JP2001317919A - 回路パターン線幅計測方法および回路パターン線幅計測装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】線幅の計測誤差を減少させ、かつ、大容量のメ
モリを必要としないで処理時間を短縮することができる
回路パターン線幅計測方法および回路パターン線幅計測
装置を提供する。 【解決手段】入力装置から画像を取り込む画像取込回路
２１と、２値化回路２２と、細線化回路２３と、線分抽
出回路２６と、線幅計測を行う座標値を通る直線を算出
する計測直線生成回路２７と、輪郭エッジ点を探索する
エッジ点探索回路２８と、輪郭エッジ点とその近傍の領
域だけを１画素につきＮ×Ｎ分割にサブピクセル化し、
このサブピクセル化した画像データをノイズ除去のため
に平滑化処理する局所サブピクセル化回路２９と、局所
サブピクセル化回路の出力データから直線上にあり、か
つ２値化しきい値以上の濃淡値である位置を求め、この
位置から線幅を算出する線幅計測回路３０とを有する回
路パターン線幅計測装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は回路パターン線幅計
測方法および回路パターン線幅計測装置に係わり、特に
プリント基板等の配線パターンの外観検査に用いること
ができるパターン線幅計測方法および回路パターン線幅
計測装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】プリント基板等の配線パターンの外観検
査をする場合、カメラ等の入力装置により配線パターン
の画像を取り込み、配線パターンの画像を幅１画素にな
るまで細線化処理を行い、幅の中心の１画素が配列した
中心線を求め、一つの中心画素を計測点として、その中
心画素に対する幅を求める画像処理を行う。

【０００３】その概要を図１１に示す。配列した中心画
素（細線化による中心点）１０の一つを計測点１１と
し、この計測点から線幅計測の輪郭線１２を探索し、こ
れにより線幅ｂを求める。しかしながらこの場合、画素
単位での情報のみによる線幅計測であるから、図１０に
示すような斜め線の線幅計測において、線幅ａと細線化
により検出された中心点（計測点）１１を基準に輪郭線
１２を探索し計測した線幅ｂとの間の誤差が大きくな
る。

【０００４】この画素単位による従来技術をしきい値を
用いて図１１で説明する。１画素単位の計測であるか
ら、輪郭線上の画素の濃淡値が輪郭線を抽出するために
設定された固定の２値化しきい値とほぼ同じとなる状況
下では、しきい値よりわずかに大きい場合に決定される
線幅（計測線幅Ａ１）とわずかに小さい場合に決定され
る線幅（計測線幅Ａ２）で１画素幅の計測誤差ΔＡが生
じてしまう。

【０００５】一方この計測誤差を小さくするために、入
力装置の分解能を細かくすると、大容量の画像メモリが
必要になる。

【０００６】また、画像サイズが大きくなることになり
莫大な情報を処理しなくてはならないため処理時間も莫
大にかかり実用的な時間で検査ができなくなるという問
題がある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】以上説明したように従
来技術では、線幅の計測誤差が大きくなり、これを小さ
くしようとすると大容量のメモリを必要とし、また処理
時間が長くなるという問題点を有する。

【０００８】したがって本発明の目的は、上記問題点を
解決した有効な回路パターン線幅計測方法および回路パ
ターン線幅計測装置を提供することである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の特徴は、回路パ
ターン線の画像データを取り込む第１のステップと、前
記画像データを２値化処理する第２のステップと、細線
化処理をする第３のステップと、前記第３のステップに
より得られた中心線の傾きと直交する傾きを有し、かつ
前記中心線上の計測点を通る直線を算出し、この直線を
用いて線幅の両端点となる第１の始点および第１の終点
を前記第２のステップによるデータから、所定のエッジ
判定しきい値と比較して求める第４のステップと、前記
第１の始点及び第１の終点を含むその近傍の領域のみを
限定的にサブピクセル化する第５のステップと、前記直
線上であって前記サブピクセルによる第２の始点および
第２の終点を前記所定のエッジ判定しきい値と比較して
求める第６のステップと、前記第２の始点及び第２の終
点から前記回路パターン線の線幅を算出する回路パター
ン線幅計測方法にある。

