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JP2004239870A - Spatial filter, spatial filter creation method, spatial filter creation program, screen defect inspection method and apparatus - Google Patents

Spatial filter, spatial filter creation method, spatial filter creation program, screen defect inspection method and apparatus Download PDF

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JP2004239870A
JP2004239870A JP2003032041A JP2003032041A JP2004239870A JP 2004239870 A JP2004239870 A JP 2004239870A JP 2003032041 A JP2003032041 A JP 2003032041A JP 2003032041 A JP2003032041 A JP 2003032041A JP 2004239870 A JP2004239870 A JP 2004239870A
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filter
spatial filter
image
defect
gene
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Application number
JP2003032041A
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Japanese (ja)
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Koichi Kojima
広一 小島
Masaaki Noda
正明 野田
Hironari Ichikawa
裕也 市川
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Seiko Epson Corp
Original Assignee
Seiko Epson Corp
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Publication date
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Abstract

【課題】検査対象の画面欠陥の状態に合わせてフィルタ構成数値を遺伝的アルゴリズムを用いて自動計算させることにより微調整ができるようにして、検出力を向上させた空間フィルタおよびその作成方法、並びにその空間フィルタを作成するための自動計算プログラム、並びにその空間フィルタを用いた画面欠陥の検査方法及び検査装置を提供する。
【解決手段】遺伝的アルゴリズムを用いて、構成数値が実数のフィルタを作成する。また、検査対象の画面をCCDカメラ6により撮像し、撮像により取り込まれた画像から、予め作成しておいた背景画像14との差をとり検査画像15を作成し、検査画像に対し前記空間フィルタを用いて欠陥強調のためのフィルタ処理を行い、フィルタ処理後における画像16内の各画素の輝度データを統計計算し、その輝度統計データに基づいて閾値を決定し欠陥候補を抽出する。
【選択図】 図1
A spatial filter having improved detection power by allowing a filter configuration value to be automatically calculated by using a genetic algorithm in accordance with the state of a screen defect to be inspected, thereby improving detection power, and a method of forming the spatial filter. An automatic calculation program for creating the spatial filter, and a screen defect inspection method and an inspection apparatus using the spatial filter are provided.
A real number filter is created using a genetic algorithm. Further, a screen to be inspected is imaged by the CCD camera 6, and a difference between the image captured by the imaging and the background image 14 created in advance is created to create an inspection image 15. Is used to perform filter processing for defect enhancement, statistically calculate luminance data of each pixel in the image 16 after the filter processing, determine a threshold based on the luminance statistical data, and extract defect candidates.
[Selection diagram] Fig. 1

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、画像処理に用いられる空間フィルタに関し、特に、遺伝的アルゴリズム(Genetic Algorithm)を用いて作成した空間フィルタおよびその作成方法、並びにその空間フィルタを作成するための自動計算プログラム、並びにその空間フィルタを用いたシミ欠陥等の画面欠陥の検査方法及び検査装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、液晶表示装置等の画面の欠陥を画像処理で検出する場合、欠陥の特徴を強調するために空間フィルタを使用したフィルタ処理が行われる。フィルタ処理では、検出したい欠陥の種類(線状・点状・面状欠陥等)や、大きさなどに合わせて、空間フィルタを構成する数値や、空間フィルタの形状を工夫している。そして、このようにして作成した空間フィルタを用いて、検査対象の画像の中から、欠陥のある部分を選択的に抽出し、検出の精度を上げている(例えば、特許文献1参照)。
【0003】
【特許文献1】
特開2001−28059号公報(段落[0017]〜[0021]、図2〜図6)
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
画像処理を用いた欠陥検出にフィルタ処理を用いた場合、欠陥を効率よく、かつ選択的に検出するよう、空間フィルタの構成数値や形状を調整する必要があるが、従来例では、今までに存在している空間フィルタをベースにしており、また、特許文献1に示されるように、フィルタ構成数値は整数となっているため、調整作業に限界があり、検出力を上げるのが難しいといった問題があった。
また、フィルタ構成数値の調整については、欠陥に合わせて空間フィルタを自動計算させる方法がなかったため、人が経験から行っていた。従って、空間フィルタの作成者への負担が大きく、その作成にも大いに時間がかかるという問題があった。
【0005】
本発明は、上記のような問題点に鑑みてなされたものであり、検査対象の画面欠陥の状態に合わせてフィルタ構成数値を遺伝的アルゴリズムを用いて自動計算させることにより微調整ができるようにして、検出力を向上させた空間フィルタおよびその作成方法、並びにその空間フィルタを作成するための自動計算プログラム、並びにその空間フィルタを用いた画面欠陥の検査方法及び検査装置を提供することを目的としている。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る空間フィルタは、遺伝的アルゴリズムを用いて作成した画像処理用の空間フィルタであって、前記空間フィルタを構成するフィルタ数値が実数からなることを特徴とする。
本発明の空間フィルタ(以下、単に「フィルタ」とも記述する。)は、遺伝的アルゴリズムをベースとして自動計算された、構成数値が実数のフィルタであるため、検出したい欠陥の大きさや輝度変化などに即時に対応させることができるとともに、微調整が可能なため、検出力を向上させることができる。
【0007】
また、本発明の空間フィルタにおいては、フィルタ数値が、フィルタ中心に対して対称に配置されているものである。
従って、同じ数値をフィルタ中心に対して点対称にコピーで配置するだけでよいので、データ量を実質的に減らすことができ、フィルタの自動計算時間を短縮することができる。
【0008】
また、前記フィルタ数値をフィルタ中心に対して実質的に円形に配置することにより、通常の四角形形状のフィルタで発生する四隅付近の輝度変化の影響を受けることがなくなり、欠陥サイズが大きなものに対しても、精度のよい欠陥検出が可能となる。また、データ量がさらに少なくなるため、フィルタの自動計算時間をより短縮することができる。
【0009】
さらに、フィルタ中心に対して実質的に等距離のエリアに入れるデータを同じ数値とすることにより、実質的に円形のフィルタを構成することができ、データ量も一段と少なくなるので、フィルタの自動計算時間を大幅に短縮することが可能となる。
【0010】
また、本発明に係る空間フィルタの作成方法は、画像処理用の空間フィルタを遺伝的アルゴリズムに基づいて作成する方法において、
検出対象を含む入力画像の中に、空間フィルタで検出すべき欠陥部分を含む検出領域と、検出しなくても良い正常部分を含む領域の複数の区画された検出領域を設定する工程と、
前記空間フィルタのデータを符号化して、一次元データに展開することにより、前記遺伝的アルゴリズムの遺伝子として設定する工程と、
前記遺伝子の中の数値を、実数の乱数を発生させて埋める工程と、
前記遺伝子を実数からなる組み合わせで多数個用意する工程と、
用意した遺伝子に対して、交叉処理および/または突然変異処理を実行することにより、新たな遺伝子を発生させながら世代交代を繰り返す工程と、
交叉処理および/または突然変異処理により発生した新たな遺伝子を、前記符号化と逆の手順により前記空間フィルタに戻して、前記区画された検出領域の画像に対して、フィルタ処理を行う工程と、
前記フィルタ処理における欠陥部分の検出領域の演算結果と正常部分の検出領域の演算結果の絶対値との差が最大となり、且つ画像の平坦な部分における演算結果が0となるような遺伝子パターンを求める工程と、を有することを特徴としている。
【0011】
遺伝的アルゴリズムを用いれば、多数個用意された遺伝子に対して、交叉処理、突然変異処理を行い、新たな遺伝子を構築しながら世代交代を繰り返すことで、多数個用意された遺伝子の中から、最適解または最適解に近い準最適解を求めることができる。すなわち、フィルタの作成と検証を行うために、検出対象を含む入力画像を用い、その画像の中に複数の区画された検出領域を設定し、二次元で設定されるフィルタデータを符号化して一次元に展開することで、遺伝的アルゴリズムの遺伝子として設定し、さらに遺伝子の中の数値を、実数の乱数を発生させて埋め、この遺伝子を多数個用意し、用意した遺伝子を用いて、交叉処理および/または突然変異処理を行って発生した新たな遺伝子を、前記符号化と逆の手順によりフィルタに戻して、検出領域の画像に対してフィルタ処理を行い、フィルタ処理での欠陥部分の検出領域の演算結果と正常部分の検出領域の演算結果の絶対値との差が最大となり、且つ画像の平坦な部分における演算結果が0となるような遺伝子パターンを探し出す。このようにすることによって、設定した検出対象を検出するのに最適な実数からなるフィルタを自動的に作成することができる。
【0012】
また、本発明に係る空間フィルタ作成プログラムは、検出対象を含む入力画像の中に、空間フィルタで検出すべき欠陥部分を含む検出領域と、検出しなくても良い正常部分を含む領域の複数の区画された検出領域を設定する機能と、
前記空間フィルタのデータを符号化して、一次元データに展開することにより、遺伝的アルゴリズムの遺伝子として設定する機能と、
前記遺伝子の中の数値を、実数の乱数を発生させて埋める機能と、
前記遺伝子を実数からなる組み合わせで多数個記憶させておき、この記憶させた遺伝子に対して、交叉処理および/または突然変異処理を実行することにより、新たな遺伝子を発生させながら世代交代を繰り返す機能と、
交叉処理および/または突然変異処理により発生した新たな遺伝子を、前記符号化と逆の手順により前記空間フィルタに戻して、前記区画された検出領域の画像に対して、フィルタ処理を行う機能と、
前記フィルタ処理における欠陥部分の検出領域の演算結果と正常部分の検出領域の演算結果の絶対値との差が最大となり、且つ画像の平坦な部分における演算結果が0となるような遺伝子パターンを求める機能と、をコンピュータに実現させることを特徴としている。
【0013】
従って、このように構成された遺伝的アルゴリズムに基づく自動計算プログラムによって、本発明の空間フィルタを自動的に作成することができ、かつ、検出対象の欠陥の状態に対応した、検出力の高い空間フィルタを短時間に作成することができる。
また、このプログラムで自動計算を行うにあたっては、予めフィルタ数値の上限と下限を設定しておく。その範囲内で、構成数値が実数の最適なフィルタが自動計算される。
【0014】
前記入力画像に、実際の欠陥を検出すべき画像を用いるか、または輝度差および/または大きさを段階的に変えた欠陥部分を有する人為的に作成した画像を用いる。
人為的に欠陥を作成した疑似画像を用いた場合には、実際の画像を用いるよりも、様々な欠陥パターンを考慮することができ、フィルタの作成と検証をある程度実際のケースに相応した状態で短時間に行うことができる。
【0015】
また、本発明に係る画面欠陥の検査方法は、検査対象の画面欠陥を検出する画像処理のフィルタ処理において、請求項1乃至4のいずれかに記載の空間フィルタ、または請求項5に記載の作成方法により作成された空間フィルタ、もしくは請求項6に記載の作成プログラムにより作成された空間フィルタを用いることを特徴とする。
従って、構成数値が実数のフィルタを用いてフィルタ処理が行われるので、欠陥の状態に合わせて細かい調整が可能となるため、検出力を向上させることが可能となる。
【0016】
また、本発明の画面欠陥の検出方法は、検査対象の画面を撮像する工程と、撮像により取り込まれた画像に対して欠陥強調のためのフィルタ処理を行う工程と、前記フィルタ処理後における画像に対して閾値を設定し欠陥候補を抽出する工程と、を有し、
前記フィルタ処理において、請求項1乃至4のいずれかに記載の空間フィルタ、または請求項5に記載の作成方法により作成された空間フィルタ、もしくは請求項6に記載の作成プログラムにより作成された空間フィルタを用いることを特徴としている。
【0017】
また、本発明に係る画面欠陥の検査装置は、検査対象の画面を撮像する撮像手段と、請求項6に記載の空間フィルタ作成プログラムを組み込んだコンピュータとを備え、該コンピュータまたは該コンピュータとは別のコンピュータが、請求項7または8に記載の画面欠陥の検査方法を実施するように構成されたことを特徴とする。
遺伝的アルゴリズムをベースとした空間フィルタ作成プログラムと欠陥検出処理を実行する検査プログラムとは、検査装置本体である同じコンピュータに搭載してもよく、別のコンピュータに搭載してもよい。
別々のコンピュータシステムで実現する場合には、空間フィルタ作成用のパソコンで本発明の空間フィルタを作成し、検査装置側のコンピュータでその空間フィルタを使用してフィルタ処理を行うことになる。
【0018】
【発明の実施の形態】
以下、図面を用いて本発明の実施の形態を説明する。
実施の形態1.
