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KR102394422B1 - Nir 스펙트럼 영상 기술을 이용한 식품 표면 이물 검사 광학장치 - Google Patents

Nir 스펙트럼 영상 기술을 이용한 식품 표면 이물 검사 광학장치 Download PDF

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KR102394422B1
KR102394422B1 KR1020210156289A KR20210156289A KR102394422B1 KR 102394422 B1 KR102394422 B1 KR 102394422B1 KR 1020210156289 A KR1020210156289 A KR 1020210156289A KR 20210156289 A KR20210156289 A KR 20210156289A KR 102394422 B1 KR102394422 B1 KR 102394422B1
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KR
South Korea
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inspection
food
illumination
nir
image
Prior art date
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KR1020210156289A
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Inventor
문진영
이규혁
Original Assignee
주식회사 시스템알앤디
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
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Abstract

본 발명은 검사 식품 상에 배치되며, 상기 검사 식품을 향한 NIR(Near Infrared) 스펙트럼 조명, NIR 스펙트럼 조명 상부에 배치되며, NIR 스페트럼이 조영된 컬러 영상을 촬영하는 검사 카메라 및 검사 카메라에서 수집된 검사 식품의 영상을 판독하는 영상 판독부를 포함하며, 고가의 IR 조명 및 IR 카메라를 추가하지 않고도, 이물 구분이 선명하게 이루어질 수 있다.

Description

NIR 스펙트럼 영상 기술을 이용한 식품 표면 이물 검사 광학장치{Food surface foreign material inspection optical device using near infrared spectral imaging technology}
본 발명은 NIR 스펙트럼 영상 기술을 이용한 식품 표면 이물 검사 광학장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 식품표면의 이물질을 검사하는 데 사용되는 NIR 스펙트럼 영상 기술을 이용한 식품 표면 이물 검사 광학장치에 관한 것이다.
일반적으로, 취식이 바로 이루어지는 식품에 해당되는 식품류인 김이나 즉석 밥 등은, 제품 불량과 식품 위생을 철저히 준수한 제품을 확인 생산하기 위해서, 제조과정에서 고배율의 광학 기술을 사용하는 이물질의 영상 검사가 사용되고 있다.
이러한 광학을 사용한 식품의 영상검사 기술은, 제조 공정에서 수집된 식품 영상을 컴퓨터로 자동 판독하여 식품에 포함된 이물질의 존재 여부를 검사하는 것으로서, 광학장치, 카메라, 검사 제어부, 및 영상 판독부 등을 포함한다.
이와 관련된 기술을 예를 들면, 한국공개특허 제10-2020-2154618호에 "김 이물질 검출 비전검사 장치 및 이를 이용한 검사 방법"이 개시되어 있다.
기존의 김 이물질 검출 비전검사 기술은, 프레임에 구비되어 낱장의 김을 이송부로 운송하는 투입부, 및 투입부로부터 전달된 김을 하나 이상의 롤러에 의해 이송하며 이물질 포함 여부를 검출하는 이송부를 포함한다.
또한, 김 이물질 검출 비전검사 기술은, 이송 중인 김의 이면에 광을 방사하여 에어리어 카메라부에 의해 김 내부의 이물질이나 김의 찢어짐, 또는 접힘, 겹침을 검출하는 투과 검출부, 또는, 이송 중인 김의 표면에 광을 방사하여 라인스캔 카메라부에 의해 김의 상하부 표면 상 이물질을 검출하는 표면 검출부를 구비하여 이물질이나 김의 상태를 검출하도록 구성된다.
이러한 김 이물질 검출 비전검사 기술은, RGB LED를 통해 가시광 조사를 통한 김 이물 검사 광학계가 구성됨으로써 RGB 조명 조사 시 광 간섭, 굴곡면의 난반사 등으로 미세 검출이 어려우며, 가시광 조사 시 난반사 회피를 위해 라인(Line Scan) 방식으로 영상 취득을 하므로, 난반사 회피를 위한 편광 필름 및 필터 등 부가적인 광학 부품 추가가 필요했다.
