaging device can be simple.
In the above imaging device, for at least one of the image signals having multiple bands out of the P band and the Q band, a color image signal may be generated using pseudo-color based on the image signal having the multiple bands.

この構成によれば、複数バンドの画像信号については疑似色によるカラー画像で表示できるので、例えば、検査員が画像を見て行う検査や検査結果の確認がし易い。
上記撮像装置において、前記被写体において前記カメラに対向する側の面を正面、当該正面と反対側の面を背面とすると、前記白色光源は前記被写体の正面を白色光で照明し、前記近赤外光源は前記被写体の背面から近赤外光を照射し、前記カメラは、前記白色光が前記被写体の表面で反射した反射光と、前記被写体を透過した近赤外光とを受光してもよい。
According to this configuration, since image signals of multiple bands can be displayed as a color image using pseudo colors, it is easy for an inspector to look at the image and check the inspection results, for example.
In the above imaging device, the surface of the subject facing the camera is defined as the front surface, and the surface opposite the front surface is defined as the back surface. The white light source may illuminate the front surface of the subject with white light, the near-infrared light source may irradiate near-infrared light from the back surface of the subject, and the camera may receive light of the white light reflected by the surface of the subject and near-infrared light that has passed through the subject.

この構成によれば、撮像装置により、被写体の表面の画像と、近赤外光によって被写体を透過した透過光画像とを取得することができる。
上記撮像装置において、前記近赤外光源と前記被写体との間には、前記被写体の背景となる面を表面とする光学フィルタ部材を配置し、前記光学フィルタ部材は、前記白色光源から前記表面に照射された白色光のうち可視光領域の少なくとも特定波長の光を反射するか可視光領域の光を吸収するとともに、前記表面と反対側の面である裏面に前記近赤外光源から照射された近赤外を透過してもよい。
According to this configuration, the imaging device can obtain an image of the surface of the subject and a transmitted light image of near-infrared light transmitted through the subject.
In the above imaging device, an optical filter member having a surface that forms a background of the subject is disposed between the near-infrared light source and the subject, and the optical filter member may reflect light of at least a specific wavelength in the visible light range of the white light irradiated from the white light source to the surface or absorb light in the visible light range, and transmit near-infrared light irradiated from the near-infrared light source to a back surface opposite the surface.

この構成によれば、被写体が撮像されるときの背景色を選択できるので、検査等に適した可視光画像と近赤外画像とを提供できる。
上記撮像装置において、前記白色光源と前記近赤外光源は、前記被写体における前記カメラと対向する側の面である正面に前記白色光と前記近赤外光とを照射する1つの光源により構成され、前記光源は、白色光を照射する複数の発光部と近赤外光を照射する複数の発光部とが混在する配列で構成されてもよい。
According to this configuration, the background color when the subject is imaged can be selected, so that visible light images and near-infrared images suitable for inspections, etc. can be provided.
In the above imaging device, the white light source and the near-infrared light source may be configured by a single light source that irradiates the white light and the near-infrared light toward the front, which is the surface of the subject facing the camera, and the light source may be configured in an array that mixes a plurality of light-emitting units that irradiate white light and a plurality of light-emitting units that irradiate near-infrared light.

この構成によれば、被写体の正面を撮像した可視光画像と近赤外画像とを取得できる。
上記課題を解決する検査装置は、上記撮像装置と、前記撮像装置が出力する可視光領域に分光感度をもつPバンドの前記第1画像信号と、近赤外領域に分光感度をもつQバンドの前記第2画像信号とに基づいて前記被写体を検査する検査処理部とを備える。
According to this configuration, a visible light image and a near-infrared image of the front of the subject can be obtained.
An inspection apparatus that solves the above problem includes the above imaging device, and an inspection processing unit that inspects the subject based on the first image signal in the P band having spectral sensitivity in the visible light region output by the imaging device, and the second image signal in the Q band having spectral sensitivity in the near-infrared region.

この構成によれば、可視光画像と近赤外画像とで被写体を検査できるので、可視光検査だけでは得られない被写体の検査を行うことができる。
上記課題を解決する撮像方法は、被写体をカメラで撮像して画像信号を生成する撮像方法であって、白色光源が可視光領域に発光スペクトルを有した白色光を前記被写体に照射するとともに近赤外光源が近赤外光領域に発光スペクトルを有しかつ前記白色光源の発光スペクトル領域において発光スペクトルを持たない近赤外光を前記被写体に照射する光照射ステップと、分光透過率特性の異なったNバンド(但しNは3以上の自然数)の分光光学フィルタを有するとともに可視光領域と近赤外領域とに感度をもつイメージセンサを備えるカメラが、前記イメージセンサと前記被写体との間の光路上に配置される光学バンドパスフィルタを介して前記被写体を撮像する撮像ステップと、前記イメージセンサにより撮像された画像信号を前記Nバンドの信号ごとに分離し、分離したNバンドの画像信号に対してマトリックス演算を行うことにより、可視光領域に分光感度をもつPバンド(但しPはN未満の自然数)の第1画像信号と、近赤外領域に分光感度をもつQバンド(但しQはQ=N-P)の第2画像信号とを生成する変換ステップとを備える。この方法によれば、上記撮像装置と同様の作用効果が得られる。
According to this configuration, the subject can be inspected using both visible light images and near-infrared images, making it possible to inspect the subject in a way that cannot be achieved by visible light inspection alone.
The imaging method for solving the above problem is an imaging method for capturing an image of a subject with a camera to generate an image signal, the imaging method comprising: a light irradiation step in which a white light source irradiates the subject with white light having an emission spectrum in the visible light region and a near-infrared light source irradiates the subject with near-infrared light having an emission spectrum in the near-infrared light region and not in the emission spectrum region of the white light source; an imaging step in which a camera having N bands (where N is a natural number of 3 or more) of spectral optical filters with different spectral transmittance characteristics and an image sensor having sensitivity in the visible light region and the near-infrared region captures the subject through an optical bandpass filter arranged on an optical path between the image sensor and the subject; and a conversion step in which the image signal captured by the image sensor is separated into signals of the N bands and a matrix operation is performed on the separated N band image signals to generate a first image signal of a P band (where P is a natural number less than N) having spectral sensitivity in the visible light region and a second image signal of a Q band (where Q is Q=N-P) having spectral sensitivity in the near-infrared region. According to this method, the same effects as those of the imaging device can be obtained.

本発明によれば、被写体を同じ画角で撮像した可視光画像と近赤外画像とを簡単な構成で取得できる。 According to the present invention, it is possible to obtain visible light images and near-infrared images of a subject captured at the same angle of view with a simple configuration.

一実施形態における検査装置を備えた検査システムを示す模式図。FIG. 1 is a schematic diagram showing an inspection system including an inspection device according to an embodiment. 撮像装置の第1の構成を示す模式図。FIG. 1 is a schematic diagram showing a first configuration of an imaging device. 撮像装置の第2の構成を示す模式図。FIG. 13 is a schematic diagram showing a second configuration of the imaging device. (a)は汎用のカラーカメラの構成図及び波長と相対感度との関係を示すグラフ、(b)はIRカットフィルタを外したカラーカメラの構成図及び波長と相対感度との関係を示すグラフ。1A is a diagram showing the configuration of a general-purpose color camera and a graph showing the relationship between wavelength and relative sensitivity, and FIG. 1B is a diagram showing the configuration of a color camera without an IR cut filter and a graph showing the relationship between wavelength and relative sensitivity. 第1実施例におけるカメラの構成図、及び波長と相対感度との関係を示すグラフ。3A and 3B are a diagram showing the configuration of a camera according to a first embodiment and a graph showing the relationship between wavelength and relative sensitivity. (a)は光学バンドパスフィルタF1の光透過率特性を示すグラフ、(b)はイメージセンサの色ごとの相対感度を示すグラフ。4A is a graph showing the light transmittance characteristics of the optical bandpass filter F1, and FIG. 4B is a graph showing the relative sensitivity for each color of the image sensor. イメージセンサの色ごとの第1撮像信号に対してマトリックス演算を行って得られる第2撮像信号のバンドごとの相対感度を示すグラフ。6 is a graph showing relative sensitivity for each band of a second imaging signal obtained by performing a matrix operation on a first imaging signal for each color of the image sensor; (a)は白色光源と近赤外光源を合わせた発光スペクトルを示すグラフ、(b)は光学バンドパスフィルタを介したイメージセンサの色ごとの相対感度を示すグラフ。1A is a graph showing the emission spectrum of a white light source and a near-infrared light source combined, and FIG. 1B is a graph showing the relative sensitivity for each color of an image sensor via an optical bandpass filter. (a)は白色光源と近赤外光源を光源とするイメージセンサの色ごとの相対感度を示すグラフ、(b)は第2撮像信号のバンドごとの相対感度を示すグラフ。13A is a graph showing the relative sensitivity for each color of an image sensor using a white light source and a near-infrared light source as light sources, and FIG. 13B is a graph showing the relative sensitivity for each band of a second imaging signal. 第2実施例におけるカメラの構成図、及び波長と相対感度との関係を示すグラフ。13 is a diagram showing the configuration of a camera according to a second embodiment, and a graph showing the relationship between wavelength and relative sensitivity. (a)は光学バンドパスフィルタF2の光透過率特性を示すグラフ、(b)はイメージセンサの色ごとの相対感度を示すグラフ。4A is a graph showing the light transmittance characteristics of the optical bandpass filter F2, and FIG. 4B is a graph showing the relative sensitivity for each color of the image sensor. イメージセンサの色ごとの第1撮像信号に対してマトリックス演算を行って得られる第2撮像信号のバンドごとの相対感度を示すグラフ。6 is a graph showing relative sensitivity for each band of a second imaging signal obtained by performing a matrix operation on a first imaging signal for each color of the image sensor; (a)は白色光源と近赤外光源を合わせた発光スペクトルを示すグラフ、(b)は光学バンドパスフィルタを介したイメージセンサの色ごとの相対感度を示すグラフ。1A is a graph showing the combined emission spectrum of a white light source and a near-infrared light source, and FIG. 1B is a graph showing the relative sensitivity for each color of an image sensor via an optical bandpass filter. (a)は白色光源と近赤外光源を光源とするイメージセンサの色ごとの相対感度を示すグラフ、(b)は第2撮像信号のバンドごとの相対感度を示すグラフ。13A is a graph showing the relative sensitivity for each color of an image sensor using a white light source and a near-infrared light source as light sources, and FIG. 13B is a graph showing the relative sensitivity for each band of a second imaging signal. 検査装置の機能的構成を示すブロック図。FIG. 2 is a block diagram showing the functional configuration of an inspection apparatus. (a)は2チャンネル疑似カラー画像、(b)は近赤外画像を示す図。(a) is a two-channel pseudo-color image, and (b) is a near-infrared image. 変更例における撮像装置の構成を示す模式図。FIG. 11 is a schematic diagram showing a configuration of an imaging device according to a modified example. (a),(b)は変更例における第2撮像信号のバンドごとの相対感度を示すグラフ。10A and 10B are graphs showing the relative sensitivity of the second imaging signal for each band in a modified example.

以下、撮像装置を備えた検査システムについて、図面を参照して説明する。
図1に示す検査システム10は、被写体である物品12を撮像した画像を用いて物品12の良否を検査する。検査システム10は、物品12が搬送される搬送装置13と、搬送装置13により搬送される物品12を、カメラ30で撮像した撮像結果に基づいて物品12の良否を検査する検査装置11とを備える。検査装置11は、複数バンドのマルチスペクトル画像を生成する撮像装置15と、マルチスペクトル画像を用いて検査する検査処理部70とを備える。撮像装置15は、搬送装置13に搬送される被写体の一例である物品12を撮像するカメラ30と、カメラ30と電気的に接続された制御処理部40とを備える。制御処理部40は、少なくとも一部が、コンピュータにより構成される。コンピュータは、入力装置と表示部とを備える。本実施形態では、搬送装置13は、検査装置11の制御系と通信可能に接続されている搬送系の制御部により駆動される。なお、制御処理部40が、搬送装置13を制御してもよい。
An inspection system including an imaging device will be described below with reference to the drawings.
The inspection system 10 shown in FIG. 1 inspects the quality of the object 12 using an image of the object 12 as a subject. The inspection system 10 includes a conveying device 13 to which the object 12 is conveyed, and an inspection device 11 that inspects the quality of the object 12 based on an image captured by a camera 30 of the object 12 conveyed by the conveying device 13. The inspection device 11 includes an imaging device 15 that generates a multi-band multispectral image, and an inspection processing unit 70 that performs inspection using the multispectral image. The imaging device 15 includes a camera 30 that captures an image of the object 12 as an example of a subject conveyed by the conveying device 13, and a control processing unit 40 electrically connected to the camera 30. At least a part of the control processing unit 40 is configured by a computer. The computer includes an input device and a display unit. In this embodiment, the conveying device 13 is driven by a control unit of a conveying system that is communicatively connected to a control system of the inspection device 11. The control processing unit 40 may control the conveying device 13.

図1に示すように、搬送装置13は、被写体の一例である物品12を搬送するためのコンベヤ16と、コンベヤ16に載置されて搬送される物品12を検知するセンサ17と、検査装置11の検査結果から不良品と判定された場合に良品の流れるラインから物品12を排除する排出装置(図示略)とを備える。コンベヤ16は、物品12を搬送できれば、ベルトコンベヤ、ローラコンベヤ等でもよいし、物品12を把持して搬送したり、物品12を吊下する状態で搬送したりするものでもよい。排出装置は、物品12を押し出して排除する構成、又はエアの力で物品12を吹き飛ばして排除する構成でもよい。 As shown in FIG. 1, the transport device 13 includes a conveyor 16 for transporting an object 12, which is an example of a subject, a sensor 17 for detecting the object 12 placed on the conveyor 16 and transported, and a discharge device (not shown) for removing the object 12 from the line of non-defective items if it is determined to be a defective item based on the inspection results of the inspection device 11. The conveyor 16 may be a belt conveyor, a roller conveyor, etc., as long as it can transport the object 12, or may be a device that grasps and transports the object 12 or transports the object 12 in a suspended state. The discharge device may be configured to push out the object 12 and remove it, or to blow the object 12 away with the force of air and remove it.

検査装置11は、複数バンドのマルチスペクトル画像を生成する撮像装置15と、複数バンドのマルチスペクトル画像を用いて物品12の良否を検査する検査処理部70と、マルチスペクトル画像及び検査結果を表示する表示部41とを備える。検査装置11は、撮像装置15が検査対象の被写体である物品12を撮像したときに出力した複数バンドの第2撮像信号S2を信号処理した画像に基づいて物品12を検査する。表示部41は、コンピュータに接続されたモニタでもよいし、操作盤に設けられたディスプレイでもよい。 The inspection device 11 includes an imaging device 15 that generates a multi-band multispectral image, an inspection processing unit 70 that inspects the quality of the item 12 using the multi-band multispectral image, and a display unit 41 that displays the multispectral image and the inspection results. The inspection device 11 inspects the item 12 based on an image obtained by signal processing a multi-band second imaging signal S2 output when the imaging device 15 images the item 12, which is the subject of the inspection target. The display unit 41 may be a monitor connected to a computer or a display provided on an operation panel.

撮像装置15は、物品12に可視光領域に発光スペクトルを有する白色光を照射する白色光源20と、物品12に近赤外光領域に発光スペクトルを有する近赤外光を照射する近赤外光源25と、被写体である物品12を撮像するカメラ30と、制御処理部40とを備える。制御処理部40は、白色光源20、近赤外光源25及びカメラ30を制御する制御部50と、カメラ30が撮像した撮像画像を複数バンドのマルチスペクトル画像に変換する変換部60と、変換部60からの第2撮像信号S2に対して信号処理を行う信号処理部65とを備える。変換部60は、カメラ30が撮像して得た第1撮像信号S1を、複数バンドのマルチスペクトル画像を表す第2撮像信号S2に変換する。本例では、第2撮像信号S2は、3バンドのマルチスペクトル画像を含む。信号処理部65は、第2撮像信号S2のうち2バンドについては疑似色で表現される第1画像信号IS1に変換し、1バンドについては輝度が調整された第2画像信号IS2に変換する。 The imaging device 15 includes a white light source 20 that irradiates the object 12 with white light having an emission spectrum in the visible light region, a near-infrared light source 25 that irradiates the object 12 with near-infrared light having an emission spectrum in the near-infrared light region, a camera 30 that images the object 12, and a control processing unit 40. The control processing unit 40 includes a control unit 50 that controls the white light source 20, the near-infrared light source 25, and the camera 30, a conversion unit 60 that converts the image captured by the camera 30 into a multi-band multispectral image, and a signal processing unit 65 that performs signal processing on the second imaging signal S2 from the conversion unit 60. The conversion unit 60 converts the first imaging signal S1 obtained by imaging the camera 30 into a second imaging signal S2 representing a multi-band multispectral image. In this example, the second imaging signal S2 includes a three-band multispectral image. The signal processing unit 65 converts two bands of the second imaging signal S2 into a first image signal IS1 expressed in pseudo-color, and converts one band into a second image signal IS2 with adjusted brightness.