A.遺伝的アルゴリズムの処理フロー
まず、本発明で適用した遺伝的アルゴリズムの処理フローについて、図1のフローチャートに従って説明する。なお、A(1)からA(5)までの説明は、遺伝的アルゴリズムの一例であり、本実施形態において、この処理に限定されるものではない。
(1)初期解集団の生成(ステップS1)
遺伝的アルゴリズム(以下、「GA」と略記することもある。)は、問題を解くとき、解を遺伝子の形で表現する。図5に、遺伝子の形で表した解のイメージを示す。解を構成する数値として0と1の2つの値が入っているが、この値に限定されるというわけではなく、問題に合わせて値を入れる。場合によっては、数値ではなく文字が入る場合もある。
解を遺伝子の形に置き換えることができなければ、GAは適用できないため、そのままでは置き換えられないような問題に対しては、問題を解釈し直して、解を遺伝子の形に展開しなければならない。このときに、問題の解と遺伝子の形は同じでなくても、変換をかけることで1対1に対応すれば問題はない。
解を遺伝子の形に置き換えることができたら、遺伝子の形で表される解を、初期解集団として数十から数百個位用意しておく。用意する解の個数は、状況によって更に多いこともあり、実施例では、初期解を1000個用意した。
用意する解は、なるべく偏りがないように、解の取り得る範囲内で、値をランダムに分散させる。適用する問題によっては、解が成り立たないパターン(致死遺伝子)も存在することになるが、次の(2)で述べる評価値を0(最低値)にして対応するか、その時点でその遺伝子を解集団の中から消去するなどして対応する。
解の遺伝子の形は、実際の問題に適用するときには、図5に示すように一次元のデータ列で表されていれば、どのような形態で実現してもよい。プログラムを組む場合、配列で表すことが多く、実施例でも配列(例えば、64ビットの浮動小数点数で構成される配列。実数の中には整数も含まれているので、データ型式については特に限定がなく、32ビットの整数樋データで構成される配列でもかまわない。)を使用している。
【0019】
(2)解の評価値計算(ステップS2、S6)
次に、生成した解を評価できるように、評価関数を設定する。評価関数は、遺伝子の形で表されている解を、実際の解(ここでは、フィルタ構成)に戻した場合に、どれだけ最適解に近いかを示す指標(評価値)を算出するものであり、最適解に近ければ近いほど大きい値が出力されるように設定をする。評価関数は、特に数値的計算に限定されるわけではなく、あるアルゴリズムの結果として求められるものでもよい。実施例では、遺伝子の形で表されている解をフィルタ構成の形に戻し、検出領域に対してフィルタ処理をかける処理をベースに評価関数を設定しており、画像の平坦な部分で0となり、かつ欠陥部分に対しての処理結果と、正常部分に対しての処理結果の絶対値との差が大きいほど、欠陥部分をよく検出していることになり、優秀な解となるので、これを評価関数としている。
GAは、この評価関数の結果として求められる評価値を用いて、解の優劣を判断しながら、優秀な解を残すように処理を行っていく。
【0020】
(3)処理を行う解の選択(ステップS3)
解を遺伝子の形に置き換え、評価関数が設定できたら、解に対して交叉、突然変異の処理を行っていくことになるが、交叉処理は解を2つ使用するので、処理を行うために解集団の中から解を2つ選択しなければならない。
GAでは、優秀な解から更に優秀な解が生成されるという仮定で処理を行っていくので、解の選択は、親の解集団の中から、評価値が高ければ(優秀な解)高い確率で、低ければ(劣性な解)低い確率で、選択されるように操作を行って解を選択する。
こうすることにより、評価値の低い解については使用される確率が低くなり、自然と淘汰されていく。
【0021】
(4)交叉、突然変異処理(ステップS4、S5)
選択された解に対して、図6、図7に示すように、交叉処理(交配)、突然変異処理の操作を行い、新たな解を生成する。
【0022】
[交叉]
遺伝子の形で表された解を任意の位置で切り、2つの解(親)の間で交換して、新たな解(子)を生成する。この処理で、今までとは違うパターンの解を生成する(収束近くの処理では、同じ解が生成されることもあるが、特に問題とならない)。
図6は交叉処理の例を示すものである。交叉させる方法は何種類かあり、図6では、1点を切る方法(1点交叉)を示している。このほかに、2点で切る方法(2点交叉)や、交叉するパターンをランダムに選択する方法もあり、これらの方法を使用してもよい。
交叉処理を行った結果、解として存在しないパターン(致死遺伝子)が発生する場合があるが、このときは評価値を0(最低値)にして対応するか、評価値で対応できない場合には、致死遺伝子が発生しないように交叉をコントロールする。
【0023】
[突然変異]
解の一部をランダムに選択し、他のデータで置き換える。図7では、1個所データを置き換えているが、場合によっては数個所同時に変える場合もある。
この操作を行うことにより、処理の途中で局所解に陥った場合でも、そこから抜け出し、さらに最適解に収束させることが可能となる。
突然変異処理でも、致死遺伝子が発生する場合があるので、交叉処理と同様に評価値で対応するか、データ生成時に致死遺伝子にならないようにコントロールする。
【0024】
(5)終了判断(ステップS7)
交叉処理、突然変異処理を行っていきながら、世代毎に評価値が一番高いものを保持していき、目的に合った値(最適解)、もしくは解として扱って問題のないレベルの値(準最適解)が発生したところで、処理を終了する。解が終了するレベルに達していなかった場合には、ステップS3の解の選択処理に戻り、繰り返しGAの処理を行っていく。
適用する問題によっては、計算している解が最適解に近いものであるか、はっきりわからない場合もあるが、このときは、繰り返しの回数で強制的に処理を終了させるか、人が世代毎の評価値最大値の変化を見ながら、解のレベルを判断して(例えば、世代交代毎の評価値最大値の上昇カーブがほぼ水平に落ち着いてきたとき)処理を終了させる。
【0025】
B.遺伝的アルゴリズムのフィルタ自動計算プログラムへの適用
(1)フィルタの遺伝子表現
フィルタに遺伝的アルゴリズムを適用するにあたり、まず解を遺伝子の形で表現しなければならない。本発明では、フィルタデータ(フィルタを構成する数値または係数)が解となるので、これを遺伝子の形で表現する。画像処理で使用されるフィルタデータは、二次元データである。
図8に、5×5画素フィルタのフィルタデータを、一次元データに展開する例を示す。この図は、二次元配列を行ごとに分解し、一次元の形で再結合することで遺伝子形を表現した例である。この方法については、同じ処理の中でルールさえ変えなければ問題なく、例えば列ごとに展開するなど、他の方法で一次元データに展開しても特にかまわない。
【0026】
遺伝子の形が決まったら、その中を数値で埋めていく。このとき、値が分散するように乱数を利用して埋めていく。実施例では実数の乱数を発生させて使用している。
ここで、フィルタ数値の取り得る上限および下限の範囲をどのように設定するかが問題となる。実施例では、上限を10、下限を−10として設定し、その範囲内で乱数を発生させ、解を生成した。
上限、下限については、この値に限定されるというわけではなく、実際の画像処理では、フィルタ数値の取り得るデータの範囲は、検出感度のバイアスとして働くだけであるので同一処理内で上限、下限の条件さえ固定しておけば、処理に影響を与えるわけではなく、特に問題とはならない。
因みに、上限と下限の制限を設けない場合には、計算量が膨大になり、処理が収束せず、また検出感度がばらつくため、解が優秀であるかどうか比較することができなくなる。
【0027】
(2)フィルタ解の評価関数設定
解を評価するための評価関数の設定を行う。
欠陥検出を行うフィルタ処理では、
(a)検出対象に欠陥の特徴がある場合、処理結果はなるべく大きくなる。
(b)何もなく平坦なデータの場合、処理結果は0になる。
(c)欠陥の特徴と負の相関関係があるような場合、処理結果は負で絶対値がなるべく大きくなる。
以上の、3つの条件が成り立つことが望ましい。
ただ、(c)の条件については、(b)の条件が成立していれば、(a)とちょうど逆の関係になるため考慮する必要はなく、実施例の処理では除外している。
その他に、平坦なデータでなく、輝度変化はあるが、欠陥として検出したくない部分については、処理結果が小さくなるように考慮する。
【0028】
以上の条件から、自動計算を行う対象画像の中から設計するフィルタサイズで、欠陥として検出したい部分、検出したくない部分を、人が判断して数点選択し、そのデータを用いて評価値を求める。
実施例では、複数のエリアを使う部分がポイントであり、複数選択することにより平滑化の効果もあるため、処理の安定化を同時に図ることができる。
また、同じ部分を複数選択することで、その部分を他の部分より、より強く反応するように計算させることも可能であり、また、検出する場所により係数を掛けて調整を行い、計算させることも可能である。すなわち、欠陥として検出したい複数部分のフィルタ処理結果の和と、欠陥として検出したくない複数部分のフィルタ処理結果の絶対値の和の差が大きく、且つ画像の平坦な部分における演算結果が0となった場合に評価値が高くなるように評価関数を設定して評価値を求める。
【0029】
図9は、アルゴリズムの作成と検証用に使用した、パネル欠陥の疑似サンプルを示すものである。
実際に欠陥をサンプリングしたものを、アルゴリズム検証に使用するためには、なるべく欠陥パターンの落ちがないように、様々なバリエーションの画像を揃えなければならないが、それにはかなりの時間を必要とするため、実施例では輝度値、面積を段階的に変えて作成した疑似シミ20を使って、アルゴリズムの作成と検証を行っている。
この図9は、実施例で作成したプログラムのエリア設定画像で、検出したい部分21を4個所、検出したくない部分22を5個所、計9個所設定している。選択したエリアは、四角形で囲まれた部分であり、この四角形の中に疑似シミ20の入っているエリアが検出したい部分21であり、その他の四角形のエリアが検出したくない部分22である。なお、選択した検出エリア21、22の画像サイズはいずれも35×35画素である。
【0030】
設定した検出エリア21、22の画像を用いて、評価値を求めるわけであるが、評価値の計算には、フィルタ処理の演算として一般的に用いられているたたみ込み演算をそのまま利用した。
図2は、図1の評価値計算処理におけるサブルーチンを示す。解の形で表される一次元配列を、図8で示す処理とは逆の処理を行って、二次元データであるフィルタの形に戻し(ステップS21またはS61)、上記選択した対象エリア21、22に対して、たたみ込み演算を行う(ステップS22またはS62)。