【００１０】ここで、前記サブピクセル化した領域のみ
に平滑化処理を行うことが好ましい。また、前記サブピ
クセル化する領域は、前記第１の始点及び第１の終点を
構成する画素並びにこれらの画素に各方向からそれぞれ
隣接する画素の領域であることが好ましい。また、計測
対象外の幅広の領域が含まれている際は、前記第３のス
テップの後、この幅広の領域を除去する処理を行うこと
が好ましい。この場合、前記除去する処理は、前記第３
のステップによる画像データを１画素幅縮小処理を行う
ことにより前記幅広の領域のみの画像データを得て、次
に、前記第３のステップによる画像データから前記幅広
の領域のみの画像データを差分する処理であることがで
きる。

【００１１】本発明の他の特徴は、入力装置から画像を
取り込む画像取込回路と、前記画像取込回路で獲得した
画像データをしきい値で２値化処理する２値化回路と、
前記２値化回路による２値画像データを指定線幅の段数
で細線化処理を行う細線化回路と、前記細線化回路によ
る画像データを連続して位置する点の集合として線分単
位の座標値を出力する線分抽出回路と、線幅計測を行う
座標値を通る中心線の傾きを算出し、この傾きに直交す
る傾きを算出し、直交する傾きを有し、かつ前記線幅計
測を行う座標値を通る直線を算出する計測直線生成回路
と、前記直線に沿い、前記２値化回路による２値画像の
座標データから計測された線幅の端点となる輪郭エッジ
点を探索するエッジ点探索回路と、前記輪郭エッジ点と
その近傍の領域だけを１画素につきＮ×Ｎ分割にサブピ
クセル化し、このサブピクセル化した画像データをノイ
ズ除去のために平滑化処理する局所サブピクセル化回路
と、前記局所サブピクセル化回路の出力データから前記
直線上にあり、かつ前記２値化しきい値以上の濃淡値で
ある位置を求め、この位置から前記線幅計測を行う座標
値における線幅として算出する線幅計測回路とを具備す
る回路パターン線幅計測装置にある。

【００１２】ここで、前記細線化回路の処理結果データ
を１画素縮小拡大処理を行う縮小拡大回路と、前記縮小
拡大回路の処理結果データと前記前記細線化回路の処理
結果データとのＡＮＤ演算処理を行いその結果を前記線
分抽出回路に用いる領域差分回路とを具備することが好
ましい。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明を説
明する。図１は実施の形態の回路パターン線幅計測装置
を示すブロック図である。

【００１４】図１を参照すると、カメラ、スキャナ等の
入力装置から画像を取り込む画像取込回路２１と、画像
取込回路２１で獲得した画像データを格納する第１の画
像メモリ３１と、第１の画像メモリ３１の画像データを
設定されたしきい値Ｔｈで２値化処理する２値化回路２
２と、２値化回路２２の出力である２値画像データを格
納する第２の画像メモリ３２と、第２の画像メモリ３２
の画像データを指定線幅ｗの段数で細線化処理を行う細
線化回路２３と、細線化回路２３の処理結果データを格
納する第３の画像メモリ３３とを有している。

【００１５】さらに、第３の画像メモリ３３の画像デー
タを１画素縮小拡大処理を行う縮小拡大回路２４と、縮
小拡大回路２４の処理結果データを格納する第４の画像
メモリ３４と、第３の画像メモリ３３の画像データと第
４の画像メモリ３４の画像データとのＡＮＤ演算処理を
行い、演算結果を第５の画像メモリ３５に格納する領域
差分回路２５と、領域差分回路２５の出力結果である第
５の画像メモリ３５の画像データを連続して位置する点
の集合として線分単位の座標値を出力する線分抽出回路
２６と、その結果を格納する線分データメモリ３７を有
する。