検査処理部70は、撮像装置15を構成する変換部60及び信号処理部65が生成した2バンドの第1画像信号IS1と1バンドの第2画像信号IS2を用いて物品12の良否を検査し、検査に用いられた2バンドの第1画像IS1及び1バンドの第2画像IS2と検査結果とを表示部41に表示する。この場合、第1画像IS1及び第2画像IS2には、検査結果の強調表示などが重畳表示されてもよい。また、撮像装置15は、変換部60及び信号処理部65が生成した2バンドの第1画像IS1及び1バンドの第2画像IS2を撮像結果として表示部41に表示してもよい。 The inspection processing unit 70 inspects the quality of the item 12 using the 2-band first image signal IS1 and 1-band second image signal IS2 generated by the conversion unit 60 and signal processing unit 65 constituting the imaging device 15, and displays the 2-band first image IS1 and 1-band second image IS2 used in the inspection and the inspection results on the display unit 41. In this case, the first image IS1 and the second image IS2 may be superimposed with an emphasis on the inspection results. Furthermore, the imaging device 15 may display the 2-band first image IS1 and 1-band second image IS2 generated by the conversion unit 60 and signal processing unit 65 on the display unit 41 as the imaging results.

図1~図3に示すように、カメラ30は、光学バンドパスフィルタ31と、レンズ32と、カラーイメージセンサ33(以下、単に「イメージセンサ33」という。)とを備える。光学バンドパスフィルタ31は被写体である物品12と、イメージセンサ33との間の光路上に配置されている。図1に示す例では、光学バンドパスフィルタ31は、被写体である物品12とレンズ32との間に配置されているが、レンズ32とイメージセンサ33との間に配置されてもよい。 As shown in Figs. 1 to 3, the camera 30 includes an optical bandpass filter 31, a lens 32, and a color image sensor 33 (hereinafter simply referred to as "image sensor 33"). The optical bandpass filter 31 is disposed on the optical path between the object 12, which is the subject, and the image sensor 33. In the example shown in Fig. 1, the optical bandpass filter 31 is disposed between the object 12, which is the subject, and the lens 32, but it may also be disposed between the lens 32 and the image sensor 33.

イメージセンサ33は、被写体である物品12の像を光学バンドパスフィルタ31及びレンズ32を通して受光し、その受光結果に応じた第1撮像信号S1を出力する。イメージセンサ33が出力する第1撮像信号S1は、変換部60に入力される。変換部60は、第1撮像信号S1を複数バンドのマルチスペクトル画像を表す第2撮像信号S2に変換する。 The image sensor 33 receives an image of the object 12, which is the subject, through the optical bandpass filter 31 and the lens 32, and outputs a first imaging signal S1 according to the light reception result. The first imaging signal S1 output by the image sensor 33 is input to the conversion unit 60. The conversion unit 60 converts the first imaging signal S1 into a second imaging signal S2 that represents a multi-band multispectral image.

変換部60は、イメージセンサ33により撮像された画像信号をNバンド(但しNは3以上の自然数)の信号ごとに分離し、分離したNバンドの画像信号に対してマトリックス演算を行うことにより、可視光領域に分光感度をもつPバンド(但しPはN未満の自然数)の第1画像信号と、近赤外領域に分光感度をもつQバンド(但しQはQ=N-P)の第2画像信号とを生成する。 The conversion unit 60 separates the image signal captured by the image sensor 33 into N-band (where N is a natural number equal to or greater than 3) signals, and performs a matrix operation on the separated N-band image signals to generate a first image signal in a P-band (where P is a natural number less than N) that has spectral sensitivity in the visible light region, and a second image signal in a Q-band (where Q is Q=N-P) that has spectral sensitivity in the near-infrared region.

信号処理部65は、Nバンド(但しNは3以上の自然数)のマルチスペクトル画像を表す第2撮像信号S2のうちMバンド(但しMはN未満かつ2以上の自然数)については疑似色で表現される第1画像信号IS1に変換する。また、信号処理部65は、第2撮像信号S2のうち残りのバンド数が1バンドであれば輝度を調整し、残りのバンド数が2バンド以上であれば疑似色で表現される処理を行う。これにより、信号処理部65は、第2撮像信号S2を、第1画像信号IS1及び第2画像信号IS2に変換する。本実施形態では、Nバンドは3バンドなので、信号処理部65は、残りの1バンドについては輝度を調整することで、第2画像信号IS2に変換する。 The signal processing unit 65 converts M bands (where M is a natural number less than N and equal to or greater than 2) of the second imaging signal S2 representing a multispectral image of N bands (where N is a natural number equal to or greater than 3) into a first image signal IS1 expressed in pseudo-color. Furthermore, the signal processing unit 65 adjusts the luminance if there is one remaining band in the second imaging signal S2, and performs processing to express the image in pseudo-color if there are two or more remaining bands. In this way, the signal processing unit 65 converts the second imaging signal S2 into a first image signal IS1 and a second image signal IS2. In this embodiment, since there are three N bands, the signal processing unit 65 converts the remaining one band into a second image signal IS2 by adjusting the luminance.

図1に示す検査処理部70は、変換部60及び信号処理部65が変換した第1画像信号IS1と第2画像信号IS2とを用いて被写体である物品12の良否を検査する。本例では、第1画像信号IS1は2チャンネルの可視光画像であり、第2画像信号IS2は近赤外画像である。検査処理部70は、1つの物品12に対して1つのカメラ30で同時に撮像された2チャンネルの可視光画像と近赤外画像とを用いて物品12を検査する。2チャンネルの可視光画像と近赤外画像は、1つのカメラ30で同時に撮像するため、撮像タイミング及び画角も同じである。 The inspection processing unit 70 shown in FIG. 1 inspects the quality of the object 12, which is the subject, using the first image signal IS1 and the second image signal IS2 converted by the conversion unit 60 and the signal processing unit 65. In this example, the first image signal IS1 is a two-channel visible light image, and the second image signal IS2 is a near-infrared image. The inspection processing unit 70 inspects the object 12 using two-channel visible light images and near-infrared images captured simultaneously by one camera 30 for one object 12. Since the two-channel visible light images and near-infrared images are captured simultaneously by one camera 30, the imaging timing and angle of view are also the same.

本実施形態の撮像装置15では、可視光撮像と近赤外撮像を同時に実施するために、白色光源20と近赤外光源25との2種類の光源を用意している。2種類の光源20,25に関する光源特性条件として、次の3つの条件を満たす。すなわち、(a)二つの光源20,25のそれぞれの発光特性が重なっていないこと、(b)一つの光源は、可視光領域に発光特性をもつこと、(c)他の一つの光源は、近赤外光領域に発光特性をもつこと、である。なお、白色光源20は白色LEDよりなるので、白色光源20から照射される白色光は、近赤外光を含まない。 In the imaging device 15 of this embodiment, two types of light sources, a white light source 20 and a near-infrared light source 25, are prepared in order to simultaneously perform visible light imaging and near-infrared imaging. The following three conditions are satisfied as light source characteristic conditions for the two types of light sources 20, 25. That is, (a) the light emission characteristics of the two light sources 20, 25 do not overlap, (b) one light source has light emission characteristics in the visible light region, and (c) the other light source has light emission characteristics in the near-infrared light region. Note that since the white light source 20 is made of a white LED, the white light irradiated from the white light source 20 does not include near-infrared light.

図1に示す白色光源20は、可視光領域に発光スペクトルを有する光源である。白色光源20は、可視光波長領域VAにおいて発光スペクトルが異なる複数の発光部21~23を備える。本例の白色光源20は、第1発光部21、第2発光部22及び第3発光部23を備える。白色光源20は、発光スペクトルがそれぞれの異なる複数の発光部21~23を組み合わせて構成される。複数の発光部21~23は、例えばLEDにより構成される。本例では、第1発光部21、第2発光部22及び第3発光部23は、それぞれ赤色LED、緑色LED及び青色LEDよりなる。つまり、白色光源20は、赤色波長領域の発光スペクトルと、緑色波長領域の発光スペクトルと、青色波長領域の発光スペクトルとを有する白色光を照射する。制御部50は、複数の発光部21~23を発光させることにより、被写体である物品12に向かって白色光を照射させる。なお、白色光源20は、単体の発光部であってもよい。 The white light source 20 shown in FIG. 1 is a light source having an emission spectrum in the visible light region. The white light source 20 includes a plurality of light-emitting units 21 to 23 having different emission spectra in the visible light wavelength region VA. The white light source 20 in this example includes a first light-emitting unit 21, a second light-emitting unit 22, and a third light-emitting unit 23. The white light source 20 is configured by combining a plurality of light-emitting units 21 to 23 having different emission spectra. The plurality of light-emitting units 21 to 23 are configured, for example, by LEDs. In this example, the first light-emitting unit 21, the second light-emitting unit 22, and the third light-emitting unit 23 are respectively composed of a red LED, a green LED, and a blue LED. In other words, the white light source 20 irradiates white light having an emission spectrum in the red wavelength region, an emission spectrum in the green wavelength region, and an emission spectrum in the blue wavelength region. The control unit 50 causes the plurality of light-emitting units 21 to 23 to emit light, thereby irradiating the white light toward the object 12, which is the subject of the image. The white light source 20 may be a single light-emitting unit.

近赤外光源25は、近赤外波長領域NIRAに発光スペクトルを有し、かつ白色光源20の発光スペクトル領域において発光スペクトルを持たない近赤外光を照射する(図8参照)。図1に示す例では、近赤外光源25は、第1発光部26及び第2発光部27を備える。近赤外光源25は、近赤外波長領域NIRAに異なる発光スペクトルをそれぞれ有する複数種の発光部26,27を組み合わせて構成される。複数種の発光部26,27は、例えばLEDにより構成される。なお、近赤外光源25は、近赤外光領域に発光スペクトルを有し、かつ白色光源20の発光スペクトル領域に発光スペクトルを持たない一種類のLEDで構成してもよい。 The near-infrared light source 25 irradiates near-infrared light having an emission spectrum in the near-infrared wavelength range NIRA and not in the emission spectrum range of the white light source 20 (see FIG. 8). In the example shown in FIG. 1, the near-infrared light source 25 includes a first light-emitting unit 26 and a second light-emitting unit 27. The near-infrared light source 25 is configured by combining multiple types of light-emitting units 26, 27 each having a different emission spectrum in the near-infrared wavelength range NIRA. The multiple types of light-emitting units 26, 27 are configured, for example, by LEDs. Note that the near-infrared light source 25 may be configured by one type of LED having an emission spectrum in the near-infrared light range and not in the emission spectrum range of the white light source 20.

白色光源20と近赤外光源25とを合わせた発光スペクトルLS(図8参照)は、光学バンドパスフィルタ31の透過波長域において複数のピークを有する。ここで、図6(a)に示すグラフが、光学バンドパスフィルタ31(F1)の透過波長域を示す。また、図11(a)に示すグラフが、光学バンドパスフィルタ31(F2)の透過波長域を示す。図8(a)に示すグラフが、白色光源20と近赤外光源25とを合わせた発光スペクトルLSを示す。図8(a)に示すグラフから分かるように、白色光源20と近赤外光源25とを合わせた発光スペクトルLSは、約430~720nmの可視光波長領域に一部重なる2つのピークを有し、約880~1000nmの近赤外波長領域に1つのピークを有する。また、図6(a)のグラフから分かるように、光学バンドパスフィルタF1の透過波長域は、約510~570nmの可視光波長領域と、約600~720nmの可視光波長領域と、約850~1000nm以上の近赤外波長領域にある。よって、白色光源20と前記近赤外光源25とを合わせた発光スペクトルLSは、光学バンドパスフィルタ31の透過波長域のうち、約510~570nmの可視光波長領域に白色光源20の発光スペクトルのピークを有し、約850~1000nm以上の範囲の透過波長域に近赤外光源25の発光スペクトルのピークを有する。 The combined emission spectrum LS (see FIG. 8) of the white light source 20 and the near-infrared light source 25 has multiple peaks in the transmission wavelength range of the optical bandpass filter 31. Here, the graph shown in FIG. 6(a) shows the transmission wavelength range of the optical bandpass filter 31 (F1). Also, the graph shown in FIG. 11(a) shows the transmission wavelength range of the optical bandpass filter 31 (F2). The graph shown in FIG. 8(a) shows the combined emission spectrum LS of the white light source 20 and the near-infrared light source 25. As can be seen from the graph shown in FIG. 8(a), the combined emission spectrum LS of the white light source 20 and the near-infrared light source 25 has two peaks that overlap in the visible light wavelength range of about 430 to 720 nm, and one peak in the near-infrared wavelength range of about 880 to 1000 nm. As can be seen from the graph in FIG. 6(a), the transmission wavelength range of the optical bandpass filter F1 is in the visible light wavelength range of about 510 to 570 nm, the visible light wavelength range of about 600 to 720 nm, and the near-infrared wavelength range of about 850 to 1000 nm or more. Therefore, the emission spectrum LS combining the white light source 20 and the near-infrared light source 25 has a peak in the emission spectrum of the white light source 20 in the visible light wavelength range of about 510 to 570 nm within the transmission wavelength range of the optical bandpass filter 31, and has a peak in the emission spectrum of the near-infrared light source 25 in the transmission wavelength range of about 850 to 1000 nm or more.

図1に示す撮像装置15は、画素単位で分光透過率特性の異なるNバンド(但し、Nは3以上の自然数)をもつ分光光学フィルタの一例としてのカラーフィルタ34(図5参照)を有するとともに可視光領域と近赤外領域とに感度をもつイメージセンサ33を備える。カラーフィルタ34は、複数の異なる透過率特性をもつRフィルタ34R、Gフィルタ34G、Bフィルタ34Bを画素単位で配置して構成される。 The imaging device 15 shown in FIG. 1 has a color filter 34 (see FIG. 5) as an example of a spectral optical filter having N bands (where N is a natural number of 3 or more) with different spectral transmittance characteristics on a pixel-by-pixel basis, and is equipped with an image sensor 33 that is sensitive to the visible light region and the near-infrared region. The color filter 34 is configured by arranging an R filter 34R, a G filter 34G, and a B filter 34B, each having a plurality of different transmittance characteristics, on a pixel-by-pixel basis.

変換部60は、イメージセンサ33により撮像された撮像信号S1をNバンドの信号ごとに分離する。そして、変換部60は、分離したNバンドの画像信号に対してマトリックス演算を行うことにより、可視光領域に分光感度をもつPバンド(但しPはN未満の自然数)の第1画像信号MS1と、近赤外領域に分光感度をもつQバンド(但しQはQ=N-P)の第2画像信号MS2とを生成する。 The conversion unit 60 separates the image signal S1 captured by the image sensor 33 into N-band signals. The conversion unit 60 then performs a matrix operation on the separated N-band image signals to generate a first image signal MS1 in a P-band (where P is a natural number less than N) that has spectral sensitivity in the visible light region, and a second image signal MS2 in a Q-band (where Q is Q=N-P) that has spectral sensitivity in the near-infrared region.

撮像装置15は、図2に示す第1構成と、図3に示す第2構成との一方を採用する。
図2に示すように、白色光源20は、被写体である物品12の表面を照射する。カメラ30は、物品の正面に照射された白色光のうち反射された可視光を撮像する。また、近赤外光源25は、カメラ30に対して被写体である物品12を挟んだ反対側の位置に配置されている。カメラ30は、近赤外光源25から物品12の背面から照射された近赤外光が物品12を透過した透過光を撮像する。つまり、カメラ30は、物品の表面を可視光が反射した像である可視光画像と、物品12を近赤外光が透過した像である近赤外画像(透過画像)とを撮像する。なお、近赤外光源25の物品12と対向する表面は、所定色の単色を呈しており、物品12を撮像するときの背景色となる。
The imaging device 15 employs either a first configuration shown in FIG. 2 or a second configuration shown in FIG.
As shown in FIG. 2, the white light source 20 irradiates the surface of the object 12, which is the subject. The camera 30 captures the visible light reflected from the white light irradiated to the front of the object. The near-infrared light source 25 is disposed on the opposite side of the object 12, which is the subject, with respect to the camera 30. The camera 30 captures the transmitted light of the near-infrared light irradiated from the rear of the object 12 by the near-infrared light source 25 and transmitted through the object 12. That is, the camera 30 captures a visible light image, which is an image of visible light reflected from the surface of the object, and a near-infrared image (transmitted image), which is an image of near-infrared light transmitted through the object 12. The surface of the near-infrared light source 25 facing the object 12 exhibits a single predetermined color, and serves as the background color when the object 12 is imaged.

