CN101405766A - 周期结构的光学检测方法和*** - Google Patents

Abstract

公开了一种通过光学图像记录器检测周期结构(1)的方法和***，该光学图像记录器具有像素结构(2)并且其记录的图像(6)与周期结构(1)的无瑕疵基准图像(4)进行比较。为了能够以简单装置可靠检测瑕疵，在基准图像(4)的至少一个位置(X，Y)内确定周期结构(1)相对光学图像记录器的像素结构(2)的相位角(相位X，相位Y)。记录图像(6)被分为检测区域(7)，并对每个检测区域(7)确定周期结构(1)相对图像记录器的像素结构(2)的相位角(相位X，相位Y)。为比较检测区域(7)和基准图像(4)，然后选择相位角(相位X，相位Y)对应于检测区域(7)的基准图像区域(8)。

Description

周期结构的光学检测方法和***

技术领域

本发明涉及一种通过光学图像记录器检测周期结构的方法和***，该光学图像记录器具有像素结构，并且其记录的图像借助本身已知的图像评估方法特别与周期结构的无瑕疵基准图像进行比较，以例如确定所记录图像周期结构中的瑕疵。

背景技术

本发明可用于检测周期比待检测表面总面积小得多的非常精细的周期结构。其一个实例为检测LCD屏幕的彩色滤光片，其中红色、黄色和绿色滤光片元件以相互相邻的周期设置，通过对其选择性背光照射而对观看者产生彩色图像。

在制造过程中这样的结构还经常被检测以找到缺陷。关于此的已知方法包括记录待检测结构和通过合适的图像处理与这些结构的无瑕疵基准图像比较。

用于图像记录的光学图像记录器，例如CCD照相机，由于其结构，本身具有周期像素结构，在其上待记录的图像被以周期结构成像并被划分为像素和数字化。只要和光学图像记录器的像素分辨率相比待记录的周期结构足够大，则可容易在记录图像中识别周期结构的变化，这是因为在待记录在图像记录器大量像素上的结构周期内对同样出现在记录中的区域成像，以及周期结构的变化与其相比发生在少量像素内。因此，以高分辨率记录周期结构。

但是如果待记录的是大区域，并且所述区域具有与其尺寸相比较小的周期结构，则仅仅可以以非常昂贵的技术设备获得最佳图像评估所需要的光学图像记录器的高分辨率，其成本在大多数情况下与期望的检测任务不相符合。

因此，实际上，为检测具有大区域和小周期结构的图形，通常采用具有小分辨率的光学记录装置，从而借助一个记录装置可一次记录待检测的大部分图形。但是这一点使得在记录装置的相似数量的像素上对待检测周期结构的一个结构元件进行成像，例如在三至四个像素上成像一个结构元件。如果待检测周期结构和像素结构的周期比恰好不是整数以及该相位角恰好不是常数，则通过将待检测结构与同样的周期像素结构进行叠加，因此由子像素偏移在记录图像上产生伪影(artefact)。因为这样的状况在实际中几乎不能实现或者以大量花费才能实现，所以记录图像的像素值高度取决于记录相位角，从而与基准图像的直接比较不能得出在待检测周期结构中是否存在瑕疵的足够精确的结论。

从DE 101 61 737 C1已知一种用于检测周期表面结构中的瑕疵，其中周期的至少一个当前部分的测量原始值与待检测结构的各个其它周期的部分的至少两个另外检测的原始值相比较。因此，在图像再现中确定和使用所分析原始值的中值作为对应当前部分的周期结构部分的值。从而，通过比较图像的部分，产生基本上对应理想周期结构的周期结构的再现，因为通过以对应于无瑕疵结构的部分替换包括瑕疵的部分，掩盖了潜在的瑕疵。从如此产生的理想图像和记录图像的原始值可产生差分图像以识别结构中的瑕疵。

通过形成中值，部分避免了确定相位角所引起的问题。仅仅因为记录时周期结构和像素结构之间的相的关系，在实际上识别然而是假定的在实际结构中不存在的瑕疵。

在US 5,513,275A中描述了为比较记录的图像与基准图像，不采用通过光学记录装置记录的基准图像，而是在检测图形后数学确定其周期结构。但是，这一点需要非常高的计算成本。

