DE68928726T2

DE68928726T2 - Bilderausrichtungsverfahren und -gerät

Info

Publication number: DE68928726T2
Application number: DE68928726T
Authority: DE
Inventors: Stefano E. San Jose California 95132 Concina; Xavier A. Mountain View California 94040 Flinois
Original assignee: Schlumberger Technologies Inc
Current assignee: Schlumberger Technologies Inc
Priority date: 1988-11-23
Filing date: 1989-11-09
Publication date: 1999-04-08
Anticipated expiration: 2009-11-10
Also published as: JP2581815B2; US5054097A; EP0370322B1; JPH03162685A; DE68928726D1; EP0370322A3; EP0370322A2

Description

UMFELD DER ERFINDUNG

1. Bereich der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft Verfahren und eine Vorrichtung zur Ausrichtung von Pixelbildern hoher Auflösung, und genauer Verfahren und eine Vorrichtung zum Ausrichten stroboskopischer Spannungskontrastbilder von Betriebszuständen von Vorrichtungen einer integrierten Schaltung. Die ausgerichteten Bilder sind beispielsweise bei der Analyse dynamischer Fehler integrierter Schaltungen hilfreich.

2. Beschreibung der verwandten Technik

Die Verringerung der Größe innerer Merkmale von Schaltungsvorrichtungen von sehr hoher Integration (VLSI-Schaltungen) verlangt nach einem immer schnelleren und zuverlässigeren Entwurf und Test. Herkömmliche Tester für integrierte Schaltungen (IC) können lediglich Informationen aus den äußeren Anschlüssen der im Test befindlichen Vorrichtung (DUT) gewinnen, wodurch die anschließenden Diagnosen begrenzt sind. Ein mit einem herkömmlichen Tester erfaßter Fehler kann durch eine Diskrepanz an einem beliebigen Punkt innerhalb der Komponente verursacht sein. Weist die DUT hunderttausende von Gattern auf, so wird eine Fehlerbestimmung zu einer komplexen und langwierigen Aufgabe.
Bei einem typischen Testvorgang erfaßt ein herkömmlicher IC-Tester (der an Eingangsanschlüsse des IC Reizsignale anlegt und die Ergebnisse an den Ausgangsanschlüssen des IC mißt) einen Fehler bei einem Vektor (zum Beispiel Vektor v) in einer Testvektorsequenz beim Testen einer IC-Vorrichtung. Die Testsequenz kann eine große Anzahl von Testvektoren, zum Beispiel 100 oder mehr, beinhalten, wobei jeder Vektor einen Satz von Reizsignalen, wie etwa Eingangsspannungen, darstellt, die an die Anschlüsse der DUT angelegt werden. Der Ursprung des erfaßten Fehlers tritt irgendwo im Chip an irgendeinem Vektor (zum Beispiel Vektor a) zwischen dem ersten Vektor der Sequenz (Vektor 1) und dem Vektor, bei dem der Fehler erfaßt wurde (Vektor v), auf. Dieser Fehler pflanzt sich anschließend fort und tritt an einem äußeren Anschluß bzw. Verbindungssteg der DUT bei einem Vektor v in Erscheinung. Es ist dann erwünscht, Natur, Ort und Entstehungszeit des bei einem Vektor a auftretenden Fehlers zu bestimmen.
Es ist daher eine innere Sondierung des Chip erforderlich. Während vieler Jahre bestand die bevorzugte Lösung darin, den Chip unter Verwendung eines energiearmen (etwa 1 keV) Rasterelektronenmikroskops (SEM) zu sondieren. Siehe hierzu zum Beispiel E. Menzel & E. Kubalek, Fundamentals of Electron Beam Testing of Integrated Circuits, 5 SCANNING 103-122 (1983) und Ex Plies & J. Otto, Voltage Measurement Inside Integrated Circuit Using Mechanical and Electron Probes, IV SCANNING ELECTRON MICROSCOPY 1491-1500 (1985).
Bis vor kurzem stellte das SEM ein hochentwickeltes Laborinstrument dar, das lediglich von erfahrenen Wissenschaftlern verwendet wurde. Im Jahre 1987 wurde das auf einem Arbeitsplatz beruhende Elektronenstrahl-Testsystem IDS 5000TM von Schlumberger in den Handel eingeführt. Siehe hierzu S. Concina, G. Liu, L. Lattanzi, 5. Reyfman & N. Richardson, Software Integration in a Workstation Based E-Beam Tester, INTERNATIONAL TEST CONFERENCE PROCEEDING (1986); N. Richardson, E Beam Probing for VLSl Circuit Debug, VLSI SYSTEMS DESIGN (1987); S. Concina & N. Richardson IDS 5000: an Integrated Diagnosis System for VLSI, 7 MICROELECTRONIC ENGINEERING (1987). Siehe ferner U. S.-Patente Nr. 4,706,019 und 4,721,909 von N. Richardson.
Messen und Informationsgewinnung stellen also kein großes Problem beim Analysieren von IC-Fehlern mehr dar. Die Organisation der über ein IC mittels eines derartigen Testers erhaltenen umfassenden und detaillierten Informationen ist jedoch im Hinblick auf eine schnelle und wirkungsvolle Fehlerdiagnose kritisch.
Eher als nach der Antwort auf ein absolutes Problem ("Warum weist diese Vorrichtung einen Fehler auf') zu suchen, kann es sein, daß es vorzuziehen ist, ein relatives Problem ("Wo, wann und warum weicht diese Vorrichtung in ihrem Verhalten von einer bekannten, fehlerfrei arbeitenden Vorrichtung ab") anzugehen. Mittels der letzteren Vorgehensweise bei der Diagnose lassen sich Betriebsfehler beim IC verfolgen.
Um eine derartige Diagnose durchzuführen, wird eine relevante Zeitperiode zwischen 0 (dem Anfang der relevanten Testsequenz) und der ersten Fehlererfassung ausgewählt. Diese Periode wird in Intervalle unterteilt, so daß das IC in jedem Intervall ein festes Verhalten aufweist. Jedes Intervall entspricht also einem Betriebszustand des IC. Nach Bestimmen der relevanten Zustände kann ein Vergleich zwischen einer bekannten "guten" IC- Vorrichtung und der DUT in jedem Zustand erfolgen.
Derartige Vergleiche lassen sich mittels stroboskopischer Spannungskontrastbilder durchführen. Die im Test befindliche Vorrichtung (DUT) wird bei einem herkömmlichen E- Strahl-Testsystem, wie dem Schlumberger "IDS 5000", mittels einer Sequenz von Test- "Vektoren" stimuliert. Jeder Test-"Vektor" stellt einen bestimmten Satz von Reizsignalen, wie Eingangsspannungen, die an den Anschlüssen des IC anliegen, dar. Während des Anliegens jedes Vektors der Sequenz befindet sich die DUT für eine Zeitperiode in einem Zustand, der als "Strobefenster" bezeichnet wird. Durch wiederholtes Pulsen des Elektronenstrahls in einer bestimmten Phase zum Beginn der Sequenz läßt sich ein stroboskopisches Bild erhalten, das den Zustand der DUT in jedem gewünschten Strobefenster darstellt. Die ser Strobe-Vorgang ist analog zu dem Prozeß, bei dem stroboskopisches Licht verwendet wird, um den Betrieb eines Motors eines Autos zum Einstellen des Zündzeitpunkts "einzufrieren". Eine Reihe von Zustandsbildern bilden einen Stapel.
Der Prozeß wird unter Verwendung einer bekannten guten IC-Vorrichtung (die auch als goldenes Plättchen bezeichnet wird) wiederholt, um einen Stapel stroboskopischer Bilder zu erfassen, die deren Zustände in Reaktion auf die gleiche Reihe von Testvektoren darstellen. Jedes der Bilder kann zum Beispiel eine graphische Darstellung in Digitalformat in Form einer 512 · 512-Matrix von Pixeln veränderlicher Intensität sein, wobei die Intensitäten durch einen Wert zwischen 0 und 255 (einen 8-Bit-Wert) dargestellt sind. Die so erfaßten Bilder, die Betriebszustände der DUT darstellen, können gespeichert und zur Diagnose von Betriebsfehlern des DUT verwendet werden.
Nach Erfassen der Bilder können die Stapel verglichen werden. Der Vergleich kann in Form einer Subtraktion eines Bilds des goldenen Plättchens von einem Bild der DUT (oder umgekehrt) Pixel für Pixel erfolgen, wobei es sich bei den verglichenen Bildern um solche Bilder handelt, die in Reaktion auf den gleichen Satz von Reizsignalen erzeugt wurden. Der Vergleich wird Bild für Bild wiederholt, um so einen Stapel von "Differenz"-Bildern zu erzeugen.
Alternativ hierzu können zwei Stapel Zustände einer einzelnen DUT in Reaktion auf zwei verschiedene Sätze von Reizsignalen darstellen. Eine DUT kann zum Beispiel bei einer gegebenen Temperatur oder einer gegebenen Eingangsspannung wie vorgesehen arbeiten, sich jedoch bei höherer Temperatur bzw. Eingangsspannung fehlerhaft verhalten. Ein Stapel von Bildern läßt sich erfassen, der einen richtigen Betrieb der DUT unter einem Satz von Umständen darstellt, und ein zweiter Stapel läßt sich erfassen, der einen fehlerhaften Betrieb unter einem zweiten Satz von Umständen darstellt. Diese Stapel können ebenfalls Bild für Bild verglichen werden, um einen Stapel von "Differenz"-Bildern zu erzeugen.
