JP2009211455A - 画像処理装置、画像処理方法、およびプログラム - Google Patents
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Abstract
【課題】一様な照明変化ではなく各スペクトルが変動した場合において、画像の照合が困難であった。
【解決手段】基準画像の各画素と、対象画像の各画素について、2以上の色成分を取得する色成分取得部と、基準画像の各画素の色成分ごとに、方向符号値を算出し、1以上の方向符号値の集合である第一の方向符号値群を取得し、かつ、対象画像の各画素の色成分ごとに、方向符号値を算出し、1以上の方向符号値の集合である第二の方向符号値群を取得する方向符号値算出部と、色成分ごとの第一の方向符号値群と、色成分ごとの第二の方向符号値群との類似度である第一の類似度を算出し、当該色成分ごとの第一の類似度を用いて、基準画像と対象画像との類似度である第二の類似度を算出する類似度算出部と、第二の類似度を出力する類似度出力部を具備する画像処理装置により、カラー画像の類似度の精度の高い検出が可能となる。
【選択図】図1
【解決手段】基準画像の各画素と、対象画像の各画素について、2以上の色成分を取得する色成分取得部と、基準画像の各画素の色成分ごとに、方向符号値を算出し、1以上の方向符号値の集合である第一の方向符号値群を取得し、かつ、対象画像の各画素の色成分ごとに、方向符号値を算出し、1以上の方向符号値の集合である第二の方向符号値群を取得する方向符号値算出部と、色成分ごとの第一の方向符号値群と、色成分ごとの第二の方向符号値群との類似度である第一の類似度を算出し、当該色成分ごとの第一の類似度を用いて、基準画像と対象画像との類似度である第二の類似度を算出する類似度算出部と、第二の類似度を出力する類似度出力部を具備する画像処理装置により、カラー画像の類似度の精度の高い検出が可能となる。
【選択図】図1
Description
本発明は、カラーの基準画像とカラーの対象画像の類似度を算出する画像処理装置等に関するものである。
従来、照明変動にロバストな画像照合として方向符号化照合法(OCM)が提案されている。OCMは、画素ごとの明度情報の傾斜方向を量子化した方向コード画像での照合に基づくものである。
また、検出精度を低下させることなく計算量を低減することができる照合方法に特長をもつ画像処理装置があった(特許文献1参照)。かかる画像処理装置は、テンプレートとなる基準画像データと、照合の対象となる対象画像データ内に複数設定され、前記基準画像データとほぼ同じ大きさを有する対象領域データとを照合し、前記基準画像データと一致する前記対象領域データの位置と、一致するときの前記基準画像データの回転角度とを決定する照合方法に特長をもつ画像処理装置であって、前記基準画像データおよび前記対象領域データを構成する各画素のエッジ方向を表す値である方向符号値に基づいて、前記基準画像データおよび前記対象領域データのそれぞれに含まれる2つの画素の方向符号値の差である方向符号差分値を算出し、算出した方向符号差分値を用いて前記基準画像データと前記対象領域データとの照合を行う方向符号差分値照合手段と、前記基準画像データ、および前記方向符号差分値照合手段による照合結果に対応する対象領域データに対する方向符号値のヒストグラムをそれぞれ作成し、これらのヒストグラムを照合し、前記対象領域データと略一致するときの前記基準画像データの回転角度を算出する方向符号ヒストグラム照合手段と、前記対象領域データ、および算出された回転角度だけ回転させた基準画像データに対する方向符号値を照合する方向符号照合手段と、前記方向符号差分値照合手段、前記方向符号ヒストグラム照合手段および前記方向符号照合手段による照合結果に基づいて前記基準画像データと一致する前記対象領域データの位置と、一致するときの前記基準画像データの回転角度とを決定する決定手段とを含む照合方法に特長をもつ画像処理装置である。
特開2006−133884号公報(第1頁、第1図等)
しかしながら、従来の技術では、一様な照明変化ではなく、各スペクトルが変動した場合において、画像の照合が困難であった。
また、従来の画像処理装置においては、モノクロ画像の照合のみを対象としており、カラー画像の照合を行うことができなかった。
したがって、例えば、半導体のウエハ上のマクロ欠陥を検出することが極めて困難であった。具体的には、半導体のウエハ上では、下地色ムラ(グラデーション)や、照明の明度ムラや、スペクトルムラが発生し得るが、従来の画像処理装置は、かかるムラと欠陥との差異を検出することができなかった。
そこで、本発明において、スペクトル変動に対し頑強な画像の照合方法、または欠陥検出方法を実現する画像処理装置等を提供することを目的としている。
本第一の発明の画像処理装置は、比較の元となるカラー画像である基準画像を格納し得る基準画像格納部と、比較の対象となるカラー画像である対象画像を受け付ける対象画像受付部と、前記基準画像の全体または一部の各画素と、前記対象画像の全体または前記基準画像の一部に対応する前記対象画像の一部の各画素について、2以上の色成分を取得する色成分取得部と、前記色成分取得部が前記基準画像の全体または一部の各画素の色成分ごとに、方向符号値を算出し、1以上の方向符号値の集合である第一の方向符号値群を色成分ごとに取得し、かつ、前記対象画像の全体または前記基準画像の一部に対応する前記対象画像の一部の各画素の色成分ごとに、方向符号値を算出し、1以上の方向符号値の集合である第二の方向符号値群を色成分ごとに取得する方向符号値算出部と、前記色成分ごとの第一の方向符号値群と、前記色成分ごとの第二の方向符号値群との類似度である第一の類似度を色成分ごとに算出し、当該色成分ごとの第一の類似度を用いて、前記基準画像の全体または一部と、前記対象画像の全体または前記基準画像の一部に対応する前記対象画像の一部との類似度である第二の類似度を算出する類似度算出部と、前記類似度算出部が算出した第二の類似度を出力する類似度出力部を具備する画像処理装置である。