发明内容

本发明的目标在于通过可可靠检测周期结构中的瑕疵提供一种检测大区域上小周期结构的简单而廉价的选择。

通过根据权利要求1和11的方法和***实现该目标。在根据本发明的方法中，提供了在基准图像中，在至少一个或者优选更多位置上相对于光学图像记录器的像素结构确定基准图像中所成像的周期结构的相位角，并且优选将相位角与基准图像一起保存。待检测表面的记录图像然后被分为检测区域。对于每个检测区域，确定在检测区域所成像的周期结构相对于图像记录器的像素结构的相位角，通过此也可特别在可比较的结构中记录基准图像。对于检测区域与基准图像的比较，则选择相位角对应于检测区域相位角的相应基准图像。优选将基准图像区域的尺寸调整至检测区域的尺寸。

通过确定在检测区域成像的周期结构相对于光学图像记录器像素结构的相位角，可选择基准图像内具有相同或者至少非常相似相位角的基准图像区域，所述对相位角的确定可借助本领域已知的方法进行确定。从而在比较所记录图像和基准图像时可简单地并且没有过高花费地消除像素结构和待检测周期结构之间不同相位角的影响，从而可非常可靠地检测瑕疵。

为实施根据本发明的方法，优选，对于选择基准图像区域，选择相位角与检测区域的相位角相位差最小的基准图像位置。从而，根据待检测结构的状态，特别是如果在对像素评估有较大影响的相位方向上存在锐利轮廓，则可对不同的相位方向例如X方向和Y方向分配不同的权重。但是原则上，也可对不同的相位方向分配相同的权重。

如果检测区域和基准图像区域在基准图像中确定周期结构相位角的每个位置总是具有相同的尺寸，则可保存作为图像和/或图像中位置的相应的基准图像区域以及相应的相位角。如果在存储器中可获得该信息，则可减小比较所需要的时间并因此提高检测速度。

对于存储基准图像区域和相位角，特别有利的是存储表格，其中保存基准图像区域的指定点，例如指定角，在不同相位方向上的相位角和位置。可以对表格进行优化搜索，从而可以在最短的检索时间内完成对在不同相位方向例如X和Y方向上相位差最小的表格条目的检索。这样的离散表格可非常快地向检测区域分配合适的基准图像区域。

特别有利的是，在周期结构的每个重复周期内确定基准图像内周期结构相对于像素结构的相位角。从而覆盖整个基准图像以可确定几乎所有实际出现的相位角以及获得基准图像区域和检测区域之间非常好的相位角相关性。基本上，在一次确定基准图像内的相位角之后，还可计算周期结构每个周期内的相位角。但是因为实际上另外还存在例如可由传送***在图像获取期间的不精确产生的非周期相位变化，所以有利的是分别在每个周期内确定相位角。

例如为尽量减小光学图像记录器的图像瑕疵，可采用用于与检测区域比较的基准图像区域，其特别是相对于图像记录器所记录的整个图像的图像部分位于接近于检测区域的空间。如果对检测区域可获得相位角非常好的多个基准图像区域，则该选择优选具有效果。根据本发明，为了有益于相位精度，对基准图像区域和检测区域在整个图像中优选空间邻近的在原则上有利的要求给予较低的权重。可通过定义质量函数，对将要比较的空间利用空间相邻性的次级权重联合评估相位相关性。

原则上有利的是，如果检测区域不覆盖整个记录的图像而是选择一部分记录的图像，则因为在较小的图像区域内，图像记录器的光学图像瑕疵或例如由于传送***的不精确所引起的非周期相移没有较大影响，所以可对这些检测区域假定恒定的状况。

如果根据本发明选择比记录图像区域小得多的检测区域，则基准图像区域和检测区域可来自相同的记录图像。

为保证基准图像区域内无瑕疵，根据本发明可通过指定的方法与其它参考图像区域比较而检测基准图像区域以不包含瑕疵。这一点特别有利，因为通过上述方法，记录的基准图像还必须无本地瑕疵。例如可执行检测以使在借助所保存的基准图像区域产生基准相位表之后，和常规检测类似地自检测每个基准图像。对于本地缺陷而言，在进一步比较时可确定本地缺陷的精确位置，因此可从基准相位表格删除包括本地缺陷的基准图像部分。这样可获得无缺陷的所用的基准图像区域。