Wenn sich die gute und die fehlerhafte Vorrichtung gleich verhalten, sind die Bilder gleich. Ebenso sind dann, wenn eine Vorrichtung, die verschiedenen Sätzen von Reizsignalen unterzogen wird, in der gleichen Weise in Reaktion auf die verschiedenen Reizsignale arbeitet, die Bilder gleich. Jede Abweichung zwischen den beiden Sätzen von Bildern kann als Diskrepanz bei der Testvorrichtung bzw. fehlerhaften Vorrichtung verstanden werden. Siehe hierzu T. May, G. Scott, E. Meieran, P. Wiener & V. Rao, Dynamic Fault Imaging of VLSI Randonr Logic Devices, INTERNATIONAL PHYSICS SYMPOSIUM PROCEEDINGS (1984). Auf der Basis eines Bildes pro Zustand legt der Vergleichsprozeß die Fortpflanzung des Fehlers ausgehend von seinem Ursprung bis hin zu dem Ort, an dem er zuerst erfaßt wird, offen. Ein derartiger Vergleichsprozeß ist als dynamische Fehlerabbildung (DFI) bekannt.
Damit der Vergleich richtig funktioniert, müssen die beiden Stapel selbstverständlich gleiche Bedingungen aufweisen: der gleiche Bereich des Chip, abgebildet mit der gleichen Vergrößerung unter den gleichen Betriebsbedingungen des SEM. Es ist jedoch möglich, daß die Bilder des einen Stapels bezüglich der Bilder des anderen Stapels infolge einer leicht verschiedenen Ausrichtung der Chips bezüglich des SEM beim Erfassen der Bilder versetzt oder gedreht sind. Eine perfekte Ausrichtung ist nicht immer möglich.
Daher kann es sein, daß eine räumliche "Verwerfungs"-Operation an jedem Bild des einen Stapels durchgeführt werden muß, um es an einem entsprechenden Bild des anderen Stapels auszurichten. Die Verwerfungs-Operation muß zu einer genauen Ausrichtung führen, da der Vergleich (Differenz) zweier Bilder Pixel für Pixel erfolgt. Jede Fehlausrichtung würde im resultierenden Bild (Differenz-Bild) erscheinen. Eine Verwerfungs-Prozedur, die eine derartige Genauigkeit bietet, könnte eine inakzeptabel lange Zeit (mehrere zehn Sekunden) zur Verwendung bei einer schnellen, interaktiven DFI-Diagnose benötigen, wenn keine eigene Hardware vorgesehen ist, die die Verwerfungs-Operation ausführt.
Sind die Bilder einmal erfaßt, gefiltert, ausgerichtet und Pixel für Pixel verglichen, um einen Stapel von resultierenden "Differenz"-Bildern zu bilden, so können die Differenz- Bilder angezeigt werden, um eine Verfolgung der Fehlerfortpflanzung durch die Reihe von Bildern zu ermöglichen. Die "Differenz"-Bilder können ferner verarbeitet werden, um lediglich die wichtigen Informationen (die Fehlerfortpflanzung) für eine Analyse zu verbessern.
Eine wirksame Durchführung des DFI-Prozesses erfordert eine schnelle und genaue Ausrichtung der zu vergleichenden Bilder, so daß dann, wenn die Bilder (bzw. deren Differenzen) angezeigt werden, die Ausbreitung eines Fehlers in einer DUT selbst durch eine Person mit geringer Kenntnis der Funktionalität der Vorrichtung schnell verfolgt werden kann.
Einige Operationen bei einer DFI-Sitzung wiederholen sich (zum Beispiel Bilderfassung und Bildverarbeitung). Sind zum Beispiel einmal die richtigen Betriebsbedingungen des SEM für ein in gesteuerter Weise erfaßtes Bild festgestellt, so läßt sich die gleiche Operation in einem Stapelprozeß für den Rest der Bilder im Stapel wiederholen. Es ist erwünscht, derartige repetitive Aufgaben zu automatisieren, um es dem Ingenieur zu ermöglichen, sich auf die Diagnosearbeit zu konzentrieren. Gleichzeitig ist Interaktivität erwünscht, so daß der Ingenieur Parameter für die Aufgabe festlegen und das Ergebnis ohne wesentliche Verzögerung betrachten kann.
Die Verfahren des Standes der Technik sind zum Ausrichten von Bildern bekannt. Ein Verfahren, das bis jetzt zum Beispiel beim Schlumberger "IDS 5000"-System ausgeführt wurde, beinhaltet eine Auswahl dreier Stellen aus einem ersten Bild, die jeweils an drei ausgewählten Stellen eines zweiten Bilds auszurichten sind, wobei eine geometrische, planare Transformation in Form einer Matrix von Gleitkommawerten berechnet wird, und wobei die Matrixwerte dazu verwendet werden, Positionen des ersten Bilds in Positionen eines resultierenden Bilds zu transformieren, dessen Pixel an Pixeln des zweiten Bilds ausgerichtet sind, wobei mit Gleitkomma-Arithmetikoperationen gearbeitet wird. Während die Qualität der Ausrichtung akzeptabel ist, ist die Verarbeitung nicht so schnell wie gewünscht. Um eine "interaktive" Operation zu erreichen, ist es erwünscht, einen beliebigen Prozeß, wie etwa die Bildausrichtung, innerhalb einer Zeitspanne von höchstens 2 Sekunden auszuführen und das Ergebnis anzuzeigen.
Weitere Abbildungssysteme sind in der Technik bekannt, die mit Faltungen zur Ausführung von geometrischen Operationen, Filterung und Mustererkennung arbeiten. Derartige Systeme arbeiten manchmal mit der schnellen Fourier-Transformierten, um eine schnellere Berechnung umfangreicher Faltungen zu erreichen. Häufig wird mit einer Gleitkomma-Arithmetik gearbeitet, da im voraus bekannt ist, wie viele Operationen an den Daten ausgeführt werden.
Eine andere Weise, die Geschwindigkeit einer Bildverarbeitung zu erhöhen, besteht in der Verwendung eigener Hardware-Prozessoren, die für die Durchführung spezifischer Aufgaben mit hoher Geschwindigkeit ausgelegt sind. Die Kosten derartiger Prozessoren können sich jedoch in beachtlicher Weise zu den Kosten eines Testsystems summieren. Statt dessen wird es bevorzugt, einen Mehrzweck-Prozessor als Standard-Ingenieursarbeitsplatz zur Durchführung einer Bildverarbeitung zu verwenden, wenn dies ohne einen großen Verlust an Verarbeitungszeit möglich ist.
IBM Technical Disclosure Bulletin, Vol. 14, Nr. 10, März 1972, Seiten 2994-2996, offenbart ein Verfahren, bei dem ein Bild A in ein Bild B unter Verwendung einer in einer Verweistabelle enthaltenen linearen Transformierten "T" zu transformieren ist. Aufgrund der Linearität der Transformierten werden ähnlich geformte rechteckige Segmente des ursprünglichen Bilds in ähnlich geformte Segmente des transformierten Bilds transformiert. Bei der Verweistabelle handelt es sich um ein Punkt-für-Punkt-Verzeichnis, das die Stelle des vorhergehenden Punkts in einem Segment jedes Punkts in einem Segment angibt.
Das US-Patent Nr. 4,484,347 offenbart die Verwendung einer bilinearen Interpolation zur Pixel-Gewichtung sowie die Verwendung von Matrizen zur Berechnung von Koordinaten zum Drehen und Versetzen von Bildern.
EP-A-0 249 705 offenbart die Verwendung einer Festkomma-Arithmetik zur Erzeugung eines gekrümmten Bilds an einer Anzeigevorrichtung für Graphiken.
Es ist eine wesentliche Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Durchführung der Ausrichtung stroboskopischer Spannungskontrastbilder an einem Arbeitsplatz des Typs, der in einem System wie dem Schlumberger "IDS 5000" vorgesehen ist, mit ausreichender Geschwindigkeit zur Ermöglichung einer dynamischen Fehlerabbildung mit interaktivem "Fühlen", jedoch ohne Notwendigkeit einer eigenen Hardware zur Durchführung der Verarbeitung, zu schaffen.
Allgemeiner ausgedrückt ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Verfahren und eine Vorrichtung zum pixelwiesen Ausrichten von Merkmalen eines Bilds an jenen eines anderen Bilds, wie in den beiliegenden Ansprüchen dargelegt, zu schaffen.
Diese und weitere Aufgaben der vorliegenden Erfindung gehen aus der nachfolgenden genauen Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele und den beiliegenden Zeichnungen deutlich hervor.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist ein schematisches Blockdiagramm eines Elektronenstrahl-Testsystems;
Fig. 2 ist ein schematisches Blockdiagramm des Datenverarbeitungssystems, das in dem in Fig. 1 dargestellten Elektronenstrahl-Testsystem verwendet wird;
Die Fig. 3-5 stellen Bildschirmanzeigen stroboskopischer Spannungskontrastbilder dar;
Fig. 6 stellt schematisch die beim Ausrichten von Bildern in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung vorkommenden Schritte dar;
Fig. 7 stellt schematisch die Extrapolation eines Pixel-Intensitätswerts aus Intensitätswerten umgebender Pixel dar;
Fig. 8 stellt schematisch das Testen von Pixel-Stellen zum Bestimmen, ob diese innerhalb des beabsichtigten Anzeigerahmens eines resultierenden Bilds liegen, dar; und
Fig. 9 stellt das Prinzip der Drei-Pegel-Schwelle zur Verbesserung der Sichtbarkeit von Differenzen zwischen Bildern dar.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE

Ein schematisches Blockdiagramm eines Elektronenstrahl-Testsondensystems, das beim Analysieren integrierter Schaltungen nützlich ist, ist an 10 in Fig. 1 dargestellt. Das Elektronenstrahl-Testsondensystem weist drei Funktionseinheiten auf eine Elektronenstrahl-Testsonde 12, ein Schaltungsprüfsystem 14 und ein Datenverarbeitungssystem 16 mit einem Anzeigeterminal 18. Eine zu analysierende integrierte Schaltung wird in der Elektronenstrahl-Testsonde 12 derart angeordnet, daß sich Potentialmessungen an verschiedenen Punkten des IC durchführen lassen. Die Punkte, an denen die Messungen durchzuführen sind, werden durch das Datenverarbeitungssystem 16 über einen Bus 22 an die Elektronenstrahl-Testsonde 12 gesendet. Während der Schaltungsanalyse wird durch das Schaltungsprüfsystem 14, das über einen Bus 24 mit dem im Test befindlichen IC verbunden ist, ein Testsignalmuster an die integrierte Schaltung angelegt. Das Datenverarbeitungssystem 16 kann ferner dazu verwendet werden, das verwendete Testsignalmuster sowie den Zeitpunkt der Potentialmessungen bezüglich des Testsignalmusters zu bestimmen. Das Elektronenstrahl-Testsondensystem wird von einem Bediener gesteuert, der über das Anzeigeterminal 18 Befehle eingibt.
In Fig. 2 ist ein Blockdiagramm eines Datenverarbeitungssystems 16 dargestellt. Das Datenverarbeitungssystem 16 ist in zwei breite Funktionsgruppen unterteilbar: ein Rechensystem 50 und ein Elektronenstrahl-Testsondensteuersystem 52. Hier wird lediglich ein neuartiger Aspekt des Rechensystems 50 beschrieben. Das Grundsystem ist im US-Patent Nr. 4,706,019 beschrieben, dessen Offenbarung in der vorliegenden Schrift mittels Verweis aufgenommen ist. Das Rechensystem 50 ist in der Lage, Spannungskontrastbilder hoher Auflösung des im Test befindlichen IC zu speichern, zu verarbeiten und anzuzeigen. Das Rechensystem 50 umfaßt einen Mikroprozessor 54, einen RAM-Speicher 56 und ein Datenspeichermodul 58, das eine Platteneinheit umfassen kann. Ferner umfaßt das Rechensystem 50 ein Anzeigeterminal 18 mit einer Anzeige-Schnittstelle 60 zum Treiben eines Farbanzeigeterminals 61 hoher Auflösung mit einer Auflösung von beispielsweise mindestens 1000 · 1000 Pixel. Das Anzeigeterminal 18 umfaßt ferner eine Tastatur zum Eingeben von Befehlen sowie eine Zeigereinrichtung (wie eine "Maus"), mit der auf Punkte auf dem Anzeigeschirm gezeigt und diese bestimmt werden können. Das Anzeigeterminal 18 kann ferner seinen eigenen Graphikgenerator 62 beinhalten, um die zum Erzeugen einer Graphikanzeige benötigte Zeit zu verbessern. Das Rechensystem 50 kann ferner eine Schnittstelle 64 zum Kommunizieren mit anderen Rechensystemen über einen Kommunikationsbus 66 umfassen.
Fig. 3 stellt ein Paar von stroboskopischen Spannungskontrastbildern dar, die aus zwei Stapeln von mittels des Elektronenstrahl-Testsondensystems Schlumberger "IDS 5000" erfaßten Bildern ausgewählt wurden. Jedes Bild ist aus einem Feld von 512 · 512 Pixeln aufgebaut, wobei jedes Pixel einen digitalen Graustufen-Intensitätswert zwischen 0 und 255 aufweist. Jeder Stapel kann aus bis zu 100 oder sogar mehr solcher Bilder bestehen. Es ist erwünscht, zwei derartige Stapel Bild für Bild, Pixel für Pixel zu vergleichen, um einen Stapel von Differenz-Bildern vorzubereiten, der zur DFI-Analyse angezeigt werden kann. Das auf der linken Seite von Fig. 3 angezeigte Bild weist sichtbare Merkmale (zum Beispiel jene markierte 1, 2, 3) auf, die den (ebenfalls 1, 2, 3 markierten) sichtbaren Merkmalen des auf der rechten Seite von Fig. 3 ähnlich zu sein scheinen, jedoch sind die Bilder fehlerhaft ausgerichtet. Die Fehlausrichtung kann ihre Ursache in jedem einer Anzahl von Faktoren haben: Drehung, Neigung oder eine andere abweichende physische Ausrichtung der integrierten Schaltungen innerhalb der Testsonde, Versatz, Anzeigevergrößerung oder ähnli ches. Ebenfalls sichtbar im Bild auf der rechten Seite von Fig. 3 ist ein kreisförmiger Bereich, der mit 20 bezeichnet ist und einen vergrößerten Abschnitt des Bilds darstellt.
Fig. 4 stellt drei Spannungskontrastbilder dar: das obere linke Bild (im Hintergrund) ist das gleiche wie das obere rechte Bild von Fig. 3; das obere rechte Bild (im Hintergrund) ist das gleiche wie das obere linke Bild von Fig. 3; und das untere mittlere Bild (im Vordergrund) ist ein "Differenz"-Bild der beiden Bilder im Hintergrund. Aufgrund der Fehlausrichtung ist das Differenzbild von geringem diagnostischen Wert.
Fig. 5 stellt ebenfalls drei Spannungskontrastbilder dar: das obere linke Bild (im Hintergrund) ist das gleiche wie das obere linke Bild von Fig. 4; das obere rechte Bild (im Vordergrund) ist eine Version des oberen rechten Bilds von Fig. 4, das erfindungsgemäß derart verarbeitet wurde, daß es an dem oberen linken Bild von Fig. 5 ausgerichtet wurde; und das untere mittlere Bild (zwischen dem Hinter- und dem Vordergrund) ist ein "Differenz"-Bild des oberen linken und des oberen rechten Bilds von Fig. 5. Das untere mittlere Bild von Fig. 5 läßt die sich unterscheidenden Spannungspegel (die zum Beispiel sich unterscheidende logische Pegel darstellen) an Stellen innerhalb der IC-Vorrichtungen, von denen die Bilder erfaßt wurden, sichtbar werden.
Der Ausrichtungsprozeß der vorliegenden Erfindung dient generell zum "Verwerfen" eines Bilds, wobei eine relative geometrische Verzerrung der Bilder korrigiert wird. Daher stellt das "verzogene" Bild den gleichen Bereich einer integrierten Schaltung dar wie das Bild, an dem es ausgerichtet wurde.
Wird die integrierte Schaltung, von der jeder Stapel von Bildern erfaßt wird, während der Bilderfassung physisch nicht bewegt, und werden die erfaßten Bilder des Stapels in der gleichen Weise verarbeitet, so ist die Fehlausrichtung zwischen entsprechenden Bildern der beiden Stapel von Bild zu Bild gleich. Daher kann ein Ausrichtungsprozeß, der ein Bild eines Stapels richtig an dessen Gegenstück von dem anderen Stapel ausrichtet, Bild für Bild durch die Stapel wiederholt werden, um einen Stapel von ausgerichteten Bildern zu erzeugen.