図3に示すように、被写体である物品12と近赤外光源25との間に光学フィルタ部材29が配置されている。近赤外光源25の表面が、所定色の単色であっても、物品12を撮像するときの背景色となるその単色の色を選択することはできない。そのため、物品12と近赤外光源25との間に、光学フィルタ部材29を配置している。光学フィルタ部材29の物品12と対向する表面は、所望の背景色となる単色を呈している。このため、物品12が背景から浮き出た検査に適した画像を撮像できる。 As shown in FIG. 3, an optical filter member 29 is disposed between the object 12, which is the subject, and the near-infrared light source 25. Even if the surface of the near-infrared light source 25 is a predetermined monochromatic color, it is not possible to select that monochromatic color as the background color when imaging the object 12. For this reason, the optical filter member 29 is disposed between the object 12 and the near-infrared light source 25. The surface of the optical filter member 29 facing the object 12 exhibits a monochromatic color that is the desired background color. For this reason, an image suitable for inspection can be captured in which the object 12 stands out from the background.

光学フィルタ部材29は、白色光源20から表面に照射された白色光のうち可視光領域の少なくとも特定波長の光を反射するか可視光領域の光を吸収するとともに、表面と反対側の面である裏面に対して近赤外光源25から照射された近赤外を透過する。 The optical filter member 29 reflects at least a specific wavelength of the visible light range of the white light irradiated onto the front surface from the white light source 20, or absorbs light in the visible light range, and transmits near-infrared light irradiated from the near-infrared light source 25 onto the back surface, which is the surface opposite the front surface.

光学フィルタ部材29は、裏面からの少なくとも赤外光は透過して、表面からの白色光源20による照明光では、特定の波長の光を反射する特性を持つ光学フィルタ、あるいはフィルムよりなる。光学フィルタ部材29は、例えば、可視光カット部材である。可視光カット部材よりなる光学フィルタ部材29の具体的な構成としては、可視光カットフィルムのみの構成、可視光カットフィルム及びフィルムの構成などが挙げられる。 The optical filter member 29 is made of an optical filter or film that transmits at least infrared light from the back surface and has the property of reflecting light of a specific wavelength in the illumination light from the white light source 20 from the front surface. The optical filter member 29 is, for example, a visible light cutting member. Specific configurations of the optical filter member 29 made of a visible light cutting member include a configuration of only a visible light cutting film, and a configuration of a visible light cutting film and a film.

光学フィルタ部材29は、可視光の透過率は低くその反射率が90~100%の範囲にあり、赤外光の透過率が90~100%の範囲にある。
光学フィルタ部材29は、白色光源20からの白色光のうち可視光領域の特定波長の可視光のみを反射し、照明用の光源や照明の治具が、被写体である物品12の背景に映り込まないように、背景を特定色にしている。特定色としては、赤色、青色、緑色などの単色が挙げられる。また、背景の特定色は、可視光の全波長の光を反射する白色でもよいし、全波長を反射しない(吸収する)黒色でもよい。
The optical filter member 29 has a low transmittance of visible light and a reflectance in the range of 90 to 100%, and has a transmittance of infrared light in the range of 90 to 100%.
The optical filter member 29 reflects only visible light of a specific wavelength in the visible light region from the white light from the white light source 20, and the background is a specific color so that the light source for illumination and the illumination jig are not reflected in the background of the subject, the article 12. Examples of the specific color include single colors such as red, blue, and green. The specific color of the background may be white, which reflects light of all wavelengths of visible light, or black, which does not reflect (absorbs) all wavelengths.

また、光学フィルタ部材29の表面は、少なくとも特定波長の光を反射すればよい。例えば、光学フィルタ部材29の表面は白色でもよい。つまり、光学フィルタ部材29の表面は、白色光源20が照射する白色光のうち可視光領域の全波長の光を反射してもよい。また、光学フィルタ部材29の表面は、黒色でもよい。つまり、光学フィルタ部材29の表面は、可視光領域の全波長の光を吸収する特性を有してもよい。 The surface of the optical filter member 29 may reflect at least light of a specific wavelength. For example, the surface of the optical filter member 29 may be white. That is, the surface of the optical filter member 29 may reflect light of all wavelengths in the visible light range of the white light emitted by the white light source 20. The surface of the optical filter member 29 may be black. That is, the surface of the optical filter member 29 may have the property of absorbing light of all wavelengths in the visible light range.

次に、図4(a),(b)を参照して、カメラ30が備えるイメージセンサ33の構成について説明する。図4(a)は、RGB画像を撮像する汎用のカラーカメラ200である。カラーカメラ200は、鏡筒30aに組み付けられたレンズ32と、近赤外光を遮断する近赤外光カットフィルタ201(以下、IRカットフィルタ201ともいう。)と、イメージセンサ33とを備える。イメージセンサ33は、Rフィルタ34Rを透過したレッド光を受光し受光量に応じたR撮像信号を出力するR受光素子33Rと、Gフィルタ34Gを透過したグリーン光を受光し受光量に応じたG撮像信号を出力するG受光素子33Gと、Bフィルタ34Bを透過したブルー光を受光し受光量に応じたB撮像信号を出力するB受光素子33Bとを備える。イメージセンサ33において、R受光素子33R、G受光素子33G及びB受光素子33Bは、所定の配列で配置されている。 Next, the configuration of the image sensor 33 provided in the camera 30 will be described with reference to Figures 4(a) and (b). Figure 4(a) shows a general-purpose color camera 200 that captures RGB images. The color camera 200 includes a lens 32 attached to the lens barrel 30a, a near-infrared light cut filter 201 (hereinafter also referred to as the IR cut filter 201) that blocks near-infrared light, and an image sensor 33. The image sensor 33 includes an R light receiving element 33R that receives red light transmitted through the R filter 34R and outputs an R image signal according to the amount of received light, a G light receiving element 33G that receives green light transmitted through the G filter 34G and outputs a G image signal according to the amount of received light, and a B light receiving element 33B that receives blue light transmitted through the B filter 34B and outputs a B image signal according to the amount of received light. In the image sensor 33, the R light receiving element 33R, the G light receiving element 33G, and the B light receiving element 33B are arranged in a predetermined array.

このイメージセンサ33は、近赤外光がカットされたRGB撮像特性を有する。R受光素子33R、G受光素子33G及びB受光素子33Bは、図4(a)のグラフで示されるそれぞれの波長帯の光に感度を有する。このグラフは、横軸が波長を示し、縦軸が相対感度を示す。R受光素子33Rは、図4(a)におけるグラフに示されるレッド(R)の波長帯の光に高い感度を有する。G受光素子33Gは、図4(a)におけるグラフに示されるグリーン(G)の波長帯の光に高い感度を有する。B受光素子33Bは、図4(a)におけるグラフに示されるブルー(B)の波長帯の光に高い感度を有する。 This image sensor 33 has RGB imaging characteristics with near-infrared light cut off. The R light receiving element 33R, the G light receiving element 33G, and the B light receiving element 33B are sensitive to light in the respective wavelength bands shown in the graph of FIG. 4(a). In this graph, the horizontal axis indicates wavelength and the vertical axis indicates relative sensitivity. The R light receiving element 33R is highly sensitive to light in the red (R) wavelength band shown in the graph of FIG. 4(a). The G light receiving element 33G is highly sensitive to light in the green (G) wavelength band shown in the graph of FIG. 4(a). The B light receiving element 33B is highly sensitive to light in the blue (B) wavelength band shown in the graph of FIG. 4(a).

図4(b)は、図4(a)に示す汎用のカラーカメラ200からIRカットフィルタ201を除去したカラーカメラ250である。カラーカメラ250に内蔵されるイメージセンサ33は、近赤外光がカットされず、近赤外光の波長帯域を含むRGB撮像特性を有する。R受光素子33R、G受光素子33G及びB受光素子33Bは、図4(b)におけるグラフに示される可視光波長領域VA及び近赤外波長領域NIRA(特に近赤外波長領域)の光に感度を有する。 Figure 4(b) shows a color camera 250 in which the IR cut filter 201 has been removed from the general-purpose color camera 200 shown in Figure 4(a). The image sensor 33 built into the color camera 250 does not cut near-infrared light and has RGB imaging characteristics that include the wavelength band of near-infrared light. The R light receiving element 33R, the G light receiving element 33G, and the B light receiving element 33B are sensitive to light in the visible light wavelength region VA and the near-infrared wavelength region NIRA (particularly the near-infrared wavelength region) shown in the graph in Figure 4(b).

図5は、本実施形態のカメラ30の模式的な構成を示す。図5に示すように、カメラ30は、イメージセンサ33と被写体である物品12との間の光路上に光学バンドパスフィルタ31を備える。カメラ30は、図4(a)に示すIRカットフィルタ201を備えていない。イメージセンサ33は、図4(a)に示す汎用のカラーカメラ200のものと同様の構成である。 Figure 5 shows a schematic configuration of the camera 30 of this embodiment. As shown in Figure 5, the camera 30 has an optical bandpass filter 31 on the optical path between the image sensor 33 and the object 12, which is the subject. The camera 30 does not have the IR cut filter 201 shown in Figure 4 (a). The image sensor 33 has the same configuration as that of the general-purpose color camera 200 shown in Figure 4 (a).

イメージセンサ33そのものは、図4(b)のグラフに示すように、可視光波長領域VAと近赤外波長領域NIRAに感度を有する。カメラ30は、赤外カットフィルタを除去した汎用カラーカメラである。詳しくは、カメラ30は、例えば、図4(a)に示す汎用のカラーカメラ200からIRカットフィルタ201を除去したうえで、光学バンドパスフィルタ31を光路上に取り付けて構成される。なお、カメラ30は、汎用のカラーカメラ200をベースにする構成に限定されない。 As shown in the graph of FIG. 4(b), the image sensor 33 itself has sensitivity in the visible light wavelength region VA and the near-infrared wavelength region NIRA. The camera 30 is a general-purpose color camera from which the infrared cut filter has been removed. In detail, the camera 30 is configured, for example, by removing the IR cut filter 201 from the general-purpose color camera 200 shown in FIG. 4(a) and attaching an optical bandpass filter 31 to the optical path. Note that the camera 30 is not limited to a configuration based on the general-purpose color camera 200.

イメージセンサ33を構成するカラーフィルタ34は、RGB原色フィルタであるが、Mg,Ye,Cyの補色フィルタでもよい。また、RGBフィルタ又は補色フィルタに加え近赤外光を選択的に透過するNIRフィルタが混在してもよい。さらに、RGBフィルタが、R,G1,G2,Bフィルタであったり、カラーフィルタ34が補色フィルタと原色フィルタを組み合わせた構成であったりしてもよい。さらに、組み合せるフィルタは、3種類以上であってもよい。 The color filter 34 constituting the image sensor 33 is an RGB primary color filter, but may also be a complementary color filter of Mg, Ye, or Cy. In addition to the RGB or complementary color filters, an NIR filter that selectively transmits near-infrared light may also be mixed. Furthermore, the RGB filters may be R, G1, G2, and B filters, or the color filter 34 may be a combination of a complementary color filter and a primary color filter. Furthermore, the filters to be combined may be three or more types.

光学バンドパスフィルタ31は、可視光波長領域VA内で1領域または複数領域の遮断領域を有するとともに近赤外波長領域NIRA内で1領域または複数領域の透過領域を有する分光透過率特性をもつ。このような分光透過率特性を得るため、光学バンドパスフィルタ31は、1枚か、図5に示すように2枚の光学バンドパスフィルタ31A,31Bにより構成される。図5に示す光学バンドパスフィルタ31は、近赤外波長領域NIRA内で1領域または複数領域の透過領域を有するので、被写体である物品12から光学バンドパスフィルタ31を透過した非可視光波長の光は、図5示すイメージセンサ33に受光される。本実施形態の光学バンドパスフィルタ31は、少なくとも近赤外波長領域NIRA内の一部の波長帯の光を透過する。近赤外波長領域NIRAは、波長が約800~約2500nmの領域である。なお、1つの光学バンドパスフィルタ31を3枚以上で構成してもよいが、光透過率が低下して白色光源20の光量を高める必要があるので、省電力の観点から数は少ない方が好ましい。 The optical bandpass filter 31 has a spectral transmittance characteristic having one or more blocking regions in the visible light wavelength region VA and one or more transmission regions in the near-infrared wavelength region NIRA. In order to obtain such a spectral transmittance characteristic, the optical bandpass filter 31 is composed of one or two optical bandpass filters 31A and 31B as shown in FIG. 5. The optical bandpass filter 31 shown in FIG. 5 has one or more transmission regions in the near-infrared wavelength region NIRA, so that the light of the non-visible light wavelength transmitted through the optical bandpass filter 31 from the object 12, which is the subject, is received by the image sensor 33 shown in FIG. The optical bandpass filter 31 of this embodiment transmits at least light of a part of the wavelength band in the near-infrared wavelength region NIRA. The near-infrared wavelength region NIRA is a region with wavelengths of about 800 to about 2500 nm. Although one optical bandpass filter 31 may be made up of three or more filters, the light transmittance decreases and it is necessary to increase the amount of light from the white light source 20, so from the viewpoint of power saving, it is preferable to have a small number of filters.

光学バンドパスフィルタ31は、検査対象である被写体において識別する物体の分光反射率特性の違いに応じて、検査に適した分光透過率特性を有するものが使用される。本実施形態では、光学バンドパスフィルタ31が光学バンドパスフィルタF1(図6(a))である第1実施例の撮像装置15と、光学バンドパスフィルタ31が光学バンドパスフィルタF2(図11(a))である第2実施例の撮像装置15とを例示する。 The optical bandpass filter 31 has a spectral transmittance characteristic suitable for the inspection depending on the difference in the spectral reflectance characteristic of the object to be identified in the subject to be inspected. In this embodiment, the imaging device 15 of the first embodiment in which the optical bandpass filter 31 is the optical bandpass filter F1 (FIG. 6(a)) and the imaging device 15 of the second embodiment in which the optical bandpass filter 31 is the optical bandpass filter F2 (FIG. 11(a)) are shown as examples.

以下、第1実施例及び第2実施例について説明する。
(第1実施例)
まず、第1実施例について、図5~図9を参照して説明する。図6(a)に示す光学バンドパスフィルタF1は、複数の波長帯に透過率が10%以下となる遮断領域を有するとともに、複数の波長帯に透過率が70%以上となる透過領域を有する分光透過率特性をもつ。換言すれば、光学バンドパスフィルタF1は、可視光波長領域VA内で複数の遮断領域を有するとともに、近赤外波長領域NIRAに透過領域を有する分光透過率特性をもつ。
The first and second embodiments will be described below.
(First embodiment)
First, the first embodiment will be described with reference to Fig. 5 to Fig. 9. The optical bandpass filter F1 shown in Fig. 6(a) has a spectral transmittance characteristic having a blocking region with a transmittance of 10% or less in a plurality of wavelength bands, and a transmission region with a transmittance of 70% or more in a plurality of wavelength bands. In other words, the optical bandpass filter F1 has a spectral transmittance characteristic having a blocking region in the visible light wavelength region VA, and a transmission region in the near-infrared wavelength region NIRA.

よって、イメージセンサ33そのものが、図6(b)に示すRGBの3バンドの相対感度を有していても、図6(a)に示す光学バンドパスフィルタF1の分光透過率特性により、イメージセンサ33は、図5のグラフに示す実質的な相対感度を有する。 Thus, even if the image sensor 33 itself has the relative sensitivity of the three bands of RGB shown in FIG. 6(b), the image sensor 33 has the substantial relative sensitivity shown in the graph of FIG. 5 due to the spectral transmittance characteristics of the optical bandpass filter F1 shown in FIG. 6(a).

図5に示すイメージセンサ33を構成するR受光素子33Rは、同図のグラフにRで示されバンドの感度を有し、G受光素子33GはGで示されるバンドの感度を有し、B受光素子33BはBで示されるバンドの感度を有する。各受光素子33R,33G,33Bは、光学バンドパスフィルタF1を透過した光のうち、カラーフィルタ34の各フィルタ34R,34G,34Bを透過した光をそれぞれの感度に応じて受光する。イメージセンサ33は、各受光素子33R,33G,33Bの受光量に応じたR値、G値、B値をもつ各撮像信号が、所定の配列パターンの順番でシリアルに並ぶ第1撮像信号S1を出力する。 The R light receiving element 33R constituting the image sensor 33 shown in FIG. 5 has a sensitivity in the band indicated by R in the graph of the same figure, the G light receiving element 33G has a sensitivity in the band indicated by G, and the B light receiving element 33B has a sensitivity in the band indicated by B. Each light receiving element 33R, 33G, 33B receives light that has passed through the optical bandpass filter F1 and each filter 34R, 34G, 34B of the color filter 34 according to its respective sensitivity. The image sensor 33 outputs a first imaging signal S1 in which each imaging signal having an R value, G value, and B value according to the amount of light received by each light receiving element 33R, 33G, 33B is arranged serially in the order of a predetermined array pattern.