【００１６】さらに、データ探索回路である線分抽出回
路２６の結果である線分データメモリ３７から出力され
た線分データについて、図６による線幅計測を行う座標
値Ｐｉ（０，・・・，ｎ）から互いに逆方向に等間隔に
離れた位置の座標値２点を通る直線の傾きＧを算出し、
この傾きＧに直交する傾きＧ_A を算出し、Ｐｉを通る傾
きＧ_A の直線Ｌを算出する計測直線生成回路２７と、上
記した直線Ｌに沿い、画像メモリ２の２値画像の座標デ
ータから計測する線幅の端点となる輪郭エッジ点Ｐｓ
（始点），Ｐｅ（終点）を探索するエッジ点探索回路２
８と、輪郭エッジ点Ｐｓ，Ｐｅとその近傍点の領域だけ
を第６の画像メモリ３６に格納し、第６の画像メモリ３
６の画像データを、１画素につきＮ×Ｎ分割にサブピク
セル化し、サブピクセル化した画像データをノイズ除去
のために平滑化処理する局所サブピクセル化回路３９
と、局所サブピクセル化回路２９の出力データから上記
した直線Ｌ上にあり、かつ上記した２値化しきい値Ｔｈ
以上の濃淡値である位置Ｐｓ’，Ｐｅ’を計測し、｜Ｐ
ｓ’−Ｐｅ’｜をＰｉにおける線幅として算出する線幅
計測回路３０を有する。

【００１７】すなわち、輪郭線の近傍を計算機上でリサ
ンプリングし、サブピクセル化した状態で平滑化処理を
行い、その結果を用いて線幅を計測する機能を有する。

【００１８】次に実施の形態の回路パターン線幅計測方
法を説明する。

【００１９】図２に示す画像１は２値化画像を示す図で
あり、線幅計測を行う領域１〜４（領域１は、異なる線
幅を有する領域、領域２〜４は均一は線幅ｗを有する領
域）が２値化処理により抽出可能な画像を、画像取込回
路２１により獲得し、画像取込装置２１で獲得した画像
を第１の画像メモリ３１に格納する。

【００２０】そして、第１の画像メモリ３１を２値化回
路２２の入力とし、第１の画像メモリ３１の画像データ
を設定されたしきい値Ｔｈで２値化処理し、線幅計測を
行う領域を抽出して第２の画像メモリ３２に格納する。

【００２１】そして、図２の領域１〜４について、細線
化回路２３により線幅ｗを細線化する段数ｃで細線化処
理を行い、結果を画像メモリ３３に格納する。ここで、
段数ｃは図２の領域２〜４の線幅と等しい値を設定す
る。

【００２２】細線化回路２３の出力は図３に示す画像
２、すなわち指定線幅の細線化結果を示す図となる。領
域２〜４は線幅が均一であるので、領域全体が細線化さ
れる。その結果、１画素幅の領域（領域ａ）となる。そ
れに対して領域１は１画素以上の幅をもつ領域（領域
ｂ）を含んだ結果になる。

【００２３】次に線幅計測の対象領域、すなわち１画素
幅の領域のみを抽出するために、第３の画像メモリ３３
を入力とし縮小拡大回路２４にて領域ｂを画像２のデー
タから削除する処理を行う。

【００２４】まず第３の画像メモリ３３の画像データ
（図３の画像２）を１画素幅縮小処理により１画素幅領
域（領域ａ）を削除する。次にその結果データを１画素
幅拡大処理する。

【００２５】その結果は、図４の画像３である１画素縮
小拡大結果の図に示すように領域ｂのみになり、このデ
ータは第４の画像メモリ３４に格納される。

【００２６】次に領域差分回路２５により図３の画像２
の画像データから図４の画像３の画像データを差分する
ことにより１画素幅領域（領域ａ）のみを抽出し、その
結果を第５の画像メモリ３５に格納する。第４の画像メ
モリ３４の内容は図５の画像４である領域差分結果の図
となる。