예를 들어, 김 이물질 검출 비전검사 기술은, RGB 광의 간섭으로 인해 옅은 색상의 이물에 대한 구분이 모호해짐으로써, 유색 이물 중 적색 이물에 대한 분별력이 저하되며, 이를 해결하기 위해서, IR 조명의 투과 특성과 가시광 특성을 이용하여 광학계를 구성하면, 편광 필름 (또는 편광 필터) 등 부수적 광학 부품을 이용하여 검사를 수행해야 하며, 편광 필름 (또는 편광 필터) 사용 시에는 조명 광량 감소가 발생하게 된다.
본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 고가의 IR 조명 및 IR 카메라를 추가하지 않고, 기존 제품과 유사 색상의 이물 구분이 선명하게 이루어지는 NIR 스펙트럼 영상 기술을 이용한 식품 표면 이물 검사 광학장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 상기 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 일면은, 검사 식품 상에 배치되며, 상기 검사 식품을 향한 NIR(Near Infrared) 스펙트럼 조명; 상기 NIR 스펙트럼 조명 상부에 배치되며, 상기 NIR 스페트럼이 조영된 컬러 영상을 촬영하는 검사 카메라; 및 상기 검사 카메라에서 수집된 검사 식품의 영상을 판독하는 영상 판독부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
나아가, 상기 NIR 스펙트럼 조명은, 750nm ~ 870nm의 적외선을 상기 검사 식품 측으로 방출하는 것을 특징으로 할 수 있다.
더 나아가, 화이트 가시광을 상기 검사 식품으로 균일하게 방출하도록 구성된 플랫 돔 조명을 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있으며, 광원이 구비된 플랫 조명 본체; 및 상기 플랫 조명 본체에 배치되며, 상기 광원에 연결되어 화이트 가시광을 외부로 방출하는 플랫 도광판을 포함할 수 있다.
더 나아가, 상기 플랫 돔 조명은, 상기 검사 식품에 대해 상기 NIR 스펙트럼의 조명과 중첩되도록 상기 NIR 스펙트럼 조명의 하부에 배치되는 것을 특징으로 할 수 있다.
더 나아가, 상기 NIR 스펙트럼 조명은, 상기 검사 카메라에서 상기 검사 식품으로 연결되는 가상의 연결 축을 기준으로, 10˚에서 75˚ 사이의 기울기가 형성되도록 적외선을 방출하는 것을 특징으로 할 수 있다.
나아가, 화이트 가시광을 상기 검사 식품으로 방출하도록 구성된 반구(半球) 형태의 간접 돔 조명; 및 상기 NIR 스펙트럼 조명과 상기 간접 돔 조명을 선택적으로 상기 검사 식품에 조영되도록 구성되는 하프 미러(half mirror)를 더 포함할 수 있다.
나아가, 상기 영상 판독부는, 상기 수집된 검사 식품의 영상과 판독된 영상을 데이터로 저장하는 데이터베이스; 및 상기 데이터베이스를 통해서 반복 학습하되, 검사하는 식품 영상에서 이물을 걸러내어 표시하는 인공지능 처리부를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다. 더 나아가, 상기 영상 판독부는, 상기 화이트 가시광을 통하여 난반사가 제거된 검사 식품 이미지 혹은 상기 NIR 스펙트럼이 투과되거나 흡수됨에 따라 발생하는 이물 이미지 중 적어도 하나에 기반하여 영상처리를 수행함으로써, 상기 검사 식품에서 이물을 구별해낼 수 있다.
본 발명은, 고가의 IR 조명 및 IR 카메라를 추가하지 않고, 기존 제품과 유사 색상의 이물 구분이 선명하게 이루어지는 NIR 스펙트럼 영상 기술을 이용한 식품 표면 이물 검사 광학장치를 제공할 수 있는 효과가 있다.
한편, 여기에서 명시적으로 언급되지 않은 효과라 하더라도, 본 발명의 기술적 특징에 의해 기대되는 이하의 명세서에서 기재된 효과 및 그 잠정적인 효과는 본 발명의 명세서에 기재된 것과 같이 취급됨을 첨언한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 NIR 스펙트럼 영상 기술을 이용한 식품 표면 이물 검사 광학장치의 개념도이다.
도 2는 도 1의 검사 카메라에 연결되는 영상 판독부의 블록도이다.