かかる構成により、比較対象の2つのカラー画像について、2以上の色成分ごとの方向符号値群を用いて第一の類似度を算出し、2以上の第一の類似度を用いて、第二の類似度を算出するので、カラー画像の類似度の精度の高い検出が可能となる。
また、本第二の発明の画像処理装置は、第一の発明に対して、前記色成分取得部は、前記基準画像の全体または一部の各画素と、前記対象画像の全体または前記基準画像の一部に対応する前記対象画像の一部の各画素について、3つの色成分を取得する画像処理装置である。
かかる構成により、カラー画像の類似度の、さらに精度の高い検出が可能となる。
また、本第三の発明の画像処理装置は、第二の発明に対して、前記色成分取得部は、前記基準画像の全体または一部の各画素と、前記対象画像の全体または前記基準画像の一部に対応する前記対象画像の一部の各画素について、RGBの3つの各色成分の値を取得するRGB取得手段と、前記各画素について、前記RGB取得手段が取得したRGBの3つの各色成分の値を用いて、XYZ表色系の3つの各色成分の値を取得するXYZ取得手段を具備し、前記方向符号値算出部は、前記色成分取得部が取得した各画素のXYZ表色系の3つの色成分ごとに、前記第一の方向符号値群と、前記第二の方向符号値群を算出する画像処理装置である。
かかる構成により、カラー画像の類似度の、さらに精度の高い検出が可能となる。
また、本第四の発明の画像処理装置は、第一の発明に対して、前記基準画像は、正常なカラー画像であり、前記対象画像は、欠陥の有無を判断される対象となるカラー画像であり、欠陥の有無を判断するための閾値を格納している閾値格納部と、前記類似度出力部から第二の類似度を受け付け、当該第二の類似度と閾値を比較して、前記対象画像の欠陥の有無を判断し、判断結果を取得する判断部と、前記判断結果を出力する出力部をさらに具備する画像処理装置である。
かかる構成により、例えば、半導体のウエハにおける欠陥検知が可能となる。特に、マクロ欠陥の検知が精度高く行える。
本発明による画像処理装置によれば、カラー画像の類似度の精度の高い検出が可能となる。
以下、画像処理システム等の実施形態について図面を参照して説明する。なお、実施の形態において同じ符号を付した構成要素は同様の動作を行うので、再度の説明を省略する場合がある。
(実施の形態1)
本実施の形態において、カラーの基準画像とカラーの対象画像から2以上の成分を抽出し、画像の全体または、対応する一部の画素ごとに方向符号値を算出し、画像の全体または、対応する一部の類似度を算出する画像処理システムについて説明する。また、類似度を用いて、欠陥の検出を行う画像処理システムについて説明する。また、本実施の形態において、特に、XYZ表色系の色成分を用いて類似度を算出する画像処理システムについて説明する。なお、欠陥検出とは、例えば、半導体のウエハの欠陥の検出である。
本実施の形態において、カラーの基準画像とカラーの対象画像から2以上の成分を抽出し、画像の全体または、対応する一部の画素ごとに方向符号値を算出し、画像の全体または、対応する一部の類似度を算出する画像処理システムについて説明する。また、類似度を用いて、欠陥の検出を行う画像処理システムについて説明する。また、本実施の形態において、特に、XYZ表色系の色成分を用いて類似度を算出する画像処理システムについて説明する。なお、欠陥検出とは、例えば、半導体のウエハの欠陥の検出である。
なお、本発明において、類似度とは、類似の度合いであるが、その逆である相違の度合いを示す相違度の概念も含まれる、と考える。つまり、類似度の算出は、相違度の算出と同意義である、と考える。
図1は、本実施の形態における画像処理システムのブロック図である。画像処理システムは、画像処理装置1、撮影装置2、表示装置3を具備する。ここでは、画像処理装置1は、撮影装置2で撮影されたカラー画像である対象画像を処理する場合について説明するが、画像処理装置1は、図示しない手段により取得され、画像処理装置1に渡された対象画像を処理しても良い。
画像処理装置1は、基準画像格納部11、対象画像受付部12、色成分取得部13、方向符号値算出部14、類似度算出部15、類似度出力部16、閾値格納部17、判断部18、出力部19を具備する。色成分取得部13は、RGB取得手段131、XYZ取得手段132を具備する。
撮影装置2は、CCD(電荷結合素子)カメラ21、A/D(アナログ/デジタル)変換器22、カメラコントローラ23、D/A変換器24およびフレームメモリ25を具備する。なお、撮影装置2は、画像を取得できれば良く、いわゆるスキャナなどでも良い。
表示装置3は、画像処理装置1で取得された判断結果や、撮影装置2で撮影されたカラー画像などを出力する。表示装置3は、例えば、LCDディスプレイやCRTディスプレイなどで実現される。
基準画像格納部11は、比較の元となるカラー画像である基準画像を格納し得る。基準画像とは、例えば、欠陥を検知する場合の、正常なカラー画像である。基準画像格納部11は、不揮発性の記録媒体が好適であるが、揮発性の記録媒体でも実現可能である。基準画像格納部11に基準画像が記憶される過程は問わない。例えば、撮影装置2により撮影された基準画像が基準画像格納部11で記憶されるようになってもよく、記録媒体を介して基準画像が基準画像格納部11で記憶されるようになってもよく、通信回線等を介して送信された基準画像が基準画像格納部11で記憶されるようになってもよく、あるいは、入力デバイス(スキャナを含む)を介して入力された基準画像が基準画像格納部11で記憶されるようになってもよい。
対象画像受付部12は、比較の対象となるカラー画像である対象画像を受け付ける。対象画像受付部12は、例えば、撮影装置2から対象画像を受け付ける。ただし、対象画像を受け付ける手段は、記憶媒体からの読み出しや、外部装置からの受信等でも良い。対象画像受付部12は、例えば、MPUやメモリ等から実現され得る。対象画像受付部12の処理手順は、通常、ソフトウェアで実現され、当該ソフトウェアはROM等の記録媒体に記録されている。但し、ハードウェア(専用回路)で実現しても良い。