Es wurde festgestellt, daß Ausrichtungsverfahren des Standes der Technik, die mit einer Gleitkomma-Darstellung arbeiten, die 512 · 512 Pixel eines zu verwerfenden Bilds selbst mit einem eigenen Gleitkomma-Rechenprozessor auf dem selben Typ von Arbeitsplatz in etwa 80 Sekunden verarbeiten. Die vorliegende Erfindung bietet ein Verfahren zur Durchführung der Verwerfungsoperation unter Verwendung von Festkomma-Darstellungen, und es hat sich herausgestellt, daß sie etwa 1,3 Sekunden benötigt, wenn eine Programmierung in der Sprache "C" auf einem auf UNIX basierenden SUN 3/160-Arbeitsplatz vorliegt. Ein Protokoll eines derartigen Programms zur Ausführung einer bevorzugten Form des erfindungsgemäßen Verfahrens auf einem derartigen Arbeitsplatz ist in dem Anhang zu der vorliegenden Beschreibung enthalten. Die Geschwindigkeit der erfindungsgemäßen Technik ermöglicht eine schnelle und interaktive Ausrichtung von Bildern zur Verwendung bei einer Diagnose der dynamischen Fehlerabbildung.
Die Prinzipien einer derartigen Ausrichtung werden nachfolgend anhand der Fig. 6 und 7 beschrieben. Eine Korrektur relativer geometrischer Verzerrungen zwischen entsprechenden Bildern zweier Stapel kann vorgenommen werden, indem zunächst das Koordinatensystem (x, y) des zweiten Bilds in das Koordinatensystem (u, v) des ersten Bilds abgebildet wird.
Fig. 6 stellt in einem Kästchen 100 eine Gruppierung von Merkmalen 130, 132, 134, 136, 138 dar, die ein erstes Bild definieren. Die Merkmale des Kästchens 100 sind durch Pixel innerhalb des Graphikrahmens, dargestellt durch ein Gitter von Punkten, die in ihrem (u, v)-Koordinatensystem angeordnet sind, gebildet. Ein Kästchen 200 stellt die Positionen jeweiliger entsprechender Merkmale 230, 232, 234, 236, 238 eines zweiten Bilds in Relation zum (x, y)-Koordinatensystem des zweiten Bilds dar. Ein Vergleich der Größe und des Abstands der Merkmale 130-138 von Kästchen 100 in Bezug auf die Merkmale 230- 238 von Kästchen 200 läßt erkennen, daß die Vergrößerung des zweiten Bilds zweimal so groß (2X) ist wie die des ersten Bilds, das heißt, daß die Merkmale des ersten Bilds halb so weit voneinander entfernt sind wie die des zweiten Bilds. Ein Vergleich der Kästchen 100 und 200 zeigt ferner, daß die Merkmale von Kästchen 100 leicht unten und rechts von den entsprechenden Merkmalen von Kästchen 200 angeordnet sind. Aufgrund der Tatsache, daß die Raumbeziehung der Merkmale 130, 132, 134, 136 und 138 zu den diese definierenden Pixeln nicht die gleiche ist wie die Raumbeziehung der Merkmale 230, 232, 234, 236 und 238 zu den diese definierenden Pixeln, ist es ferner erforderlich, Pixel-Intensitätswerte für die Merkmale 130, 132, 134, 136 und 138 an den Pixelpositionen des zweiten Bilds (Kästchen 200) zu extrapolieren, um eine resultierende "verzogene" Version des ersten Bilds (Kästchen 300) zu erzeugen.
Das Kästchen 300 von Fig. 6 stellt ein Merkmal 330 eines derartigen resultierenden Bilds dar, das vergrößert und um etwa 1½ Intervallschritte nach oben und etwa ½ Intervallschritt nach links versetzt ist, so daß das Merkmal 330 an der Position des Merkmals 230 des zweiten Bilds ausgerichtet ist. Dieser Intensitätswert, der das Merkmal 330 definierenden Pixeln zugewiesen ist, muß aus den Werten von Pixeln vom ersten Bild wie folgt bestimmt werden.
Monotone Übertragungsfunktionen zur Durchführung einer derartigen Abbildung können allgemein wie folgt beschrieben werden:
x = X (u, v)
y = Y(u, v),
wobei X, Y C¹ (das heißt, X und Y sind stetig ableitbare Funktionen)
Allgemein ausgedrückt stehen die Diagramme von X und Y nicht zur Verfügung, und es muß mit empirischen Modellen, wie mit einer polynomen Näherung, gearbeitet werden. Ein mögliches Verfahren zur Durchführung einer derartigen Abbildung wird unten anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung genauer beschrieben.
Da sich die auszurichtenden Bilder in einem diskreten Raum (Bilder sind Pixelfelder) befinden, muß dann, wenn x oder y keine ganzzahligen Werte sind, der korrigierte Anzeige- Intensitätswert eines gegebenen Pixels p(x, y) im resultierenden Graphikrahmen aus den Pixeln, die die entsprechende Stelle dieses Pixels im Quellen-Graphikrahmen umgeben, mittels einer Faltungsoperation extrapoliert werden. Bei der vorliegenden Erfindung werden die vier umgebenden Pixel verwendet, und die Faltung wird zu einer bilinearen Extrapolation. Derartige Extrapolationstechniken sind in der Technik bekannt: siehe beispielsweise W. PRATT; DIGITAL IMAGE PROCESSING (1978), Seite 115, dessen Offenbarung hier durch Verweis aufgenommen ist.
Fig. 7 stellt die Beziehung zwischen einer Stelle 430, die die Versatzposition eines Pixels im (x, y)-Koordinatensystem eines zweiten Bilds 200 zum (u, v)-Koordinatensystem des ersten Bilds 100 ist, und Pixeln p1, p2, p3 und p4 dar, die diese Versatzposition umgeben; die dritte Dimension p von Fig. 7 stellt die Pixelintensität dar. Das Fragezeichen ("?") in Fig. 7 stellt den zu extrapolierenden Wert des Pixels 430 dar.
Der extrapolierte Wert an der Stelle 430 (x + δx, y + δy), wobei 0 ≤ δx ≤ 1 und 0 δy ≤ 1, ist gegeben durch den Ausdruck:
p(x + δx, y + δy) = [p(x, y)δy + p(x, y + 1)(1 - δy)][1 - δx] + [p(x + 1, y)δy + p(x + 1, y + 1)(1-δy)]δx (1)
wobei x und y jeweils 512 Werte aufweisen. Es ist klar, daß sehr viele Arithmetikoperationen durchgeführt werden müssen, um das resultierende "verzogene" Bild zu bilden.