図7は、第1撮像信号S1を変換部60により変換して得られる第2撮像信号S2の相対感度特性を示す。発光スペクトルが全波長領域において相対値=1となる理想光源を照射したときの第2撮像信号S2の相対感度特性に相当する。図7に示す変換部60は、図5に示すイメージセンサ33から入力した第1撮像信号S1のRGB値を、XYZ値に変換することで第2撮像信号S2を生成する。つまり、変換部60は、図5のグラフで示される3バンドのRGB信号を、RGB信号とは異なる波長帯に感度をもつ3バンドのXYZ信号(図7)に変換する。図7に示すグラフは、第2撮像信号S2を構成するXYZ値で表される3バンドを示す。グラフの横軸が波長を示し、縦軸が相対感度を示す。 Figure 7 shows the relative sensitivity characteristic of the second imaging signal S2 obtained by converting the first imaging signal S1 by the conversion unit 60. It corresponds to the relative sensitivity characteristic of the second imaging signal S2 when irradiated with an ideal light source whose emission spectrum has a relative value = 1 in the entire wavelength range. The conversion unit 60 shown in Figure 7 generates the second imaging signal S2 by converting the RGB values of the first imaging signal S1 input from the image sensor 33 shown in Figure 5 into XYZ values. In other words, the conversion unit 60 converts the three-band RGB signal shown in the graph of Figure 5 into a three-band XYZ signal (Figure 7) that has sensitivity to a wavelength band different from the RGB signal. The graph shown in Figure 7 shows the three bands represented by the XYZ values that make up the second imaging signal S2. The horizontal axis of the graph indicates wavelength, and the vertical axis indicates relative sensitivity.

図7に示すように、第2撮像信号S2を構成する3バンドのXYZのうち1つのバンドのピークが、近赤外波長領域NIRAにある。他の2つのバンドのピークが、可視光波長領域VAにある。詳しくは、図7のグラフに示されるように、Xのバンドは約890nmにピークをもち、Yのバンドは約620nmにピークをもち、Zのバンドは約550nmにピークをもつ。XYZの3バンドで示される相対感度の各ピークは、それぞれのピークの波長域で他の2つのバンドの相対感度の値よりもそれぞれ高くなっており、XYZの各バンドは分離されている。しかし、Xのバンドは近赤外波長領域NIRAにピークをもつものの、そのピークが小さい。 As shown in FIG. 7, one of the three bands XYZ constituting the second imaging signal S2 has a peak in the near-infrared wavelength region NIRA. The peaks of the other two bands are in the visible light wavelength region VA. More specifically, as shown in the graph in FIG. 7, the X band has a peak at approximately 890 nm, the Y band has a peak at approximately 620 nm, and the Z band has a peak at approximately 550 nm. Each peak of relative sensitivity shown by the three bands XYZ is higher than the relative sensitivity value of the other two bands in the wavelength range of each peak, and the XYZ bands are separated. However, although the X band has a peak in the near-infrared wavelength region NIRA, the peak is small.

図8(a)に示す白色光源20と近赤外光源25とを合わせた発光スペクトルの光が入射した場合、イメージセンサ33は図8(a)に示す発光強度特性と図8(b)に示す第1撮像信号S1の相対感度特性とが合成された結果として、イメージセンサ33は第1撮像信号S1として図9(a)のグラフで示される3バンドのRGB信号を出力する。変換部60は、図9(a)のグラフで示される3バンドのRGB信号を、RGB信号とは異なる波長帯に感度をもつ図9(b)に示す3バンドのXYZ信号に変換する。 When light with the combined emission spectrum of the white light source 20 and the near-infrared light source 25 shown in FIG. 8(a) is incident, the image sensor 33 outputs the three-band RGB signal shown in the graph of FIG. 9(a) as the first imaging signal S1 as a result of combining the emission intensity characteristic shown in FIG. 8(a) and the relative sensitivity characteristic of the first imaging signal S1 shown in FIG. 8(b). The conversion unit 60 converts the three-band RGB signal shown in the graph of FIG. 9(a) into a three-band XYZ signal shown in FIG. 9(b) that has sensitivity to a wavelength band different from the RGB signal.

図9(b)のグラフに示されるように、Xのバンドは約930nmにピークをもち、Yのバンドは約620nmにピークをもち、Zのバンドは約550nmにピークをもつ。XYZの3バンドで示される感度の各ピークは、他の2つのバンドの感度よりもそれぞれ高くなっており、XYZの各バンドは分離されている。YとZの2バンドは可視光のバンドであり、Xのバンドは近赤外光のバンドである。可視光の2バンドY,Zと近赤外光の1バンドXとは分離されている。 As shown in the graph in Figure 9 (b), the X band has a peak at approximately 930 nm, the Y band has a peak at approximately 620 nm, and the Z band has a peak at approximately 550 nm. Each peak of sensitivity shown by the three bands XYZ is higher than the sensitivity of the other two bands, and each band of XYZ is separated. The two bands Y and Z are visible light bands, and the X band is a near-infrared light band. The two visible light bands Y and Z and the one near-infrared light band X are separated.

(第2実施例)
次に、第2実施例について、図10~図14を参照して説明する。図11(a)に示す光学バンドパスフィルタF2は、可視光波長領域VA内で波長約520nm以下の領域に遮断領域を有するとともに、波長約520nmを超える領域に透過領域を有する分光透過率特性をもつ。近赤外波長領域NIRA内では図示される全域が透過領域となっている。光学バンドパスフィルタF2は、少なくとも近赤外波長領域が透過領域となっている。
Second Example
Next, a second embodiment will be described with reference to Figures 10 to 14. The optical bandpass filter F2 shown in Figure 11(a) has a cutoff region in the visible light wavelength region VA at wavelengths of about 520 nm or less, and has a spectral transmittance characteristic with a transmission region in the wavelength region exceeding about 520 nm. In the near-infrared wavelength region NIRA, the entire region shown in the figure is a transmission region. The optical bandpass filter F2 has a transmission region at least in the near-infrared wavelength region.

図10に示すカメラ30では、図11(a)に示す分光透過率特性を有する光学バンドパスフィルタF2によって、被写体である物品12からの光のうち波長約520nm以下の光が遮断され、波長約520nmを超える光が透過する。よって、イメージセンサ33そのものが、図11(b)に示す感度を有していても、イメージセンサ33は、光学バンドパスフィルタ31により遮断された波長約520nm以下の光が受光されない。よって、図10のグラフに示すように、イメージセンサ33は、約520nmを超える波長領域に実質的な感度を有する。つまり、イメージセンサ33は、波長約520nm以下の領域で感度をもたず、波長約520nmを超える領域に感度を有する。 In the camera 30 shown in FIG. 10, the optical bandpass filter F2 having the spectral transmittance characteristics shown in FIG. 11(a) blocks light from the object 12, which is the subject, with wavelengths of approximately 520 nm or less, and transmits light with wavelengths greater than approximately 520 nm. Therefore, even if the image sensor 33 itself has the sensitivity shown in FIG. 11(b), the image sensor 33 does not receive light with wavelengths of approximately 520 nm or less that is blocked by the optical bandpass filter 31. Therefore, as shown in the graph in FIG. 10, the image sensor 33 has substantial sensitivity in the wavelength range greater than approximately 520 nm. In other words, the image sensor 33 has no sensitivity in the wavelength range less than approximately 520 nm, but has sensitivity in the wavelength range greater than approximately 520 nm.

図5に示すイメージセンサ33を構成するR受光素子33Rは、同図のグラフにRで示されバンドの感度を有し、G受光素子33GはGで示されるバンドの感度を有し、B受光素子33BはBで示されるバンドの感度を有する。各受光素子33R,33G,33Bは、光学バンドパスフィルタF2を透過した光のうち、カラーフィルタ34の各フィルタ34R,34G,34Bを透過した光をそれぞれの感度に応じて受光する。イメージセンサ33は、各受光素子33R,33G,33Bの受光量に応じたR値、G値、B値をもつ各撮像信号が、所定の配列パターンの順番でシリアルに並ぶ第1撮像信号S1を出力する。 The R light receiving element 33R constituting the image sensor 33 shown in FIG. 5 has a sensitivity in the band indicated by R in the graph of the same figure, the G light receiving element 33G has a sensitivity in the band indicated by G, and the B light receiving element 33B has a sensitivity in the band indicated by B. Each light receiving element 33R, 33G, 33B receives light that has passed through the optical bandpass filter F2 and each filter 34R, 34G, 34B of the color filter 34 according to its respective sensitivity. The image sensor 33 outputs a first imaging signal S1 in which each imaging signal having an R value, G value, and B value according to the amount of light received by each light receiving element 33R, 33G, 33B is arranged serially in the order of a predetermined array pattern.

図12は、第1撮像信号S1を変換部60により変換して得られる第2撮像信号S2の相対感度特性を示す。図12に示す変換部60は、図10に示すイメージセンサ33から入力した第1撮像信号S1のRGB値をXYZ値に変換することで第2撮像信号S2を生成する。すなわち、変換部60は、図10のグラフで示される3バンドのRGB信号を、RGB信号とは異なる波長帯に感度をもつ3バンドのXYZ信号に変換する。図12に示すグラフは、第2撮像信号S2を構成するXYZ値で表される3バンドを示す。グラフの横軸が波長を示し、縦軸が相対感度を示す。 Figure 12 shows the relative sensitivity characteristics of the second imaging signal S2 obtained by converting the first imaging signal S1 by the conversion unit 60. The conversion unit 60 shown in Figure 12 generates the second imaging signal S2 by converting the RGB values of the first imaging signal S1 input from the image sensor 33 shown in Figure 10 into XYZ values. That is, the conversion unit 60 converts the three-band RGB signal shown in the graph in Figure 10 into a three-band XYZ signal that has sensitivity to a wavelength band different from that of the RGB signal. The graph in Figure 12 shows the three bands represented by the XYZ values that make up the second imaging signal S2. The horizontal axis of the graph indicates wavelength, and the vertical axis indicates relative sensitivity.

図12に示すように、第2撮像信号S2は、3バンドのうち少なくとも1つのバンドのピークが、近赤外波長領域NIRAにある。特に本例では、1つのバンドのピークが、近赤外波長領域NIRAにある。詳しくは、図12のグラフに示されるように、Xのバンドは約830nmにピークをもち、Yのバンドは約630nmにピークをもち、Zのバンドは約550nmにピークをもつ。XYZの3バンドで示される感度の各ピークは、ピークの波長の位置で他の2つのバンドの感度よりもそれぞれ高くなっており、XYZの各バンドは分離されている。Xのバンドが近赤外領域にピークをもつものの、YとZのバンドもそれぞれ一部が近赤外波長領域NIRAに感度をもつ。この場合、第2撮像信号S2から、可視光画像と近赤外画像とに分離できない。つまり、可視光画像の中に近赤外画像が一部混在し、近赤外画像の中に可視光画像が一部混在する。このような画像は、可視光画像と近赤外画像とを分離して検査する用途には適していない。 As shown in FIG. 12, the peak of at least one of the three bands of the second imaging signal S2 is in the near-infrared wavelength region NIRA. In particular, in this example, the peak of one band is in the near-infrared wavelength region NIRA. In detail, as shown in the graph of FIG. 12, the X band has a peak at about 830 nm, the Y band has a peak at about 630 nm, and the Z band has a peak at about 550 nm. Each peak of sensitivity shown in the three bands XYZ is higher than the sensitivity of the other two bands at the position of the peak wavelength, and each band of XYZ is separated. Although the X band has a peak in the near-infrared region, each of the Y and Z bands also has a portion sensitive to the near-infrared wavelength region NIRA. In this case, the second imaging signal S2 cannot be separated into a visible light image and a near-infrared image. In other words, a near-infrared image is partially mixed in the visible light image, and a visible light image is partially mixed in the near-infrared image. Such images are not suitable for applications where visible light and near-infrared images need to be separated for inspection.

そこで、この第2実施例においても、図13(a)に示す発光スペクトルを有する、白色光源20(図1)と近赤外光源25(図1)とを光源とする。これにより、図13(a)に示す発光スペクトルをもつ入射光と、イメージセンサ33の図13(b)のグラフで示されるRGBの感度とにより、イメージセンサ33は第1撮像信号S1として図14(a)のグラフで示される3バンドのRGB信号を出力する。変換部60は、図14(a)のグラフで示される3バンドのRGB信号を、RGB信号とは異なる波長帯に感度をもつ図14(b)に示す3バンドのXYZ信号に変換する。 Therefore, in this second embodiment, the light sources are the white light source 20 (FIG. 1) and the near-infrared light source 25 (FIG. 1), both of which have the emission spectrum shown in FIG. 13(a). As a result, the image sensor 33 outputs the three-band RGB signal shown in the graph of FIG. 14(a) as the first imaging signal S1 based on the incident light having the emission spectrum shown in FIG. 13(a) and the RGB sensitivity of the image sensor 33 shown in the graph of FIG. 13(b). The conversion unit 60 converts the three-band RGB signal shown in the graph of FIG. 14(a) into the three-band XYZ signal shown in FIG. 14(b), which has sensitivity to wavelength bands different from the RGB signal.

図14(b)のグラフに示されるように、Xのバンドは約860nmにピークをもち、Yのバンドは約620nmにピークをもち、Zのバンドは約550nmにピークをもつ。XYZの3バンドで示される感度の各ピークは、そのピークの波長の位置で他の2つのバンドの感度よりもそれぞれ高くなっており、XYZの各バンドは分離されている。Xのバンドは近赤外領域にピークをもつバンドであり、YとZの2バンドは可視光領域にピークをもつバンドである。可視光領域の2バンドY,Zと近赤外領域の1バンドXとは分離されている。このため、撮像装置から出力される可視光画像信号である第1画像信号MS1と、近赤外画像信号である第2画像信号MS2とに双方の波長帯域が重ならないように分離される。 As shown in the graph of FIG. 14(b), the X band has a peak at about 860 nm, the Y band has a peak at about 620 nm, and the Z band has a peak at about 550 nm. Each peak of sensitivity shown in the three bands XYZ is higher than the sensitivity of the other two bands at the position of the wavelength of the peak, and each band of XYZ is separated. The X band is a band with a peak in the near-infrared region, and the two bands Y and Z are bands with peaks in the visible light region. The two bands Y and Z in the visible light region and the one band X in the near-infrared region are separated. Therefore, the first image signal MS1, which is a visible light image signal output from the imaging device, and the second image signal MS2, which is a near-infrared image signal, are separated so that their wavelength bands do not overlap.

次に、図15を参照して、変換部60及び検査処理部70の構成を説明する。
図15に示すように、光学バンドパスフィルタ31及びレンズ32を通して物品12の像がイメージセンサ33の撮像面に結像される。イメージセンサ33は物品12の撮像結果として第1撮像信号S1を変換部60に出力する。第1撮像信号S1は、各受光素子33R,33G,33BからのR撮像信号(レッド信号)、G撮像信号(グリーン信号)及びB撮像信号(ブルー信号)を含むシリアル信号である。なお、R撮像信号、G撮像信号及びB撮像信号を、単にR信号、G信号及びB信号ともいう。
Next, the configurations of the conversion unit 60 and the inspection processing unit 70 will be described with reference to FIG.
15, an image of the article 12 is formed on the imaging surface of the image sensor 33 through the optical bandpass filter 31 and the lens 32. The image sensor 33 outputs a first imaging signal S1 as an imaging result of the article 12 to the conversion unit 60. The first imaging signal S1 is a serial signal including an R imaging signal (red signal), a G imaging signal (green signal) and a B imaging signal (blue signal) from the light receiving elements 33R, 33G and 33B. The R imaging signal, the G imaging signal and the B imaging signal are also simply referred to as the R signal, the G signal and the B signal.

図15に示すように、変換部60は、RGB分離部61、XYZ変換部62、増幅部63及び不図示の高輝度色抑圧部を備える。RGB分離部61は、イメージセンサ33から入力した第1撮像信号S1を、R撮像信号、G撮像信号及びB撮像信号に分離する。 As shown in FIG. 15, the conversion unit 60 includes an RGB separation unit 61, an XYZ conversion unit 62, an amplifier unit 63, and a high-luminance color suppression unit (not shown). The RGB separation unit 61 separates the first imaging signal S1 input from the image sensor 33 into an R imaging signal, a G imaging signal, and a B imaging signal.

XYZ変換部62は、RGB分離部61から入力したR信号、G信号及びB信号を、X信号、Y信号及びZ信号に変換する。詳しくは、XYZ変換部62は、R信号、G信号及びB信号の信号値であるRGB値に対してマトリックス演算を施すことにより、X信号、Y信号及びZ信号に変換する。XYZ変換部62には、マトリックス係数が与えられる。ここで、マトリックス演算に用いられるマトリックスは、3×3マトリックスである。XYZ変換部62には、3×3マトリックスの係数が与えられる。 The XYZ conversion unit 62 converts the R, G, and B signals input from the RGB separation unit 61 into an X, Y, and Z signal. In detail, the XYZ conversion unit 62 converts the R, G, and B signals, which are the signal values of the R, G, and B signals, into an X, Y, and Z signal by performing a matrix operation on the RGB values. Matrix coefficients are provided to the XYZ conversion unit 62. Here, the matrix used in the matrix operation is a 3x3 matrix. The XYZ conversion unit 62 is provided with the coefficients of the 3x3 matrix.