色成分取得部13は、基準画像の全体または一部の各画素に対する、2以上の色成分を取得する。また、色成分取得部13は、対象画像の全体または対象画像の一部の各画素に対する、2以上の色成分を取得する。また、色成分取得部13は、基準画像の全体または一部の各画素と、対象画像の全体または基準画像の一部に対応する対象画像の一部の各画素について、3つの色成分を取得することは好適である。また、ここで、「基準画像の一部」とは、例えば、基準画像の5×5、11×11などの画素の集合の領域である。また、「対象画像の一部」とは、基準画像の一部に対応する対象画像の一部であり、基準画像の一部の領域と比較される領域である。また、基準画像の全体と対象画像の全体は、略同一のサイズであることが好適である。また、対象画像の一部と、基準画像の一部は、略同一のサイズであることが好適である。また、色成分とは、XYZ表色系のXYZの各色成分のうちの2つ、または3つや、後述するxyz表色系のxyzの各色成分のうちの2つ、または3つが好適であるが、RGBそのまま、他の変換系であるYCbCrや、YUVや、CYMKや、HLSなどの色成分のうちの2以上でも良いである。色成分を2つ用いる場合、上記した色成分のうちの2つ(例えば、XYZ表色系のX値とY値のみ、xyY表色系のxy値など)である。色成分取得部13は、通常、MPUやメモリ等から実現され得る。色成分取得部13の処理手順は、通常、ソフトウェアで実現され、当該ソフトウェアはROM等の記録媒体に記録されている。但し、ハードウェア(専用回路)で実現しても良い。
RGB取得手段131は、基準画像の全体または一部の各画素と、対象画像の全体または基準画像の一部に対応する対象画像の一部の各画素について、RGBの3つの各色成分の値を取得する。各画素からRGBの3つの各色成分の値を取得する技術は公知技術である。RGB取得手段131は、通常、MPUやメモリ等から実現され得る。RGB取得手段131の処理手順は、通常、ソフトウェアで実現され、当該ソフトウェアはROM等の記録媒体に記録されている。但し、ハードウェア(専用回路)で実現しても良い。
XYZ取得手段132は、各画素について、RGB取得手段131が取得したRGBの3つの各色成分の値を用いて、XYZ表色系の3つの各色成分の値を取得する。XYZ取得手段132は、以下の数式1の情報を、自身の記憶媒体に格納しており、数式1の情報を読み出し、数式1に、RGB取得手段131が取得したRGBの3つの各色成分の値を代入し、演算し、XYZ表色系の3つの各色成分の値を取得する。なお、基準画像および対象画像がPC取り込みの画像である場合、XYZ取得手段132は、数式2を用いて、XYZ表色系の3つの各色成分の値を取得する。PC取り込みのRGBは、CIE表色のRGBに対応させるために2。2乗している。なお、XYZ表色系は、CIERGB表色系をベースとし、すべての度数を正の値で表せるよう座標軸を適当に変換したものである。XYZ表色系は、基準となる軸には現実には存在しない仮想的な色の光(三刺激色と呼ばれる)を用いている。
XYZ取得手段132は、通常、MPUやメモリ等から実現され得る。XYZ取得手段132の処理手順は、通常、ソフトウェアで実現され、当該ソフトウェアはROM等の記録媒体に記録されている。但し、ハードウェア(専用回路)で実現しても良い。
方向符号値算出部14は、基準画像の全体または一部の各画素の色成分ごとに、方向符号値を算出し、1以上の方向符号値の集合である第一の方向符号値群を色成分ごとに取得する。また、方向符号値算出部14は、対象画像の全体または基準画像の一部に対応する対象画像の一部の各画素の色成分ごとに、方向符号値を算出し、1以上の方向符号値の集合である第二の方向符号値群を色成分ごとに取得する。また、方向符号値算出部14は、色成分取得部13が取得した各画素のXYZ表色系の3つの色成分ごとに、第一の方向符号値群と、第二の方向符号値群を算出することは好適である。
方向符号値算出部14は、例えば、各画素に対してSobel演算子などで求めた勾配計算を行い、2次元ベクトル値として色成分の変化情報を得る。なお、ここで用いるのは、Sobel演算子以外のRoberts演算子、Prewitt演算子などの微分演算子を用いても良い。
さらに、具体的には、方向符号値算出部14は、各画素の色成分ごとに、以下の数式3から数式6を適用し、方向符号値を算出する。まず、方向符号値算出部14は、画素(p、q)における、色成分取得部13が取得した、ある色成分の値をI(p、q)から、数式3を用いて水平方向勾配(▽Ip)を、数式4を用いて垂直方向勾配(▽Iq)を算出する。次に、方向符号値算出部14は、水平方向勾配(▽Ip)および垂直方向勾配(▽Iq)を、数式5に代入し、色成分の勾配方向(θpq)を算出し、メモリ上に配置する。
次に、方向符号値算出部14は、勾配方向(θpq)と、量子化幅(△θ)を、数式6に代入し、方向符号値(Cpq)を算出する。なお、数式6において、Γは雑音、つまり勾配が小さい画素を除去するための閾値であり、方向符号値算出部14が予め、自身の記憶媒体に保持している。数式6において、水平、垂直各方向の絶対値の和が閾値Γより大きい場合のみ、0〜N−1に符号化し、これを有効符号とする。閾値に満たない場合は、2π/△θに符号化し、これを無効符号とする。例えば、符号値は、0〜15(△θ=π/8)の16方向とする(図2参照)。なお、ここでは、例えば、Nは「16」である。
方向符号値算出部14は、通常、MPUやメモリ等から実現され得る。方向符号値算出部14の処理手順は、通常、ソフトウェアで実現され、当該ソフトウェアはROM等の記録媒体に記録されている。但し、ハードウェア(専用回路)で実現しても良い。
類似度算出部15は、色成分ごとの第一の方向符号値群と、色成分ごとの第二の方向符号値群との類似度である第一の類似度を、色成分ごとに算出する。そして、類似度算出部15は、色成分ごとの第一の類似度を用いて、基準画像の全体と、対象画像の全体との類似度である第二の類似度を算出する。または、類似度算出部15は、色成分ごとの第一の類似度を用いて、基準画像の一部と、当該基準画像の一部に対応する対象画像の一部との類似度である第二の類似度を算出する。なお、上述したように、第一の類似度、第二の類似度における類似度とは、2つの情報が似ている度合いであり、2つの情報が異なる度合いである相違度も含める趣旨である。相違度は、類似度の裏返しの概念であるからである。