まず、輝度変化が無い部分では結果が0になるように、フィルタ数値の全ての総和が0になるように、フィルタ数値の全てに、オフセット値を加算する。オフセット値は、フィルタ構成数値の総和をフィルタ構成数値の個数(例えば、15×15画素フィルタの場合は225個、後述する円形フィルタの場合は数値が入るエリアの個数)で割り、正負の符号を反転することで計算する。
この、オフセット値を加算したフィルタに対して、上記エリア設定における、フィルタで検出したい部分(不良エリア)21については、たたみ込み演算を行い、その結果をそのまま加算し、検出したくない部分(正常エリア)22については、結果の絶対値をとって減算し、設定した全ての部分でこの演算を行うことにより、評価値を求める。
【0031】
(3)交叉処理
図3は、図1の交叉処理におけるサブルーチンを示すものである。
前述したように、交叉処理では、予め用意された初期解、または図1の交叉、突然変異処理後に入れ替えられた解の集団の中から、解を2つ選択する(ステップS41)。ついで、解の切断位置を乱数で設定し(ステップS42)、図6のように親の解の間でデータの一部を交換して子の解を生成する(ステップ43)。
【0032】
(4)突然変異処理
図4は、図1の突然変異処理におけるサブルーチンを示すものである。
突然変異処理では、まず突然変異位置(親の解のデータの一部を交換する位置)を乱数で設定する(ステップS51、図7参照)。そして、親の解のデータの一部を交換して子の解を生成し(ステップS52)、生成された子の解を親と交換して新たな解を生成する(ステップ53)。
このように、交叉、突然変異処理を繰り返しながら、生成した新たな解(子)で親を入れ替え、その入れ替えられた解(親)に対して、図1のステップS6の評価値計算を行うことによって、フィルタ数値を最適解に近づけていくことができる。
【0033】
次に、前述したフィルタの遺伝子表現について、実施例とともに説明する。
実施例1では、フィルタを構成する二次元空間(正方形エリア)の全てのデータを用いて、遺伝子表現を行った。このような構成をとることにより、検出目的の欠陥が、計算するために設定した、フィルタサイズ内に収まりさえすれば、それを強調するフィルタを自動計算することができる。
線形欠陥の場合でも、長さ方向に収まらない場合はあるが、線の方向にフィルタを移動した場合に、それぞれの位置での特徴はそれほど変わらないため、そのまま使用できる。ただ、この構成では全てのデータを考慮して計算を行うため、計算量が多くなり、計算に時間がかかるデメリットが発生する。また、計算されるフィルタが、欠陥の形状に振られてしまうため、欠陥の形状が円形から離れるほど、その欠陥に対して限定的にしか検出を行うことができないといった限定されたフィルタとなる。
線状欠陥を検出する場合は、必ずこのようなフィルタになるため仕方がないが、面状欠陥(シミ・ムラ等)では、なるべく方向性に依存しない形で、検査に適用するフィルタの枚数を減らし、一般的に使用できるような構成とする必要がある。
【0034】
そこで、実施例2では、データ生成に制限を加えて、フィルタの方向依存性をなくし、計算した結果が、面状欠陥に一般的に適用できるような構成となるように、計算した例を示す。なお、ベースは遺伝的アルゴリズムであるので、遺伝子表現が変わるのみで、それ以外の部分は変わらない。
計算の対象となる欠陥は、線状欠陥では必ず方向性が生じるため、方向性が無く、ある程度の固まりとなった、シミ欠陥のような形状のものを対象とする。
フィルタの構成にあたっては、以下に示す考え方、手法を適用する。
【0035】
(i)対称性の利用
画像処理で使用されるフィルタの中で、ある程度の固まりとなったものを検出するフィルタは、一般的にフィルタの中心を軸にして、データが点対称に配置される。
この条件に方向依存性をなくす条件を加えると、さらにデータの配置は限定され、縦方向の軸、横方向の軸、斜め方向の2つの軸、計4つの軸を中心にして、データは対称に配置される。
図10は、対称性を利用したデータ配置例を示すものである。この手法によれば、図10の太線で囲まれた領域のデータを作成して、同図の太線枠外の、同じ符号の位置に値をコピーするだけでよい。
この制限により、9×9画素フィルタの場合を例にとると、実施例1では81個のデータを処理に使用しなければならいが、対称性を利用することにより、処理に使うデータを15個に減らすことができる。
【0036】
(ii)円形フィルタの適用
設計するフィルタサイズが大きくなるに従い、横方向と斜め方向の径が大きく異なってくるため、以下に示す問題点が発生する。
図11は、それを説明するための図で、9×9画素のフィルタの例を示している。実際には、フィルタ構成数値はポイントの値であり、エリア情報はないが、説明上分かりやすいように四角形のエリアとして表している。
図11に示すように、横方向、縦方向の径に対して、斜め方向にはその径以上となる余分な領域があり、このエリアは、フィルタ計算上、余分に考慮されるエリアとなる。例えば、図11のbの位置に輝点があった場合、フィルタ計算値に影響を及ぼすが、中心から同じ距離にあるaの位置に輝点があった場合は、フィルタ処理の範囲外であり、フィルタ計算値に影響を与えない。従って、bの位置はフィルタ値を計算するにあたり、イレギュラーの領域となっている。
【0037】
そこで、この問題を解決するため、フィルタ形状を円形に近づけ、余分なエリアを処理から省く。
図12に、9×9画素フィルタに、(i)のデータの対称性の考え方と、ここでの考え方を併せて適用した場合の、データ配置の例を示す。
画像処理では、離散データを扱うため、図12に示すように正確には円形にならない。しかし、そのまま正方形の状態で処理を行うよりは、各方向とも多少改善はされる。また、図12に示すように、円形フィルタを考慮することで、15個のデータを更に13個に減らすことができるため、データ量の観点からも有利になる。
【0038】
なお、図12で設定した処理エリアは、図11で示した円に触れているエリア以内を処理対象のエリアとし、それ以外のエリアは、処理から省くエリアとして設定している。
この定義については、限定されているわけではなく、円で区切られた領域の面積を比較して、円の内側の面積が大きければ、処理エリアとして設定するように定義してもよく、あるいは横方向エリアも小さくなるが、円の内側に完全に入っているエリアを処理エリアとして設定してもよい。また円は中心画素の中心で考慮しているが、これを中心画素の外側に持っていっても特にかまわない。
【0039】
(iii)等距離エリアは同じデータで処理
フィルタ処理では、フィルタの中心がフィルタ処理の結果を格納する位置となる。従って、フィルタ構成数値は、検出対象を考慮した場合に、近傍の画素が中心の画素に対してどのくらいの影響を与えているかを示す係数である、ともいえる。そうすると、中心の画素から等距離にあるものは、同じ影響を与えなければならないはずであるので、中心画素から等距離にあるものは、同じ数値にならなければならない。
この考え方を、9×9画素のフィルタに適用した結果を、図13に示す。
図12と同様に、画像処理では離散データを扱うため、データを生成する1/8のエリア内に厳密に等距離になるエリアは存在しない。そこで、図13では中心からの距離を0.3ステップ(画素)ごとに区切り、同じステップ内に入るものを等距離データとして、同じ数値に設定している。例えば、図13において、dの値は、中心の画素aから、0.3×(13〜14)=3.9〜4.2画素となり、この範囲のエリアは等距離データとして、同じ数値に設定されている。
このような処理を行うことにより、更に13個から10個にデータを減らすことができる。なお、図13では距離を0.3ステップごとに区切ったが、この値は特に限定されるものではなく、1でも0.5でも処理の中で固定されていればよい。
【0040】
また、このような形態をとることにより、中心からの距離データにより、フィルタ構成数値に重み付けを行うことも可能である。例えば、中心に近いほどその画素の影響は大きく、中心から外れるほど影響が小さくなるように、フィルタ構成数値を設計することが可能になる。
例えば、図14の(a)は全領域で同じデータ範囲を設定したものであるが、図14の(b)に示すように、図13のaの値の中心位置は+10〜−10の範囲でデータを設定して、中心の距離から外れるほど、この範囲を小さくしていき、一番端のデータである図13のeの値は、+5〜−5の範囲で設定する。そして、この間のデータは距離の割合により配分してデータ範囲を設定し、遺伝的アルゴリズムで計算することも可能である。
以上の操作を行うことにより、フィルタの方向依存性をなくすことができ、また遺伝的アルゴリズムの計算量を減らすことができ、計算時間を短くすることができる。
【0041】
図15は、前述した遺伝的アルゴリズムをベースに自動計算した27×27画素のフィルタ数値の一例を示すものである。このフィルタは実質的に円形フィルタで構成されており、フィルタ構成数値は小数点以下3桁の実数からなっている。従って、シミのような欠陥に対して、実数によりフィルタのパターンをより細かく調整できるため、検出力を向上させることができる。
一方、図16は、同じ27×27画素のフィルタ数値を整数で構成した例を示すものである。これは、本発明者の今までの経験に基づいて作成したものであり、図15の実数フィルタと図16の整数フィルタを、あるシミ画像に適用したときの結果は次のとおりであった。
実数フィルタ 評価値7.39
整数フィルタ 評価値7.32
評価値は、シミ画像に対してフィルタ処理をかけ、その結果を正規化するため、シミの部分の最大値輝度値が、画面全体の輝度値の分散値σの何倍になるかを求めたものである。
この結果、評価値を用いた検出力についてはほとんど同じような検出結果となっている。しかし、実数フィルタの場合は、自動計算のため、十数秒で作成できるのに対し、整数フィルタの場合は作成・評価のために試行錯誤を繰り返さなければならず、相当な時間がかかる。
なお、図17は、遺伝的アルゴリズムにおいて解が収束しない例を示すものである。この場合は、フィルタ数値が全く無意味な実数となっていることが分かる。
【0042】
その他の実施例
また、実施例1では正方形のフィルタ、実施例2では領域を円形にしたフィルタを設定したが、フィルタ形状については、このほかの形状でもよい。例えば、線を検出するフィルタでは、図18(a)、(b)に示すような長方形が考えられるし、その他の任意に設定した形状でも問題はない。
また、フィルタサイズについても特に限定はないが、10×10画素から55×55画素位まで、シミ欠陥の大きさに対応できるように合わせることができる。
【0043】
以上のように、この実施形態によれば、対象となる欠陥に合わせてフィルタを自動計算することで、構成数値が実数のフィルタを極めて短時間で作成することができる。しかも、欠陥のサイズや輝度差等の状態に合わせて構成数値を細かく調整することができるため、欠陥に対する検出力を向上させることができる。
さらに、フィルタサイズやフィルタ形状が限定されず自由に設計することができるため、様々な欠陥の検出に迅速に対応させることができる。
【0044】
実施の形態2.