도 3a는 도 1의 검사 광학장치의 NIR 스펙트럼 조명을 사용하여 김 표면을 검사 촬영한 것으로서, 이물질로 작은 새우가 검출된 도면이다.
도 3b는 도 1의 검사 광학장치의 플랫 돔 조명을 사용하여 김 표면을 검사 촬영한 것으로서, 이물질을 원형 및 타원형으로 표시한 도면이다.
도 4는 도 1의 검사 광학장치를 사용하여 즉석밥을 검사 촬영한 후, 촬영 영상에서 이물질을 검출하기 위해서 색상에 따라 상측에서 하측으로 처리하며, 이물질을 원형 안에 표시 배치한 흑미 즉석밥 검사 이물 검출 이미지의 제1 도면이다.
도 5는 도 1의 검사 광학장치를 사용하여 즉석밥을 검사 촬영한 후, 촬영 영상에서 이물질을 검출하기 위해서 색상에 따라 상측에서 하측으로 처리하며, 이물질을 원형 안에 표시 배치한 흑미 즉석밥 검사 이물 검출 이미지의 제2 도면이다.
도 6은 도 1의 검사 광학장치를 사용하여 김을 검사 촬영한 후, 촬영 영상에서 이물질을 검출하기 위해서 색상에 따라 상측에서 하측으로 처리하며, 이물질을 원형 안에 표시 배치한 김 검사 이물 검출 이미지의 도면이다.
도 7a, 도7b, 도7c는 본 발명의 다른 실시예에 따른 NIR 스펙트럼의 위치를 조정한 이물 검출 장치를 설명하기 위한 참고도이다.
도 8a 및 도 8b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 간접 돔 조명을 이용한 이물 검출 장치를 설명하기 위한 참고도이다.
※ 첨부된 도면은 본 발명의 기술사상에 대한 이해를 위하여 참조로서 예시된 것임을 밝히며, 그것에 의해 본 발명의 권리범위가 제한되지는 아니한다.
본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기능에 대하여 이 분야의 기술자에게 자명한 사항으로서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 NIR(Near Infrared) 스펙트럼 영상 기술을 이용한 식품 표면 이물 검사 광학장치의 개념도이며, 도 2는 도 1의 검사 카메라에 연결되는 영상 판독부의 블록도이다.
도 1과 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 NIR 스펙트럼 영상 기술을 이용한 식품 표면 이물 검사 광학장치는, 검사 식품(10) 상에 배치되며 NIR 스페트럼이 조영된 컬러 영상을 촬영하는 검사 카메라(100), 검사 카메라(100)의 하부에 배치되며 검사 식품(10)을 향한 NIR 스펙트럼 조명(110), 검사 식품(10)에 대해 식별 적외선의 조명과 중첩되도록 NIR 스펙트럼 조명(110)의 하부에 배치되며 화이트 가시광을 검사 식품으로 균일하게 방출하도록 구성된 플랫 돔 조명(120), 및 검사 카메라(100)에서 수집된 검사 식품(10)의 영상을 판독하는 영상 판독부(130)를 포함한다.
예를 들어, 검사 카메라(100)는 식품을 제조하는 공정 라인 상에 설치될 수 있으며, 고배율 광학렌즈가 구비된 컬러 촬영 카메라로서, 촬영한 영상을 영상 판독부(130)로 전송하게 된다.
이러한 검사 카메라(100)는 NIR 스펙트럼 조명(110)과 플랫 돔 조명(120)에서 중첩되어 방출되는 적외선과 화이트 가시광을 받는 검사 식품(10)을 정확히 촬영하도록 수동 위치 조절이 가능하거나 검사 식품(10)에 대해 검사 영역의 위치 정렬을 자동으로 수행하는 위치 제어부에 연결되어 설치될 수 있다.
검사 카메라(100)는 NIR 스펙트럼 조명(110)과 플랫 돔 조명(120)에서 중첩되어 조명된 검사 식품(10)을 촬영하므로, 음영의 구분의 명확하며, RGB 가시광에 의한 간섭이 없으며, 또한 물과 같은 물질의 촬영의 제한된 촬영 영상을 제공할 수 있다. 또한, 본 발명에서의 검사 카메라(100)는, IR을 촬영할 수 있는 카메라가 아닌, NIR(Near infrared, 740nm~870nm 대역의 IR)을 촬영할 수 있는 감도의 카메라인 경우에도 적용될 수 있다.