XYZ変換部62は、マトリックス係数を用いて特定される3×3マトリックスを、第1撮像信号S1のRGB値に対して乗算するマトリックス演算を行い、第1撮像信号S1のRGBと異なる分光特性を持つXYZで表される第2撮像信号S2に変換する。マトリックス係数は、第1撮像信号S1のRGBを、第2撮像信号S2のXYZに複数バンドに分光させるための係数である。 The XYZ conversion unit 62 performs a matrix operation to multiply the RGB values of the first imaging signal S1 by a 3x3 matrix determined using the matrix coefficients, and converts the signal into a second imaging signal S2 expressed in XYZ, which has different spectral characteristics from the RGB of the first imaging signal S1. The matrix coefficients are coefficients for dispersing the RGB of the first imaging signal S1 into multiple bands of the XYZ of the second imaging signal S2.

ここで、第1撮像信号S1であるRGB信号を、第2撮像信号S2であるXYZ信号に変換する計算式は、下記の(1)式で与えられる。 Here, the calculation formula for converting the RGB signals, which are the first imaging signal S1, into the XYZ signals, which are the second imaging signal S2, is given by the following formula (1).

ここで、a1~a3,b1~b3,c1~c3はマトリックス係数であり、Gx,Gy,Gzは増幅率である。 Here, a1 to a3, b1 to b3, and c1 to c3 are matrix coefficients, and Gx, Gy, and Gz are amplification factors.

XYZ変換部62は、上記(1)式のうち、RGB値に対して3×3マトリックスを乗算する演算処理を行う。XYZ変換部62は、増幅率が乗算される前のXYZ値を増幅部63に出力する。 The XYZ conversion unit 62 performs the calculation process of multiplying the RGB values by a 3x3 matrix in the above formula (1). The XYZ conversion unit 62 outputs the XYZ values before being multiplied by the amplification factor to the amplification unit 63.

ここで、イメージセンサ33におけるカラーフィルタ34の色数をn(但し、nは3以上の自然数)とする。n個の撮像信号間で行うマトリックス演算は、m×nマトリックス演算(但し、mは2以上の自然数)である。m×nマトリックスには、第1撮像信号S1の色ごとの撮像信号を、nバンドの波長領域に分離可能なマトリックス係数が設定されている。本例では、第1撮像信号S1の色ごとの撮像信号は、R信号、G信号、B信号であり、色数nは「3」である(n=3)。また、第2撮像信号S2は、X信号、Y信号、Z信号の3バンドであり、m=3である。つまり、m×nマトリックスは、3×3マトリックスである。そして、3×3マトリックスには、3バンドの分離性を高くできるマトリックス係数が設定されている。 Here, the number of colors of the color filter 34 in the image sensor 33 is n (where n is a natural number of 3 or more). The matrix calculation performed between n imaging signals is an m×n matrix calculation (where m is a natural number of 2 or more). In the m×n matrix, matrix coefficients are set that can separate the imaging signals for each color of the first imaging signal S1 into n bands of wavelength regions. In this example, the imaging signals for each color of the first imaging signal S1 are R signals, G signals, and B signals, and the number of colors n is "3" (n=3). The second imaging signal S2 has three bands of X signals, Y signals, and Z signals, and m=3. In other words, the m×n matrix is a 3×3 matrix. And, in the 3×3 matrix, matrix coefficients are set that can increase the separation of the three bands.

例えば、図6(a)に示す透過特性を有する光学バンドパスフィルタF1が用いられる場合、図5から図7への変換のマトリックス演算、及び図9(a)から図9(b)への変換のマトリックス演算に、次の3×3マトリックスの係数が与えられる。すなわち、3×3マトリックスの係数として、a1=0、a2=-0.13、a3=1、b1=1、b2=0.1、b3=-1.15、c1=-0.2、c2=1、c3=-0.7が与えられる。 For example, when an optical bandpass filter F1 having the transmission characteristics shown in FIG. 6(a) is used, the following 3×3 matrix coefficients are given to the matrix calculation for the conversion from FIG. 5 to FIG. 7, and the matrix calculation for the conversion from FIG. 9(a) to FIG. 9(b). That is, the following 3×3 matrix coefficients are given: a1=0, a2=-0.13, a3=1, b1=1, b2=0.1, b3=-1.15, c1=-0.2, c2=1, c3=-0.7.

なお、m×n(但しm≠n)マトリックス演算でもよい。色数「3」である場合、3×3マトリックス演算に限定されず、3×4マトリックス演算を行って4バンドのマルチスペクトル画像を生成したり、3×2マトリックス演算を行って色数nよりも少ないバンド数のマルチスペクトル画像を生成したりしてもよい。 Note that m×n (where m ≠ n) matrix calculations may also be used. If the number of colors is "3", the calculation is not limited to 3×3 matrix calculations, and a 3×4 matrix calculation may be performed to generate a 4-band multispectral image, or a 3×2 matrix calculation may be performed to generate a multispectral image with fewer bands than the number of colors n.

増幅部63は、XYZ変換部62からのXYZ値に、与えられたX増幅率Gx,Y増幅率Gy,Z増幅率Gzをそれぞれ乗算する。増幅部63は、XYZ変換後のX値にX増幅率Gxを乗算し、Y値にY増幅率Gyを乗算し、Z値にZ増幅率Gzを乗算する。つまり、増幅部63は、上記(1)式において、増幅率Gx,Gy,Gzをマトリックス係数とする1×3マトリックスを乗算する演算を行うことで、XYZのバンドを正規化する。増幅部63は、正規化されたXYZ値を、撮像信号S2として出力する。なお、正規化の処理は、1つの信号レベルを固定して他の2個の信号レベルを調整する方法でもよい。例えば、Y信号を固定とし、X信号とZ信号を調整してもよい。 The amplifier 63 multiplies the XYZ values from the XYZ conversion unit 62 by the given X amplification factor Gx, Y amplification factor Gy, and Z amplification factor Gz. The amplifier 63 multiplies the X value after XYZ conversion by the X amplification factor Gx, the Y value by the Y amplification factor Gy, and the Z value by the Z amplification factor Gz. That is, the amplifier 63 normalizes the XYZ bands by multiplying a 1×3 matrix in the above formula (1) with the amplification factors Gx, Gy, and Gz as matrix coefficients. The amplifier 63 outputs the normalized XYZ values as the imaging signal S2. Note that the normalization process may be a method of fixing one signal level and adjusting the other two signal levels. For example, the Y signal may be fixed and the X signal and Z signal may be adjusted.

こうして、変換部60は、入力した第1撮像信号S1に対して、RGB分離処理、XYZ変換処理及び正規化処理を順次行うことで、第2撮像信号S2を出力する。変換部60は、物品12が撮像された3バンドのマルチスペクトル画像を、信号処理部65に出力する。換言すれば、変換部60は、第1撮像信号S1を第2撮像信号S2に変換する。第1撮像信号S1はNバンドの画像信号である。第2撮像信号S2はNバンドの画像信号である。つまり、変換部60は、Nバンドの画像信号をNバンドの画像信号に変換する。本例では、3バンドのRGB画像を、3バンドのXYZ画像に変換する。こうして3バンドのマルチスペクトル画像を生成する。つまり、変換部60は、第1撮像信号S1から、可視光領域に分光感度をもつPバンド(但しPはN未満の自然数)の第1画像信号MS1と、近赤外領域に分光感度をもつQバンド(但しQはQ=N-P)の第2画像信号MS2とを生成する。 In this way, the conversion unit 60 sequentially performs RGB separation processing, XYZ conversion processing, and normalization processing on the input first imaging signal S1 to output the second imaging signal S2. The conversion unit 60 outputs a three-band multispectral image of the object 12 to the signal processing unit 65. In other words, the conversion unit 60 converts the first imaging signal S1 into the second imaging signal S2. The first imaging signal S1 is an N-band image signal. The second imaging signal S2 is an N-band image signal. In other words, the conversion unit 60 converts the N-band image signal into an N-band image signal. In this example, the three-band RGB image is converted into a three-band XYZ image. In this way, a three-band multispectral image is generated. In other words, the conversion unit 60 generates a first image signal MS1 in the P band (where P is a natural number less than N) that has spectral sensitivity in the visible light region, and a second image signal MS2 in the Q band (where Q is Q=N-P) that has spectral sensitivity in the near-infrared region, from the first imaging signal S1.

撮像装置15は、PバンドとQバンドのうち複数バンドである少なくとも一方の画像信号については複数バンドの画像信号を基に疑似色の複数チャンネルのカラー画像信号を生成する信号処理部65を備える。信号処理部65は、第2撮像信号S2を構成するNバンド(3バンド)のXYZ画像を、PバンドとQバンド(但しQはQ=N-P)に分けて入力する。第2撮像信号S2が、3バンドである場合、信号処理部65は、2バンドの第1画像信号MS1と1バンドの第2画像信号MS2とに分けて入力する。2バンドの第1画像信号MS1は可視光画像信号であり、1バンドの第2画像信号MS2は近赤外画像である。 The imaging device 15 includes a signal processor 65 that generates a pseudo-color multi-channel color image signal based on the image signals of the multiple bands for at least one of the P band and Q band image signals. The signal processor 65 inputs the N-band (3-band) XYZ image constituting the second imaging signal S2 by dividing it into the P band and the Q band (where Q=N-P). When the second imaging signal S2 is 3-band, the signal processor 65 inputs it by dividing it into a 2-band first image signal MS1 and a 1-band second image signal MS2. The 2-band first image signal MS1 is a visible light image signal, and the 1-band second image signal MS2 is a near-infrared image.

信号処理部65は、複数バンドであるPバンドの第1画像信号MS1を疑似カラー画像信号に変換する疑似カラー信号処理部66と、1バンドの第2画像信号MS2の輝度値を調整する輝度信号処理部67とを有する。疑似カラー信号処理部66は、第1画像信号MS1を疑似カラーで表現される第1画像信号IS1を検査処理部70に出力する。輝度信号処理部67は、第2画像信号MS2の輝度値が調整された後の第2画像信号IS2を検査処理部70に出力する。輝度信号処理部67では、ガンマ補正などの非線形処理による輝度調整や、輪郭強調処理などを必要に応じて実施してもよい。 The signal processing unit 65 has a pseudo-color signal processing unit 66 that converts the first image signal MS1 of the P band, which is a multi-band signal, into a pseudo-color image signal, and a luminance signal processing unit 67 that adjusts the luminance value of the second image signal MS2 of one band. The pseudo-color signal processing unit 66 outputs the first image signal IS1, which represents the first image signal MS1 in pseudo-color, to the inspection processing unit 70. The luminance signal processing unit 67 outputs the second image signal IS2 after the luminance value of the second image signal MS2 has been adjusted to the inspection processing unit 70. The luminance signal processing unit 67 may perform luminance adjustment by nonlinear processing such as gamma correction, edge enhancement processing, etc. as necessary.

図16(a),(b)は、撮像装置15が撮像した画像を示す。図16の例では、画像中の物品は2本の容器である。左側の容器は、半透明の合成樹脂製の容器であり、液体が収容されている。また、右側の容器は、透明ガラス容器に濃色(例えば黒色)の液体が収容されている。図16(a)に示すように、第1画像信号IS1は、2チャンネル疑似カラー画像の信号である。このため、表示部41には、第1画像が2チャンネルの疑似カラーで表示される。検査員は表示部41の第1画像を見て色の違いにより視覚的に欠点等を視認できるので、物品12を検査し易い。また、図16(b)に示すように、第2画像信号IS2は、物品12を近赤外光が透過した透過画像の信号である。表示部41には、第2画像が、同図に示すように物品12の透過画像として表示される。このため、容器の内容物や容器中の液体に混入した異物を検査できる。右側の容器には液体中に針金を混入させているが、図16(a)の可視光画像では視認できない針金等の異物を、図16(b)に示す近赤外画像では視認することができる。 16(a) and (b) show images captured by the imaging device 15. In the example of FIG. 16, the objects in the image are two containers. The container on the left is a translucent synthetic resin container containing liquid. The container on the right is a transparent glass container containing a dark-colored (e.g., black) liquid. As shown in FIG. 16(a), the first image signal IS1 is a signal of a two-channel pseudo-color image. Therefore, the first image is displayed in two-channel pseudo-color on the display unit 41. Since the inspector can visually recognize defects and the like by the difference in color by looking at the first image on the display unit 41, it is easy to inspect the object 12. Also, as shown in FIG. 16(b), the second image signal IS2 is a signal of a transmitted image in which near-infrared light has passed through the object 12. The second image is displayed on the display unit 41 as a transmitted image of the object 12 as shown in the same figure. Therefore, the contents of the container and foreign objects mixed in the liquid in the container can be inspected. A wire has been mixed into the liquid in the container on the right, and foreign objects such as the wire, which are not visible in the visible light image in Figure 16(a), can be seen in the near-infrared image shown in Figure 16(b).

次に、検査処理部70について説明する。
検査処理部70は、撮像装置15が出力する可視光領域に分光感度をもつPバンドの第1画像信号IS1と、近赤外領域に分光感度をもつQバンドの第2画像信号IS2とに基づいて被写体である物品12を検査する。
Next, the inspection processing unit 70 will be described.
The inspection processing unit 70 inspects the subject, that is, the item 12, based on a first image signal IS1 in the P band having spectral sensitivity in the visible light region output by the imaging device 15, and a second image signal IS2 in the Q band having spectral sensitivity in the near-infrared region.

検査処理部70は、可視光検査処理部71と、近赤外検査処理部72と、混合検査処理部73とを備える。可視光検査処理部71には第1画像信号IS1が入力され、近赤外検査処理部72には第2画像信号IS2が入力され、さらに混合検査処理部73には、第1画像信号IS1と第2画像信号IS2とが入力される。なお、混合検査処理部73に入力される第1画像信号IS1と第2画像信号IS2は、2バンドの可視光画像信号と1バンドの近赤外画像信号である。 The inspection processing section 70 includes a visible light inspection processing section 71, a near-infrared inspection processing section 72, and a mixed inspection processing section 73. A first image signal IS1 is input to the visible light inspection processing section 71, a second image signal IS2 is input to the near-infrared inspection processing section 72, and the first image signal IS1 and the second image signal IS2 are input to the mixed inspection processing section 73. The first image signal IS1 and the second image signal IS2 input to the mixed inspection processing section 73 are a two-band visible light image signal and a one-band near-infrared image signal.

可視光検査処理部71は、可視光画像である第1画像信号IS1を基に物品12を検査する。近赤外検査処理部72は、近赤外画像である第2画像信号IS2を基に物品12を検査する。混合検査処理部73は、可視光の像と近赤外光との像である、第1画像信号IS1と第2画像信号IS2の双方を基に物品12を検査する。例えば、可視光検査処理部71は、疑似色画像信号である第1画像信号IS1に対して疑似色より色座標範囲を指定して特定色領域を抽出し、その特定色領域のサイズ及び数に基づき物品12の良否を判定する。近赤外検査処理部72は、輝度画像信号である第2画像信号IS2を輝度レベルの上下限閾値判定により二値化し、二値化の結果、抽出された検査対象領域のサイズ及び数に基づき、物品12の良否を判定する。混合検査処理部73は、疑似色画像信号である第1画像信号IS1により別途抽出した特定色領域と、輝度画像信号である第2画像信号IS2より別途抽出した閾値領域とのAND演算結果として得られる共通領域のサイズ及び数に基づき、物品12の良否を判定する。 The visible light inspection processing unit 71 inspects the item 12 based on the first image signal IS1, which is a visible light image. The near-infrared inspection processing unit 72 inspects the item 12 based on the second image signal IS2, which is a near-infrared image. The mixed inspection processing unit 73 inspects the item 12 based on both the first image signal IS1 and the second image signal IS2, which are images of visible light and near-infrared light. For example, the visible light inspection processing unit 71 specifies a color coordinate range from pseudo-color for the first image signal IS1, which is a pseudo-color image signal, to extract specific color areas, and judges the quality of the item 12 based on the size and number of the specific color areas. The near-infrared inspection processing unit 72 binarizes the second image signal IS2, which is a luminance image signal, by judging the upper and lower threshold values of the luminance level, and judges the quality of the item 12 based on the size and number of the inspection target areas extracted as a result of the binarization. The mixed inspection processing unit 73 judges the quality of the item 12 based on the size and number of common areas obtained as a result of an AND operation between a specific color area separately extracted from the first image signal IS1, which is a pseudo-color image signal, and a threshold area separately extracted from the second image signal IS2, which is a luminance image signal.

次に、撮像装置15及び検査装置11の作用について説明する。
図1に示すように、搬送装置13のコンベヤ16によって、被写体である物品12が搬送される。センサ17が物品12を検知すると、トリガー信号が制御部50に入力される。トリガー信号を入力した制御部50は、発光指令信号を出力することで白色光源20と近赤外光源25とを発光させるとともに、イメージセンサ33に撮像指令信号を出力することでイメージセンサ33に撮像を行わせる。
Next, the operation of the imaging device 15 and the inspection device 11 will be described.
1, an object 12, which is a subject, is transported by a conveyor 16 of a transport device 13. When a sensor 17 detects the object 12, a trigger signal is input to a control unit 50. The control unit 50, which has input the trigger signal, outputs a light emission command signal to cause the white light source 20 and the near-infrared light source 25 to emit light, and outputs an image capture command signal to the image sensor 33 to cause the image sensor 33 to capture an image.