Standard-Faltungsalgorithmen verwenden eine Gleitkomma-Arithmetik bzw. Dezimalvariablen als Grundgegenstände der Berechnung. Es hat sich jedoch herausgestellt, daß die zahlreichen Dezimalstellen, die durch eine Gleitkomma-Variable vorgesehen sind, bei einer Verarbeitung von Pixelbildern, verwendet bei solchen Anwendungen wie der DFI- Analyse, überflüssig sind. Bei der Genauigkeit einer Gleitkomma-Darstellung handelt es sich um die Anzahl der Stellen nach dem Dezimalkomma. Eine Genauigkeit von 3 Stellen hat sich im Falle einer 512 · 512-Matrix von Pixeln mit Intensitätswerten zwischen 0 und 255 als angemessen herausgestellt. Dementsprechend wurden die verhältnismäßig langsamen Operationen bei Gleitkomma-Variablen vermieden, indem diese durch ganzzahlige- bzw. "kurze" Variable ersetzt wurden. Es wurde mit Festkomma-Arithmetikoperationen gearbeitet, wobei die Verarbeitungszeit erheblich verkürzt wurde.
Die Festkomma-Arithmetik besteht im Aufspalten der Bits einer ganzen Zahl in 2 Teile. Die niederwertigen Bits werden für den Dezimalteil der Variable reserviert. Die höherwertigen Bits werden für die Mantisse der Variable reserviert. Bei einer ganzen Zahl mit 32-Bits weist die emulierte Gleitkomma-Variable z, wenn jeder Teil 16 Bits umfaßt, das Äquivalent einer Genauigkeit von 5 auf, da die Minimaländerung
beträgt. Es können vorzeichenbehaftete oder vorzeichenfreie Variablen verwendet werden, und sämtliche Grundoperationen sind ausführbar. Manche Operationen werden extrem schnell: zum Beispiel erfolgt jede Multiplikation bzw. Division mit bzw. durch eine Potenz von 2 unmittelbar. Hierbei handelt es sich lediglich um Einfach-Verschiebeoperationen für den Mikroprozessor, die lediglich einige Taktzyklen benötigen.
Da jedoch die Multiplikation mit Gleitkomma-Darstellungen keine "interne" Funktion des Mikroprozessors mehr darstellt, ist Vorsicht geboten.
Um die Verwendung der Festkomma-Arithmetik als Ersatz für die Gleitkomma- Arithmetik zu erläutern, sei ein Beispiel einer ganzen Zahl herangezogen, die in zwei gleiche Teile aufgespaltet ist. Die Darstellung von "1" ist 1 verschoben um 16 Binärstellen, das heißt, um 2¹&sup6; bzw. 65.536. Wäre die Multiplikation eine interne Operation, so würde 1 · 1 durch 2¹&sup6; und nicht durch 2¹&sup6; · 2¹&sup6; = 2³² dargestellt sein.
Die zwei Teile des Ergebnisses müssen getrennt berechnet werden. Die Kosten dieser Trenn- und Zusammenfüge-Operation betragen 2 Verschiebungen für die Mantisse und einen Addierbefehl, um das Ergebnis wieder zusammenzusetzen. Da es sich jedoch bei den meisten bei Faltungen vorkommenden Multiplikationen um externe Multiplikationen mit einer ganzen Zahl (Pixelkoordinaten und Intensitätswerte werden als ganze Zahlen ausgedrückt) handelt, sind diese Operationen direkt ausführbar, und es handelt sich um Grundoperationen und schnelle Operationen. Bei einer bevorzugten Realisierung der vorliegenden Erfindung werden auf 16 Bits verkürzte Werte ("Kurze") mit einer 8-Stellen-Festkomma- Arithmetik verwendet. Die Pixel eines Bilds sind 8-Bit-Daten.
Wird die obige Gleichung (1) als Beispiel herangezogen, so läßt sich die auszuführende Grund-Arithmetikoperation wie folgt angeben:
p = l · α + (1 - l) · β, (2)
wobei α, β N (α und β sind ganzzahlige Werte) und 0 ≤ l < 1.
Es liegen eine Subtraktion, zwei externe Multiplikationen mit ganzzahligen Werten und eine Addition vor, die in Festkomma-Arithmetik-Darstellung auszuführen sind. Da die Verwendung von Dezimaldarstellungen vorzugsweise vermieden wird, wird bei der Erfindung in Erwägung gezogen,
l durch k, wobei k = 256 · l,
zu ersetzen.
Das Endergebnis wird um 8 (entsprechend einer Division durch 256) verschoben, um den Wert des resultierenden Pixels zu erhalten.
Ist beispielsweise
l =0,34
α = 209, β = 198 und k = 87
so ist 1 - l dargestellt durch 256 - 87 = 169
Ist p' die Festkomma-Darstellung von p, so wird Gleichung (2) zu:
p' = k · α +(256 - k) · β (3)
und
p = p' » 8, (4)
wobei "»" die Rechtsverschiebung des Mikroprozessors darstellt. Ein Vergleich der Ergebnisse zeigt:
(2) ergibt 201,74, und da p N → p = 201.
(3) ergibt p' = 51645.
(4) ergibt p = 51654 » 8 = 201.
Die vorliegende Erfindung wird vorzugsweise in der nachfolgend aufgeführten Reihe von Schritten ausgeführt:
(1) Die Bilder, von jedem der beiden Stapel eines, werden ausgewählt und an einem Anzeigeterminal 18 angezeigt.
(2) Unter Verwendung der Tastatur und einer Zeigereinrichtung (die eine Maus oder eine andere geeignete Vorrichtung sein kann) wird ein Positionsanzeigesymbol zu der Stelle eines beliebigen ausgewählten Merkmals des ersten Bilds bewegt, eine Marke an dieser Stelle auf dem angezeigten Bild angeordnet und die Koordinatenposition des Merkmals aufgezeichnet, wobei dies vorzugsweise in einem RAM 56 geschieht. Das Positionsanzeigesymbol wird an die Stelle eines beliebigen ausgewählten Merkmals des zweiten Bilds (vorzugsweise eines Merkmals, das der Bediener als dem ausgewählten Merkmal des ersten Bilds entsprechend ansieht) bewegt, eine Marke an dieser Stelle des angezeigten Bilds angeordnet und die Koordinatenposition dieses Merkmals aufgezeichnet. Die Auswahl und der Aufzeichnungsvorgang werden anschließend für zwei zusätzliche Merkmale jedes Bilds wiederholt. Die Amplitude der Verwerfungsoperation (Streckung + Versetzung) wird dabei durch den Bediener interaktiv eingestellt.
Bei der bevorzugten Form der Erfindung umfaßt ein Rechensystem 50 ein Vergrößerungsmerkmal, das es ermöglicht, daß ein Abschnitt eines Bilds in einem Fenster ausgewählter Vergrößerung angezeigt wird, so daß einzelne Pixel des Bilds unterschieden werden können, sowie die Fähigkeit zum Aufzeichnen der Position eines ausgewählten Merkmals mit Unterpixel-Genauigkeit. Das Rechensystem läßt zum Beispiel vorzugsweise eine 4-fache Vergrößerung eines Abschnitts des Bilds sowie eine Anordnung des Positionsanzeigesymbols und eine Aufzeichnung des Positionsanzeigesymbols mit einer Genauigkeit von ¼ bis ½ Pixel zu. Ein Beispiel eines vergrößerten Abschnitts eines Bilds ist in dem eingekreisten Bereich des rechten Bilds von Fig. 3 dargestellt. Eine derartige Vergrößerung unterstützt eine richtige Ausrichtung von Bildern, bei denen Merkmale, wie die Breite einer einen Metalleiter in einer IC-Vorrichtung darstellenden Linie, durch nur zwei Pixel definiert sein können.