도 3a는 도 1의 검사 광학장치의 NIR 스펙트럼 조명을 사용하여 김 표면을 검사 촬영한 것으로서, 이물질로 작은 새우가 검출된 도면이다.
도 1 내지 도 3a를 참조하면, NIR 스펙트럼 조명(110)은, 적외선에 의해 검사 식품(10)에서 이물질(11)이 식별되도록 마련된 것으로서, 750nm ~ 870nm의 적외선을 검사 식품(10) 측으로 방출함으로써, NIR의 특성상 검사 물질의 표면에 결함(defect)에 NIR이 흡수되거나, NIR의 투과에 따라 바닥면이나 받침대의 흔적(marking)이 존재하는 경우 구분될 수 있으므로, 별도 백라이트 구성이 없이도 음영과 검은색의 이물질(11)의 구분이 가능한, 즉 제품과 유사 색상의 이물 구분 가능성을 충분히 높여준다.
예를 들어, NIR 스펙트럼 조명(110)은, 김, 흑미 등과 같은 검사 식품(10)에 포함되어 구분이 어려운 미세한 머리카락, 및 검은색의 금속과 비금속의 구분이 가능하게 만든다.
도 3b는 도 1의 검사 광학장치의 플랫 돔 조명을 사용하여 김 표면을 검사 촬영한 것으로서, 이물질을 원형 및 타원형으로 표시한 도면이다.
도 1 내지 도 3b를 참조하면, 플랫 돔 조명(120)은, 검사 식품(10)의 검사 평면 영역으로 균일한 조명을 제공하여 제품 굴곡에 따른 영향 혹은 난반사를 최소화시키는 플랫 조명 방식으로서, 컬러 촬영을 수행하는 검사 카메라(100)에 유색의 이물질(11)이 충분히 구분되어 촬영될 수 있게 만든다.
예를 들어, 플랫 돔 조명(120)이 즉석밥의 플랜지 영역 내 양품으로 인정되는 물방울 및 불량으로 인정되는 밥알에 대해서, 플랫 양상의 화이트 조명을 조사하게 되면, 물방울은 화이트 가시광으로 보이지 않게 제거되어 촬영되며, 밥알만 영상 취득이 이루어진다.
도 4는 도 1의 검사 광학장치를 사용하여 즉석밥을 검사 촬영한 후, 촬영 영상에서 이물질을 검출하기 위해서 색상에 따라 상측에서 하측으로 처리하며, 이물질을 원형 안에 표시 배치한 흑미 즉석밥 검사 이물 검출 이미지의 제1 도면이다.
도 5는 도 1의 검사 광학장치를 사용하여 즉석밥을 검사 촬영한 후, 촬영 영상에서 이물질을 검출하기 위해서 색상에 따라 상측에서 하측으로 처리하며, 이물질을 원형 안에 표시 배치한 흑미 즉석밥 검사 이물 검출 이미지의 제2 도면이다.
도 6은 도 1의 검사 광학장치를 사용하여 김을 검사 촬영한 후, 촬영 영상에서 이물질을 검출하기 위해서 색상에 따라 상측에서 하측으로 처리하며, 이물질을 원형 안에 표시 배치한 김 검사 이물 검출 이미지의 도면이다.
도 1, 및 도 4 내지 도 6을 참조하면, NIR 스펙트럼 조명(110)과 플랫 돔 조명(120)의 중첩 조명은, 즉석밥의 용기 플랜지에 백미 또는 흑미는 부각시키며, 물방울은 제거된 상태로 촬영되게 만듦으로써 촬영 영상의 신뢰성을 높이며, 유색 이물 및 밥알 변색 등에 대한 동시 검사를 가능하게 하여 검사 시간을 단축시킨다.
특히, 플랫 돔 조명(120)은 기존의 백라이트 및 돔 라이트를 한 개의 조명으로 대체 가능하게 만들어 비용 절감을 제공한다.
참고적으로, 기존에는, 즉석밥 검사를 위해 백라이트와 돔라이트를 통해 용기 내 밥알 사이의 음영으로 인한 불량 처리 오류를 최소화시키는 방식을 채택하였으므로, 흑미 위의 검은색 이물질에 대한 구분이 모호하였으며, 백라이트와 돔 라이트 구성으로 비용 상승이 있었다.