図19は、本発明の画面欠陥検査装置の概要を示す構成図である。
この実施形態は、前述した遺伝的アルゴリズムに基づいて自動計算した空間フィルタを用いて、液晶表示画面のシミ欠陥を検出する例を示すものである。
ここでは、例えば、検査対象の画面10をプロジェクタ1によるTFT素子を用いた液晶パネル(液晶ライトバルブともいう)2の投射画面としている。検査を行う場合には、プロジェクタ1によりスクリーン3に画像4を投射する。画像4はパターンジェネレータ5により所定のパターンを液晶パネル2に与えることによって描写される。撮像手段として例えばCCDカメラ6により画像4を撮像し、その画像信号を図示しないA/D変換器によりアナログ信号からデジタル信号に変換して検査装置本体であるコンピュータ7に取り込む。このとき、画像データはA/D変換器により画素毎に例えば、黒を“0”、白を“4095”とする12ビットのデータで4096階調の輝度値であらわされる。さらにコンピュータ7には、遺伝的アルゴリズムに基づくフィルタ作成用の自動計算プログラムと欠陥検出のための検査プログラムが組み込まれており、これらのプログラムに従って、コンピュータ7は画像メモリに取り込まれた画像4の画像データを後述する方法により処理することにより、明・暗欠陥ごとにシミ欠陥を検出する。欠陥検出にあたっては、上記自動計算プログラムにより作成されたフィルタを用いて、欠陥強調のためのフィルタ処理を行ったうえで、検出画像内の輝度情報の統計処理を行い、その統計データをもとに欠陥候補を抽出するための閾値を決定して欠陥候補を抽出し、さらに、抽出された欠陥候補について定量的に評価する評価値が演算される。これらの検査結果は表示装置8に表示される。
【0045】
図20はシミ欠陥検出処理に用いられるフローチャート、図21は入力画像からシミ欠陥検出画像に至るまでの各段階における画像処理後の画像の模式図である。このシミ欠陥の検出処理は上記のコンピュータ7または画像処理装置に組み込まれた検査プログラムに従って自動的に行われる。
図20のフローチャートに従って処理手順を説明する。
【0046】
(1)表示エリア抽出処理(ステップS11)
表示エリアの抽出とは、撮像により取り込まれた入力画像から検査対象の画面部分のみを抽出することをいう。例えば、図21(a)は撮像時の入力画像である。この図に示すように、撮像時の入力画像11にはスクリーン3の縁部分31を含んでいたり、また画面部分に対応する表示エリア画像12が正確に長方形でなくスクリーン3に対して斜めに歪んでいたりすることがある。これは、スクリーン3と撮像手段のCCDカメラ6とが厳密に平行でなかったり、またプロジェクタ1の投射レンズの特性やCCDカメラ6のレンズ特性などにより歪みを起こしたりすることに起因するものである。また、上記のように間接的撮像でなく、液晶パネル等の画像を直接撮像した場合でも入力画像の歪みや変形等が生じる場合がある。もちろん、上記のような縁部分31が入らないように撮像手段や検査対象の画面を正確にセットして撮像した場合、例えば撮像手段の視野内に検出対象の画面部分全体が収まるように視野が正確にセットされている場合には、この表示エリア抽出処理および次に述べる補正処理は省略することが可能であり、撮像により取り込まれた画像が直接、原画像となる。
【0047】
入力画像11が図21(a)のように歪んだりしているような場合には、同図(b)に示すように、画面部分の表示エリア画像12のみを抽出し、これに幾何学的変形を施して正確な長方形になるように補正した表示エリア補正画像13を作成する。この表示エリア補正画像13がここでは実際の検査対象となる原画像である。
幾何学的変形による画像の補正処理は、前記スクリーン3の縁部分31を含まない表示エリア画像12のその四隅の座標をパターンマッチング処理により検出し、その座標が長方形の四隅の座標に合致するように表示エリア画像12の全ての画素データを座標変換することにより行う。
このときに設定する長方形のサイズを、例えば1200×1000画素サイズとすることで、原画像13の画像サイズは1200×1000画素となる。このサイズについては、特に固定しているわけではなく、CCDカメラの画素サイズと同等か、それに近いサイズで設定すればよい。
【0048】
(2)背景画像差分処理(ステップS12)
背景画像の差分処理とは、上記のように作成された原画像13から、図21(c)に示すような予め作成しておいた背景画像14を減算する処理である。原画像13から背景画像14を減算することによって、原画像13に含まれている検査対象となる液晶パネルに存在する欠陥以外の、撮像手段の照明やレンズ特性等によって生じる欠陥状の明るさの変化を除去することができる。また、この差分処理では、輝度データがマイナスの値とならないように、差分処理後にオフセット値として2048(4096階調の×1/2の値)を加えている。また、背景画像14は、同一の光学系および同一の撮像系を用いて撮像した、複数枚(例えば、20枚程度)のできるだけ欠陥の少ない液晶パネルの撮像画像に基づいて、それらの撮像画像の輝度データを平均化して作成したものであり、予め原画像13と同様な方法で作成され、コンピュータ7の画像メモリに記憶されている。
背景画像差分処理の結果、図21(d)に示すような背景差分画像すなわち検査画像15が得られる。そして、もしあるとすれば、この背景差分画像(検査画像)15の中にサイズやコントラストの異なるシミ欠陥25が存在することになる。
【0049】
(3)フィルタ処理(ステップ13)
このフィルタ処理では、前述したように、遺伝的アルゴリズムに基づく自動計算プログラムによって作成された空間フィルタ、例えば図15に示すフィルタ構成数値が実数からなるフィルタを用いて、上記背景差分画像(検査画像)15に対してフィルタ処理を行う。
フィルタ処理の結果、図21(e)に示すような検出画像16が得られる。すなわち、このフィルタは、検出したいシミ欠陥25の大きさやコントラストに合わせて作成されているため、フィルタ処理により、その大きさやコントラストに対応するシミ欠陥を強調することができる。大きさやコントラストに対応していないシミ欠陥やその他の欠陥部分に対しては、別途それに対応するフィルタを自動計算プログラムに従って作成することで、強調処理を行うことができる。
なお、このフィルタ処理を行う前に、シミ欠陥をそれ以外の背景の部分(欠陥の無い部分)から分離するための前処理として、背景差分画像(検査画像)15に対してノイズ除去の効果のある平坦化処理を行ってもよい。
【0050】
(4)統計計算(ステップS14)
次に、上記のように、シミ欠陥25または欠陥候補と考えられる部分(領域)が強調された検出画像16に対して、その検出画像16内の各画素の輝度データを用いて、画面全体での輝度データの統計計算を行う。統計計算では、輝度データの平均値Aveと標準偏差σを求める。この2つの輝度統計データから、白シミ、黒シミを検出するための閾値を、例えば次のように決定する。
白シミ閾値:Ave+Kσ
黒シミ閾値:Ave−Kσ
ただし、Kは任意の数値で、通常、2〜4に設定される。この数値は、検出対象に合わせてフィルタ処理の演算結果により調整する。
従って、白シミ、黒シミを検出するための閾値を、検出画像16内の輝度データを統計計算することにより、その輝度統計データに基づいて自動的に決定することができる。そのため、閾値が人為的・試行錯誤的でなく、客観的・相対的なものとなる。
【0051】
(5)欠陥候補の抽出(ステップS15)
そして、上記検出画像16内に白シミ欠陥や黒シミ欠陥があるかどうかを、上記閾値に基づいて判断する。すなわち、上記フィルタ処理の演算結果Iが、
I>Ave+Kσとなる領域があれば、その領域を白シミ欠陥候補として抽出する。また、
I<Ave−Kσとなる領域があれば、その領域を黒シミ欠陥候補として抽出する。
また、フィルタ処理の演算結果Iが、上記2つの閾値の範囲内に入っているときには、シミ欠陥は皆無であるので、この段階でその製品は良品と判定され、検査を終了する。
【0052】
(6)ブロブ処理(ステップS16)
上記抽出処理において、白シミ欠陥候補、あるいは黒シミ欠陥候補、もしくは両方の欠陥候補が抽出された場合には、その欠陥候補についてブロブ(Blob)処理を行い、欠陥候補の大きさ、座標位置、識別するための番号、輝度値を求める。このとき、抽出された欠陥候補が白シミ欠陥候補であれば輝度値の最大値を、黒シミ欠陥候補であれば輝度値の最小値を求める。また、ブロブ(Blob)とは、2値化処理などで切り出された画像内に存在する特定のグレイスケールの値、または値の範囲を持った「かたまり」(領域)のことであり、従って、ここでいう「ブロブ(Blob)処理」とは、その領域の様々な特性値を求める処理で、画像処理で使用されるブロブツールなどを用いて、抽出された欠陥候補領域内の様々な特性値を求めることをいう。ここで求められた欠陥候補領域内の特性値は次に述べる評価値の計算で使用する。
【0053】
(7)評価値の計算(ステップS17)
ここでは、欠陥候補として検出されブロブ処理が行われたシミ欠陥について、上記輝度統計データ(平均値Ave、標準偏差σ)と、ブロブ処理で求めた特性値(輝度最大値、輝度最小値)を用いて、次式により評価値Eを計算する。
白シミ:
E=(輝度最大値−Ave)/σ
黒シミ:
E=(Ave−輝度最小値)/σ
これらの計算式により、欠陥候補として検出された白シミ欠陥、黒シミ欠陥を、その大きさ(面積)、座標位置、個数(Blob番号)と共に、客観的なデータで定量的に評価することができる。従って、シミ欠陥の検出精度が高いものとなる。なお、シミ欠陥の面積は、当該シミ欠陥に対応する領域の画素数を数えることで求めることができる。また、シミ欠陥の座標位置はその切り出された形状の重心位置のX,Y座標より求めることができる。
【0054】
また、上述した閾値を良品側にシフトして欠陥候補を抽出し、その欠陥候補の評価値を計算した結果で何段階かに製品をいくつかのグループに分類することで、良品内でのシミ欠陥のランク(等級)付けや製品の等級化及び不良の判別が可能となる。例えば、液晶パネルをR(赤)、G(緑)、B(青)のカラー別に、プロジェクタのライトバルブとして使用する場合に、比視感度は緑のとき(波長λ=555nm近辺のとき)が最も高いので、緑のときが最も厳しく、例えば欠陥候補抽出の閾値計算の係数を2にとり、この閾値で欠陥候補が抽出されないものをGの製品、欠陥候補が抽出され評価値の計算結果として全ての欠陥候補の評価値が3未満のものをRの製品、3以上で不良の閾値としている4未満のものをBの製品、それ以上を不良として、等級化することができる。
従って、良品内で製品を等級別に区分することができ、また同じ等級内でも上・中・下などのグレード分けも可能となる。
【0055】
この実施形態は、以上のように遺伝的アルゴリズムに基づいて自動計算された、構成数値が実数のフィルタを用いてシミ欠陥を強調処理するものであるので、液晶パネル等の表示デバイスの画面に存在するシミ欠陥を欠陥サイズの大小にかかわらず、またコントラストの高低にかかわらず、高精度に自動的に検出することができ、かつ、シミ欠陥を個々に定量的に評価することができる。
また、輝度統計データに基づいてシミ欠陥を評価するものであるので、製品や部品の品質データを収集・分析することにより、品質管理に役立てることができ、更なる品質の向上を目指した手法を構築することも可能となる。
【0056】
なお、この実施形態では、遺伝的アルゴリズムに基づくフィルタ作成用の自動計算プログラムと欠陥検出のための検査プログラムは、同じコンピュータ(検査装置本体)7に組み込まれている例で説明したが、別々のコンピュータに搭載してもよい。別々のコンピュータで実現する場合には、検査プログラムのみをこのコンピュータ(検査装置本体)7に組み込み、空間フィルタ作成用コンピュータで自動計算された結果の空間フィルタのデータを画面欠陥の検査に携わるコンピュータ(検査装置本体)7で使用してもよい。
【0057】
本発明は、前記のようなTFT素子を用いた液晶パネルに限られるものではなく、その他のダイオード素子を用いた液晶パネルやプラズマディスプレイ、有機ELディスプレイ、DMD(ダイレクト・ミラー・デバイス)などの表示体部品、ならびにそれらを使用した表示装置・製品の検査に利用することができ、またパネルだけに限らず印刷物等表示物の検査に利用することができるものであり、これらに使用した場合でも本発明の範囲から除外されるものでないことはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【図1】遺伝的アルゴリズムの処理フローを示すフローチャート。
【図2】図1の評価値計算処理のサブルーチンを示すフローチャート。
【図3】図1の交叉処理のサブルーチンを示すフローチャート。
【図4】図1の突然変異処理のサブルーチンを示すフローチャート。
【図5】遺伝子の形で表した解のイメージ図。
【図6】交叉処理の説明図。
【図7】突然変異処理の説明図。
【図8】二次元フィルタデータを遺伝子の形に展開する場合の説明図。
【図9】GAの作成と検証に用いた疑似欠陥画像の模式図。
【図10】対称性を利用したデータ配置例を示すフィルタの構成図。
【図11】正方形フィルタの問題点を示す説明図。
【図12】円形フィルタのデータ配置例を示す構成図。
【図13】円形フィルタの他のデータ配置例を示す構成図。
【図14】フィルタデータの取り得る範囲を示す説明図。
【図15】実数の円形フィルタの例を示す図。
【図16】比較例としての、整数の円形フィルタの例を示す図。
【図17】遺伝的アルゴリズムの解が収束しないフィルタの例を示す図。
【図18】実数の長方形フィルタの例を示す図。
【図19】本発明の実施の形態による画面欠陥検査装置の構成図。
【図20】シミ欠陥の検出処理を示すフローチャート。
【図21】入力画像からシミ欠陥検出画像に至るまでの各画像の模式図。
【符号の説明】
1 プロジェクタ、2 液晶パネル、3 スクリーン、4 画像、5 パターンジェネレータ、6 CCDカメラ、7 コンピュータ、8 表示装置、10 検査対象画面、11 入力画像、12 表示エリア画像、13 原画像(表示エリア補正画像)、14 背景画像、15 検査画像(背景差分画像)、16 検出画像、20 疑似シミ、21 欠陥エリア、22 正常エリア、25 シミ欠陥、31 スクリーンの縁部分
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a spatial filter used for image processing, and in particular, to a spatial filter created using a genetic algorithm (Genetic Algorithm), a method for creating the spatial filter, an automatic calculation program for creating the spatial filter, and a space for the spatial filter The present invention relates to a method and an apparatus for inspecting a screen defect such as a spot defect using a filter.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, when a defect of a screen of a liquid crystal display device or the like is detected by image processing, a filtering process using a spatial filter is performed to emphasize the feature of the defect. In the filtering process, numerical values constituting the spatial filter and the shape of the spatial filter are devised in accordance with the type of defect (linear, point-like, planar defect, etc.) to be detected, the size, and the like. Then, using the spatial filter created in this manner, a portion having a defect is selectively extracted from the image to be inspected to improve the detection accuracy (for example, see Patent Document 1).