具体的には、類似度算出部15は、例えば、以下の数式7から数式11を適用し、基準画像と対象画像の照合を行い、第二の類似度を算出する。つまり、まず、類似度算出部15は、基準画像fのサイズ(例えば、「M×M」である、とする)を取得し、色成分ごとに、基準画像fの各画素の方向符号cf、対象画像gの各画素の方向符号cgを比較する。つまり、類似度算出部15は、色成分ごとに、以下の数式7、数式8に、方向符号値算出部14が算出した方向符号cf、方向符号cg、および基準画像fのサイズを構成する値「M」を代入し、平均残差絶対値(Dバー)を得る。なお、平均残差絶対値(Dバー)は、残差絶対値Dの和を画素数で割った値である。なお、数式7は、方向符号が巡回的であることを考慮している。
なお、数式8において、基準画像が無効符号である画素における残差絶対値を0としているが、かかることにより、対象画像の背景に対するロバスト性が高まる。さらに、数式8において、対象画像が無効符号である場合は、残差絶対値の期待値から定めたN/4とすることで、単調な遮蔽に対応することができる。
次に、類似度算出部15は、数式9を用いて、色成分ごとに、平均残差絶対値(Dバー)を残差絶対値の最大値N/2で割り正規化し、相違度(h)を得る。正規化することにより、量子化幅が異なる場合においてもほぼ同様に比較することができる。
次に、類似度算出部15は、相違度(h)を、数式10に代入し、第一の類似度(s)を得て、メモリ上に第一の類似度(s)を配置する。
類似度算出部15は、かかる第一の類似度(s)を、2以上の色成分ごとに算出する。なお、類似度算出部15は、かかる第一の類似度(s)を、3つの色成分ごとに算出することは好適である。そして、例えば、類似度算出部15は、XYZ表色系の色成分(X)の第一の類似度(sx)、色成分(Y)の第一の類似度(sy)、色成分(Z)の第一の類似度(sz)を算出できた、とする。
次に、類似度算出部15は、算出した第一の類似度(sx)、(sy)、(sz)を、例えば、数式11に代入し、第二の類似度(sxyz)を得る。なお、数式11において、第一の類似度(sx)、(sy)、(sz)の和を第二の類似度としているが、第一の類似度(sx)、(sy)、(sz)に重み付けを行い、第二の類似度を算出しても良いし、その他の演算式で第二の類似度を算出しても良い。
類似度算出部15は、通常、MPUやメモリ等から実現され得る。類似度算出部15の処理手順は、通常、ソフトウェアで実現され、当該ソフトウェアはROM等の記録媒体に記録されている。但し、ハードウェア(専用回路)で実現しても良い。
類似度出力部16は、類似度算出部15が算出した第二の類似度を出力する。出力とは、ディスプレイへの表示、プロジェクターを用いた投影、プリンタへの印字、音出力、外部の装置への送信、記録媒体への蓄積、他の処理装置や他のプログラム等への処理結果の引渡し等を含む概念である。類似度出力部16は、例えば、単に、第二の類似度を判断部18に渡すだけの処理を行っても良い。類似度出力部16は、例えば、出力デバイスのドライバーソフトまたは、出力デバイスのドライバーソフトと出力デバイス等で実現され得る。
閾値格納部17は、欠陥の有無を判断するための閾値(例えば、「0.8」)を格納している。閾値は、第二の類似度と比較するための値である。閾値格納部17は、不揮発性の記録媒体が好適であるが、揮発性の記録媒体でも実現可能である。閾値格納部17に閾値が記憶される過程は問わない。例えば、記録媒体を介して閾値が閾値格納部17で記憶されるようになってもよく、通信回線等を介して送信された閾値が閾値格納部17で記憶されるようになってもよく、あるいは、入力デバイスを介して入力された閾値が閾値格納部17で記憶されるようになってもよい。
判断部18は、類似度出力部16から第二の類似度を受け付け、当該第二の類似度と、閾値格納部17の閾値を比較して、対象画像の欠陥の有無を判断し、判断結果を取得する。判断部18は、例えば、第二の類似度が閾値よりも小さい場合に、「欠陥有り」と判断し、第二の類似度が閾値以上の場合に、「欠陥無し」と判断し、判断結果(欠陥有り「0」、欠陥無し「1」など)を得て、メモリ上に配置する。判断部18は、通常、MPUやメモリ等から実現され得る。判断部18の処理手順は、通常、ソフトウェアで実現され、当該ソフトウェアはROM等の記録媒体に記録されている。但し、ハードウェア(専用回路)で実現しても良い。
出力部19は、判断部18が取得した判断結果を出力する。ここで、出力とは、ディスプレイ(表示装置3)への表示、プロジェクターを用いた投影、プリンタへの印字、音出力、外部の装置への送信、記録媒体への蓄積、他の処理装置や他のプログラム等への処理結果の引渡し等を含む概念である。出力部19は、ディスプレイやスピーカー等の出力デバイスを含むと考えても含まないと考えても良い。出力部19は、出力デバイスのドライバーソフトまたは、出力デバイスのドライバーソフトと出力デバイス等で実現され得る。
撮影装置2において、CCDカメラ21が、被写体、上記の実施形態では基準面および部品を撮像し、受光量をアナログ画像信号として出力する。A/D変換器22は、CCDカメラ21から出力されたアナログ画像信号をデジタルデータに変換し、デジタル画像データとして出力する。カメラコントローラ23は、デジタル画像データを1フレームごとにフレームメモリ25に格納するとともに、表示装置3に表示させるために、D/A変換器24に出力する。D/A変換器24は、カメラコントローラ23から出力されたデジタル画像データを表示装置3に応じたアナログ画像信号に変換して表示装置3に出力する。
次に、画像処理装置1の動作について図3のフローチャートを用いて説明する。画像処理装置1は、例えば、撮影装置2で撮影した対象画像を、以下のように処理する。
(ステップS301)対象画像受付部12は、比較の対象となるカラー画像である対象画像を受け付けたか否かを判断する。対象画像を受け付ければステップS302に行き、対象画像を受け付けなければステップS301に戻る。