【００２７】次に、線分抽出回路２６により第５の画像
メモリ３５の画像データを探索し、連続した座標を線分
単位に線分座標データメモリ３７に格納する。

【００２８】図６を参照して、線分座標データメモリ３
７の座標データを線幅計測をする計測点の画素１１によ
る中心点Ｐｉ（Ｘｉ，Ｙｉ）とする。

【００２９】次に、計測直線生成回路２７により中心点
Ｐｉを通る中心線の傾きＧを細線化データ上のＰｉから
互いに逆方向に等間隔の２点を用いて算出する。

【００３０】次に、傾きＧに直交する傾きＧ_A を有し、
かつ中心点Ｐｉ（Ｘｉ，Ｙｉ）を通る直線Ｌの式、Ｙ−
Ｙｉ＝Ｇ_A （Ｘ−Ｘｉ）、を算出する。

【００３１】次に、輪郭エッジ探索回路２８により直線
Ｌを用いて線幅のエッジとなる両端点、始点Ｐｓ（Ｘ
ｓ，Ｙｓ）、終点Ｐｅ（Ｘｅ，Ｙｅ）を所定のエッジ判
定しきい値Ｔｈと比較し第２の画像メモリ３２の画像デ
ータから検出する。

【００３２】次に局所サブピクセル化回路２９により画
像メモリ１のＰｓ、Ｐｅとその近傍のみをＮ×Ｎ分割
（例えば、Ｎ＝１０）にサブピクセル化し、そのデータ
を画像メモリ６に格納する（局所サブピクセル画像
ｎ）。図７はサブピクセルにリサンプリングされたデー
タ構造を示し、３行３列に配列された画素のうち、図で
左上に位置する画素がサブピクセルにリサンプリングさ
れた状態を示しており、画素のデータ１００が１００−
１１，１００−１２・・・１００−１Ｎ，・・・・１０
０−ＮＮと細分化されている。

【００３３】また、限定的にサブピクセルにリサンプリ
ングされるＰｓ、Ｐｅとその近傍は、測定の高速化や装
置の廉価化を考えて必要最小限に止めることから、Ｐ
ｓ、Ｐｅを構成する画素及びその画素に各方向にそれぞ
れ隣接する１個の画素の領域であることが好ましい。す
なわち、Ｐｓ、Ｐｅを構成する画素とその画素を１重に
取り囲む画素のみがサブピクセルにリサンプリングされ
ることが好ましい。

【００３４】しかし、測定速度や装置の事情によって
は、Ｐｓ、Ｐｅを構成する画素とその画素を１重、２重
に取り囲む画素の領域、あるいはＰｓ、Ｐｅを構成する
画素とその画素を１重、２重、３重に取り囲む画素の領
域をサブピクセル化することもできる。

【００３５】次に、局所サブピクセル画像ｎの直線Ｌ上
についてのみ平滑化処理（例えば、Ｍ×Ｍ領域の平均値
を用いたｍｅａｎフィルタ）を行ってノイズを除去し、
サブピクセル濃淡画像１ラインによる線幅計測の誤差を
低減する。そしてその結果を第６の画像メモリ３６に格
納する。

【００３６】次に線幅計測回路３０により、第６の画像
メモリ３６からサブピクセル化されたＰｓ及びＰｅにつ
いて、エッジ判定しきい値Ｔｈ以上の濃淡値になるＰ
ｓ’、Ｐｅ’を定義し、Ｐｓ’とＰｅ’との距離を線幅
として算出する。

【００３７】そして、上記計測直線生成回路２７から線
幅計測回路３０までの処理を線分データメモリ３７のデ
ータ量分について行う。

【００３８】図８は、４×５の画素行列を探索経路に沿
って輪郭点を探索し、それによる画素単位による輪郭点
Ａの画素を認識し、その画素及び近傍をサブピクセル化
し平滑化した後の輪郭点Ｂを示している。図１１の従来
技術で説明したように画素単位による測定では誤差ΔＡ
となる。しかし、１画素よりも小さいサブピクセル単位
で測定した場合の誤差はΔＢと小さくなる。すなわち画
素をＮ分割でサブピクセル化した場合は、ΔＢはΔＡの
Ｎ分の１に減少される。

【００３９】図９を参照して、画素単位の測定では、し
きい値よりわずかに大きい場合に決定される線幅（計測
線幅Ａ１）とわずかに小さい場合に決定される線幅（計
測線幅Ａ２）で１画素幅の大きな計測誤差ΔＡが生じて
しまう。しかし本発明のサブピクセル化による測定で
は、しきい値よりわずかに大きい場合に決定される線幅
（計測線幅Ｂ１）とわずかに小さい場合に決定される線
幅（計測線幅Ｂ２）でサブピクセル単位幅の小さい計測
誤差ΔＢに減少させることができる。