カメラ30には、物品12の表面で反射した可視光と、物品12を透過した近赤外光とが、光学バンドパスフィルタ31およびレンズ32を通過して入射される。カメラ30の内のイメージセンサ33の撮像面には、物品12の表面で反射した可視光の像と、物品12を透過した近赤外光の像とが結像する。イメージセンサ33は、物品12に対して光学バンドパスフィルタ31を通して1フレームの撮像を行う。イメージセンサ33は、第1撮像信号S1を変換部60に出力する。 Visible light reflected by the surface of the article 12 and near-infrared light transmitted through the article 12 are incident on the camera 30 after passing through an optical bandpass filter 31 and a lens 32. An image of the visible light reflected by the surface of the article 12 and an image of the near-infrared light transmitted through the article 12 are formed on the imaging surface of the image sensor 33 in the camera 30. The image sensor 33 captures one frame of the article 12 through the optical bandpass filter 31. The image sensor 33 outputs a first imaging signal S1 to the conversion unit 60.

変換部60では、第1撮像信号S1をRGB分離し、分離したRGB値に3×3マトリックスを乗算することで、RGB値をXYZ値に変換する。このXYZ値に増幅率Gx,Gy,Gzを乗算することで、正規化されたXYZ値が生成される。こうして、変換部60から3バンドのマルチスペクトル画像を含む第2撮像信号S2が出力される。第2撮像信号S2は信号処理部65へ出力される。換言すれば、変換部60は、第1撮像信号S1から、可視光領域に分光感度をもつPバンド(但しPはN未満の自然数)の第1画像信号MS1と、近赤外領域に分光感度をもつQバンド(但しQはQ=N-P)の第2画像信号MS2とを生成する。 The converter 60 separates the first imaging signal S1 into RGB, and converts the RGB values into XYZ values by multiplying the separated RGB values by a 3x3 matrix. Normalized XYZ values are generated by multiplying the XYZ values by amplification factors Gx, Gy, and Gz. In this way, the converter 60 outputs a second imaging signal S2 including a three-band multispectral image. The second imaging signal S2 is output to the signal processor 65. In other words, the converter 60 generates, from the first imaging signal S1, a first image signal MS1 in the P band (where P is a natural number less than N) that has spectral sensitivity in the visible light region, and a second image signal MS2 in the Q band (where Q is Q=N-P) that has spectral sensitivity in the near-infrared region.

信号処理部65では、PバンドとQバンドのうち複数バンドである少なくとも一方の画像信号については複数バンドの画像信号を基に疑似色の複数チャンネルのカラー画像信号を生成する。信号処理部65は、第2撮像信号S2を構成するNバンド(3バンド)のXYZ画像を、PバンドとQバンド(但しQはQ=N-P)に分けて入力する。第2撮像信号S2が、3バンドである場合、2バンドの第1画像信号MS1は疑似カラー信号処理部66に入力され、1バンドの第2画像信号MS2は輝度信号処理部67に入力される。本例では、第1画像信号MS1は可視光画像信号であり、第2画像信号MS2は近赤外画像である。 The signal processing unit 65 generates a pseudo-color multi-channel color image signal based on the multi-band image signal for at least one of the P band and Q band image signals that are multi-band. The signal processing unit 65 inputs the N-band (3-band) XYZ image that constitutes the second imaging signal S2, separated into the P band and the Q band (where Q=N-P). When the second imaging signal S2 is 3-band, the 2-band first image signal MS1 is input to the pseudo-color signal processing unit 66, and the 1-band second image signal MS2 is input to the luminance signal processing unit 67. In this example, the first image signal MS1 is a visible light image signal, and the second image signal MS2 is a near-infrared image.

疑似カラー信号処理部66は、2バンドの第1画像信号MS1を疑似カラー画像信号に変換する。また、輝度信号処理部67は、1バンドの第2画像信号MS2の輝度値を調整する。この結果、信号処理部65から検査処理部70へ第1画像信号IS1及び第2画像信号IS2が出力される。第1画像信号IS1は、図16(a)に示す2チャンネル疑似カラー画像の信号である。第2画像信号IS2は、図16(b)に示す近赤外画像の信号である。 The pseudo-color signal processing unit 66 converts the two-band first image signal MS1 into a pseudo-color image signal. The luminance signal processing unit 67 adjusts the luminance value of the one-band second image signal MS2. As a result, the first image signal IS1 and the second image signal IS2 are output from the signal processing unit 65 to the inspection processing unit 70. The first image signal IS1 is a two-channel pseudo-color image signal shown in FIG. 16(a). The second image signal IS2 is a near-infrared image signal shown in FIG. 16(b).

検査処理部70では、可視光検査処理部71が、可視光画像である第1画像信号IS1を基に物品12を検査する。また、近赤外検査処理部72が、近赤外画像である第2画像信号IS2を基に物品12を検査する。また、混合検査処理部73では、第1画像信号IS1と第2画像信号IS2の両信号を基にして物品12を検査する。 In the inspection processing unit 70, the visible light inspection processing unit 71 inspects the item 12 based on the first image signal IS1, which is a visible light image. The near-infrared inspection processing unit 72 inspects the item 12 based on the second image signal IS2, which is a near-infrared image. The mixed inspection processing unit 73 inspects the item 12 based on both the first image signal IS1 and the second image signal IS2.

各検査処理部71~73は、物品12の良否を判定する。検査結果から物品12が不良品である場合、排出装置を駆動して不良品の物品12をコンベヤ16上から排除する。
本実施形態では、撮像方法が採用される。撮像方法は、照射ステップと撮像ステップと変換ステップとを備える。撮像ステップでは、白色光源20が可視光領域に発光スペクトルを有した白色光を被写体としての物品12に照射するとともに近赤外光源が近赤外光領域に発光スペクトルを有しかつ白色光源20の発光スペクトル領域において発光スペクトルをもたない近赤外光を被写体としての物品12に照射する。撮像ステップでは、分光透過率特性の異なったNバンド(但しNは3以上の自然数)の分光光学フィルタの一例としてのカラーフィルタ34を有するとともに可視光領域と近赤外領域とに感度をもつイメージセンサ33を備えるカメラ30が、イメージセンサ33と物品12との間の光路上に配置される光学バンドパスフィルタ31(F1,F2)を介して物品12を撮像する。変換ステップでは、イメージセンサ33により撮像された画像信号をNバンドの信号ごとに分離し、分離したNバンドの画像信号に対してマトリックス演算を行うことにより、可視光領域に分光感度をもつPバンド(但しPはN未満の自然数)の第1画像信号MS1と、近赤外領域に分光感度をもつQバンド(但しQはQ=N-P)の第2画像信号MS2とを生成する。
Each of the inspection processing units 71 to 73 judges the quality of the object 12. If the inspection result indicates that the object 12 is defective, the ejection device is driven to remove the defective object 12 from the conveyor 16.
In this embodiment, an imaging method is adopted. The imaging method includes an irradiation step, an imaging step, and a conversion step. In the imaging step, the white light source 20 irradiates the object 12 as a subject with white light having an emission spectrum in the visible light region, and the near-infrared light source irradiates the object 12 as a subject with near-infrared light having an emission spectrum in the near-infrared light region and not having an emission spectrum in the emission spectrum region of the white light source 20. In the imaging step, a camera 30 having a color filter 34 as an example of a spectral optical filter of N bands (N is a natural number of 3 or more) having different spectral transmittance characteristics and an image sensor 33 having sensitivity in the visible light region and the near-infrared region images the object 12 through an optical bandpass filter 31 (F1, F2) arranged on the optical path between the image sensor 33 and the object 12. In the conversion step, the image signal captured by the image sensor 33 is separated into N-band signals, and a matrix operation is performed on the separated N-band image signals to generate a first image signal MS1 in a P-band (where P is a natural number less than N) having spectral sensitivity in the visible light region, and a second image signal MS2 in a Q-band (where Q is Q=N-P) having spectral sensitivity in the near-infrared region.

以上、詳述した第1実施形態によれば、以下に示す効果が得られる。
(1)分光透過率特性の異なるNバンド(但しNは3以上の自然数)の分光光学フィルタを有するとともに可視光領域と近赤外領域とに感度をもつイメージセンサ33を備えるカメラ30と、イメージセンサ33と被写体としての物品12との間の光路上に配置される光学バンドパスフィルタ31とを備える。物品12に可視光領域に発光スペクトルを有した白色光を照射する白色光源20と、物品12に近赤外光領域に発光スペクトルを有し、かつ白色光源20の発光スペクトル領域において発光スペクトルを持たない近赤外光を照射する近赤外光源25とを備える。また、撮像装置15は、イメージセンサ33により撮像された画像信号をNバンドの信号ごとに分離し、分離したNバンドの画像信号に対してマトリックス演算を行うことにより、可視光領域に分光感度をもつPバンドの第1画像信号と、近赤外領域に分光感度をもつQバンドの第2画像信号とを生成する変換部60を備える。よって、物品12を同じ画角で撮像した可視光画像と近赤外画像とを簡単な構成で同時に1台のカメラ30で取得できる。
According to the first embodiment described above in detail, the following effects can be obtained.
(1) The imaging device 15 includes a camera 30 having an image sensor 33 having N bands (N is a natural number of 3 or more) of spectral optical filters with different spectral transmittance characteristics and sensitivity in the visible light region and the near-infrared region, and an optical bandpass filter 31 arranged on an optical path between the image sensor 33 and an object 12 as a subject. The imaging device 15 includes a white light source 20 that irradiates the object 12 with white light having an emission spectrum in the visible light region, and a near-infrared light source 25 that irradiates the object 12 with near-infrared light having an emission spectrum in the near-infrared light region and not having an emission spectrum in the emission spectrum region of the white light source 20. The imaging device 15 also includes a conversion unit 60 that separates an image signal captured by the image sensor 33 into N band signals and performs a matrix operation on the separated N band image signals to generate a first image signal in a P band having spectral sensitivity in the visible light region and a second image signal in a Q band having spectral sensitivity in the near-infrared region. Therefore, a visible light image and a near-infrared image of the article 12 captured at the same angle of view can be simultaneously acquired by a single camera 30 with a simple configuration.

(2)カメラ30は、赤外光カットフィルタを除去した汎用カラーカメラである。よって、カメラ30は汎用カラーカメラを利用するので、撮像装置15の構成が簡単な構成で済む。ところで、通常、カラー画像信号や赤外光画像信号、あるいは両者を合成した混在画像信号として出力する撮像装置では、可視光画像及び近赤外画像を撮像可能な特殊撮像素子や特殊なカメラを用いる。これに対して、本実施形態の撮像装置15によれば、カメラ30は汎用カラーカメラを利用するので、特殊撮像素子や特殊なカメラを用いなくて済む。また、被写体の画像認識・検査において、可視光でのカラー画像と近赤外での白黒画像での画像処理が必要となった場合、通常、カラーカメラと白色照明と近赤外白黒カメラと近赤外照明の2セットの撮像システムが必要となる。2台カメラ構成の場合、各カメラから得られる画像は、被写体の位置が異なるため、2台のカメラからの画像を共有して処理を行うためには、位置・画角補正などの処理が必要となる。これに対して、本実施形態の撮像装置15によれば、1台のカメラ30で可視光画像と近赤外画像とを取得するため、位置・画角補正などの処理が不要となるこのため、撮像装置15が簡単な構成で済むことに加え、処理も比較簡単で済む。また、可視光撮像と近赤外撮像とが可能な特殊撮像素子や特殊カメラを備える従来の撮像装置は、高価なうえ仕様選定の自由度が極めて少ない。これに対して、本実施形態の撮像装置15は、汎用カラーカメラを利用するので、撮像装置15が比較的安価なうえ仕様選定の自由度が高い。 (2) The camera 30 is a general-purpose color camera with the infrared cut filter removed. Therefore, since the camera 30 uses a general-purpose color camera, the configuration of the imaging device 15 can be simple. Incidentally, in imaging devices that output a color image signal, an infrared image signal, or a mixed image signal that combines both, a special imaging element or a special camera capable of capturing visible light images and near-infrared images is used. In contrast, according to the imaging device 15 of this embodiment, the camera 30 uses a general-purpose color camera, so there is no need to use a special imaging element or a special camera. In addition, when image processing is required for a color image in visible light and a black-and-white image in near-infrared in image recognition and inspection of a subject, two sets of imaging systems are usually required: a color camera and white lighting, and a near-infrared black-and-white camera and near-infrared lighting. In the case of a two-camera configuration, the images obtained from each camera have different positions of the subject, so in order to share and process the images from the two cameras, processing such as position and angle of view correction is required. In contrast, with the imaging device 15 of this embodiment, visible light images and near-infrared images are acquired with a single camera 30, eliminating the need for processing such as position and angle of view correction. This allows the imaging device 15 to have a simple configuration and relatively simple processing. Furthermore, conventional imaging devices equipped with special imaging elements or special cameras capable of visible light imaging and near-infrared imaging are expensive and offer very little freedom in selecting specifications. In contrast, the imaging device 15 of this embodiment uses a general-purpose color camera, making the imaging device 15 relatively inexpensive and offering a high degree of freedom in selecting specifications.

(3)PバンドとQバンドのうち複数バンドである少なくとも一方の画像信号については複数バンドの画像信号を基に疑似色の複数チャンネルのカラー画像信号を生成する。よって、複数バンドの画像信号については疑似色の複数チャンネルのカラー画像で表示できるので、例えば、検査員が画像を見て行う検査や検査結果の確認がし易い。 (3) For at least one of the image signals having multiple bands, either the P band or the Q band, a pseudo-color, multi-channel color image signal is generated based on the image signal of the multiple bands. Therefore, for the image signal of the multiple bands, a pseudo-color, multi-channel color image can be displayed, making it easier for an inspector to perform an inspection by looking at the image and to confirm the inspection results, for example.

(4)白色光源20は、可視光波長域の異なる複数の可視光光源を組み合わせて構成され、あるいは、近赤外光源25は、赤外光波長域の異なる複数の近赤外光源25を組み合わせて構成される。白色光源20と近赤外光源25とを合わせた発光スペクトルは、光学バンドパスフィルタ31の透過波長域において複数のピークを有する。よって、可視光画像と近赤外画像とを分離し易くなり、検査等に適した画像を提供できる。 (4) The white light source 20 is configured by combining multiple visible light light sources with different visible light wavelength ranges, or the near-infrared light source 25 is configured by combining multiple near-infrared light sources 25 with different infrared light wavelength ranges. The combined emission spectrum of the white light source 20 and the near-infrared light source 25 has multiple peaks in the transmission wavelength range of the optical bandpass filter 31. This makes it easier to separate the visible light image and the near-infrared image, and provides an image suitable for inspection, etc.

(5)物品12においてカメラ30に対向する側の面を正面、正面と反対側の面を背面とすると、白色光源20は物品12の正面を白色光で照明し、近赤外光源25は物品12の背面から近赤外光を照射する。カメラ30は、白色光が物品12の表面で反射した反射光と、物品12を透過した近赤外光とを受光する。よって、撮像装置15により、物品12の表面の画像と、近赤外光によって物品12を透過した透過光画像とを取得することができる。 (5) If the surface of the object 12 facing the camera 30 is the front surface and the surface opposite the front surface is the back surface, the white light source 20 illuminates the front surface of the object 12 with white light, and the near-infrared light source 25 irradiates near-infrared light from the back surface of the object 12. The camera 30 receives the white light reflected by the surface of the object 12 and the near-infrared light transmitted through the object 12. Thus, the imaging device 15 can obtain an image of the surface of the object 12 and an image of the transmitted light transmitted through the object 12 by the near-infrared light.

(6)近赤外光源25と物品12との間には、物品12の背景となる面を表面とする光学フィルタ部材29を配置する。光学フィルタ部材29は、白色光源20から表面に照射された白色光のうち可視光領域の少なくとも特定波長の光を反射するか可視光領域の光を吸収するとともに、表面と反対側の面である裏面に近赤外光源25から照射された近赤外を透過する。よって、物品が撮像されるときの背景色を選択できるので、検査等に適した可視光画像と近赤外画像とを提供できる。 (6) Between the near-infrared light source 25 and the article 12, an optical filter member 29 is placed, with the surface of the article 12 serving as the background. The optical filter member 29 reflects at least light of a specific wavelength in the visible light range of the white light irradiated onto the surface from the white light source 20, or absorbs light in the visible light range, and transmits near-infrared light irradiated from the near-infrared light source 25 onto the back surface opposite the front surface. This allows the background color when the article is imaged to be selected, making it possible to provide visible light images and near-infrared images suitable for inspection, etc.

(7)検査装置11は、撮像装置15と、撮像装置15が出力する可視光領域に分光感度をもつPバンドの第1画像信号と、近赤外領域に分光感度をもつQバンドの第2画像信号とに基づいて物品12を検査する検査処理部を備える。よって、可視光画像と近赤外画像とで物品12を検査できるので、可視光画像で検査する可視光検査だけでは得られない物品12の検査を行うことができる。 (7) The inspection device 11 includes an imaging device 15 and an inspection processing unit that inspects the item 12 based on a first image signal in the P band having spectral sensitivity in the visible light region and a second image signal in the Q band having spectral sensitivity in the near-infrared region output by the imaging device 15. Therefore, since the item 12 can be inspected using visible light images and near-infrared images, it is possible to inspect the item 12 in a way that cannot be obtained by only visible light inspection that inspects using visible light images.