(ステップS302)色成分取得部13は、基準画像格納部11から基準画像を読み出し、メモリ上に配置する。
(ステップS303)色成分取得部13は、カウンタiに1を代入する。
(ステップS304)色成分取得部13は、比較の対象となる対象画像、または比較対象の基準画像に、i番目の画素が存在するか否かを判断する。i番目の画素が存在すればステップS305に行き、i番目の画素が存在しなければステップS309に行く。なお、後述する処理(RGBの値の取得などの処理)を行う画素の順序は、問わない。
(ステップS305)色成分取得部13のRGB取得手段131は、i番目の画素のRGBの値を取得し、メモリ上に配置する。
(ステップS306)XYZ取得手段132は、数式1または数式2の情報を読み出し、当該読み出した数式に、ステップS305で取得したRGBの値を代入して、XYZ表色系の各成分の値を取得し、メモリ上に配置する。
(ステップS307)方向符号値算出部14は、基準画像および対象画像のi番目の画素について、XYZ表色系の成分ごとに、方向符号値を算出し、メモリ上に追記する。なお、方向符号値算出部14は、数式3から数式6の情報を読み出し、当該読み出した数式に、上記で説明した通り、ステップS306で取得した値を代入等し、方向符号値を算出する。また、基準画像の成分ごとの方向符号値の集合を第一の方向符号値群と言う。さらに、対象画像の成分ごとの方向符号値の集合を第二の方向符号値群と言う。
(ステップS30.8)色成分取得部13は、カウンタiを、1インクリメントする。ステップS304に戻る。
(ステップS309)類似度算出部15は、カウンタjに1を代入する。
(ステップS310)類似度算出部15は、j番目の色成分が存在するか否かを判断する。j番目の色成分が存在すればステップS311に行き、j番目の色成分が存在しなければステップS314に行く。
(ステップS311)類似度算出部15は、j番目の色成分の第一の方向符号値群と、j番目の色成分の第二の方向符号値群を読み出す。
(ステップS312)類似度算出部15は、ステップS311で読み出した第一の方向符号値群と第二の方向符号値群を用いて、j番目の色成分の類似度(第一の類似度)を算出する。具体的には、類似度算出部15は、例えば、上述したように、数式7から数式10の情報を読み出し、第一の方向符号値群と第二の方向符号値群の情報を、数式7等に適用し、第一の類似度を算出する。
(ステップS313)類似度算出部15は、カウンタjを、1インクリメントする。ステップS310に戻る。
(ステップS314)類似度算出部15は、ステップS312で算出された、2以上の第一の類似度を取得し、当該2以上の第一の類似度を用いて、第二の類似度を算出する。そして、類似度出力部16は、類似度算出部15が算出した第二の類似度をメモリ上に配置する。具体的には、類似度算出部15は、例えば、上述したように、数式11の情報を読み出し、3つの第一の類似度((sx)、(sy)、(sz))を数式11に代入し、第二の類似度を算出する。
(ステップS315)判断部18は、閾値格納部17の閾値を読み出す。そして、判断部18は、当該閾値と、ステップS314でメモリ上に配置された第二の類似度とを比較して、例えば、「第二の類似度>閾値」を満たすか否かを判断する。「第二の類似度>閾値」を満たせばステップS316に行き、「第二の類似度>閾値」を満たさなければステップS317に行く。
(ステップS316)判断部18は、判断結果に「欠陥無し(例えば、「1」)を代入する。
(ステップS317)判断部18は、判断結果に「欠陥有り(例えば、「0」)を代入する。
(ステップS318)出力部19は、判断部18が取得した判断結果を出力する。
なお、図3のフローチャートにおいて、欠陥の有無の判断(ステップS310)以降の処理が存在せずに、第二の類似度を出力して、欠陥の有無の判断は、人手で行うなどしても良い。
また、図3のフローチャートにおいて、ステップS318における判断結果の出力は、文字列、画像、音声等、いかなる出力態様でも良い。
また、図3のフローチャートにおいて、比較対象の基準画像と対象画像を取得する前処理を含んでも良い、ことは言うまでもない。また、図3のフローチャートにおいて、比較対象の基準画像の一部に対応する対象画像の一部を取得する前処理を含んでも良い、ことは言うまでもない。
さらに、図3のフローチャートにおいて、電源オフや処理終了の割り込みにより処理は終了する。
以下、本実施の形態における画像処理装置1の具体的な動作等について、詳細に説明する。
まず、撮影装置2が取得した対象画像からXYZ値を得る方法の例について説明する。まず、種類の色域を持つ撮影装置2の出力vは、可視領域の光の波長400nm〜700nmを10nmずつ31分割した場合、以下の数式12の行列演算式で決定される。
ただし、oは、対象物表面(たとえば、検査対象の半導体ウエハの表面)の反射率である。また、Fは、照明光の放射エネルギー、撮影装置2の光学系の透過率、カラーフィルターの透過率およびCCD等の光センサー感度で決まる分光積である。
また、カラーバンドを3種RGBとした場合、vR、vG、vBは数式13のように算出される。
また、数式1よりXYZ表色系への変換は線形なので、X、Y、Zは、数式14により算出される。
以上のように、色成分取得部13は、例えば、XYZ値を取得し、メモリ上に配置する。
次に、上述したように、画像処理装置1は、XYZ表色系変換後の各色情報値に対して方向符号照合を行う。画像処理装置1では、本来、明度値Yだけに適応していたOCを、色情報XYZを用いることによって、色の情報に起因する欠陥検出の精度や再現性がロバストに確保される。X色およびY色・Z色画像は画素ごとの方向符号値および照合評価は、関心画素を中心とした近傍の色配置状態を評価することになる。画像処理装置1では、例えば、この色配置状態を方向符号の分布のみで評価する方式をとる。つまり、画像処理装置1は、基準画像および対象画像のX表色系に対してOCMを行い、類似度sXを算出、同じく基準画像および対象画像のY表色系の相違度sY、Z表色系の相違度sZを算出する。そして、画像処理装置1は、例えば、数式11を用いてsXYZを算出し、当該sXYZの数値にて評価を行う。
