画像処理の基本は、撮像・きれいな画像（＝ピントの合ったコントラストのはっきりした）を撮ることです。
加えて前処理フィルタの活用により、検査内容に最適な画像に加工ができます。傷検査・寸法計測などの本処理を設定する前に、撮像と前処理を最適に行なうことで安定した検査ができる可能性が高まります。
今回は最適な前処理フィルタの選定及び設定方法を原理から説明します。

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前処理フィルタの中でも最も汎用的に使われる4種類を原理から解説します。以下のように、全画素に対して各画素を中心とする3×3での前処理計算を実施して、画像を加工しています。

膨張フィルタ

3×3の中心画素の濃度を中心を含む9個の画素の中で、最大濃度（一番明るい値）に置き換える処理です。黒いノイズ成分を除去する効果があります。

収縮フィルタ

3×3の中心画素の濃度を中心を含む9個の画素の最小濃度（一番暗い値）に置き換える処理です。黒い画素を強調し、黒点などの傷検査を安定させる効果があります。

平均化フィルタ

3×3の中心画素の濃度を中心を含む9個の平均濃度に置き換える処理です。画像をぼかしてノイズ成分の影響を減らし、サーチを安定させる効果があります。

メディアンフィルタ

3×3の中心画素の濃度を中心を含む9個の中で、濃度順で5番目の濃度に置き換える処理です。平均化フィルタより画像をぼかさずにノイズ成分を除去する効果があります。

元画像のコントラストが低い場合やライン情報を強調したい場合に、エッジ抽出やエッジ強調といった前処理フィルタを活用します。エッジ関連フィルタは目的別で種類が多いので、選定には原理を基にした知識が必要です。以下では活用頻度の高い「ソーベル」「プレヴィット」「エッジ抽出X方向」「エッジ抽出Y方向」の原理を解説します。加えて、「エッジ強調」のエッジ抽出系フィルタとの違いについても解説します。

弊社CV-3000/5000およびXGシリーズでは、1つの検査領域に複数の前処理フィルタを重ねて設定することができます。
それぞれのフィルタの原理を知れば、それぞれを組み合わせて最適な画像加工が可能になります。その例を紹介します。

【例1 輪郭平滑化】膨張n回+収縮n回

同じ回数の膨張→収縮を適用することで、元の形を維持したまま、黒いバリ形状だけを除去します。

【例2 微小傷・汚れ強調】ソーベル+2値化+膨張

ソーベル+2値化+膨張（傷強調）

ソーベルおよび2値化で傷・汚れだけを抽出、膨張で拡大します。

【例3 ノイズ平滑化】平均化+メディアン（計測値の安定化）

ざらついた表面の影響によるノイズ成分をキャンセルさせるために、「平均化+メディアン」のフィルタをかけます。
エッジ検出での計測をさらに安定させることがでる有効なテクニックです。

不安定なエッジ検出での繰り返し精度〈代表例〉

次のテーマは最適な処理結果の出る画像に加工する／前処理フィルタについて（後編）です。
今回の基本的な前処理フィルタに加えて、差分フィルタやリアルタイム差分フィルタなど新しく高度な前処理フィルタの効果を説明します。

印刷の絵柄がキャンセルされ、汚れのみが不良として抽出されています。
ワークが回転しても対応可能です。

登録画像と入力画像の濃度値の差分絶対値を演算して、差分画像を出力するフィルタです。

従来、画像センサでの差分フィルタ活用ツールは傷、汚れ検査中心でしたが、弊社CV/XGシリーズでは傷検査の他にも正規化相関の相関値では難しかった形状変化判別などにも使用できます。

リアルタイム差分フィルタは、生画像に膨張収縮フィルタを掛けた画像と生画像自体の差分を取ることで、小さな黒点などの欠点だけを抽出するものです。
このフィルタを使用すると複雑な形状の対象物の輪郭に合わせて領域を設定する必要がなく、対象物の位置ズレを補正するための位置補正も不要になり非常に簡単な設定一つで検査を行なうことができます。

リアルタイム差分フィルタの原理

1の生画像を膨張することで、黒点が消えます。2を収縮して生画像と同じ大きさに戻します。
3の画像と1の画像を引き算することで黒点だけが残ります。この処理は、毎回撮像した画像に対して実行されるため、入力される生画像の形状が変わっても、安定した差分をとることが可能です。

濃淡差の小さい対象のコントラストをアップして、より安定した外観検査を行うための機能として、CV-3000シリーズ以降にはコントラスト変換フィルタが搭載されています。この前処理フィルタはカメラ設定におけるスパン/オフセット機能のみを前処理として独立させ、ウインドウごとに調節ができるようになっています。効果としては、生画像の特定の階調の濃淡差を強調することができます。

CV／XGシリーズには、様々な前処理フィルタが搭載されていますが、これらを一つの領域に対して複数組み合わせることで、外観検査によ り適した画像を作ることができます。下の例では、リアルタイム差分フィルタに、さらに、収縮、平均、コントラスト変換を組み合わせることで、ほぼ真っ白な背景に黒点だけを残す画像を作っています。

次のテーマは実践編として、現場で使える外観検査設定方法を説明します。
ここまでのハード編、ソフト編の知識に加えて現場で使える知識、テクニックを説明します。