为了实现动态管理基准图像区域，根据本发明，被检测为无瑕疵的检测区域可随后被用作基准图像区域，并且可特别与例如保存在基准相位表格中的相位角一起保存。为了优选使用当前的基准图像区域以进行比较，可以以先入先出存储器的形式组织管理，从而可在进行检测过程中在编档保存的同时连续擦除相应的较早基准图像区域。根据本发明，动态基准图像管理还可仅仅以少量保存的基准图像区域和自知***启动检测***。

除了记录基准图像以外，可选择地，还可从多个特别是所记录的基准图像区域计算基准图像。可执行此，从而从分别具有变化的相位角的多个记录的基准图像和基准图像区域，计算相位角和相应图像之间相关性的数学模型。然后对于每个实际产生的相位角，可在检测期间计算基准图像以获得基准图像区域和检测区域之间可比较的相位角。这种情况下，在基准图像中，因此可通过计算而确定光学结构相对于光学图像记录器在某位置上的像素结构的相位角并将其用于和检测区域进行比较。

根据本发明优选通过减去或者分割相位角相关的大小相等的区域而实现检测区域与基准图像区域之间的真实图像比较。然后，该结果为具有相同强度的图像，该图像示出了仅仅在存在本地缺陷的情况下的偏差，并且可通过已知的图像处理方法容易进行检测和处理。

根据本发明，本发明还涉及一种检测周期结构的***，包括：光学图像记录器，其具有记录周期结构图像的像素结构；和图像处理装置，其具有存储器。根据本发明以如下方式进行图像处理，即特别是在记录的基准图像中在至少一个或多个位置确定光学结构相对于光学记录器像素结构的相位角，记录图像被分为检测区域并且对于每个检测区域确定周期结构相对于光学图像记录器像素结构的相位角，以及对于检测区域和基准图像的比较，选择基准图像区域，其相位角对应于检测区域的相位角。根据本发明，当然可以在图像处理中执行上述方法的其它方法步骤和选择。

此外，图像处理可包括现场可编程门阵列(FPGA)，其中计算各个方法步骤。基准图像和/或基准图像区域然后例如被编档保存于和现场可编程门阵列直接相连的存储器中。因为缩短了整体访问时间，所以由于具有相关相位角的基准图像和/或基准图像区域被保存在现场可编程门阵列自身中而提高了处理速度。从而如果仅仅一次准确保存基准图像的图像数据，并且通过与基准图像中像素相关的位置(X，Y)的表示保存基准图像区域，则特别节省空间。从该区域的位置(X，Y)和期望的尺寸，然后可在保存的基准图像中容易选择基准图像区域。

因此本发明的特别优点在于通过记录检测区域和基准图像区域之间的比较考虑待检测周期结构和图像记录器的像素结构之间的相位角从而基准图像区域和检测区域内的不同相位角不再会产生伪影，伪影会错误地表示周期结构中假定的缺陷。

从对优选实施例和附图的下面描述可知本发明的其它特征、优点和应用的可能性。从而所有所独自或者联合描述和/或示出的特征组成本发明的主题内容，而与其在权利要求书或者其关系中的组合无关。

附图说明

图1示出了待检测的周期结构的图像和光学图像记录器相应的图像线；

图2示出了根据本发明的基准图像，其中确定待检测的周期结构和图像记录器像素结构之间的相位角；

图3a和3b示出了在记录图像中基准图像区域向检测区域的分配，其中在图3a和3b中连接具有相同字母a、b、c、d、e的线；以及

图4示出了已知评估方法和本发明的评估方法比较的周期结构的记录图像线。

具体实施方式

在图1中示出了待由光学图像记录器检测的周期结构1。在水平方向上，周期结构包括和待检测的具有周期结构1的图形的总面积相比较小的周期P1至Pn。用于记录周期结构1的光学图像记录器在其部件上包括对应于其分辨率的像素结构2。通过像素结构2的入口(entry)宽度限定像素。所示出的像素结构2对应于周期结构1中的水平像素线3。