次に、画像処理装置1の、照明の各スペクトル変動に対するロバスト性についての検証結果について説明する。
一様な照明状況下での各情報を(X1,Y1,Z1)とし、照明スペクトル変動後の情報を(X2,Y2,Z2)と考える。一様な照明状況下から照明スペクトル変動後の各X、Y、Z表色のスペクトルがそれぞれα倍、β倍、γ倍されているとする。かかる場合、数式14より、変動後の各色情報は、下記の数式15で表すことが出来る。
また、α、β、γは画素近傍領域においては一定と考えることができ、下記の数式16が成り立つ。
上述された色情報勾配値を、ここではXについて考える。一様な照明状況下での対象物の画素(p、q)におけるX情報値をX1(p、q)とし、水平方向勾配を数式17、垂直方向勾配を数式18とする。同じく照明スペクトル変動後の画素のX情報値X2(p、q)に対し、水平方向勾配を数式19、垂直方向勾配を数式20とする。すると、数式15、数式16より、下記数式21、数式22が導かれる。
そして、照明一様下のX表色系の勾配方向θX1pqと照明スペクトル変動下のX表色系の勾配方向θX2pqとしたとき、数式21、数式22より、数式23、数式24のように表すことができる。
以上より、「θX1pq=θX2pq」」が成り立つ。
上記式はY表色系、Z表色系についても同等の結論であり、照明スペクトルがばらついている状況下においてもスペクトルが一様な照明下の勾配演算と等しくなることが分かる。つまり、以上により、画像処理システムを用いて、画像の欠陥検出等を行う場合に、照明のスペクトル変化などにロバストであることが検証できた。
以下、画像処理装置1の性能についての実験結果について説明する。
基準画像よりテンプレート(p、q)を中心に11×11画素を切り出し、対象画像を探索する。この照合は1画素ずつ対象画像全体を照合する。探索後、類似度sXYZが最小位置にて、類似度が0.8以上で且つ、探索位置のズレが+−1画素以下の場所を正解位置とし、座標(p、q)にプロットする。この探索を基準画像側の全画素において行い、プロット後の画像を出力した。(図4参照)。
基準画像を図5(a)とし、対象画像を図5(b)、図5(c)としそれぞれに対して実験を行う。つまり、上述した処理により、画像処理装置1が処理した結果を図6に示す。図6のようにエッジに特徴のない場所は照合位置を見失っているが、特徴がある範囲において、色スペクトルが変動中にもエッジの方向性は安定して照合されることが分かる。
(頂いた論文に記載されている実験結果を用いて、本願の効果を訴求しようとしています。不十分な説明箇所があれば、補充をお願いします。)
(頂いた論文に記載されている実験結果を用いて、本願の効果を訴求しようとしています。不十分な説明箇所があれば、補充をお願いします。)
以上、本実施の形態によれば、カラー画像の類似度の精度の高い検出が可能となる。また、本実施の形態によれば、画像改善手法のような補正が必要なく(これは、正しいでしょうか)、一般的なカメラ画像での照明変動下での照合を行うことが可能である。
なお、本実施の形態によれば、類似度を算出した。しかし。類似度は、相違度を含む概念として捕らえても良い。
また、本実施の形態によれば、色成分として、主として、XYZ表色系を用いた。しかし、上述したように、色成分取得部13は、XYZ値を用いて、xyY表色系に変換し、xyY値のうち、例えば、xy値(色度情報)のみ、またはxy値(色度情報)とY値(明度情報)を用いても良い。xy値(色度情報)のみを用いる場合、表色系は、加色のみの2次元でまとめることができ、計算が容易、高速になり、好適である。なお、「x=X/(X+Y+Z),y=Y/(X+Y+Z),z=Z/(X+Y+Z)」により、算出され得る。
さらに、本実施の形態における処理は、ソフトウェアで実現しても良い。そして、このソフトウェアをソフトウェアダウンロード等により配布しても良い。また、このソフトウェアをCD−ROMなどの記録媒体に記録して流布しても良い。なお、このことは、本明細書における他の実施の形態においても該当する。なお、本実施の形態における画像処理装置を実現するソフトウェアは、以下のようなプログラムである。つまり、このプログラムは、コンピュータを、比較の対象となるカラー画像である対象画像を受け付ける対象画像受付部と、比較の元となるカラー画像である基準画像を記憶媒体から読み出し、当該基準画像の全体または一部の各画素と、前記対象画像の全体または前記基準画像の一部に対応する前記対象画像の一部の各画素について、2以上の色成分を取得する色成分取得部と、前記色成分取得部が取得した各画素の色成分ごとに、方向符号値を算出する方向符号値算出部と、前記方向符号値算出部が算出した1以上の方向符号値の集合であり、前記基準画像の全体または一部の各画素に対する1以上の方向符号値の集合と、前記対象画像の全体または前記基準画像の一部に対応する前記対象画像の一部の各画素に対する1以上の方向符号値の集合との類似度を算出する類似度算出部と、前記類似度算出部が算出した類似度を出力する類似度出力部として機能させるためのプログラム、である。
また、上記プログラムにおいて、前記色成分取得部は、前記基準画像の全体または一部の各画素と、前記対象画像の全体または前記基準画像の一部に対応する前記対象画像の一部の各画素について、3つの色成分を取得するものとして、コンピュータを機能させることは好適である。
また、上記プログラムにおいて、前記色成分取得部は、前記基準画像の全体または一部の各画素と、前記対象画像の全体または前記基準画像の一部に対応する前記対象画像の一部の各画素について、RGBの3つの各色成分の値を取得するRGB取得手段と、前記各画素について、前記RGB取得手段が取得したRGBの3つの各色成分の値を用いて、XYZ表色系の3つの各色成分の値を取得するXYZ取得手段を具備し、前記方向符号値算出部は、前記色成分取得部が取得した各画素のXYZ表色系の3つの色成分ごとに、方向符号値を算出するものとして、コンピュータを機能させることは好適である。