Die Vergrößerung kann mittels des Ausrichtungsverfahrens der vorliegenden Erfindung erfolgen: der Abschnitt des zu vergrößernden Bilds wird als zu "verwerfendes" Bild behandelt. Beträgt die Vergrößerung 4X, so weist die vergrößerte Version 16 mal mehr Pixel auf, die die gleichen Merkmale darstellen, als der ausgewählte Abschnitt des ursprünglichen Bilds. Der Wert jedes Pixels in der vergrößerten Version wird aus den Werten der Pixel extrapoliert, die die dem Pixel der vergrößerten Version entsprechende Stelle des ursprünglichen Bilds umgeben.
(3) Anschließend wird eine geometrische planare Transformation in Form einer 3 · 3-Matrix der Gleitkommawerte berechnet, die die Positionen der ausgewählten Merkmale des ersten Bilds in jene des zweiten Bilds abbildet.
Es sei zum Beispiel angenommen, daß die drei Marken auf dem ersten Bild die Koordinaten b[i] · x und b[i] · y und die drei Marken auf dem zweiten Bild die Koordinaten a[i] · x und a[i] · y, wobei i Werte zwischen 1 und 3 annimmt, aufweist. Es werden zwei 3 · 3-Matrizen "B" und "A" gebildet, wobei:
B[i][0] = b[i] · x und A[i][0] = a[i] · x
B[i][1] = b[i] · y und A[i][1] = a[i] · y
B[i][2] = 1,0 und A[i][2] = 1,0
Die einzige Matrix M, für die A = M · B gilt, ist die gewünschte geometrische Transformationsmatrix. Die Werte in der 2 · 2-Untermatrix M[i][j] (wobei i, j jeweils die Werte 0, 1 aufweisen können) stellen die Faktoren dar, die die Drehung, Neigung, und Vergrößerungsverzerrung der Bilder korrigieren. Der Wert von M[0][2] ist der Horizontalversatzfaktor, der Wert von M[1][2] der Vertikalversatzfaktor.
(4) Die Werte in der Transformationsmatrix M werden anschließend in Festkomma-Darstellungen (FPR) transformiert. Erfindungsgemäß ist eine FPR eine ganze Zahl, die 255 mal größer ist als die Gleitkomma-Variable. Beispiel: 0 wird zu 0; 0,25 wird zu 64; 0,5 wird zu 127. Ein Vorteil der FPR-Transformation besteht darin, daß auszuführende anschließende Arithmetikoperationen Ganzzahl-Operationen sind, die um ein Vielfaches schneller ausführbar sind als Gleitkomma-Operationen bei einem Mehrzweck-Prozessor, wie einem Mikroprozessor 54.
(5) Das resultierende Bild wird anschließend Zeile für Zeile abgetastet, um Positionen des ersten Bilds mittels der FPR-Werte der Transformationsmatrix in Pixelpositionen des resultierenden Bilds zu transformieren. Beim Durchführen dieser Transformation, und um die zur Berechnung von Pixelwerten des resultierenden Bilds erforderliche Zeit zu minimieren, wird ein Test durchgeführt, um zu bestimmen, ob eine gegebene Position des ersten Bilds bei Abbildung in die Koordinatensysteme des resultierenden Bilds innerhalb des gewünschten Anzeigefeldes des resultierenden Bilds liegt. Es sei daran erinnert, daß ein resultierendes Bild beabsichtigt wird, das Pixel für Pixel mit dem zweiten Bild in Übereinstimmung steht, das ein Anzeigefeld von 512 Zeilen und 512 Spalten von Pixeln aufweist. Liegt die transformierte Pixelstelle außerhalb des Anzeigefeldes, so wird dieser ein fester Intensitätswert zugeordnet, um beispielsweise bei Anzeige ein schwarzes Pixel zu erzeugen.
Genauer besteht das resultierende Bild (ausgerichtete Bild 1) aus Pixeln, die jeweils einen Wert aufweisen, der aus den Pixelwerten des ersten Bilds (Bild 1) zu berechnen ist. Eine Stelle L1 im Bild 1 (zum Beispiel die Stelle 430 in Fig. 7) wird in eine Stelle L1a (Stelle 330 in Fig. 6) in dem ausgerichteten Bild 1 transformiert. Das Pixel an der Stelle L1a im ausgerichteten Bild 1 behält den für die Stelle L1 im Bild 1 extrapolierten Wert bei. Für jede der 512 · 512 Stellen L1a im ausgerichteten Bild 1 wird ein Test durchgeführt, um zu bestimmen, ob die entsprechende Position im Bild 1 innerhalb des Anzeigefeldes des ausgerichteten Bilds 1 bei Transformation in das Koordinatensystem des ausgerichteten Bilds 1 liegt. Anders ausgedrückt, kann weder die Horizontal- noch die Vertikalkoordinate einer Pixelstelle L1a größer als 512 bzw. kleiner als 0 sein. Fig. 8 stellt schematisch das Prinzip dar: Eine Stelle a eines Bilds 1 entspricht einer Stelle A außerhalb des Anzeigefeldes des ausgerichteten Bilds 1, während eine Stelle b eines Bilds 1 einer Stelle innerhalb des Anzeigefeldes des ausgerichteten Bilds 1 entspricht.
Üblicherweise ist die Position L1 ein Dezimalwert. Da jedoch FPR-Werte verwendet werden, können die vier Tests (zwei für den horizontalen Rand und zwei für den vertikalen Rand des Anzeigefeldes) mit Ganzzahl-Logikoperationen durchgeführt werden. Der Test ist daher um ein Vielfaches schneller als bei dessen Durchführung mittels einer Gleitkomma-Arithmetik. Diagnostiziert der Test ein Pixel außerhalb des Rahmens des Anzeigefeldes, so wird das Ergebnis auf schwarz festgelegt.
(6) Da die Position L1 eine Dezimalzahl sein kann (das heißt, die Koordinaten von L1 können zwischen Pixeln des ersten Bilds liegen), ist es erforderlich, den Pixelwert von umgebenden Pixeln zu extrapolieren. Die Extrapolation kann als gewichteter Mittelwert von vier die Position L1 umgebenden Pixeln angesehen werden. Beträgt die Distanz zwischen zwei Pixeln 1 Einheit, so beträgt das jedem Pixel zugeordnete Gewicht 1 minus der Brucheinheitsdistanz zu der Stelle.
Zuvor berechnete "Verweis"-Tabellen werden vorzugsweise dazu verwendet, die zur Durchführung der Extrapolation erforderliche Zeit zu minimieren. Die Verwendung derartiger Tabellen wird durch die Verwendung der FPR ermöglicht: bei dieser Stufe des Ausrichtungsprozesses ist es lediglich erforderlich, mit ganzen Zahlen umzugehen, die zu Elementnummern eines zuvor berechneten Feldes von Werten werden können. Statt jedes Ergebnis einzeln zu berechnen, kann es einfach aus einer indizierten statischen Tabelle von Werten ausgewählt werden. Eine derartige Tabelle wird vorzugsweise automatisch beim Hochfahren des Rechensystems 50 berechnet und kann in dem aktiven Speicher des RAM 56 bzw. in einem "Auslagerungsraum" in der Datenspeichervorrichtung 58 gespeichert werden. Bei dem unten angegebenen Beispiel enthält die Tabelle 2 · 65536 Werte, wofür etwa 128 kByte Speicherplatz benötigt wird.