周期结构1包括三个相连的区域B1、B2和B3，其具有不同的亮度并以周期Pi重复，i＝1至n。这些区域B1、B2和B3在所示像素结构中表现为通过不同高度的基本上周期性重复的峰值的强度。

检测该结构1的已知传统方法为与保存的名义图形比较。但是，这在在较大的1至2m²的区域上施加尺寸例如为几μm的精细结构的情况下很难实现，因为这需要保存大量的数据。因此开发了周期结构的方法，其中相邻的结构元件被用作待检测的结构元件的图形，从而不必将整个图形保存为基准图像。

该检测的传统算法为，将每个单独像素与分别对应前面和后续周期的周期距离P的两个像素的中值进行比较。从而，例如如果待检测像素偏离该中值过多，则认为出现瑕疵。更近地观察图1中的像素结构2，可注意到在单独周期P1至Pn中存在对应区域B1、B2和B3的峰结构之差。这是由于待检测的周期结构P1和像素结构2的相位角在每个周期P1至Pn中不同。由光学图像记录器的分辨率确定像素结构2，可通过强度分布的最小水平入口长度在像素结构2中读取该分辨率。

像素从区域B1转移至区域B2时的强度取决于像素结构2的一个像素还可分配给各个区域的范围或者已经位于中间区域的范围。如果将相位校正记录的图像作为基准图像或者进行至正确的相位角的转变，则可在基准图像和记录图像之间进行简单比较而实现该检测。分别由本发明所提出的方法和相应的***实现这一点，并通过图2和3在下面进行描述。

在图2中，示出了具有周期结构1的基准图像4，对于其，相对于光学图像记录器的像素结构2在多个位置X、Y确定周期结构1的相位角相位X、Y。可由本领域技术人员借助本身已知的当前方法确定图像相对于图像结构的相位角从而不必对其进行详细描述。从而选择位置X、Y，使得在每个周期P1、P2、P3...沿X方向确定周期结构1的相位角。这对于Y方向上的相位角同样有效。

所确定的值被输入基准相位表格5，该表格包括基准图像4中的位置X、Y以及相关的X、Y方向上的相位X、Y，从而在每个周期Pi上检测基准图像4的在X、Y方向上实际发生的子像素相移。所有确定的相移被保存在基准相位表格中，从而借助另外存储在图像处理存储器中的基准图像4，在表格中所列出的位置X和Y可从具有已知相位角的基准图像4提取任何尺寸的基准图像区域。

如图3所示，其用于实际检测周期结构1。在图3中，示出了具有待检测的周期结构1的记录图像6。在所记录的图像6中，以每个分别被检测的一个接一个的小的重复限定检测区域7。从而调整检测区域7的尺寸，使得对于检测区域7的尺寸可期望恒定的光学环境。

在进行检测时，首先对于每个检测区域7，相对于光学图像记录器的像素结构2确定在检测区域7中成像的周期结构1的相位角(相位X、相位Y)。根据该相位角，对于检测区域7和基准图像4的比较，从基准相位表格5中选择基准图像区域8，其具有和检测区域7相同的尺寸并且其相位角对应检测区域7的相位角。为此，从基准相位表格5中选择一对相位X、Y，其和检测区域7的相位角相位X、相位Y的相位差最小。在图3中示出了将各个基准图像区域8向相应检测区域7的分配。

为检测周期结构，将检测区域7和基准图像区域8彼此相减。由于两个区域7、8几乎相同的相位角，出现强度几乎恒定的比较图像，其中容易识别单独的瑕疵。

在图4中示出了上述方法和其中将像素值与前面相位P(i-1)和后续相位P(i+1)的相应像素的平均值简单比较的方法相比的优点。

图4a示出了图1中沿图像线3的像素结构2部分。在第30号像素区域标出了瑕疵(缺陷)。

图4b示出了差分图像，其中从图像再现中减去了图4a的图像，其中相应地输入前面和后续周期像素的平均值。因为在周期结构1相应的区域B1、B2、B3变化时，由于不同的相位角，在记录图像6和基准图像4之间发生强度变化，所以几乎不能识别第30号像素上的瑕疵。