【００４０】次に本発明の他の実施の形態について説明
する。先の実施の形態では、線幅計測の始点Ｐｓ及び終
点Ｐｅの位置を探索するための経路の直線Ｌを算出して
いる。その過程で傾きＧを計算する方法は細線化データ
上の２点を用いている。

【００４１】それに対してこの実施の形態では、使用す
る点数を増加させて最小自乗法などの統計的な方法で傾
きを計算する方法や、直線ではなく曲線に近似して対象
点に接する直線から傾きを計算する方法に置き換える。

【００４２】また先の実施の形態では、画像データのサ
ブピクセル化は限定領域をリサンプリングして平滑化す
る方法で行っているが、この実施の形態では、探索経路
上の画像データを直線補間または曲線補間する方法に置
き換える。

【００４３】

【発明の効果】以上説明したように本発明における効果
は、まず高精度な処理を必要とする領域を限定すること
により高速かつ高精度な計測が可能であることである。

【００４４】次にサブピクセル化する領域を最小限にし
ていることで必要となる画像メモリが、画像全体をサブ
ピクセル化した場合や、高分解能な画像獲得を行う場合
と比較して少量であるため製造コストが安価であること
である。

【００４５】さらに、輪郭線の近傍を計算機上でリサン
プリングし、サブピクセル化した状態で平滑化処理を行
うことができるから、この場合、その結果を用いること
により量子化誤差になるノイズの影響を除去することが
でき、高精度化が実現することである。

【００４６】またこの平滑化処理は、処理対象をサブピ
クセル化した領域に限定することで処理時間を短縮させ
ることができ、高速化が実現することである。

【００４７】さらに、計測を行う画像データ内に、線幅
計測の対象とならない領域：Ｒ（計測する線幅：ｗより
大きい幅を有する領域）が存在する場合には、線幅計測
を行う中心線を抽出するための細線化処理を指定幅ｗが
細線化される段階で終了させることにより、領域Ｒは１
画素幅以上の領域となり、１画素拡大縮小処理により領
域Ｒのみを抽出し、上記細線化処理の結果から削除する
ことで、線幅計測を行う中心線画素のみを自動的に抽出
することができるから、高速化が可能となることであ
る。

【００４８】また、線幅計測を行う方向は、例えば、計
測する中心点から等間隔離れた同中心線の２点を用いた
傾きから算出し、線幅計測に用いる輪郭点の探索は傾き
に直交する傾きと中心点とから求められる直線上で行う
から、高速化が可能となることである。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施の形態の回路パターン線幅計測装置を示す
ブロック図である。

【図２】実施の形態における２値化画像の画像データを
示す図である。

【図３】実施の形態における指定線幅の細線化結果の画
像データを示す図である。

【図４】実施の形態における１画素縮小拡大結果の画像
データを示す図である。

【図５】実施の形態における領域差分結果の画像データ
を示す図である。

【図６】実施の形態における線幅計測を計測位置で示す
図である。

【図７】実施の形態における画素がサブピクセルにリサ
ンプリングされた際のデータ構造を示す図である。

【図８】実施の形態におけるサブピクセル化前後におけ
る輪郭点の様子を比較して示す図である。

【図９】実施の形態における線幅計測の状態をサブピク
セル化前後で比較して示す図である。

【図１０】従来技術による線幅計測を計測位置で示す図
である。

【図１１】従来技術による線幅計測の状態を示す図であ
る。

【符号の説明】

１０ 中心画素（細線化による中心点） １１ 計測点となる画素 １２ 輪郭線 ２１ 画像取込回路 ２２ ２値化回路 ２３ 細線化回路 ２４ 縮小拡大回路 ２５ 領域差分回路 ２６ 線分抽出回路 ２７ 計測直線生成回路 ２８ エッジ点探索回路 ２９ 局所サブピクセル化回路 ３０ 線幅計測回路 ３１ 第１の画像メモリ ３２ 第２の画像メモリ ３３ 第３の画像メモリ ３４ 第４の画像メモリ ３５ 第５の画像メモリ ３６ 第６の画像メモリ ３７ 線分データメモリ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2F065 AA22 BB02 CC01 DD03 DD06 FF01 JJ03 JJ26 QQ04 QQ13 QQ24 QQ25 QQ32 QQ34 QQ36 UU05