[0003]
[Patent Document 1]
JP 2001-28059 A (paragraphs [0017] to [0021], FIGS. 2 to 6)
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
When filter processing is used for defect detection using image processing, it is necessary to adjust the configuration values and shape of the spatial filter so that defects can be detected efficiently and selectively. It is based on an existing spatial filter, and as shown in Patent Document 1, the filter configuration value is an integer, so there is a limit in adjustment work, and it is difficult to increase the detection power. was there.
Also, the adjustment of the filter configuration numerical value has been performed by humans because there was no method for automatically calculating the spatial filter according to the defect. Therefore, there is a problem in that the burden on the creator of the spatial filter is large, and it takes much time to create the spatial filter.
[0005]
The present invention has been made in view of the above-described problems, and enables fine adjustment by automatically calculating filter configuration values using a genetic algorithm in accordance with the state of a screen defect to be inspected. To provide a spatial filter with improved detection power, a method of producing the spatial filter, an automatic calculation program for producing the spatial filter, and a method and an apparatus for inspecting a screen defect using the spatial filter. I have.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
A spatial filter according to the present invention is a spatial filter for image processing created using a genetic algorithm, wherein the filter numerical values constituting the spatial filter are real numbers.
The spatial filter (hereinafter, also simply referred to as “filter”) of the present invention is a filter having a real number which is automatically calculated based on a genetic algorithm and has a real number. It is possible to make an immediate response and fine adjustment is possible, so that the detection power can be improved.
[0007]
Further, in the spatial filter of the present invention, the filter numerical values are arranged symmetrically with respect to the filter center.
Therefore, it is only necessary to arrange the same numerical value in a copy point-symmetrically with respect to the center of the filter, so that the data amount can be substantially reduced and the time required for automatic calculation of the filter can be reduced.
[0008]
Further, by arranging the filter numerical value in a substantially circular shape with respect to the center of the filter, the filter is not affected by the luminance change near the four corners generated by the normal rectangular filter, and the defect size is large. However, accurate defect detection becomes possible. Further, since the data amount is further reduced, the automatic calculation time of the filter can be further reduced.
[0009]
Furthermore, by setting the data to be put in an area substantially equidistant from the center of the filter to the same numerical value, a substantially circular filter can be formed, and the data amount is further reduced. The time can be significantly reduced.
[0010]
Further, a method of creating a spatial filter according to the present invention is a method of creating a spatial filter for image processing based on a genetic algorithm,
In an input image including a detection target, a detection region including a defective portion to be detected by a spatial filter, and a step of setting a plurality of partitioned detection regions of a region including a normal portion that may not be detected,
Encoding the data of the spatial filter and expanding it into one-dimensional data, thereby setting the genetic algorithm as a gene;
A step of filling the numerical value in the gene by generating a real random number,
Preparing a large number of said genes in combination of real numbers,
Performing a crossover process and / or a mutation process on the prepared gene to repeat generation alternation while generating a new gene;
Returning a new gene generated by the crossover process and / or the mutation process to the spatial filter by a procedure reverse to the encoding, and performing a filter process on the image of the partitioned detection region;
A gene pattern is obtained such that the difference between the calculation result of the detection area of the defective part in the filtering process and the absolute value of the calculation result of the detection area of the normal part becomes maximum and the calculation result in the flat part of the image becomes zero. And a process.
[0011]
If a genetic algorithm is used, crossover processing and mutation processing are performed on a large number of prepared genes, and generation alternation is repeated while constructing a new gene. An optimal solution or a suboptimal solution close to the optimal solution can be obtained. That is, in order to create and verify a filter, an input image including a detection target is used, a plurality of divided detection areas are set in the image, and filter data set in two dimensions is encoded and primary-coded. By expanding to the original, it is set as a gene of the genetic algorithm, and furthermore, the numerical value in the gene is filled by generating a real random number, a large number of these genes are prepared, and crossover processing is performed using the prepared genes. And / or a new gene generated by performing the mutation process is returned to the filter in the reverse procedure of the above-described coding, and the image of the detection region is subjected to the filter process. And a gene pattern in which the difference between the absolute value of the calculation result of the normal part and the calculation result of the normal part becomes maximum, and the calculation result in the flat part of the image becomes zero. This makes it possible to automatically create a filter consisting of an optimum real number for detecting the set detection target.
[0012]
In addition, the spatial filter creation program according to the present invention includes, in an input image including a detection target, a plurality of detection regions including a defective portion to be detected by a spatial filter and a region including a normal portion that need not be detected. A function to set a divided detection area,
By encoding the data of the spatial filter and developing it into one-dimensional data, a function of setting as a gene of a genetic algorithm,
A function to fill the numerical value in the gene by generating a real random number,
A function of storing a large number of the genes in a combination of real numbers and performing a crossover process and / or a mutation process on the stored genes to repeat generation alternation while generating a new gene. When,
A function of returning a new gene generated by the crossover process and / or the mutation process to the spatial filter by a procedure reverse to the encoding, and performing a filter process on the image of the partitioned detection region;
A gene pattern is obtained such that the difference between the calculation result of the detection area of the defective part in the filtering process and the absolute value of the calculation result of the detection area of the normal part becomes maximum and the calculation result in the flat part of the image becomes zero. The feature is that a computer realizes the functions.
[0013]
Therefore, the spatial filter of the present invention can be automatically created by the automatic calculation program based on the genetic algorithm configured as described above, and the space having a high power of detection corresponding to the state of the defect to be detected. A filter can be created in a short time.
In addition, when performing the automatic calculation by this program, the upper limit and the lower limit of the filter numerical value are set in advance. Within the range, an optimum filter having a real number is automatically calculated.
[0014]
As the input image, an image from which an actual defect is to be detected is used, or an artificially created image having a defective portion whose luminance difference and / or size is changed stepwise is used.
When using artificial images that artificially create defects, it is possible to consider various defect patterns rather than using actual images, and to create and verify filters to some extent in a state corresponding to the actual case Can be done in a short time.
[0015]
According to the screen defect inspection method of the present invention, in the filter processing of image processing for detecting a screen defect to be inspected, the spatial filter according to any one of claims 1 to 4 or the creation according to claim 5. A spatial filter created by the method or a spatial filter created by the creation program according to claim 6 is used.
Therefore, the filter processing is performed using a filter having a real number, so that fine adjustment can be performed in accordance with the state of the defect, and the detection power can be improved.
[0016]
Further, the screen defect detection method of the present invention includes a step of imaging a screen to be inspected, a step of performing filter processing for defect enhancement on an image captured by the imaging, and Extracting a defect candidate by setting a threshold value for the
The spatial filter according to any one of claims 1 to 4, or the spatial filter created by the creating method according to claim 5, or the spatial filter created by the creating program according to claim 6. Is used.
[0017]
According to another aspect of the present invention, there is provided a screen defect inspection apparatus including: an imaging unit configured to capture an image of a screen to be inspected; and a computer that incorporates the spatial filter creation program according to claim 6. Is configured to execute the screen defect inspection method according to claim 7 or 8.
The spatial filter creation program based on the genetic algorithm and the inspection program for executing the defect detection processing may be mounted on the same computer as the main body of the inspection apparatus, or may be mounted on another computer.
In the case of realization by a separate computer system, the spatial filter of the present invention is created by a personal computer for creating a spatial filter, and the computer on the inspection apparatus side performs the filtering process using the spatial filter.
[0018]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
Embodiment 1 FIG.
A. Processing flow of genetic algorithm
First, the processing flow of the genetic algorithm applied in the present invention will be described with reference to the flowchart of FIG. The description from A (1) to A (5) is an example of a genetic algorithm, and is not limited to this processing in the present embodiment.
(1) Generation of initial solution group (step S1)
A genetic algorithm (hereinafter sometimes abbreviated as “GA”) expresses a solution in the form of a gene when solving a problem. FIG. 5 shows an image of a solution expressed in the form of a gene. Although two values of 0 and 1 are entered as numerical values constituting the solution, the values are not limited to these values, and values are entered according to the problem. In some cases, characters may be entered instead of numbers.
If the solution cannot be replaced with the form of a gene, GA cannot be applied, so for a problem that cannot be replaced as it is, the problem must be reinterpreted and the solution must be expanded to the form of a gene. . At this time, even if the solution of the problem and the shape of the gene are not the same, there is no problem as long as they are converted to correspond one-to-one.
If the solution can be replaced with the form of a gene, several tens to several hundreds of solutions represented in the form of a gene are prepared as an initial solution group. The number of solutions to be prepared may be larger depending on the situation. In the embodiment, 1,000 initial solutions are prepared.
In the prepared solution, values are randomly distributed within a possible range of the solution so as to minimize bias. Depending on the problem to be applied, there may be a pattern (lethal gene) for which a solution does not hold, but the evaluation value described in the following (2) should be set to 0 (the lowest value), or the gene should be replaced at that time. The problem is dealt with by erasing from the solution group.
When the form of the solution gene is applied to an actual problem, it may be realized in any form as long as it is represented by a one-dimensional data string as shown in FIG. When a program is formed, it is often represented by an array, and in the embodiment, an array (for example, an array composed of 64-bit floating point numbers. Since real numbers include integers, data types are particularly limited. However, an array composed of 32-bit integer gutter data may be used.)
[0019]
(2) Solution evaluation value calculation (steps S2 and S6)
Next, an evaluation function is set so that the generated solution can be evaluated. The evaluation function is used to calculate an index (evaluation value) that indicates how close the optimal solution is when the solution expressed in the form of a gene is returned to the actual solution (here, the filter configuration). Yes, settings are made so that the closer to the optimal solution, the greater the value that is output. The evaluation function is not particularly limited to numerical calculation, and may be obtained as a result of an algorithm. In the embodiment, the evaluation function is set based on the process of returning the solution expressed in the form of the gene to the form of the filter configuration and performing the filtering process on the detection region, and becomes 0 in a flat portion of the image. The larger the difference between the processing result for the defective part and the absolute value of the processing result for the normal part, the better the defective part is detected, and the better the solution is. Is an evaluation function.
The GA uses the evaluation value obtained as a result of the evaluation function to determine whether the solution is superior, and performs processing so as to leave an excellent solution.
[0020]
(3) Selecting a solution to be processed (step S3)
When the solution is replaced with the gene form and the evaluation function can be set, the solution is crossed over and mutated. However, the crossover process uses two solutions. Two solutions must be selected from the solution group.
In GA, processing is performed on the assumption that a superior solution is generated from a superior solution. Therefore, a solution is selected from a parent solution group with a high evaluation value (excellent solution) if the evaluation value is high. If it is low (recessive solution), a solution is selected by performing an operation so as to be selected with a low probability.
By doing so, the probability of using a solution having a low evaluation value is reduced, and the solution is naturally eliminated.
[0021]
(4) Crossover and mutation processing (steps S4 and S5)
As shown in FIGS. 6 and 7, the selected solution is subjected to crossover processing (crossing) and mutation processing to generate a new solution.
[0022]
[Crossover]
The solution expressed in the form of a gene is cut at an arbitrary position, and exchanged between two solutions (parent) to generate a new solution (child). In this process, a solution with a different pattern from the past is generated (the same solution may be generated in the process near convergence, but this is not a problem).