(8)物品12をカメラ30で撮像して画像信号を生成する撮像方法は、光照射ステップと撮像ステップと変換ステップとを備えるので、上記(1)に記載の撮像装置15と同様の作用効果が得られる。 (8) The imaging method for capturing an image of an item 12 with a camera 30 to generate an image signal includes a light irradiation step, an imaging step, and a conversion step, and therefore provides the same effects as the imaging device 15 described in (1) above.

実施形態は、上記に限定されず、以下の態様に変更してもよい。
・撮像装置15の構成は、図2及び図3に示す構成に限定されない。例えば、図17に示すように、被写体である物品12の正面側から物品12の正面に向かって可視光及び近赤外光を照射する光源80を備える構成でもよい。光源80は、可視光波長領域VAにおいて発光スペクトルが異なる複数の発光部21~23を備える。複数の発光部21~23は、前記実施形態における白色光源20を構成する、第1発光部21、第2発光部22及び第3発光部23と同じである。例えば、複数の発光部21~23は、LEDよりなり、それぞれ赤色LED、緑色LED及び青色LEDよりなる。さらに、光源80は、近赤外波長領域NIRAに発光スペクトルを有し、かつ発光部21~23の発光スペクトル領域において発光スペクトルを持たない近赤外光を照射する第1発光部26及び第2発光部27を備える。複数種の発光部26,27は、例えばLEDにより構成される。
The embodiment is not limited to the above and may be modified in the following manner.
The configuration of the imaging device 15 is not limited to the configuration shown in FIG. 2 and FIG. 3. For example, as shown in FIG. 17, the imaging device 15 may be configured to include a light source 80 that irradiates visible light and near-infrared light from the front side of the object 12, which is the subject, toward the front of the object 12. The light source 80 includes a plurality of light-emitting units 21 to 23 that have different emission spectra in the visible light wavelength region VA. The plurality of light-emitting units 21 to 23 are the same as the first light-emitting unit 21, the second light-emitting unit 22, and the third light-emitting unit 23 that constitute the white light source 20 in the above embodiment. For example, the plurality of light-emitting units 21 to 23 are made of LEDs, and are made of red LEDs, green LEDs, and blue LEDs, respectively. Furthermore, the light source 80 includes a first light-emitting unit 26 and a second light-emitting unit 27 that irradiate near-infrared light that has an emission spectrum in the near-infrared wavelength region NIRA and does not have an emission spectrum in the emission spectrum region of the light-emitting units 21 to 23. The plurality of types of light-emitting units 26 and 27 are made of LEDs, for example.

この変更例では、白色光源と近赤外光源は、被写体としての物品12におけるカメラ30と対向する側の面である正面に白色光と近赤外光とを照射する1つの光源80により構成される。そして、光源80は、白色光を照射する複数の発光部21~23と、近赤外光を照射する複数の発光部26,27とが混在する配列で構成される。 In this modified example, the white light source and the near-infrared light source are configured from a single light source 80 that irradiates white light and near-infrared light onto the front surface of the object 12 as the subject, which is the surface facing the camera 30. The light source 80 is configured in a mixed arrangement of multiple light-emitting units 21-23 that irradiate white light and multiple light-emitting units 26, 27 that irradiate near-infrared light.

図17に示す例では、1台の光源80に、白色用のLEDよりなる発光部21~23と、近赤外光用のLEDよりなる発光部26,27が均等に配置される。このため、白色用のLEDよりなる発光部21~23の隣に近赤外光用のLEDよりなる発光部26,27が配置される。なお、この変更例では、光源80のうち白色光を照射する発光部21~23により、白色光源の一例が構成され、近赤外光を照射する発光部26,27により近赤外光源の一例が構成される。このように、物品12の正面に白色光と近赤外光とを照射する構成では、白色光源と可視光光源とは、必ずしも別体である必要はなく、1つの光源80により構成されてもよい。但し、図17において、光源80に替え、白色光源20と近赤外光源25とを隣接配置した構成や、物品12の正面から白色光及び近赤外光を照射可能な限りにおいて白色光源20と近赤外光源25とを離して配置した構成を採用してもよい。 In the example shown in FIG. 17, light-emitting units 21-23 consisting of white LEDs and light-emitting units 26, 27 consisting of near-infrared LEDs are evenly arranged in one light source 80. Therefore, light-emitting units 26, 27 consisting of near-infrared LEDs are arranged next to light-emitting units 21-23 consisting of white LEDs. Note that in this modified example, light-emitting units 21-23 of light source 80 that irradiate white light constitute an example of a white light source, and light-emitting units 26, 27 that irradiate near-infrared light constitute an example of a near-infrared light source. In this configuration in which white light and near-infrared light are irradiated to the front of object 12, the white light source and the visible light source do not necessarily need to be separate entities, and may be constituted by a single light source 80. However, in FIG. 17, instead of the light source 80, a configuration in which the white light source 20 and the near-infrared light source 25 are adjacently arranged, or a configuration in which the white light source 20 and the near-infrared light source 25 are arranged as far apart as possible so long as the white light and the near-infrared light can be irradiated from the front of the article 12, may be adopted.

物品12の表面にはインクを用いた印刷が施されている。印刷に用いられるインクは赤外光を反射するインクを含む。図17に示す撮像装置15を有する検査装置11は、被写体に印刷された赤外光を反射するインクを検査する。なお、物品12はその表面に、可視光を反射するインクと赤外光を反射するインクとが混合されたインクを用いて印刷された印刷領域を有する構成でもよいし、可視光を反射するインクを用いて印刷された第1の印刷領域と、近赤外光を反射するインクを用いて印刷された第2の印刷領域とを有する構成でもよい。また、物品12はその表面に近赤外光を反射する部分を有するフィルムが熱溶着または接着剤で貼られた構成でもよい。 The surface of the article 12 is printed with ink. The ink used for printing includes ink that reflects infrared light. The inspection device 11 having the imaging device 15 shown in FIG. 17 inspects the ink that reflects infrared light printed on the subject. The article 12 may have a printed area on its surface printed with ink that is a mixture of ink that reflects visible light and ink that reflects infrared light, or may have a first printed area printed with ink that reflects visible light and a second printed area printed with ink that reflects near-infrared light. The article 12 may also have a film having a portion that reflects near-infrared light attached to its surface by heat welding or adhesive.

光源80から物品12の正面に照射された可視光は、物品12の表面で反射してカメラ30に入射する。また、光源80から物品12の表面に照射された近赤外光は、物品12の表面で反射してカメラ30に入射する。この変更例では、物品12の表面で反射した近赤外光がカメラ30に入射することで、物品12の表面又は物品12の透過した内部に存在する、可視光を反射しないが近赤外光を反射する部分を検査できる。 Visible light irradiated from the light source 80 onto the front of the article 12 is reflected by the surface of the article 12 and enters the camera 30. Also, near-infrared light irradiated from the light source 80 onto the surface of the article 12 is reflected by the surface of the article 12 and enters the camera 30. In this modified example, the near-infrared light reflected by the surface of the article 12 enters the camera 30, making it possible to inspect parts that do not reflect visible light but reflect near-infrared light, which are present on the surface of the article 12 or inside the article 12 that has been penetrated.

このように、物品12の表面で反射した近赤外光を撮像する撮像装置15においても、カメラ30に接続された変換部60及び信号処理部65は、前記実施形態と同様の処理を行う。そして、検査処理部70は、撮像装置15が出力した第1画像信号IS1及び第2画像信号IS2に基づいて物品12の表面又は物品12の内部を構成する近赤外光を反射する部分を検査することができる。また、この変更例では、1つの光源80を用いるため、可視光画像と近赤外画像は、物品12に対して同じ向きから光が照射された画像として取得される。例えば、光の照射角の異なる2つの画像を用いて検査する場合、照射角の違いにより適切な検査が行われなくなる場合がある。これに対して、この変更例では、可視光画像と近赤外画像とを併せて又は比較して物品12の検査結果を得る場合、適切な検査を行うことができる。 In this way, even in the imaging device 15 that captures the near-infrared light reflected on the surface of the article 12, the conversion unit 60 and the signal processing unit 65 connected to the camera 30 perform the same processing as in the above embodiment. Then, the inspection processing unit 70 can inspect the surface of the article 12 or the part inside the article 12 that reflects near-infrared light based on the first image signal IS1 and the second image signal IS2 output by the imaging device 15. In addition, since one light source 80 is used in this modified example, the visible light image and the near-infrared image are acquired as images in which light is irradiated from the same direction on the article 12. For example, when inspecting using two images with different light irradiation angles, the difference in the irradiation angle may prevent appropriate inspection from being performed. In contrast, in this modified example, when the visible light image and the near-infrared image are used together or compared to obtain the inspection result of the article 12, appropriate inspection can be performed.

・マトリックス演算に使用される3×3マトリックスの係数は、前記実施形態の値に限定されない。例えば、第2実施例において、3×3マトリックスの係数を変更して、3×3マトリックスの係数として、a1=0.05、a2=-0.2、a3=1、b1=1、b2=0.2、b3=-1、c1=0.15、c2=0.8、c3=-0.9を与える。 The coefficients of the 3x3 matrix used in the matrix calculation are not limited to the values in the above embodiment. For example, in the second embodiment, the coefficients of the 3x3 matrix are changed to a1 = 0.05, a2 = -0.2, a3 = 1, b1 = 1, b2 = 0.2, b3 = -1, c1 = 0.15, c2 = 0.8, c3 = -0.9.

この場合、図12に替えて、図18(a)に示すXYZ撮像特性が得られ、これにより、図14(b)に替えて、図18(b)に示すXYZ出力特性が得られる。図18(b)に示すように、可視光画像と近赤外画像とが混在した第1画像IS1と、近赤外画像である第2画像IS2とが得られる。このように、可視光画像と近赤外画像とに分けられる構成に限らず、第1画像IS1と第2画像IS2とのうち少なくとも一方が可視光画像と近赤外画像とが混在した画像であってもよい。 In this case, the XYZ imaging characteristics shown in FIG. 18(a) are obtained instead of FIG. 12, and the XYZ output characteristics shown in FIG. 18(b) are obtained instead of FIG. 14(b). As shown in FIG. 18(b), a first image IS1 in which a visible light image and a near-infrared image are mixed, and a second image IS2 which is a near-infrared image are obtained. In this way, the configuration is not limited to one in which the image is divided into a visible light image and a near-infrared image, and at least one of the first image IS1 and the second image IS2 may be an image in which a visible light image and a near-infrared image are mixed.

・前記実施形態及び図17に示す変更例において、白色光源を構成する発光部の種類は3種類に限定されず、白色光を照射可能であれば、4種類以上または2種類あるいは1種類でもよい。また、近赤外光源を構成する発光部の種類は2種類に限定されず、近赤外光を照射可能であれば、3種類以上または1種類でもよい。 - In the above embodiment and the modified example shown in FIG. 17, the types of light-emitting units constituting the white light source are not limited to three types, and may be four or more types, two types, or one type, as long as they are capable of emitting white light. Also, the types of light-emitting units constituting the near-infrared light source are not limited to two types, and may be three or more types, or one type, as long as they are capable of emitting near-infrared light.

・前記実施形態では、可視光2バンド、赤外光1バンドとしたが、逆でもよい。つまり、可視光1バンド、赤外光2バンドでもよい。つまり、前記実施形態では、N=3の場合においてP=2かつQ=1としたが、P=1かつQ=2としてもよい。この場合、2バンドの第2画像信号を基に疑似色の2チャンネルのカラー画像信号を生成してもよい。 - In the above embodiment, two bands of visible light and one band of infrared light are used, but the reverse is also possible. In other words, one band of visible light and two bands of infrared light are also possible. In other words, in the above embodiment, when N=3, P=2 and Q=1 are used, but P=1 and Q=2 may also be used. In this case, a pseudo-color two-channel color image signal may be generated based on the two-band second image signal.

・N値は、N=3に限定されず、N=4でもよい。例えば、原色のカラーフィルタを有するカラーカメラの場合、R,G1,G2,Bの4色でもよい。また、補色のカラーフィルタを有するカラーカメラでもよく、補色が、イエロー、シアン、マゼンタ、グリーンの4色でもよい。 - The value of N is not limited to N=3, and may be N=4. For example, in the case of a color camera with primary color filters, the four colors may be R, G1, G2, and B. Also, it may be a color camera with complementary color filters, and the complementary colors may be yellow, cyan, magenta, and green.

・N色が4色であってP=2かつQ=2である場合、2バンドの第1画像信号を基に疑似色の2チャンネルのカラー画像信号を生成するとともに、2バンドの第2画像信号を基に疑似色の2チャンネルのカラー画像信号を生成してもよい。 -When N colors is 4 colors, P=2 and Q=2, a pseudo-color two-channel color image signal may be generated based on a two-band first image signal, and a pseudo-color two-channel color image signal may be generated based on a two-band second image signal.

・前記実施形態では、疑似色を作成したが、疑似色を作成しない構成も可能である。例えば、モニタに検査画像を表示させる構成でなければ、必ずしも疑似色を作成することは必須ではない。 - In the above embodiment, pseudo colors are created, but it is also possible to configure the system without creating pseudo colors. For example, if the system is not configured to display an inspection image on a monitor, it is not necessary to create pseudo colors.

・白色光源20と近赤外光源25とを一斉に発光させるのではなく、時分割で発光させる構成でもよい。
・カメラ30を用いて光学バンドパスフィルタ31を通してイメージセンサ33で撮像した第1撮像信号に基づく画像データ(例えばRGB画像データ)をUSBメモリ等のリムーバブルメモリに保存する。そのリムーバブルメモリに保存された画像データをパーソナルコンピュータに読み取らせ、パーソナルコンピュータのCPU(変換部60)がマトリックス演算を含む変換処理を行って複数バンドのマルチスペクトル画像を生成してもよい。つまり、撮像ステップを行う装置と、変換ステップを行う装置とが、別々の装置であってもよい。このような撮像方法によっても、複数バンドのマルチスペクトル画像を取得できる。
The white light source 20 and the near-infrared light source 25 may be configured to emit light in a time-division manner rather than simultaneously.
Image data (e.g., RGB image data) based on a first imaging signal captured by the image sensor 33 through the optical bandpass filter 31 using the camera 30 is stored in a removable memory such as a USB memory. The image data stored in the removable memory may be read by a personal computer, and a CPU (conversion unit 60) of the personal computer may perform a conversion process including a matrix operation to generate a multi-band multispectral image. In other words, the device that performs the imaging step and the device that performs the conversion step may be separate devices. A multi-band multispectral image can also be obtained by such an imaging method.

・増幅率及びパラメータのうち少なくとも一方を、検査処理部70が算出する構成でもよいし、予め他のコンピュータで算出した値を撮像装置15のメモリに書き込む構成でもよい。 - At least one of the amplification rate and the parameters may be calculated by the inspection processing unit 70, or values calculated in advance by another computer may be written to the memory of the imaging device 15.

・撮像装置15は、検査の使用に限定されない。例えば、撮像装置15をロボットの目に使用し、ロボットが可視光と赤外光の画像を区別して認識する構成でもよい。
・撮像装置15が出力した画像を検査員が視認して検査する構成でもよい。
The imaging device 15 is not limited to being used for inspection. For example, the imaging device 15 may be used as the eyes of a robot, and the robot may distinguish between visible light and infrared light images and recognize them.
The image output by the imaging device 15 may be visually recognized by an inspector for inspection.

・被写体の背面から可視光(例えば白色光)を照射してもよい。
・イメージセンサ33を構成するカラーフィルタ34の色数は3色又は4色に限定されず、5色、6色、7色、8色でもよい。このうち少なくとも1色が可視光を透過せず非可視光を透過するフィルタであってもよい。例えば、近赤外光を透過するNIRフィルタを含むカラーフィルタを備えたイメージセンサ33であってもよい。
Visible light (for example, white light) may be irradiated from behind the subject.
The number of colors of the color filters 34 constituting the image sensor 33 is not limited to three or four, and may be five, six, seven, or eight. At least one of the colors may be a filter that transmits invisible light but not visible light. For example, the image sensor 33 may be provided with a color filter including an NIR filter that transmits near-infrared light.

・撮像対象又は検査対象とされる被写体の一例である物品12は特に限定されない。物品12は、例えば、ペットボトルや壜等の容器、食品、飲料物、電子部品、電化製品、日常用品、部品、部材、粉粒体又は液状等の原料などでもよい。物品12はマルチスペクトル画像により良否を検査できるものであれば足りる。 The item 12, which is an example of a subject to be imaged or inspected, is not particularly limited. The item 12 may be, for example, a container such as a plastic bottle or a glass bottle, food, a beverage, an electronic component, an electrical appliance, daily necessities, a part, a component, a raw material such as a powder or liquid, etc. It is sufficient that the item 12 can be inspected for quality using a multispectral image.