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回路パターン線の画像データを取り込む
   第１のステップと、前記画像データを２値化処理する第
   ２のステップと、細線化処理をする第３のステップと、
   前記第３のステップにより得られた中心線の傾きと直交
   する傾きを有し、かつ前記中心線上の計測点を通る直線
   を算出し、この直線を用いて線幅の両端点となる第１の
   始点および第１の終点を前記第２のステップによるデー
   タから、所定のエッジ判定しきい値と比較して求める第
   ４のステップと、前記第１の始点及び第１の終点を含む
   その近傍の領域のみを限定的にサブピクセル化する第５
   のステップと、前記エッジ判定しきい値と比較し、前記
   直線上であって前記サブピクセルによる第２の始点およ
   び第２の終点を求める第６のステップと、前記第２の始
   点及び第２の終点から前記回路パターン線の線幅を算出
   することを特徴とする回路パターン線幅計測方法。
2. 【請求項２】 前記サブピクセル化した領域のみに平滑
   化処理を行うことを特徴とする請求項１記載の回路パタ
   ーン線幅計測方法。
3. 【請求項３】 前記サブピクセル化する領域は、前記第
   １の始点及び第１の終点を構成する画素並びにこれらの
   画素に各方向からそれぞれ隣接する画素の領域であるこ
   とを特徴とする請求項１記載の回路パターン線幅計測方
   法。
4. 【請求項４】 計測対象外の幅広の領域が含まれている
   際は、前記第３のステップの後、この幅広の領域を除去
   する処理を行うことを特徴とする請求項１記載の回路パ
   ターン線幅計測方法。
5. 【請求項５】 前記除去する処理は、前記第３のステッ
   プによる画像データを１画素幅縮小処理を行うことによ
   り前記幅広の領域のみの画像データを得て、次に、前記
   第３のステップによる画像データから前記幅広の領域の
   みの画像データを差分する処理であることを特徴とする
   請求項４記載の回路パターン線幅計測方法。
6. 【請求項６】 入力装置から画像を取り込む画像取込回
   路と、前記画像取込回路で獲得した画像データをしきい
   値で２値化処理する２値化回路と、前記２値化回路によ
   る２値画像データを指定線幅の段数で細線化処理を行う
   細線化回路と、前記細線化回路による画像データを連続
   して位置する点の集合として線分単位の座標値を出力す
   る線分抽出回路と、線幅計測を行う座標値を通る中心線
   の傾きを算出し、この傾きに直交する傾きを算出し、直
   交する傾きを有し、かつ前記線幅計測を行う座標値を通
   る直線を算出する計測直線生成回路と、前記直線に沿
   い、前記２値化回路による２値画像の座標データから計
   測された線幅の端点となる輪郭エッジ点を探索するエッ
   ジ点探索回路と、前記輪郭エッジ点とその近傍の領域だ
   けを１画素につきＮ×Ｎ分割にサブピクセル化し、この
   サブピクセル化した画像データをノイズ除去のために平
   滑化処理する局所サブピクセル化回路と、前記局所サブ
   ピクセル化回路の出力データから前記直線上にあり、か
   つ前記２値化しきい値と同じ濃淡値である位置を求め、
   この位置から前記線幅計測を行う座標値における線幅と
   して算出する線幅計測回路とを具備することを特徴とす
   る回路パターン線幅計測装置。
7. 【請求項７】 前記細線化回路の処理結果データを１画
   素縮小拡大処理を行う縮小拡大回路と、前記縮小拡大回
   路の処理結果データと前記前記細線化回路の処理結果デ
   ータとのＡＮＤ演算処理を行いその結果を前記線分抽出
   回路に用いる領域差分回路とを具備することを特徴とす
   る請求項６記載の回路パターン線幅計測装置。