FIG. 6 shows an example of the crossover process. There are several types of crossover methods, and FIG. 6 shows a method of cutting one point (one-point crossover). In addition, there are a method of cutting at two points (two-point crossover) and a method of randomly selecting a crossing pattern, and these methods may be used.
As a result of performing the crossover processing, a pattern (lethal gene) that does not exist as a solution may occur. In this case, if the evaluation value is 0 (the lowest value) and the evaluation value cannot be used, Control crossover to avoid lethal genes.
[0023]
[mutation]
A part of the solution is randomly selected and replaced with other data. In FIG. 7, one data is replaced. However, in some cases, several data may be changed at the same time.
By performing this operation, even if a local solution falls in the middle of the process, it is possible to escape from the local solution and further converge to the optimal solution.
Even in the mutation process, a lethal gene may be generated. Therefore, as in the case of the crossover process, control is performed by using an evaluation value, or the data is generated so that the gene does not become a lethal gene.
[0024]
(5) End determination (step S7)
While performing crossover processing and mutation processing, retain the evaluation value with the highest evaluation value for each generation, and set a value that suits the purpose (optimal solution) or a value that does not cause any problem as a solution ( When the (sub-optimal solution) occurs, the process ends. If the level at which the solution is not reached has been reached, the process returns to the solution selection process in step S3, and the GA process is repeated.
Depending on the problem to be applied, it may not be clear whether the solution being calculated is close to the optimal solution, but in this case, the process is forcibly terminated by the number of repetitions, The level of the solution is determined while observing the change in the maximum evaluation value (for example, when the rising curve of the maximum evaluation value for each generation change has settled substantially horizontally), and the processing is terminated.
[0025]
B. Application of Genetic Algorithm to Automatic Filter Calculation Program
(1) Gene expression of filter
To apply a genetic algorithm to a filter, the solution must first be represented in the form of a gene. In the present invention, since the filter data (numerical values or coefficients constituting the filter) is a solution, this is expressed in the form of a gene. Filter data used in image processing is two-dimensional data.
FIG. 8 shows an example of expanding the filter data of the 5 × 5 pixel filter into one-dimensional data. This figure is an example in which a two-dimensional array is decomposed for each row and recombined in a one-dimensional form to represent a genotype. There is no problem with this method as long as the rules are not changed in the same process. For example, the data may be expanded to one-dimensional data by another method, such as expansion for each column.
[0026]
Once the shape of the gene is determined, fill it with numerical values. At this time, the values are filled using random numbers so that the values are dispersed. In the embodiment, a real random number is generated and used.
Here, how to set the range of the upper limit and the lower limit which the filter numerical value can take becomes a problem. In the embodiment, the upper limit is set to 10 and the lower limit is set to -10, and a random number is generated within the range to generate a solution.
The upper limit and the lower limit are not limited to these values. In actual image processing, the range of data that can be taken by the filter numerical value only acts as a bias of the detection sensitivity. As long as the condition is fixed, the processing is not affected, and there is no particular problem.
By the way, if the upper and lower limits are not set, the amount of calculation becomes enormous, the processing does not converge, and the detection sensitivity varies, making it impossible to compare whether the solution is excellent.
[0027]
(2) Evaluation function setting for filter solution
Set up an evaluation function to evaluate the solution.
In the filtering process for defect detection,
(A) If the detection target has a defect feature, the processing result is as large as possible.
(B) If there is no flat data, the processing result is 0.
(C) When there is a negative correlation with the feature of the defect, the processing result is negative and the absolute value is as large as possible.
It is desirable that the above three conditions hold.
However, the condition (c) does not need to be considered as long as the condition (b) is satisfied because the relationship is exactly opposite to that of the condition (a), and is excluded in the processing of the embodiment.
In addition, for data that is not flat data but has a change in luminance but is not to be detected as a defect, consideration is given to reducing the processing result.
[0028]
Based on the above conditions, humans judge the part that they want to detect as a defect and the part that they do not want to detect with the filter size designed from the target image to be automatically calculated, and select several points, and use the data to evaluate the evaluation value. Ask for.
In the embodiment, the point using a plurality of areas is a point, and the selection of a plurality of areas has the effect of smoothing, so that the processing can be stabilized at the same time.
In addition, by selecting the same part a plurality of times, it is possible to calculate the part so that it reacts more strongly than the other parts. Is also possible. That is, the difference between the sum of the filter processing results of a plurality of parts to be detected as a defect and the sum of the absolute values of the filter processing results of a plurality of parts not to be detected as a defect is large, and the calculation result in a flat part of the image is 0. Then, an evaluation function is set so that the evaluation value becomes higher when the evaluation value becomes higher, and the evaluation value is obtained.
[0029]
FIG. 9 shows a pseudo sample of a panel defect used for creating and verifying the algorithm.
In order to use the actual sampled defect for algorithm verification, it is necessary to arrange various variations of images so that the defect pattern does not drop as much as possible, but it requires a considerable amount of time In the embodiment, the algorithm is created and verified by using the pseudo stain 20 created by changing the luminance value and the area stepwise.
FIG. 9 shows an area setting image of the program created in the embodiment, in which four portions 21 to be detected and five portions 22 not to be detected are set, that is, a total of nine portions. The selected area is a portion surrounded by a rectangle, and the area where the pseudo-stain 20 is included in the rectangle is the part 21 to be detected, and the other square areas are the parts 22 not to be detected. The image size of each of the selected detection areas 21 and 22 is 35 × 35 pixels.
[0030]
The evaluation value is obtained using the images of the set detection areas 21 and 22. For the calculation of the evaluation value, the convolution operation generally used as the operation of the filter processing is directly used.
FIG. 2 shows a subroutine in the evaluation value calculation process of FIG. The one-dimensional array represented in the form of the solution is returned to the form of the filter, which is two-dimensional data, by performing processing reverse to the processing shown in FIG. 8 (step S21 or S61), and the selected target area 21, A convolution operation is performed on the block 22 (step S22 or S62).
First, an offset value is added to all the filter numerical values so that the result becomes 0 in a portion where there is no change in luminance, and so that the total sum of all the filter numerical values becomes 0. The offset value is obtained by dividing the sum of the filter constituent values by the number of filter constituent values (for example, 225 in the case of a 15 × 15 pixel filter, and in the case of a circular filter to be described later, the number of areas in which the numerical values are stored), and Calculate by inverting.
With respect to the filter to which the offset value is added, a convolution operation is performed on a portion (defective area) 21 to be detected by the filter in the above-described area setting, and the result is added as it is, and the portion not to be detected (normal For the area 22), the absolute value of the result is taken and subtracted, and this calculation is performed for all the set portions to obtain an evaluation value.
[0031]
(3) Crossover processing
FIG. 3 shows a subroutine in the crossover process of FIG.
As described above, in the crossover process, two solutions are selected from a prepared initial solution or a group of solutions replaced after the crossover and mutation processes in FIG. 1 (step S41). Next, the cutting position of the solution is set by a random number (step S42), and a part of the data is exchanged between the parent solutions as shown in FIG. 6 to generate the child solution (step 43).
[0032]
(4) Mutation processing
FIG. 4 shows a subroutine in the mutation process of FIG.
In the mutation process, first, a mutation position (a position at which a part of the data of the parent solution is exchanged) is set by a random number (step S51, see FIG. 7). Then, a part of the parent solution data is exchanged to generate a child solution (step S52), and the generated child solution is exchanged with the parent to generate a new solution (step 53).
As described above, the parent is replaced by the generated new solution (child) while the crossover and mutation processes are repeated, and the evaluation value calculation of step S6 in FIG. 1 is performed on the replaced solution (parent). Thus, the filter numerical value can be made closer to the optimal solution.
[0033]
Next, the gene expression of the above-described filter will be described with examples.
In the first embodiment, gene expression was performed using all data in a two-dimensional space (square area) constituting a filter. By adopting such a configuration, a filter that emphasizes a defect to be detected can be automatically calculated as long as the defect is within the filter size set for calculation.
Even in the case of a linear defect, it may not fit in the length direction, but when the filter is moved in the direction of the line, the characteristics at each position do not change so much, so that the linear defect can be used as it is. However, in this configuration, since the calculation is performed in consideration of all the data, the amount of calculation increases, and there is a disadvantage that the calculation takes time. In addition, since the filter to be calculated is swung to the shape of the defect, the filter becomes limited as the defect is more limited in detection as the shape of the defect moves away from the circle.
When detecting a linear defect, there is no other way than to use such a filter, but for a planar defect (smear, unevenness, etc.), the number of filters applied to the inspection should be as small as possible depending on the directionality. It is necessary to reduce the number and make the structure generally usable.
[0034]
Therefore, in a second embodiment, an example will be described in which data generation is restricted so that the direction dependence of the filter is eliminated, and the calculated result is configured so as to be generally applicable to a planar defect. . Since the base is a genetic algorithm, only the gene expression changes, and the other parts do not change.
The defect to be calculated is a linear defect, which always has a directivity, and therefore has no directivity and has a certain degree of shape, such as a stain defect.
In the configuration of the filter, the following concept and method are applied.
[0035]
(I) Use of symmetry
Among filters used in image processing, filters that detect a certain amount of lump are generally arranged point-symmetrically with respect to the center of the filter as an axis.
When the condition for eliminating the direction dependency is added to this condition, the arrangement of the data is further limited, and the data is symmetrical about four axes, that is, a vertical axis, a horizontal axis, and two diagonal axes. Placed in
FIG. 10 shows an example of data arrangement using symmetry. According to this method, it is only necessary to create the data of the area surrounded by the thick line in FIG. 10 and copy the value to the position of the same code outside the thick line frame in FIG.
Due to this limitation, taking a 9 × 9 pixel filter as an example, in the first embodiment, 81 data must be used for processing. However, by using symmetry, 15 data can be used for processing. Can be reduced.
[0036]
(Ii) Application of circular filter
As the filter size to be designed increases, the diameter in the horizontal direction and the diameter in the oblique direction greatly differ, and thus the following problems occur.
FIG. 11 is a diagram for explaining this, and shows an example of a filter of 9 × 9 pixels. Actually, the filter configuration numerical value is a point value and has no area information, but is represented as a square area for easy understanding in description.
As shown in FIG. 11, there is an extra area in the diagonal direction that is larger than the diameter in the horizontal and vertical directions, and this area is an area that is extraly considered in the filter calculation. For example, if there is a bright point at the position b in FIG. 11, it affects the filter calculation value. However, if there is a bright point at the position a at the same distance from the center, it is out of the range of the filter processing. , Does not affect the filter calculation value. Therefore, the position of b is an irregular area when calculating the filter value.
[0037]
Therefore, in order to solve this problem, the shape of the filter is made closer to a circle, and an extra area is omitted from the processing.
FIG. 12 shows an example of data arrangement in the case where the concept of (i) data symmetry and the concept here are applied to a 9 × 9 pixel filter.
In the image processing, since discrete data is handled, a circular shape is not accurately obtained as shown in FIG. However, rather than performing the processing in a square state as it is, each direction is somewhat improved. In addition, as shown in FIG. 12, by considering the circular filter, 15 data can be further reduced to 13 data, which is advantageous from the viewpoint of data amount.
[0038]
The processing area set in FIG. 12 is set as an area to be processed within an area touching the circle shown in FIG. 11, and the other areas are set as areas to be omitted from the processing.
This definition is not limited, and the area of the area divided by the circle may be compared, and if the area inside the circle is large, the area may be defined as a processing area, or may be defined as a processing area. Although the direction area becomes smaller, an area completely inside the circle may be set as the processing area. Although the circle is considered at the center of the center pixel, the circle may be outside the center pixel.
[0039]
(Iii) Equidistant areas are processed with the same data
In the filter processing, the center of the filter is the position where the result of the filter processing is stored. Therefore, it can be said that the filter configuration numerical value is a coefficient indicating how much a nearby pixel exerts an influence on a central pixel in consideration of a detection target. Then, those that are equidistant from the center pixel should have the same effect, so that those that are equidistant from the center pixel must have the same numerical value.
FIG. 13 shows the result of applying this concept to a filter of 9 × 9 pixels.