・被写体とされる物品12は、近赤外波長領域NIRAに少なくとも1つのバンドをもつ複数バンドのマルチスペクトル画像を用いて、可視光のみの下で撮像した画像では検査が困難な検査対象を検査できる物品であればよい。物品12は、例えば、液体入りの容器や、果物や野菜などの食材、花等の植物、植物性又は動物性の半加工食品あるいは加工食品、生物などでもよい。 The subject 12 may be any object that can be inspected using a multi-band multispectral image with at least one band in the near-infrared wavelength range (NIRA) to inspect an object that is difficult to inspect using an image captured under visible light alone. The object 12 may be, for example, a container containing liquid, foodstuffs such as fruits and vegetables, plants such as flowers, semi-processed or processed foods of plant or animal origin, or living things.

・撮像対象又は検査対象は、物品12に限らず、建物の写真、航空撮影の地形写真、空の写真、天体写真、顕微鏡写真などを検査対象としてもよい。
・撮像装置15は、検査処理部70とは別の装置として構成してもよい。撮像装置15を検査以外の用途で使用してもよい。
The imaging subject or inspection subject is not limited to the item 12. The inspection subject may be a photograph of a building, an aerial photograph of a terrain, a photograph of the sky, an astronomical photograph, a microscope photograph, or the like.
The imaging device 15 may be configured as a device separate from the inspection processing unit 70. The imaging device 15 may be used for purposes other than inspection.

・イメージセンサ33を構成するカラーフィルタの配列パターンは、RGBベイヤ配列に限らず、ストライプ配列など任意の配列パターンでもよい。
・制御部50、変換部60及び検査処理部70のうち少なくとも1つは、一部又は全部が、プログラムを実行するコンピュータよりなるソフトウェアにより構成されてもよいし、電子回路等のハードウェアにより構成されてもよい。
The arrangement pattern of the color filters constituting the image sensor 33 is not limited to the RGB Bayer arrangement, and may be any arrangement pattern such as a stripe arrangement.
At least one of the control unit 50, the conversion unit 60, and the inspection processing unit 70 may be configured in whole or in part by software consisting of a computer executing a program, or may be configured by hardware such as an electronic circuit.

10…検査システム、11…検査装置、12…被写体の一例としての物品、13…搬送装置、15…撮像装置、16…コンベヤ、17…センサ、20…白色光源、21…第1発光部、22…第2発光部、23…第3発光部、25…近赤外光源、26…第1発光部、27…第2発光部、29…光学フィルタ部材、30…カメラ、30a…鏡筒、31,F1,F2…光学バンドパスフィルタ、31A,32B…光学バンドパスフィルタ、32…レンズ、33…カラーイメージセンサ(イメージセンサ)、33R…R受光素子、33G…G受光素子、33B…B受光素子、34…分光光学フィルタの一例としてのカラーフィルタ、34R…Rフィルタ、34G…Gフィルタ、34B…Bフィルタ、40…制御処理部、41…表示部、50…制御部、60…変換部、61…RGB分離部、62…XYZ変換部、63…増幅部、70…検査処理部、71…可視光検査処理部、72…近赤外検査処理部、73…混合検査処理部、80…光源、201…赤外光カットフィルタ(IRカットフィルタ)、LS…発光スペクトル、S1…第1撮像信号、S2…第2撮像信号、MS1…第1画像信号、MS2…第2画像信号、IS1…第1画像信号、IS2…第2画像信号、VA…可視光波長領域、NIRA…近赤外波長領域。 10... inspection system, 11... inspection device, 12... object as an example of a subject, 13... conveying device, 15... imaging device, 16... conveyor, 17... sensor, 20... white light source, 21... first light-emitting unit, 22... second light-emitting unit, 23... third light-emitting unit, 25... near-infrared light source, 26... first light-emitting unit, 27... second light-emitting unit, 29... optical filter member, 30... camera, 30a... lens barrel, 31, F1, F2... optical band-pass filter, 31A, 32B... optical band-pass filter, 32... lens, 33... color image sensor (image sensor), 33R... R light-receiving element, 33G... G light-receiving element, 33B... B light-receiving element, 34... as an example of a spectral optical filter color filters, 34R...R filter, 34G...G filter, 34B...B filter, 40...control processing unit, 41...display unit, 50...control unit, 60...conversion unit, 61...RGB separation unit, 62...XYZ conversion unit, 63...amplification unit, 70...inspection processing unit, 71...visible light inspection processing unit, 72...near-infrared inspection processing unit, 73...mixed inspection processing unit, 80...light source, 201...infrared light cut filter (IR cut filter), LS...emission spectrum, S1...first imaging signal, S2...second imaging signal, MS1...first image signal, MS2...second image signal, IS1...first image signal, IS2...second image signal, VA...visible light wavelength region, NIRA...near-infrared wavelength region.

Claims (8)

分光透過率特性の異なるNバンド(但しNは3以上の自然数)の分光光学フィルタを有するとともに可視光領域と近赤外領域とに感度をもつイメージセンサを備えるカメラと、
前記イメージセンサと被写体との間の光路上に配置されるフィルタと、
前記被写体に可視光領域に発光スペクトルを有した白色光を照射する白色光源と、
前記被写体に近赤外光領域に発光スペクトルを有し、かつ前記白色光源の発光スペクトル領域において発光スペクトルを持たない近赤外光を照射する近赤外光源と、
前記イメージセンサにより撮像された画像信号を前記Nバンドの信号ごとに分離し、分離したNバンドの画像信号に対してマトリックス演算を行うことにより、可視光領域に分光感度をもつPバンド(但しPはN未満の自然数)の第1画像信号と、近赤外領域に分光感度をもつQバンド(但しQはQ=N-P)の第2画像信号とを生成する変換部と
を備え
前記イメージセンサは、可視光領域と近赤外領域とに感度をもつ複数の受光素子を有し、
前記フィルタは、複数の前記受光素子のうち一部の前記受光素子が近赤外領域に感度ピークを有するように、可視光領域における特定波長以下の光を遮断する遮断領域を有し、
前記変換部は、
前記イメージセンサにより撮像された画像信号をR信号、G信号、及び、B信号に分離し、
前記B信号のうち近赤外領域の成分を残すように、且つ、前記B信号のうち可視光領域の成分、前記R信号の成分、及び、前記G信号の成分を打ち消すように決定されたマトリックス係数を用いて、前記R信号、前記G信号、及び、前記B信号に対してマトリックス演算を行うことにより、近赤外領域に分光感度をもつX信号を生成し、
前記G信号のうち可視光領域の成分を残すように、且つ、前記G信号のうち近赤外領域の成分、前記R信号の成分、及び、前記B信号の成分を打ち消すように決定されたマトリックス係数を用いて、前記R信号、前記G信号、及び、前記B信号に対してマトリックス演算を行うことにより、可視光領域に分光感度をもつY信号を生成し、
前記R信号のうち可視光領域の成分を残すように、且つ、前記R信号のうち近赤外領域の成分、前記G信号の成分、及び、前記B信号の成分を打ち消すように決定されたマトリックス係数を用いて、前記R信号、前記G信号、及び、前記B信号に対してマトリックス演算を行うことにより、可視光領域に分光感度をもつZ信号を生成することを特徴とする撮像装置。
a camera having an image sensor having N bands (N is a natural number of 3 or more) of spectral optical filters with different spectral transmittance characteristics and having sensitivity in the visible light region and the near infrared region;
a filter disposed on an optical path between the image sensor and a subject;
a white light source that irradiates the subject with white light having an emission spectrum in the visible light region;
a near-infrared light source that irradiates the subject with near-infrared light having an emission spectrum in a near-infrared light region and not having an emission spectrum in an emission spectrum region of the white light source;
a conversion unit that separates an image signal captured by the image sensor into signals of the N bands and performs a matrix operation on the separated N-band image signals to generate a first image signal of a P band (where P is a natural number less than N) having a spectral sensitivity in a visible light region and a second image signal of a Q band (where Q is Q=N−P) having a spectral sensitivity in a near-infrared region ,
The image sensor has a plurality of light receiving elements having sensitivity in the visible light region and the near infrared region,
the filter has a blocking region that blocks light having a specific wavelength or less in the visible light region so that some of the light receiving elements among the plurality of light receiving elements have a sensitivity peak in the near-infrared region;
The conversion unit is
Separating an image signal captured by the image sensor into an R signal, a G signal, and a B signal;
generating an X signal having a spectral sensitivity in a near-infrared region by performing a matrix operation on the R signal, the G signal, and the B signal using matrix coefficients determined so as to leave a near-infrared region component of the B signal and to cancel out a visible light region component of the B signal, a R signal component, and a G signal component;
generating a Y signal having spectral sensitivity in the visible light region by performing a matrix operation on the R signal, the G signal, and the B signal using matrix coefficients determined so as to leave a visible light region component of the G signal and to cancel out a near-infrared region component of the G signal, a component of the R signal, and a component of the B signal;
an imaging device that generates a Z signal having spectral sensitivity in the visible light range by performing a matrix operation on the R signal, the G signal, and the B signal using matrix coefficients determined so as to leave the visible light range components of the R signal and to cancel out the near-infrared range components of the R signal, the G signal components, and the B signal components .
前記カメラは、赤外光カットフィルタを除去した汎用カラーカメラであることを特徴とする請求項1に記載の撮像装置。 The imaging device according to claim 1, characterized in that the camera is a general-purpose color camera with an infrared cut filter removed. 前記Pバンドと前記Qバンドのうち複数バンドである少なくとも一方の画像信号については当該複数バンドの画像信号を基に疑似色によるカラー画像信号を生成することを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の撮像装置。 The imaging device according to claim 1 or 2, characterized in that for at least one of the image signals of the P band and the Q band, which is a multiple band, a color image signal is generated using pseudo-color based on the image signal of the multiple bands. 前記被写体において前記カメラに対向する側の面を正面、当該正面と反対側の面を背面とすると、
前記白色光源は前記被写体の正面を白色光で照明し、前記近赤外光源は前記被写体の背面から近赤外光を照射し、
前記カメラは、前記白色光が前記被写体の表面で反射した反射光と、前記被写体を透過した近赤外光とを受光することを特徴とする請求項1~請求項3のいずれか一項に記載の撮像装置。
If the surface of the subject facing the camera is the front surface, and the surface opposite the front surface is the back surface,
the white light source illuminates the front of the subject with white light, and the near-infrared light source irradiates the back of the subject with near-infrared light;
4. The imaging device according to claim 1, wherein the camera receives light reflected by a surface of the subject from the white light and near-infrared light transmitted through the subject.
前記近赤外光源と前記被写体との間には、前記被写体の背景となる面を表面とする光学フィルタ部材を配置し、
前記光学フィルタ部材は、前記白色光源から前記表面に照射された白色光のうち可視光領域の少なくとも特定波長の光を反射するか可視光領域の光を吸収するとともに、前記表面と反対側の面である裏面に前記近赤外光源から照射された近赤外を透過することを特徴とする請求項4に記載の撮像装置。
an optical filter member having a surface that is a background of the subject disposed between the near-infrared light source and the subject;
5. The imaging device according to claim 4, wherein the optical filter member reflects at least a specific wavelength of light in the visible light range of the white light irradiated from the white light source onto the front surface or absorbs light in the visible light range, and transmits near-infrared light irradiated from the near-infrared light source onto a back surface opposite the front surface.
前記白色光源と前記近赤外光源は、前記被写体における前記カメラと対向する側の面である正面に前記白色光と前記近赤外光とを照射する1つの光源により構成され、
前記光源は、白色光を照射する複数の発光部と近赤外光を照射する複数の発光部とが混在する配列で構成されることを特徴とする請求項1~請求項3のいずれか一項に記載の撮像装置。
the white light source and the near-infrared light source are configured by a single light source that irradiates the white light and the near-infrared light onto a front surface of the subject that faces the camera,
4. The imaging device according to claim 1, wherein the light source is configured in an array in which a plurality of light-emitting units that irradiate white light and a plurality of light-emitting units that irradiate near-infrared light are mixed.
請求項1~請求項6のいずれか一項に記載の撮像装置と、
前記撮像装置が出力する可視光領域に分光感度をもつPバンドの前記第1画像信号と、近赤外領域に分光感度をもつQバンドの前記第2画像信号とに基づいて前記被写体を検査する検査処理部とを備えることを特徴とする検査装置。
An imaging device according to any one of claims 1 to 6,
an inspection processing unit that inspects the subject based on the first image signal of a P band having spectral sensitivity in the visible light region and the second image signal of a Q band having spectral sensitivity in the near-infrared region output by the imaging device.
被写体をカメラで撮像して画像信号を生成する撮像方法であって、
白色光源が可視光領域に発光スペクトルを有した白色光を前記被写体に照射するとともに近赤外光源が近赤外光領域に発光スペクトルを有しかつ前記白色光源の発光スペクトル領域において発光スペクトルを持たない近赤外光を前記被写体に照射する光照射ステップと、
分光透過率特性の異なったNバンド(但しNは3以上の自然数)の分光光学フィルタを有するとともに可視光領域と近赤外領域とに感度をもつ複数の受光素子を有するイメージセンサを備えるカメラが、前記イメージセンサと前記被写体との間の光路上に配置され、複数の前記受光素子のうち一部の前記受光素子が近赤外領域に感度ピークを有するように可視光領域における特定波長以下の光を遮断する遮断領域を有するフィルタを介して前記被写体を撮像する撮像ステップと、
前記イメージセンサにより撮像された画像信号を前記Nバンドの信号ごとに分離し、分離したNバンドの画像信号に対してマトリックス演算を行うことにより、可視光領域に分光感度をもつPバンド(但しPはN未満の自然数)の第1画像信号と、近赤外領域に分光感度をもつQバンド(但しQはQ=N-P)の第2画像信号とを生成する変換ステップとを備え
前記変換ステップにおいて、
前記イメージセンサにより撮像された画像信号をR信号、G信号、及び、B信号に分離し、
前記B信号のうち近赤外領域の成分を残すように、且つ、前記B信号のうち可視光領域の成分、前記R信号の成分、及び、前記G信号の成分を打ち消すように決定されたマトリックス係数を用いて、前記R信号、前記G信号、及び、前記B信号に対してマトリックス演算を行うことにより、近赤外領域に分光感度をもつX信号を生成し、
前記G信号のうち可視光領域の成分を残すように、且つ、前記G信号のうち近赤外領域の成分、前記R信号の成分、及び、前記B信号の成分を打ち消すように決定されたマトリックス係数を用いて、前記R信号、前記G信号、及び、前記B信号に対してマトリックス演算を行うことにより、可視光領域に分光感度をもつY信号を生成し、
前記R信号のうち可視光領域の成分を残すように、且つ、前記R信号のうち近赤外領域の成分、前記G信号の成分、及び、前記B信号の成分を打ち消すように決定されたマトリックス係数を用いて、前記R信号、前記G信号、及び、前記B信号に対してマトリックス演算を行うことにより、可視光領域に分光感度をもつZ信号を生成することを特徴とする撮像方法。
An imaging method for capturing an image of a subject with a camera to generate an image signal, comprising:
a light irradiation step in which a white light source irradiates the subject with white light having an emission spectrum in a visible light region, and a near-infrared light source irradiates the subject with near-infrared light having an emission spectrum in a near-infrared light region but not in the emission spectrum region of the white light source;
an imaging step in which a camera having an image sensor with a plurality of light receiving elements having sensitivity to the visible light region and the near infrared region , the camera having a spectral optical filter with N bands (N is a natural number of 3 or more) with different spectral transmittance characteristics and a filter having a blocking region that blocks light having a specific wavelength or less in the visible light region so that some of the light receiving elements have a sensitivity peak in the near infrared region, and an image of the subject is captured through the filter;
a conversion step of separating an image signal captured by the image sensor into signals of the N bands, and performing a matrix operation on the separated image signals of the N bands to generate a first image signal of a P band (where P is a natural number less than N) having a spectral sensitivity in a visible light region, and a second image signal of a Q band (where Q is Q=N−P) having a spectral sensitivity in a near-infrared region ,
In the conversion step,
Separating an image signal captured by the image sensor into an R signal, a G signal, and a B signal;
generating an X signal having a spectral sensitivity in a near-infrared region by performing a matrix operation on the R signal, the G signal, and the B signal using matrix coefficients determined so as to leave a near-infrared region component of the B signal and to cancel out a visible light region component of the B signal, a R signal component, and a G signal component;
generating a Y signal having spectral sensitivity in the visible light region by performing a matrix operation on the R signal, the G signal, and the B signal using matrix coefficients determined so as to leave a visible light region component of the G signal and to cancel out a near-infrared region component of the G signal, a component of the R signal, and a component of the B signal;
an imaging method comprising: generating a Z signal having spectral sensitivity in the visible light range by performing a matrix operation on the R signal, the G signal, and the B signal using matrix coefficients determined so as to leave the visible light range components of the R signal and to cancel out the near-infrared range components of the R signal, the G signal components, and the B signal components .
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