Nachfolgend wird eine bevorzugte Weise der Extrapolation von Pixelwerten unter Verwendung von Verweistabellen beschrieben. Eine interessierende Stelle L1 ist von Pixeln, Pixel p1 und p2 oben und p3 und p4 unten, umgeben. Die Werte dieser vier Pixel sind auf 4 Bits komprimiert. Die Festkomma-Darstellungen von δx- und δy-Werten sind, wie oben beschrieben, Dezimalwerte zwischen 0 und 1.
Anschließend erfolgt eine Mittelwertbildung in drei Stufen: Der Mittelwert von p1 und p2 wird berechnet, der Mittelwert von p3 und p4 wird berechnet, und die beiden Mittelwerte werden addiert.
Die erste Mittelwertbildung verwendet die Verweistabelle, die 16-Bit-Einträge (die jeweils vier Bits für die Pixelintensitäten p1 und p2 und jeweils vier Bits für die Positionswerte δx und δy darstellen) aufweisen. Der Beitrag der beiden oberen Pixel wird in der Verweistabelle gelesen. Der zur Auswahl des Werts aus der Verweistabelle verwendete Index wird durch Berechnen von Dezimalwerten 0 und 1 für δx und δy (von den Positionskoordinaten der interessierenden Stelle L1 und den umgebenden Pixeln) vorbereitet, wobei eine FPR für δx und δy berechnet wird, Pixel-Intensitätswerte p1 und p2 extrahiert und die vier Werte in ein einziges kurzes Wort (das 16 Bits bei dem auf UNIX basierenden Rechensystem eines Schlumberger "IDS 5000"-Testsystems umfaßt) gelegt werden.
Die zweite Mittelwertbildung verwendet die gleiche Verweistabelle. Ein Index, der aus p3, p4, δx und δy besteht, zeigt in der Tabelle auf einen Wert, der den Beitrag der unteren Pixel darstellt.
Der Wert des resultierenden Pixels (ein Wert zwischen 0 und 255) ist die Summe der beiden Beiträge.
Bei einem Schlumberger "IDS 5000"-System ist das Rechensystem 50 in der Lage, zwei 512 · 512-Pixel-Bilder mit Pixel-Intensitätswerten von 0 bis 255 in weniger als zwei Sekunden auszurichten, wenn die richtig indizierte Verweistabelle zuvor berechnet ist.
Eine derartige Verweistabelle läßt sich wie folgt vorbereiten, wobei δx und δy den Schwerpunkt der Stelle L1 definieren und P&sub1; und P&sub2; entweder die beiden oberen oder die beiden unteren Pixel darstellen. Handelt es sich bei PiU und PiL um die unteren und oberen Pixel, so lautet die Transformation P = (1 - δy) · ((1 - δx) · P1U + δx · P2U) + δy · ((1-δx) · P1L + δx · P2L).
Gilt beispielsweise δx = 0,25, δy = 0,8, p 1 = 40, p2 = 200, p3 = 60 und p4 = 220, so betragen die vier δx darstellenden Bits 8 (dezimal), die vier δy darstellenden Bits betragen 12, die vier p 1 darstellenden Bits betragen 2, die vier p2 darstellenden Bits betragen 12, die vier p3 darstellenden Bits betragen 3, und die vier p4 darstellenden Bits betragen 13. Der Indexwert für den ersten Verweis ist also 2 8 12 12 (p1, δx, p2, δy), und der entsprechende Wert aus der Verweistabelle lautet 42, wodurch die Beiträge von p1 und p2 zum resultierenden Pixel dargestellt sind. Der Indexwert für den zweiten Verweis ist also 3 8 13 12 (p3, δx, p4, δy), und der entsprechende Wert aus der Verweistabelle lautet S4, wodurch die Beiträge von p3 und p4 dargestellt sind. Die Summe aus diesen Werten, 96, stellt den Wert des resultierenden Pixels dar. Bei der bevorzugten Form der Erfindung, deren Ausführungsbeispiel im Anhang enthalten ist, werden lediglich 32 Graustufen (Pixel-Intensitätswerte) verwendet, was sich als für eine akzeptable Bildanzeigequalität angemessen herausgestellt hat. Diese 32 Stufen werden durch Werte in einem Bereich von 33 bis 64 dargestellt. Weitere derartige Modifikationen sind innerhalb des Geltungsbereichs der vorliegenden Erfindung möglich.
Das resultierende Bild (eine Version eines ersten Bilds, "verzogen" in Ausrichtung an einem zweiten Bild) kann durch Subtrahieren von Intensitätswerten Pixel für Pixel mit dem zweiten Bild verglichen werden. Die Intensität jedes Pixels wird durch 8 Bits dargestellt und weist somit einen Wert zwischen 0 und 255 auf. Bei Subtrahieren der Bilder liegen die Differenzwerte zwischen -255 und +255. Da das Differenzbild noch immer ein Pixelwert sein muß, muß der Bereich von -255 bis 255 in das regelmäßige 0-255-Graube reich-Niveau abgebildet werden. Das Differenzbild besteht aus Informationen, die in diese drei Intensitätsbereiche bzw. interessierende Bänder fallen. Das erste Band (von 0 bis zu einem Niveau L1) entspricht Merkmalen, die im zweiten Bild, jedoch nicht im ersten Bild vorhanden sind. Das zweite Band (von L1 bis zu einem Niveau L2) entspricht Merkmalen, die bei beiden Bildern gleich sind. Das dritte Band (von L2 bis 255) entspricht Merkmalen, die im ersten Bild, jedoch nicht im zweiten Bild vorhanden sind.
Um diese Bänder zu erfassen, wird, wie in Fig. 9 dargestellt, ein 3-Niveau- Schwellenfilter verwendet. So wird das Histogramm, das 8 Bit tiefe Grau-Niveaus (256 verschiedene Graustufen) aufweist, in eine Drei-Niveau-Stufenfolge mit Schwarz (0 bis L1), Grau (L1 bis L2) und Weiß (L2 bis 255) abgebildet.
Fachleute auf diesem Gebiet werden erkennen, daß einige Besonderheiten der Topographie der integrierten Schaltungsvorrichtung verbesserungsfähig sind. Es kann beispielsweise mit einem Falschfarben-Modus gearbeitet werden: anstelle Bilder mit Grau-Niveaus zu verwenden, können helle Farben (das heißt Blau, Gelb und Rot) angezeigt werden.
Es wird ferner erkannt werden, daß die Niveaus an einem ausgewählten Bild des Stapels ("dem Sternbild") zum Optimieren der Informationen interaktiv festgelegt und auf sämtliche bzw. beliebige gewünschte Sätze von Bildern des Stapels angewandt werden können. Unterschiede bezüglich des Kontrasts und der Helligkeit zwischen den Bildern eines Stapels (zum Beispiel Bildern der "Goldenen Vorrichtung") und den Bildern eines anderen Stapels (zum Beispiel Bildern der "Testvorrichtung") werden lediglich durch Ändern der Schwellenwerte adressiert.