Similar to FIG. 12, since discrete data is handled in the image processing, there is no strictly equidistant area in the 1/8 area where data is generated. Therefore, in FIG. 13, the distance from the center is divided every 0.3 steps (pixels), and the values falling within the same step are set to the same numerical value as equidistant data. For example, in FIG. 13, the value of d is 0.3 × (13 to 14) = 3.9 to 4.2 pixels from the center pixel a, and the area in this range has the same numerical value as equidistant data. Is set.
By performing such processing, data can be further reduced from 13 to 10. In FIG. 13, the distance is divided every 0.3 steps, but this value is not particularly limited, and any value of 1 or 0.5 may be fixed in the process.
[0040]
In addition, by adopting such a form, it is possible to weight the filter configuration numerical values based on distance data from the center. For example, it is possible to design a filter configuration numerical value such that the influence of the pixel is larger nearer the center and smaller as the distance from the center is smaller.
For example, FIG. 14A shows the case where the same data range is set in all regions, but as shown in FIG. 14B, the center position of the value of a in FIG. The data is set as described above, and this range is reduced as the distance from the center deviates, and the value of e in FIG. 13, which is the end data, is set in the range of +5 to -5. The data during this time can be distributed by the ratio of distance to set a data range, and can be calculated by a genetic algorithm.
By performing the above operation, the direction dependency of the filter can be eliminated, the amount of calculation of the genetic algorithm can be reduced, and the calculation time can be shortened.
[0041]
FIG. 15 shows an example of a filter value of 27 × 27 pixels automatically calculated based on the genetic algorithm described above. This filter is substantially constituted by a circular filter, and the numerical value constituting the filter is a real number with three digits after the decimal point. Therefore, for a defect such as a stain, the filter pattern can be more finely adjusted by a real number, and the detection power can be improved.
On the other hand, FIG. 16 shows an example in which the same filter value of 27 × 27 pixels is configured by an integer. This was created based on the inventor's experience so far, and the results when the real number filter shown in FIG. 15 and the integer filter shown in FIG. 16 were applied to a certain spot image were as follows.
Real number filter evaluation value 7.39
Integer filter evaluation value 7.32
The evaluation value was obtained by applying a filter process to the stain image and normalizing the result, in order to determine how many times the maximum brightness value of the stain portion becomes the variance σ of the brightness value of the entire screen. Things.
As a result, the detection power using the evaluation value is almost the same. However, in the case of a real number filter, it can be created in tens of seconds due to automatic calculation, whereas in the case of an integer filter, trial and error must be repeated for creation and evaluation, which takes a considerable amount of time.
FIG. 17 shows an example in which the solution does not converge in the genetic algorithm. In this case, it can be seen that the filter numerical value is a meaningless real number.
[0042]
Other embodiments
In the first embodiment, a square filter is set, and in the second embodiment, a filter having a circular area is set. However, the filter may have another shape. For example, in a filter for detecting a line, a rectangle as shown in FIGS. 18A and 18B is conceivable, and there is no problem with other arbitrarily set shapes.
Also, the filter size is not particularly limited, but can be adjusted from 10 × 10 pixels to 55 × 55 pixels so as to correspond to the size of the stain defect.
[0043]
As described above, according to this embodiment, a filter having a real number can be created in a very short time by automatically calculating a filter according to a target defect. In addition, since the constituent values can be finely adjusted according to the size of the defect, the state of the luminance difference, and the like, the detection power for the defect can be improved.
Furthermore, since the filter size and the filter shape are not limited and can be designed freely, it is possible to quickly respond to the detection of various defects.
[0044]
Embodiment 2 FIG.
FIG. 19 is a configuration diagram showing the outline of the screen defect inspection apparatus of the present invention.
This embodiment shows an example of detecting a spot defect on a liquid crystal display screen by using a spatial filter automatically calculated based on the above-described genetic algorithm.
Here, for example, the screen 10 to be inspected is a projection screen of a liquid crystal panel (also referred to as a liquid crystal light valve) 2 using TFT elements by the projector 1. When performing an inspection, the image 4 is projected on the screen 3 by the projector 1. The image 4 is drawn by giving a predetermined pattern to the liquid crystal panel 2 by the pattern generator 5. For example, an image 4 is picked up by a CCD camera 6 as an image pickup means, and the image signal is converted from an analog signal to a digital signal by an A / D converter (not shown) and is taken into a computer 7 which is a main body of the inspection apparatus. At this time, the image data is represented by, for example, 12-bit data with black being “0” and white being “4095” for each pixel by the A / D converter with a luminance value of 4096 gradations. Further, the computer 7 incorporates an automatic calculation program for creating a filter based on a genetic algorithm and an inspection program for detecting defects, and according to these programs, the computer 7 causes the image of the image 4 stored in the image memory to be read. By processing the data by a method described later, a stain defect is detected for each light / dark defect. At the time of defect detection, after performing filter processing for defect enhancement using the filter created by the above automatic calculation program, statistical processing of the luminance information in the detected image is performed, and based on the statistical data, A threshold for extracting the defect candidate is determined, the defect candidate is extracted, and an evaluation value for quantitatively evaluating the extracted defect candidate is calculated. These inspection results are displayed on the display device 8.
[0045]
FIG. 20 is a flowchart used in the stain defect detection processing, and FIG. 21 is a schematic diagram of an image after image processing in each stage from an input image to a stain defect detection image. This spot defect detection processing is automatically performed according to the inspection program incorporated in the computer 7 or the image processing apparatus.
The processing procedure will be described with reference to the flowchart of FIG.
[0046]
(1) Display area extraction processing (step S11)
Extracting a display area means extracting only a screen portion to be inspected from an input image captured by imaging. For example, FIG. 21A shows an input image at the time of imaging. As shown in this figure, the input image 11 at the time of imaging includes the edge portion 31 of the screen 3 or the display area image 12 corresponding to the screen portion is not exactly rectangular but is distorted obliquely with respect to the screen 3. May go out. This is because the screen 3 and the CCD camera 6 of the image pickup means are not exactly parallel, or distortion occurs due to the characteristics of the projection lens of the projector 1 and the lens characteristics of the CCD camera 6. . In addition, even when an image of a liquid crystal panel or the like is directly captured instead of indirectly captured as described above, distortion or deformation of the input image may occur. Of course, when the imaging unit or the screen of the inspection target is accurately set and imaged so that the edge portion 31 does not enter as described above, for example, the field of view is set so that the entire screen portion of the detection target falls within the field of view of the imaging unit. When set correctly, the display area extraction processing and the correction processing described below can be omitted, and the image captured by imaging directly becomes the original image.
[0047]
In the case where the input image 11 is distorted as shown in FIG. 21A, only the display area image 12 of the screen portion is extracted as shown in FIG. A display area correction image 13 that is deformed and corrected to an accurate rectangle is created. Here, the display area correction image 13 is an original image to be actually inspected.
The image correction processing by the geometric deformation detects the coordinates of the four corners of the display area image 12 that does not include the edge portion 31 of the screen 3 by pattern matching processing, and makes the coordinates match the coordinates of the four corners of the rectangle. This is performed by performing coordinate conversion on all pixel data of the display area image 12.
By setting the size of the rectangle set at this time to, for example, 1200 × 1000 pixels, the image size of the original image 13 becomes 1200 × 1000 pixels. This size is not particularly fixed, and may be set to a size equal to or close to the pixel size of the CCD camera.
[0048]
(2) Background image difference processing (step S12)
The background image difference process is a process of subtracting a previously created background image 14 as shown in FIG. 21C from the original image 13 created as described above. By subtracting the background image 14 from the original image 13, other than the defects existing in the liquid crystal panel to be inspected included in the original image 13, the defect-like brightness caused by the illumination of the imaging means, the lens characteristics, etc. Changes can be eliminated. In addition, in this difference processing, 2048 (× 1 / value of 4096 gradations) is added as an offset value after the difference processing so that the luminance data does not become a negative value. Further, the background image 14 is based on images of a plurality of (for example, about 20) liquid crystal panels with as few defects as possible, which are imaged using the same optical system and the same image pickup system. It is created by averaging the luminance data, is created in advance by the same method as the original image 13, and is stored in the image memory of the computer 7.
As a result of the background image difference processing, a background difference image as shown in FIG. Then, if any, the background difference image (inspection image) 15 includes a spot defect 25 having a different size and contrast.
[0049]
(3) Filter processing (step 13)
In this filter processing, as described above, a spatial filter created by an automatic calculation program based on a genetic algorithm, for example, a filter shown in FIG. 15 is subjected to filter processing.
As a result of the filter processing, a detection image 16 as shown in FIG. That is, since this filter is created in accordance with the size and the contrast of the stain defect 25 to be detected, the filter process can emphasize the stain defect corresponding to the size and the contrast. For a stain defect or other defect portion that does not correspond to the size or contrast, an enhancement process can be performed by separately creating a filter corresponding to the defect according to an automatic calculation program.
Before performing the filtering process, the background difference image (inspection image) 15 is subjected to a noise removal effect as a pre-process for separating a stain defect from other background portions (portions without defects). A certain flattening process may be performed.
[0050]
(4) Statistical calculation (Step S14)
Next, as described above, for the detected image 16 in which the portion (region) considered to be a stain defect 25 or a defect candidate is emphasized, the luminance data of each pixel in the detected image 16 is used to cover the entire screen. Statistical calculation of the luminance data of. In the statistical calculation, the average value Ave and the standard deviation σ of the luminance data are obtained. From these two pieces of luminance statistical data, a threshold value for detecting white spots and black spots is determined as follows, for example.
White spot threshold: Ave + Kσ
Black stain threshold: Ave-Kσ
However, K is an arbitrary numerical value and is usually set to 2 to 4. This numerical value is adjusted according to the calculation result of the filter processing according to the detection target.
Therefore, the threshold value for detecting white spots and black spots can be automatically determined based on the statistical luminance data by statistically calculating the luminance data in the detected image 16. Therefore, the threshold value is not artificial, trial and error, but objective and relative.
[0051]
(5) Extraction of defect candidate (step S15)
Then, it is determined whether there is a white spot defect or a black spot defect in the detected image 16 based on the threshold. That is, the operation result I of the above filter processing is
If there is a region where I> Ave + Kσ, the region is extracted as a white spot defect candidate. Also,
If there is a region where I <Ave−Kσ, the region is extracted as a black spot defect candidate.
When the result I of the filtering process falls within the range between the two threshold values, there is no stain defect, and the product is determined to be non-defective at this stage, and the inspection ends.
[0052]
(6) Blob processing (step S16)
In the above-described extraction processing, when a white spot defect candidate, a black spot defect candidate, or both of the defect candidates are extracted, blob processing is performed on the defect candidate, and the size, coordinate position, A number and a luminance value for identification are obtained. At this time, if the extracted defect candidate is a white spot defect candidate, the maximum value of the luminance value is obtained, and if the extracted defect candidate is a black spot defect candidate, the minimum value of the luminance value is obtained. A blob is a specific grayscale value existing in an image cut out by binarization processing or the like, or a “block” (area) having a range of values. Here, the “blob processing” is processing for obtaining various characteristic values of the area, and various characteristic values in the defect candidate area extracted by using a blob tool or the like used in image processing. To ask for. The characteristic value in the defect candidate area obtained here is used in calculation of an evaluation value described below.
[0053]
(7) Calculation of evaluation value (step S17)
Here, the above-described luminance statistical data (average value Ave, standard deviation σ) and characteristic values (maximum luminance value, minimum luminance value) obtained by the blob processing are used for the stain defect detected as the defect candidate and subjected to the blob processing. Then, the evaluation value E is calculated by the following equation.
White stain:
E = (maximum luminance value-Ave) / σ
Black stain:
E = (Ave−minimum luminance value) / σ
By using these formulas, it is possible to quantitatively evaluate the white spot defect and the black spot defect detected as the defect candidates together with their size (area), coordinate position, and number (Blob number) by objective data. it can. Therefore, the detection accuracy of the stain defect is high. Note that the area of the spot defect can be obtained by counting the number of pixels in a region corresponding to the spot defect. Further, the coordinate position of the spot defect can be obtained from the X and Y coordinates of the barycentric position of the cut shape.