더욱이, 즉석밥 플랜지 영역 내 물방울(양품), 밥알(불량)에 대해서는, 백라이트와 돔 라이트 조명 조절로 영상을 취득하고, 밝기 값의 차이를 이용하여 물방울과 밥알 판독을 수행하였으나, 플랜지에 백미와 물방울 밝기 값의 차이를 구분 시에 신뢰성 저하될 가능성이 있었다.
상기와 같은 플랫 돔 조명(120)은, 광원이 구비된 플랫 조명 본체(121), 및 플랫 조명 본체(121)에 배치되며 광원에 연결되어 화이트 가시광을 외부로 방출하는 플랫 도광판(123)을 포함하여 검사 촬영영역을 플랫하게 비추도록 구현됨이 적절하다. 광원은 미도시되었으나, 플랫 조명 본체(121) 내부에 내장된다.
한편, 영상 판독부(130)는, 플랫돔의 화이트 가시광을 통하여 향상된 명도에 따라 난반사가 제거된 검사 식품 이미지 상에서, NIR 스펙트럼이 투과되거나 흡수됨에 따라 발생하는 이물 이미지를 검출하여 영상처리를 수행함으로써, 검사 식품에서 이물을 구별해낼 수 있다. 예를 들어, 검사 카메라(100)를 통해 수집된 검사 식품(10)의 이물질(11)이 포함된 이물 이미지를 밝게 처리하여 원본 이미지로 변환 저장하되, 이물질(11)과 검사 식품(10)의 그레이 레벨 변환, 특정 색에 대한 이미지 변환 혹은 명암 대비 등의 기법을 통하여 색상 값을 변화시키거나, 영상 처리를 수행함으로써, 검사 식품(10)에서 이물질(11)을 구별해내는 알고리즘을 가질 수 있다. 본 발명에서 영상 처리를 위하여 다양한 알고리즘이 적용될 수 있으며, 종래 기술과 달리, 플랫돔을 통하여 난반사가 제거되고, NIR 스펙트럼을 통하여 보다 영상 처리가 용이한 이미지를 획득할 수 있으므로, 유색 미세 이물의 검사도 가능하게 된다는 장점이 있다.
이러한 영상 판독부(130)의 검사 식품(10)에 대한 이물질(11)의 판독은, 수집된 검사 식품(10)의 영상과 판독된 영상을 데이터로 저장하는 데이터베이스(131), 및 데이터베이스(131)를 통해서 반복 학습하되, 검사하는 식품 영상에서 이물을 걸러내어 표시하는 인공지능 처리부(135)에 의해 수행될 수 있다.
인공지능 처리부(135)는, 다양한 방식의 영상 촬영 스캐닝과 판독에 사용되는 머신러닝, 예를 들어 딥러닝으로 구현될 수 있다.
영상 판독부(130)에는, 이물질과 그 주변의 색상이나 명암이 확연히 구분되도록 명암과 색상을 필터링하는 명암 및 채색 필터링부가 더 포함될 수 있다. 이에 따라, 인공지능 처리부(135)는, 명암 및 채색 필터링부에서 데이터베이스로 저장된 정보로부터 이물질을 판독할 수 있다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 이물 검출 장치를 설명하기 위한 참고도이다. 도 7a, 7b 및 7c는 본 발명에서 NIR 스펙트럼 조명을 검사 카메라에서 검사 식품으로 연결되는 가상의 수직 축을 기준으로 경사지게 NIR이 방출되도록 설정한 실시예를 나타낸다. NIR 스펙트럼 조명과 화이트 가시광이 중첩되어 방출되는 방식도 가능하나, NIR 스펙트럼 조명과 화이트 가시광이 중첩되는 경우, 이미지의 분석 및 처리에 있어서 상당한 프로세서 성능이 요구되고, 이물 검출 여부를 판단함에 있어서 처리 시간이 공정에서 요구하는 리드 타임에 부합하지 않을 수 있다.