また、上記プログラムにおいて、前記基準画像は、正常なカラー画像であり、前記対象画像は、欠陥の有無を判断される対象となるカラー画像であり、前記類似度出力部から類似度を受け付け、欠陥の有無を判断するための閾値と当該類似度とを比較して、前記対象画像の欠陥の有無を判断し、判断結果を取得する判断部と、前記判断結果を出力する出力部として、コンピュータをさらに機能させることは好適である。
また、図7は、本明細書で述べたプログラムを実行して、上述した実施の形態の画像処理装置等を実現するコンピュータの外観を示す。上述の実施の形態は、コンピュータハードウェア及びその上で実行されるコンピュータプログラムで実現され得る。図7は、このコンピュータシステム340の概観図であり、図8は、コンピュータシステム340のブロック図である。
図7において、コンピュータシステム340は、FDドライブ、CD−ROMドライブを含むコンピュータ341と、キーボード342と、マウス343と、モニタ344とを含む。
図8において、コンピュータ341は、FDドライブ3411、CD−ROMドライブ3412に加えて、MPU3413と、CD−ROMドライブ3412及びFDドライブ3411に接続されたバス3414と、ブートアッププログラム等のプログラムを記憶するためのROM3415と、MPU3413に接続され、アプリケーションプログラムの命令を一時的に記憶するとともに一時記憶空間を提供するためのRAM3416と、アプリケーションプログラム、システムプログラム、及びデータを記憶するためのハードディスク3417とを含む。ここでは、図示しないが、コンピュータ341は、さらに、LANへの接続を提供するネットワークカードを含んでも良い。
コンピュータシステム340に、上述した実施の形態の画像処理装置等の機能を実行させるプログラムは、CD−ROM3501、またはFD3502に記憶されて、CD−ROMドライブ3412またはFDドライブ3411に挿入され、さらにハードディスク3417に転送されても良い。これに代えて、プログラムは、図示しないネットワークを介してコンピュータ341に送信され、ハードディスク3417に記憶されても良い。プログラムは実行の際にRAM3416にロードされる。プログラムは、CD−ROM3501、FD3502またはネットワークから直接、ロードされても良い。
プログラムは、コンピュータ341に、上述した実施の形態の画像処理装置等の機能を実行させるオペレーティングシステム(OS)、またはサードパーティープログラム等は、必ずしも含まなくても良い。プログラムは、制御された態様で適切な機能(モジュール)を呼び出し、所望の結果が得られるようにする命令の部分のみを含んでいれば良い。コンピュータシステム340がどのように動作するかは周知であり、詳細な説明は省略する。
なお、上記プログラムにおいて、情報を送信する送信ステップや、情報を受信する受信ステップなどでは、ハードウェアによって行われる処理、例えば、送信ステップにおけるモデムやインターフェースカードなどで行われる処理(ハードウェアでしか行われない処理)は含まれない。
また、上記プログラムを実行するコンピュータは、単数であってもよく、複数であってもよい。すなわち、集中処理を行ってもよく、あるいは分散処理を行ってもよい。
また、上記各実施の形態において、各処理(各機能)は、単一の装置(システム)によって集中処理されることによって実現されてもよく、あるいは、複数の装置によって分散処理されることによって実現されてもよい。
本発明は、以上の実施の形態に限定されることなく、種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることは言うまでもない。
以上のように、本発明にかかる画像処理装置は、カラー画像の類似度の精度の高い検出が可能となる、という効果を有し、半導体ウエハの欠陥検査装置等として有用である。
1 画像処理装置
2 撮影装置
3 表示装置
11 基準画像格納部
12 対象画像受付部
13 色成分取得部
14 方向符号値算出部
15 類似度算出部
16 類似度出力部
17 閾値格納部
18 判断部
19 出力部
21 カメラ
22 変換器
22 D変換器
23 カメラコントローラ
23 下記数式
24 A変換器
25 フレームメモリ
131 RGB取得手段
132 XYZ取得手段
2 撮影装置
3 表示装置
11 基準画像格納部
12 対象画像受付部
13 色成分取得部
14 方向符号値算出部
15 類似度算出部
16 類似度出力部
17 閾値格納部
18 判断部
19 出力部
21 カメラ
22 変換器
22 D変換器
23 カメラコントローラ
23 下記数式
24 A変換器
25 フレームメモリ
131 RGB取得手段
132 XYZ取得手段
Claims (6)
- 比較の元となるカラー画像である基準画像を格納し得る基準画像格納部と、
比較の対象となるカラー画像である対象画像を受け付ける対象画像受付部と、
前記基準画像の全体または一部の各画素と、前記対象画像の全体または前記基準画像の一部に対応する前記対象画像の一部の各画素について、2以上の色成分を取得する色成分取得部と、
前記色成分取得部が取得した各画素の色成分ごとに、方向符号値を算出する方向符号値算出部と、
前記方向符号値算出部が算出した1以上の方向符号値の集合であり、前記基準画像の全体または一部の各画素に対する1以上の方向符号値の集合と、前記対象画像の全体または前記基準画像の一部に対応する前記対象画像の一部の各画素に対する1以上の方向符号値の集合との類似度を算出する類似度算出部と、
前記類似度算出部が算出した類似度を出力する類似度出力部を具備する画像処理装置。 - 前記色成分取得部は、
前記基準画像の全体または一部の各画素と、前記対象画像の全体または前記基準画像の一部に対応する前記対象画像の一部の各画素について、3つの色成分を取得する請求項1記載の画像処理装置。 - 前記色成分取得部は、
前記基準画像の全体または一部の各画素と、前記対象画像の全体または前記基準画像の一部に対応する前記対象画像の一部の各画素について、RGBの3つの各色成分の値を取得するRGB取得手段と、