Claims

1. Verfahren zum Ausrichten von Bildern, wobei

in einem ersten Bild drei Stellen (b[i] · x, b[i] · y, i = 1, 2, 3) ausgewählt werden, die auf drei entsprechende Stellen (a[i] · x, a[i] · y, i = 1, 2, 3) in einem zweiten Bild ausgerichtet werden sollen,

aus den Positionen der drei Stellen in dem ersten und dem zweiten Bild eine Transformations-Wertematrix (M) berechnet wird und

die Matrixwerte zur Transformation von Stellen in dem ersten Bild in Stellen in einem resultierenden Bild mit auf die Pixel des zweiten Bildes ausgerichteten Pixeln verwendet werden,

dadurch gekennzeichnet,

daß die Matrix als eine solche von Gleitkommawerten berechnet wird,

daß die Matrix von Gleitkommawerten in entsprechende Festkomma-Wiedergaben transformiert wird,

daß die Festkomma-Wiedergaben zur Berechnung einer Koordinatenposition für jede Darstellungskoordinate in dem resultierenden Bild, die einer Koordinate in dem ersten Bild entspricht, mittels Festkomma-Arithmetik verwendet werden, und

daß eine Pixelintensität für jede Koordinatenposition in dem resultierenden Bild aus den Intensitätswerten von die entsprechende Koordinatenposition in dem ersten Bild umgebenden Pixeln extrapoliert und dadurch ein resultierendes Bild erzeugt wird, das eine Version des ersten Bildes mit Pixeleigenschaften umfaßt, die auf diejenigen des zweiten Bildes ausgerichtet sind.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das erste und das zweite Bild durch ein Elektronenstrahl-Testsystem erzeugte stroboskopische Spannungskontrastbilder sind und Operationszustände einer integrierten Schaltung darstellen.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das erste und das zweite Bild auf einem Bildschirm dargestellt und die Positionen der drei Stellen in dem ersten und dem zweiten Bild mit Unterpixel-Genauigkeit aufgezeichnet werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei die Matrix eine 2 · 2-Matrix (M[i][j], i, j = 0, 1) von Werten aufweist, die Korrekturfaktoren für Drehung, Neigung und Vergrößerungsverzerrung zwischen dem ersten und dem zweiten Bild angeben.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zum Transformieren der Matrix von Gleitkommawerten in jeweilige Festkomma-Wiedergaben die letzteren in einem Register (56, 58) gespeichert werden und die Verwendung der Wiedergaben zur Berechnung von Koordinatenpositionen in dem resultierenden Bild in einer Mikroprozessoreinrichtung (54) erfolgt.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zum Extrapolieren von Pixelintensitäten Gleitkommawerte berechnet werden, die Entfernungen entsprechender Koordinatenpositionen von den umgebenden Pixeln darstellen, die Entfernungen in Festkommawerte konvertiert und der Pixelwert des resultierenden Bildes aus den Festkomma- Entfernungswerten und den Intensitätswerten der umgebenden Pixel in einem mit Festkomma-Arithmetik arbeitenden Prozessor derart berechnet werden, daß der Pixelwert des resultierenden Bildes einen Mittelwert der mit den Entfernungswerten gewichteten Intensitätswerten der umgebenden Pixel aufweist.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ferner eine Tabelle (56, 58) von Festkommawerten, deren jeder einen gewichteten Beitrag von zwei ([p1, p2]; [p3, p4]) der umgebenden Pixel zu dem Pixelintensitätswert des resultierenden Bildes darstellt, berechnet und die Wertetabelle gespeichert wird, und wobei zum Extrapolieren von Pixelintensitäten für jedes umgebende Pixel aus der Tabelle ein Wert herausgesucht und die herausgesuchten Werte zum dem Pixelintensitätswert des resultierenden Bildes kombiniert werden.

8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei jeder in der Tabelle gespeicherte Wert einem gespeicherten Indexwert zugeordnet wird, und wobei zum Heraussuchen eines Wertes aus der Tabelle ein Indexwert ([p1, δx, p2, δy]; [p3, δx, p4, δy]) aus dem Wert mindestens zweier umgebender Pixel ([p1, p2]; [p3, p4]) und der Entfernung (δx, δy) von der entsprechenden Koordinatenposition berechnet und der berechnete Indexwert mit dem gespeicherten Indexwert zur Auswahl eines aus der Tabelle herauszusuchenden Wertes in Übereinstimmung gebracht wird.

9. Gerät zum Ausrichten von Bildern, mit

einem Datenprozessorsystem (16) mit einer ein erstes und ein zweites Bild darstellenden Anzeige (61) und einem Rechensystem (54, 56 und 58) mit einer Einrichtung zur Auswahl von drei Stellen (b[i] · x, b[i] · y, i = 1, 2, 3) in dem ersten Bild, die auf drei entsprechende Stellen (a[i] · x, a[i] · y, i = 1, 2, 3) in dem zweiten Bild auszurichten sind,

einer Einrichtung zum Berechnen einer Transformations-Wertematrix (M) aus den Positionen der drei Stellen in dem ersten und dem zweiten Bild, und

einer Einrichtung zur Verwendung der Matrixwerte zur Transformation von Positionen in dem ersten Bild in Positionen in einem resultierenden Bild, das auf die Pixel in dem zweiten Bild ausgerichtete Pixel aufweist,

dadurch gekennzeichnet, daß das Rechensystem (54, 56, 58)

(i) die Matrix als eine solche aus Gleitkommawerten berechnet,

(ii) die Matrix aus Gleitkommawerten in entsprechende Festkomma-Wiedergaben transformiert,

(iii) die Festkomma-Wiedergaben zur Berechnung einer Koordinatenposition für jede einer Koordinate in dem ersten Bild entsprechende Anzeigekoordinate in dem resultierenden Bild mittels Festkomma-Arithmetik verwendet, und

(iv) für jede Koordinatenposition in dem resultierenden Bild aus den Intensitätswerten von die entsprechende Koordinatenposition in dem ersten Bild umgebenden Pixeln eine Pixelintensität extrapoliert und so auf der Anzeige (61) ein resultierendes Bild erzeugt, das eine Version des ersten Bildes mit Pixelmerkmalen aufweist, die auf diejenigen des zweiten Bildes ausgerichtet sind.

10. Gerät nach Anspruch 9, mit einer Elektronenstrahlsonde (12) zur Erfassung stroboskopischer Kontrastbilder, die als das erste und das zweite Bild Betriebszustände einer integrierten Schaltung darstellen.

11. Gerät nach Anspruch 9 oder 10, wobei die Einrichtung zur Auswahl der drei Stellen in dem ersten und dem zweiten Bild die Positionen mit Unterpixel-Auflösung aufzeichnet.

12. Gerät nach Anspruch 9, 10 oder 11, wobei die Recheneinrichtung (54, 56, 58) eine Matrix (M) als eine solche mit einer 2 · 2-Matrix (M[i][y], i, j = 0, 1) von Werten berechnet, die Korrekturfaktoren bezüglich Drehung, Neigung und Vergrößerungsverzerrung zwischen dem ersten und dem zweiten Bild angeben.

13. Gerät nach einem der Ansprüche 9 bis 12 mit einem Register (56, 58) zur Speicherung der Festkomma-Wiedergaben und einer Mikroprozessor-Einrichtung (54) bei der Verwendung der Wiedergaben für die Berechnung von Koordinatenpositionen in dem resultierenden Bild.

14. Gerät nach einem der Ansprüche 9 bis 13, wobei das Rechensystem (54, 56, 58) Pixelintensitäten und Verwendung einer Gleitkomma-Arithmetik extrapoliert, um Entfernungen der entsprechenden Koordinatenpositionen von den umgebenden Pixeln angebende Gleitkommawerte zu berechnen, die Entfernungen in Festkommawerte zu konvertieren und aus den Festkomma-Entfernungswerten und den Intensitätswerten der umgebenden Pixel den Pixelwert des resultierenden Bildes derart zu berechnen, daß dieser einen Mittelwert aus den mit den Entfernungswerten gewichteten Intensitätswerten der umgebenden Pixel auf weist.

15. Gerät nach einem der Ansprüche 9 bis 14, wobei das Rechensystem (54, 56, 58) eine Tabelle aus Festkommawerten, deren jeder Wert einen gewichteten Beitrag von zwei ([p1, p2]; [p3, p4]) der umgebenden Pixel zu dem Pixelintensitätswert des resultierenden Bildes angibt, berechnet und die Wertetabelle speichert sowie Pixelintensitätswerte extrapoliert, indem es aus der Tabelle für jedes umgebende Pixel einen Wert heraussucht und die herausgesuchten Werte zur Bildung des Pixelintensitätswertes des resultierenden Bildes kombiniert.

16. Gerät nach Anspruch 15, wobei jeder in der Tabelle gespeicherte Wert einem gespeicherten Indexwert zugeordnet ist, und wobei das Rechensystem (54, 56, 58) aus der Tabelle einen Wert heraussucht, indem es aus dem Wert mindestens zweier umgebender Pixel ([p1, p2]; [p3, p4]) und der Entfernung (δx, δy) von der entsprechenden Koordinatenposition einen Indexwert ([p1, δx, p2, δy]; [p3, δx, p4, δy]) berechnet und zur Auswahl eines aus der Tabelle herauszusuchenden Wertes den berechneten Indexwert mit dem gespeicherten Indexwert in Übereinstimmung bringt.