따라서, NIR 스펙트럼 조명과 플랫 돔 조명이 중첩되지 않도록, 검사 카메라에서 검사 식품으로 연결되는 가상의 연결 축을 기준으로 일정 기울기가 형성되도록 구성되어 NIR을 방출하도록 설정될 수 있다. 여기서, 일정 기울기는 NIR 스펙트럼 조명과 플랫 돔 조명이 중첩되지 않으면서, NIR 스펙 트럼 조명이 검사 물질(예를 들어, 햇반)의 검사 방해 구조(예를 들어, 격벽)에 의하여 차단되지 않도록 설정되면서, NIR 스펙트럼 조명이 조영된 검사 물질의 그림자가 최소화되도록 촬상되어야 하는데, 일반적으로 10˚~ 75˚사이의 기울기가 형성되도록 구성되는 것이 광학적으로 바람직하다.
도 7a 에서와 같이, 검사 식품(710)과 검사 카메라(720)가 존재하는 경우, NIR 스펙트럼 조명(730)은 검사 식품에서 검사 카메라로 연결되는 가상의 연결 축을 기준으로 10˚~ 75˚사이의 기울기가 형성되도록 구성되어 NIR을 방출하도록 설정되고, 플랫 돔 조명(740)은 검사 식품에 평행하도록 구성될 수 있다. 플랫 돔 조명은 검사 식품으로 균일하게 화이트 가시광을 방출하도록 구성되어야 하므로, NIR 스펙트럼 조명의 NIR이 플랫 돔 조명의 화이트 가시광과 중첩되지 않도록 구성되는 것이다.
만약, 도 7b에서와 같이 NIR 스펙트럼 조명(730)은 검사 식품(710)과 검사 카메라(720) 사이의 가상의 연결 축과 기울기가 형성되도록 구성되며, 검사 카메라가 검사 물질의 수직 방향으로부터 일정 수준(예를 들어)으로 기울어졌다면, 검사 카메라의 기울기에 대응하여, NIR 스펙트럼 조명에 따라 발생하는 검사 물질 내의 그림자가 최소화 되도록 NIR 스펙트럼 조명의 위치도 조정될 수 있다. 따라서, NIR 스펙트럼 조명에 따라 머리카락 등의 이물질들이 검출될 수 있다.
도 7C는 검사 식품(710)과 검사 카메라(720) 사이에 플랫 돔 조명(740)이 구성되는 것으로, 검사 식품에 균일하게 화이트 가시광을 방출함으로써, 적색, 청색, 녹색, 노랑, 주황색 등의 유색 이물에 대한 결함 분별력을 획득할 수 있고, 이를 이물질 처리하여 적색 이물, 청색 미세 이물, 노란 미세 이물, 주황색 미세 이물을 검출할 수 있다.
도 7a 내지 도 7c 에서 나타나는 NIR 스펙트럼 조명과 플랫 돔 조명은, 검사 식품에 한꺼번에 방출되어 이물질을 분별할 수 도 있으나, 경우에 따라서는 NIR 스펙트럼 조명 또는 플랫 돔 조명 중 적어도 하나만이 방출되어, 검사 목적에 맞는 이물질을 분별할 수 도 있다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 간접 돔 조명을 이용한 이물 검출 장치를 설명하기 위한 참고도이다. 도 8a 및 8b 는 본 발명에서 하프 미러(half mirror)을 이용하여 NIR 스펙트럼 조명과 간접 돔 조명을 선택적으로 검사 식품에 조영되도록 구성되는 실시예를 설명하기 위한 참고도이다.
이물 검출 장치는, 검사 식품(810)과 검사 카메라(820) 사이에, NIR 스펙트럼 조명(830)과 간접 돔 조명(840)이 검사 식품에 조영되도록 구성되는 하프 미러(half mirror, 850)으로 구성될 수 있다.
본 발명에서 사용되는, 반구(半球) 형태의 간접 돔 조명은, 카메라가 검사 식품의 이미지를 촬상할 수 있도록, 상부가 개구된 형태를 가진다.