前記各画素について、前記RGB取得手段が取得したRGBの3つの各色成分の値を用いて、XYZ表色系の3つの各色成分の値を取得するXYZ取得手段を具備し、
前記方向符号値算出部は、
前記色成分取得部が取得した各画素のXYZ表色系の3つの各色成分ごとに、方向符号値を算出する請求項2記載の画像処理装置。 - 前記基準画像は、正常なカラー画像であり、
前記対象画像は、欠陥の有無を判断される対象となるカラー画像であり、
欠陥の有無を判断するための閾値を格納している閾値格納部と、
前記類似度出力部から類似度を受け付け、当該類似度と閾値を比較して、前記対象画像の欠陥の有無を判断し、判断結果を取得する判断部と、
前記判断結果を出力する出力部をさらに具備する請求項1記載の画像処理装置。 - 対象画像受付部、色成分取得部、方向符号値算出部、類似度算出部、類似度出力部を用いて実現される画像処理方法であって、
前記対象画像受付部により、比較の対象となるカラー画像である対象画像を受け付ける対象画像受付ステップと、
前記色成分取得部により、比較の元となるカラー画像である基準画像を記憶媒体から読み出し、当該基準画像の全体または一部の各画素と、前記対象画像の全体または前記基準画像の一部に対応する前記対象画像の一部の各画素について、2以上の色成分を取得する色成分取得ステップと、
前記方向符号値算出部により、前記色成分取得ステップで取得された各画素の色成分ごとに、方向符号値を算出する方向符号値算出ステップと、
前記類似度算出部により、前記方向符号値算出ステップで算出された1以上の方向符号値の集合であり、前記基準画像の全体または一部の各画素に対する1以上の方向符号値の集合と、前記対象画像の全体または前記基準画像の一部に対応する前記対象画像の一部の各画素に対する1以上の方向符号値の集合との類似度を算出する類似度算出ステップと、
前記類似度出力部により、前記類似度算出ステップで算出された類似度を出力する類似度出力ステップを具備する画像処理方法。 - コンピュータを、
比較の対象となるカラー画像である対象画像を受け付ける対象画像受付部と、
比較の元となるカラー画像である基準画像を記憶媒体から読み出し、当該基準画像の全体または一部の各画素と、前記対象画像の全体または前記基準画像の一部に対応する前記対象画像の一部の各画素について、2以上の色成分を取得する色成分取得部と、
前記色成分取得部が取得した各画素の色成分ごとに、方向符号値を算出する方向符号値算出部と、
前記方向符号値算出部が算出した1以上の方向符号値の集合であり、前記基準画像の全体または一部の各画素に対する1以上の方向符号値の集合と、前記対象画像の全体または前記基準画像の一部に対応する前記対象画像の一部の各画素に対する1以上の方向符号値の集合との類似度を算出する類似度算出部と、
前記類似度算出部が算出した類似度を出力する類似度出力部として機能させるためのプログラム。
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2008054324A JP2009211455A (ja) | 2008-03-05 | 2008-03-05 | 画像処理装置、画像処理方法、およびプログラム |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2008054324A JP2009211455A (ja) | 2008-03-05 | 2008-03-05 | 画像処理装置、画像処理方法、およびプログラム |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN110865911A (zh) * | 2019-10-23 | 2020-03-06 | 广州视源电子科技股份有限公司 | 图像测试方法、装置、存储介质、图像采集卡及上位机 |
-
2008
- 2008-03-05 JP JP2008054324A patent/JP2009211455A/ja active Pending
Non-Patent Citations (2)
Title |
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CSNG200700839006, 本田 匠 Takumi Honda, "カラー方向符号照合法に基づく半導体ウェハの欠陥検出 Using orientation code that used color informati", 電気学会研究会資料 The Papers of Joint Technical Meeting on Information Processing and Information, 20070812, 情報処理研究会 IP−07−22〜30, pp.31〜34, JP, 社団法人電気学会 The Institute of Electrical Engi * |
JPN6011006102, 本田 匠 Takumi Honda, "カラー方向符号照合法に基づく半導体ウェハの欠陥検出 Using orientation code that used color informati", 電気学会研究会資料 The Papers of Joint Technical Meeting on Information Processing and Information, 20070812, 情報処理研究会 IP−07−22〜30, pp.31〜34, JP, 社団法人電気学会 The Institute of Electrical Engi * |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN110865911A (zh) * | 2019-10-23 | 2020-03-06 | 广州视源电子科技股份有限公司 | 图像测试方法、装置、存储介质、图像采集卡及上位机 |
CN110865911B (zh) * | 2019-10-23 | 2024-03-05 | 广州视源电子科技股份有限公司 | 图像测试方法、装置、存储介质、图像采集卡及上位机 |
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