[0054]
In addition, by shifting the above-mentioned threshold value to a non-defective product side to extract a defect candidate, and calculating the evaluation value of the defect candidate, the product is classified into several groups in several stages based on a result of the evaluation value. It becomes possible to rank defects (grades), grade products, and determine defects. For example, when a liquid crystal panel is used as a light valve of a projector for each of R (red), G (green), and B (blue) colors, the relative luminous efficiency is green (when the wavelength is around 555 nm). Since it is the highest, it is the strictest when it is green. For example, the coefficient of the threshold calculation of defect candidate extraction is set to 2, and the products for which no defect candidate is extracted with this threshold are G products, the defect candidates are extracted and all the evaluation results are calculated as evaluation results. Can be classified as an R product if the evaluation value of the defect candidate is less than 3 and a B product if the evaluation value of the defect candidate is 3 or more and a threshold value of failure and less than 4 as a defective product.
Therefore, products can be classified by grade within good products, and grades such as upper, middle and lower can be made within the same grade.
[0055]
In this embodiment, since the spot defect is emphasized by using a filter having a real number which is automatically calculated based on the genetic algorithm as described above and has a real number, the present embodiment is present on a screen of a display device such as a liquid crystal panel. Regardless of the size of the defect and the level of the contrast, the stain defect can be automatically detected with high accuracy, and the stain defect can be individually and quantitatively evaluated.
In addition, since spot defects are evaluated based on luminance statistical data, collecting and analyzing the quality data of products and parts can be used for quality control, and a method aimed at further improving quality is developed. It is also possible to build.
[0056]
In this embodiment, the automatic calculation program for creating a filter based on a genetic algorithm and the inspection program for detecting a defect have been described as being incorporated in the same computer (inspection apparatus main body) 7. It may be mounted on a computer. In the case of realization by a separate computer, only the inspection program is incorporated in the computer (inspection apparatus main body) 7, and the data of the spatial filter, which is automatically calculated by the computer for creating a spatial filter, is used for a computer (screening) for inspecting a screen defect. The inspection apparatus body 7 may be used.
[0057]
The present invention is not limited to a liquid crystal panel using the above-described TFT element, and displays such as a liquid crystal panel, a plasma display, an organic EL display, and a DMD (direct mirror device) using other diode elements. It can be used for inspection of body parts and display devices and products using them, and can be used not only for inspection of panels but also for inspection of printed matter such as printed matter. It goes without saying that it is not excluded from the scope of the invention.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a flowchart showing a processing flow of a genetic algorithm.
FIG. 2 is a flowchart showing a subroutine of an evaluation value calculation process in FIG. 1;
FIG. 3 is a flowchart showing a subroutine of a crossover process in FIG. 1;
FIG. 4 is a flowchart showing a subroutine of a mutation process in FIG. 1;
FIG. 5 is an image diagram of a solution expressed in the form of a gene.
FIG. 6 is an explanatory diagram of crossover processing.
FIG. 7 is an explanatory diagram of a mutation process.
FIG. 8 is an explanatory diagram in a case where two-dimensional filter data is developed in the form of a gene.
FIG. 9 is a schematic diagram of a pseudo defect image used for creating and verifying a GA.
FIG. 10 is a configuration diagram of a filter showing an example of data arrangement using symmetry.
FIG. 11 is an explanatory diagram showing a problem of a square filter.
FIG. 12 is a configuration diagram showing a data arrangement example of a circular filter.
FIG. 13 is a configuration diagram showing another example of data arrangement of a circular filter.
FIG. 14 is an explanatory diagram showing a possible range of filter data.
FIG. 15 is a diagram showing an example of a real number circular filter.
FIG. 16 is a diagram illustrating an example of an integer circular filter as a comparative example.
FIG. 17 is a diagram showing an example of a filter in which the solution of the genetic algorithm does not converge.
FIG. 18 is a diagram showing an example of a real number rectangular filter.
FIG. 19 is a configuration diagram of a screen defect inspection device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 20 is a flowchart showing a stain defect detection process.
FIG. 21 is a schematic diagram of each image from an input image to a stain defect detection image.
[Explanation of symbols]
1 projector, 2 liquid crystal panels, 3 screens, 4 images, 5 pattern generators, 6 CCD cameras, 7 computers, 8 display devices, 10 inspection screens, 11 input images, 12 display area images, 13 original images (display area correction images) ), 14 background image, 15 inspection image (background difference image), 16 detection image, 20 pseudo-stain, 21 defect area, 22 normal area, 25 spot defect, 31 screen edge

Claims (9)

遺伝的アルゴリズムを用いて作成した画像処理用の空間フィルタであって、前記空間フィルタを構成するフィルタ数値が実数からなることを特徴とする空間フィルタ。A spatial filter for image processing created by using a genetic algorithm, wherein a filter numerical value constituting said spatial filter is a real number. 前記フィルタ数値が、フィルタ中心に対して対称に配置されていることを特徴とする請求項1記載の空間フィルタ。The spatial filter according to claim 1, wherein the filter numerical values are arranged symmetrically with respect to a filter center. 前記フィルタ数値が、フィルタ中心に対して実質的に円形に配置されていることを特徴とする請求項1または2記載の空間フィルタ。3. The spatial filter according to claim 1, wherein the filter numerical values are arranged substantially circularly with respect to a filter center. フィルタ中心に対して実質的に等距離のエリアに入れるデータは同じ数値であることを特徴とする請求項3記載の空間フィルタ。4. The spatial filter according to claim 3, wherein data put in an area substantially equidistant from the center of the filter has the same numerical value. 画像処理用の空間フィルタを遺伝的アルゴリズムに基づいて作成する方法において、
検出対象を含む入力画像の中に、空間フィルタで検出すべき欠陥部分を含む検出領域と、検出しなくても良い正常部分を含む領域の複数の区画された検出領域を設定する工程と、
前記空間フィルタのデータを符号化して、一次元データに展開することにより、前記遺伝的アルゴリズムの遺伝子として設定する工程と、
前記遺伝子の中の数値を、実数の乱数を発生させて埋める工程と、
前記遺伝子を実数からなる組み合わせで多数個用意する工程と、
用意した遺伝子に対して、交叉処理および/または突然変異処理を実行することにより、新たな遺伝子を発生させながら世代交代を繰り返す工程と、
交叉処理および/または突然変異処理により発生した新たな遺伝子を、前記符号化と逆の手順により前記空間フィルタに戻して、前記区画された検出領域の画像に対して、フィルタ処理を行う工程と、
前記フィルタ処理における欠陥部分の検出領域の演算結果と正常部分の検出領域の演算結果の絶対値との差が最大となり、且つ画像の平坦な部分における演算結果が0となるような遺伝子パターンを求める工程と、
を有することを特徴とする空間フィルタの作成方法。
In a method of creating a spatial filter for image processing based on a genetic algorithm,
In an input image including a detection target, a detection region including a defective portion to be detected by a spatial filter, and a step of setting a plurality of partitioned detection regions of a region including a normal portion that may not be detected,
Encoding the data of the spatial filter and expanding it into one-dimensional data, thereby setting the genetic algorithm as a gene;
A step of filling the numerical value in the gene by generating a real random number,
Preparing a large number of said genes in combination of real numbers,
Performing a crossover process and / or a mutation process on the prepared gene to repeat generation alternation while generating a new gene;
Returning a new gene generated by the crossover process and / or the mutation process to the spatial filter by a procedure reverse to the encoding, and performing a filter process on the image of the partitioned detection region;
A gene pattern is obtained such that the difference between the calculation result of the detection area of the defective part in the filtering process and the absolute value of the calculation result of the detection area of the normal part becomes maximum and the calculation result in the flat part of the image becomes zero. Process and
A method for creating a spatial filter, comprising:
検出対象を含む入力画像の中に、空間フィルタで検出すべき欠陥部分を含む検出領域と、検出しなくても良い正常部分を含む領域の複数の区画された検出領域を設定する機能と、
前記空間フィルタのデータを符号化して、一次元データに展開することにより、遺伝的アルゴリズムの遺伝子として設定する機能と、
前記遺伝子の中の数値を、実数の乱数を発生させて埋める機能と、
前記遺伝子を実数からなる組み合わせで多数個記憶させておき、この記憶させた遺伝子に対して、交叉処理および/または突然変異処理を実行することにより、新たな遺伝子を発生させながら世代交代を繰り返す機能と、
交叉処理および/または突然変異処理により発生した新たな遺伝子を、前記符号化と逆の手順により前記空間フィルタに戻して、前記区画された検出領域の画像に対して、フィルタ処理を行う機能と、
前記フィルタ処理における欠陥部分の検出領域の演算結果と正常部分の検出領域の演算結果の絶対値との差が最大となり、且つ画像の平坦な部分における演算結果が0となるような遺伝子パターンを求める機能と、をコンピュータに実現させることを特徴とする空間フィルタ作成プログラム。
In an input image including a detection target, a detection region including a defective portion to be detected by a spatial filter, and a function of setting a plurality of divided detection regions of a region including a normal portion that may not be detected,
By encoding the data of the spatial filter and developing it into one-dimensional data, a function of setting as a gene of a genetic algorithm,
A function to fill the numerical value in the gene by generating a real random number,
A function of storing a large number of the genes in a combination of real numbers and performing a crossover process and / or a mutation process on the stored genes to repeat generation alternation while generating a new gene. When,
A function of returning a new gene generated by the crossover process and / or the mutation process to the spatial filter by a procedure reverse to the encoding, and performing a filter process on the image of the partitioned detection region;
A gene pattern is obtained such that the difference between the calculation result of the detection area of the defective part in the filtering process and the absolute value of the calculation result of the detection area of the normal part becomes maximum and the calculation result in the flat part of the image becomes zero. A spatial filter creation program characterized by causing a computer to realize functions and functions.
検査対象の画面欠陥を検出する画像処理のフィルタ処理において、請求項1乃至4のいずれかに記載の空間フィルタ、または請求項5に記載の作成方法により作成された空間フィルタ、もしくは請求項6に記載の作成プログラムにより作成された空間フィルタを用いることを特徴とする画面欠陥の検査方法。In the filter processing of image processing for detecting a screen defect to be inspected, the spatial filter according to any one of claims 1 to 4, the spatial filter created by the creating method according to claim 5, or the spatial filter according to claim 6. A screen defect inspection method using a spatial filter created by the creation program described above. 検査対象の画面を撮像する工程と、
撮像により取り込まれた画像に対して欠陥強調のためのフィルタ処理を行う工程と、
前記フィルタ処理後における画像に対して閾値を設定し欠陥候補を抽出する工程と、
を有し、
前記フィルタ処理において、請求項1乃至4のいずれかに記載の空間フィルタ、または請求項5に記載の作成方法により作成された空間フィルタ、もしくは請求項6に記載の作成プログラムにより作成された空間フィルタを用いることを特徴とする画面欠陥の検査方法。
Imaging a screen to be inspected;
Performing a filtering process for defect enhancement on the image captured by the imaging,
A step of setting a threshold value for the image after the filter processing and extracting defect candidates,
Has,
The spatial filter according to any one of claims 1 to 4, or the spatial filter created by the creating method according to claim 5, or the spatial filter created by the creating program according to claim 6. A method for inspecting a screen defect, characterized by using:
検査対象の画面を撮像する撮像手段と、請求項7に記載の空間フィルタ作成プログラムを組み込んだコンピュータとを備え、該コンピュータまたは該コンピュータとは別のコンピュータが、請求項7または8に記載の画面欠陥の検査方法を実施するように構成されたことを特徴とする画面欠陥の検査装置。An image pickup means for picking up an image of a screen to be inspected, and a computer incorporating the spatial filter creation program according to claim 7, wherein the computer or a computer other than the computer is a computer according to claim 7 or 8. A screen defect inspection apparatus configured to perform a defect inspection method.
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