与此相比，在图4c中所示出的强度分布中清楚看到了第30号像素上的缺陷。

通过对记录图像6和基准图像4的相减以精确相位比较检测周期结构，产生了强度分布。因此，借助本发明，可可靠地检测周期结构以找到瑕疵。

附图标记列表

1周期结构

2像素结构

3图像线

4基准图像

5基准相位表

6记录图像

7检测区域

8基准图像区域

P1至Pn周期

B1、B2、B3区域

X、Y  位置

Claims (13)

1.一种通过光学图像记录器检测周期结构(1)的方法，所述光学图像记录器具有像素结构(2)并且其记录的图像(6)与所述周期结构(1)的无瑕疵基准图像(4)比较，其特征在于在所述基准图像(4)中，在至少一个位置(X，Y)上，确定所述周期结构(1)相对于所述光学图像记录器的像素结构(2)的相位角(相位X，相位Y)，所述记录的图像(6)被分为检测区域(7)，并且，对于每个检测区域(7)，确定所述周期结构(1)相对于所述光学图像记录器的像素结构(2)的相位角(相位X，相位Y)，以及对于所述检测区域(7)与所述基准图像(4)的比较，选择基准图像区域(8)，所述基准图像区域(8)的相位角(相位X，相位Y)对应于所述检测区域(7)。

2.根据权利要求1的方法，其特征在于，对于选择所述基准图像区域(8)，选择所述基准图像(4)的位置(X，Y)，所述位置(X，Y)的相位角(相位X，相位Y)与所述检测区域(7)的相位角(相位X，相位Y)之间的相位差最小。

3.根据权利要求1或2的方法，其特征在于在每个在所述基准图像(4)中确定相位角(相位X，相位Y)的位置(X，Y)，保存基准图像区域(8)和相位角(相位X，相位Y)。

4.根据前述权利要求任一项的方法，其特征在于在所述周期结构(1)的每个周期(P)确定周期结构(1)相对于像素结构(2)的相位角(相位X，相位Y)。

5.根据前述权利要求任一项的方法，其特征在于，对于与所述检测区域(7)的比较，使用与所述检测区域(7)空间相邻的基准图像区域(8)。

6.根据前述权利要求任一项的方法，其特征在于所述基准图像区域(8)为所述记录的图像(6)的部分，并且与所述检测区域(8)不同。

7.根据前述权利要求任一项的方法，其特征在于通过与其它基准图像区域(8)比较而检测基准图像区域(8)以不包含瑕疵。

8.根据前述权利要求任一项的方法，其特征在于被检测为无瑕疵的检测区域(7)被用作基准图像区域(8)。

9.根据前述权利要求任一项的方法，其特征在于从多个基准区域(8)计算基准图像(4)。

10.根据前述权利要求任一项的方法，其特征在于通过减去或者分割相同尺寸的区域(7，8)比较检测区域(7)和基准区域(8)。

11.一种检测周期结构(1)的***，包括：光学图像记录器，其具有用于记录周期结构(1)的图像的像素结构(2)；和具有存储器的图像处理装置，其特征在于设置所述图像处理装置，使得在基准图像(4)中，在至少一个位置(X，Y)上，确定所述周期结构(1)相对于所述光学图像记录器的像素结构(2)的相位角(相位X，相位Y)，记录的图像(6)被分为检测区域(7)，并且对于每个所述检测区域(7)，确定所述周期结构(1)相对于光学图像记录器的像素结构(2)的相位角(相位X，相位Y)，以及对于所述检测区域(7)与所述基准图像(4)的比较，选择基准图像区域(8)，所述基准图像区域(8)的相位角(相位X，相位Y)对应于所述检测区域(7)。

12.根据权利要求11的***，其特征在于所述图像处理装置包括现场可编程门阵列，在其中计算各个方法步骤。

13.根据权利要求12的***，其特征在于具有相关相位角(相位X，相位Y)的基准图像(4)和/或基准图像区域(8)被存储在所述现场可编程门阵列中。

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