NIR 스펙트럼 조명(850)에서 방출되는 NIR과 반구(半球) 형태의 간접 돔 조명(840)이 하프 미러(850)을 통하여 검사 식품(810)에 조영될 수 있다. 이 때, NIR 스펙트럼 조명(850)에서 방출되는 NIR과 간접 돔 조명(840)의 화이트 가시광이 선택적으로 검사 식품(810)에 조영될 수 도 있는데, NIR 스펙트럼 조명의 NIR 방출이 정지하고 간접 돔 조명의 화이트 가시광이 방출된 경우와, NIR 스펙트럼 조명의 NIR 방출되고 간접 돔 조명의 화이트 가시광이 방출이 정지된 경우가 번갈아가면서 특정 영역에 대하여 이미지가 촬상될 수 도 있다.
예를 들어, 도 8a에서 A 영역에 대하여 NIR 스펙트럼 조명과 간접 돔 조명이 선택적으로 번갈아 조영되서 검사 식품(810)의 특정 영역들을 순차적으로 스캔할 수 있다.
도 8b에서 예를 들어, NIR 스펙트럼 조명을 A'조명, 간접 돔 조명을 A''조명이라고 한다면, A영역에 대하여 NIR 스펙트럼 조명(즉, A' 조명)을 조영하고 이미지를 촬상한 영역과 A 영역에 대하여 간접 돔 조명(즉, A'' 조명)을 조영하고 이미지를 촬상한 영역이 번갈아 저장된다.
이에, 본 발명에서는 영상 판독부에서, A' 조명에 기반하여 촬상된 픽셀을 추출하여 병합하고, A''조명에 기반하여 촬영된 픽셀을 추출하여 병합함으로써, 개별적으로 머리카락등의 이물질을 찾아내거나 유색 물질을 찾아내는 이미지 처리를 수행할 수 있다.
상기와 같은 본 실시 예들에 따르면, NIR 및 화이트 가시광을 이용하여 영상을 취득하며, 색상 값 및 형상을 기반으로 AI 알고리즘(Object Detection) 방식으로 유색 이물질의 분별이 가능하게 되며, 기존 영역(Area) 방식에서 문제점이었던 난반사 해결 및 조명 구조가 단순화되며, 종래의 방식 대비 옅은 색상의 적색, 청색, 녹색, 주황색 등 다양한 유색 미세 이물 검사가 가능하게 된다.
더욱이, 본 실시 예에 따르면, NIR(Near Infrared, 740nm~870nm의 IR) 조명을 렌즈를 통해 집광시켜, 영상 라인 스캔(Visible Line Scan) 방식보다 카메라에서의 감도를 크게 높이므로, 투과 특성 및 영상 취득 속도 매우 우수하게 된다. 이는 기존의 SWIR(Short Wave InFrared) 또는 IR 파장의 경우 투과 특성이 높으나 전용 SWIR 또는 IR 카메라가 아닐 경우 감도가 낮아지는 문제를 개선하게 된다. 종래의 기술은 일반 카메라를 사용할 경우 감도가 낮아 생산 속도를 높이기 위해 카메라를 병렬로 추가 장착할 필요가 있었으나, 본 실시예에 따르면 필요성이 사라진다.
또한, 본 실시예에 따르면, 김과 동일 색상인 머리카락 뿐 아니라 검은색 금속/비금속(고무, 플라스틱류 등)에 대해서 분별력을 극대화시킬 수 있으며, 구조 단순화 및 컴팩트한 장치의 구성을 가능하게 만든다.
본 발명은 본 발명의 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있음은 당업자에게 자명하다. 따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.
10: 검사 식품 11: 이물질
100: 검사 카메라 110: NIR 스펙트럼 조명
120: 플랫 돔 조명 121: 플랫 조명 본체
123: 플랫 도광판
130: 영상 판독부 131: 데이터 베이스
135: 인공지능 처리부

Claims (9)

  1. 검사 식품 상에 배치되며, 상기 검사 식품을 향한 NIR(Near Infrared) 스펙트럼 조명;
    화이트 가시광을 상기 검사 식품으로 균일하게 방출하도록 플랫한 형태로 구성되어, 검사 식품의 굴곡에 따른 영향 및 난반사를 최소화하는 플랫 돔 조명;
    상기 NIR 스펙트럼 조명 및 플랫 돔 조명 상부에 배치되며, 상기 NIR 스펙트럼 및 화이트 가시광 중 적어도 하나가 조영된 영상을 촬영하는 검사 카메라; 및
    상기 검사 카메라에서 수집된 검사 식품의 영상을 판독하는 영상 판독부;를 포함하되,
    상기 NIR 스펙트럼 조명은,
    검사 카메라의 상대적인 감도를 높이기 위한 50nm ~ 870nm의 근적외선을 렌즈를 통해 집광시켜 상기 검사 식품 측으로 방출하고,
    상기 영상 판독부는,
    상기 수집된 검사 식품의 영상과 판독된 영상을 데이터로 저장하는 데이터베이스; 및
    상기 데이터베이스를 통해서 반복 학습하되, 검사하는 식품 영상에서 이물을 걸러내어 표시하는 인공지능 처리부를 포함하며,
    상기 영상 판독부는,
    상기 화이트 가시광을 통하여 난반사가 제거된 검사 식품 이미지 혹은 상기 NIR 스펙트럼이 투과되거나 흡수됨에 따라 발생하는 이물 이미지 중 적어도 하나에 기반하여 영상처리를 수행함으로써, 상기 검사 식품에서 이물을 구별하는 것을 특징으로 하는,
    NIR 스펙트럼 영상 기술을 이용한 식품 표면 이물 검사 광학장치.
  2. 검사 식품 상에 배치되며, 상기 검사 식품을 향한 NIR(Near Infrared) 스펙트럼 조명;
    화이트 가시광을 상기 검사 식품으로 방출하도록 구성된 반구(半球) 형태의 간접 돔 조명;
    상기 NIR 스펙트럼 조명과 상기 간접 돔 조명을 선택적으로 상기 검사 식품에 조영되도록 구성되는 하프 미러(half mirror);
    상기 NIR 스펙트럼 조명 및 간접 돔 조명 상부에 배치되며, 상기 NIR 스펙트럼 또는 화이트 가시광이 조영된 영상을 촬영하는 검사 카메라; 및
    상기 검사 카메라에서 수집된 검사 식품의 영상을 판독하는 영상 판독부를 포함하되,
    상기 NIR 스펙트럼 조명은,
    검사 카메라의 상대적인 감도를 높이기 위한 50nm ~ 870nm의 근적외선을 렌즈를 통해 집광시켜 상기 검사 식품 측으로 방출하고,
    검사 카메라는,
    검사 식품에 대해서 분할된 검사 영역을 순차적으로 촬영하되, 각각의 분할된 검사 영역에 대해서, NIR 스펙트럼 조명이 조영된 영상 및 간접 돔 조명이 조영된 영상을 번갈아 촬영하며,
    영상 판독부는,
    검사 카메라에 의해 번갈아 촬영된 영상을 저장하고,
    저장된 영상 중 NIR 스펙트럼 조명을 이용해 촬영한 영상을 추출하여 병합한 영상 및 저장된 영상 중 간접 돔 조명을 이용해 촬영한 영상을 추출하여 병합한 영상 각각을 통해 개별적으로 검사 식품에서 이물을 구별하는 영상처리를 수행하는 것을 특징으로 하는,
    NIR 스펙트럼 영상 기술을 이용한 식품 표면 이물 검사 광학장치.
  3. 삭제
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 플랫 돔 조명은,
    광원이 구비된 플랫 조명 본체; 및
    상기 플랫 조명 본체에 배치되며, 상기 광원에 연결되어 화이트 가시광을 외부로 방출하는 플랫 도광판을 포함하는,
    NIR 스펙트럼 영상 기술을 이용한 식품 표면 이물 검사 광학장치.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 플랫 돔 조명은,
    상기 검사 식품에 대해 상기 NIR 스펙트럼의 조명과 중첩되도록 상기 NIR 스펙트럼 조명의 하부에 배치되는 것을 특징으로 하는,
    NIR 스펙트럼 영상 기술을 이용한 식품 표면 이물 검사 광학장치.
  6. 제4 항에 있어서,
    상기 NIR 스펙트럼 조명은,
    상기 검사 카메라에서 상기 검사 식품으로 연결되는 가상의 연결 축을 기준으로, 10˚에서 75˚ 사이의 기울기가 형성되도록 적외선을 방출하는 것을 특징으로 하는,
    NIR 스펙트럼 영상 기술을 이용한 식품 표면 이물 검사 광학장치.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 삭제
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