JPH0694595A - 三次元粒子検出方法及び装置 - Google Patents
三次元粒子検出方法及び装置Info
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Abstract
出できるようにする。 【構成】 粒子が分布する被検物体の、相互位置関係が
明確な断層画像群の濃淡画像データを得ることにより粒
子の三次元的な濃淡画像データを得、その各画素のデー
タについてその濃度を二値化することにより粒子の三次
元的な二値画像データを得、この二値画像データについ
て三次元的に縮退処理を施すことにより各粒子の二値画
像データをその中心点の二値画像データのみとし、それ
により各粒子の位置を三次元的に確定する。
Description
分布する粒子の位置、密度等を正確に検出する方法及び
装置に関する。
象とするものが多い。これは画像処理機器の構造に起因
している。従来の画像処理機器は二次元情報は扱えるが
三次元情報は直接には扱えないからである。
ず、三次元的に分布している粒子1の二次元濃淡画像デ
ータを得る。画像処理機器内では、濃淡画像データはピ
クセルと呼ばれる画像単位(画素)3を示すデータを単
位としており、各データは、濃淡情報を持っている。同
図において、5はこのデータにより1つの粒子の像を表
示したときのピクセルイメージである。この画像データ
に対して、各画素のデータがその近傍のものに対して濃
度のピーク点であるかどうかを判定し、ピークであれば
そのデータを1とし、ピークでなければ0とすることに
より、粒子の1または0による画像すなわち二値画像デ
ータを得る。7はこの二値画像データによる1粒子のピ
クセルイメージである。そして、これに縮退処理を行う
ことにより、各粒子の存在位置が求められる(特願平4
−71593号)。9は縮退処理後の1粒子のピクセル
イメージである。
層画像群から立体画像を得る方法が知られている(特願
昭60−155109号)。そして、二次元画像群を異
なった方向から見た二次元画像群に再構築することはX
線CTなどでは良く用いられている方法である。
来、結晶内にレーザビームを入射して散乱光を観察する
光散乱法が知られており(特願昭54−109488
号)、さらに、この散乱像を解析し、被検物体に含まれ
る粒子の密度分布を得る「粒子分布測定方法および装
置」(特願昭63−49848号)が知られている。
は、従来から、レーザビームを入射し、ゴミ等による散
乱光をパルスカウントするダストカウンタ(レーザ散乱
法)が知られている。また、粒子による光散乱の角度分
散を用いて粒径分布を得る方法も知られている。
に示すように、粒子が内部に存在する結晶や流体の断層
像を、レーザビームで各断層11上を走査して順次観察
した場合、図12に示すように、同じ粒子1が異なる断
層11上では異なった大きさで観察され、そのような各
断層上の粒子画像が濃淡画像データとして得られる。こ
のような断層画像群において、複数の粒子が存在した場
合、従来の二次元的な画像処理方法では、複数の粒子が
重なり合ってその個数や大きさを認識することができな
い。
る粒子を照射するレーザビーム部分はピーク強度部分で
はなく、ビームの裾野部分であり、その裾野部分によっ
てその粒子が検出されている場合もある。その場合、そ
の粒子の粒径が小さく計測されてしまうことになる。こ
れを回避するには、レーザビームをずらして散乱像を得
る必要があるが、ずらして得た散乱像の中で、粒子から
の散乱が最も強くなる場合を自動的に選別することがで
きなかった。
鑑み、粒子検出方法及び装置において、第1に、検出被
検物体内の粒子個数を正確に検出でき、第2に、検出被
検物体内の各粒子の位置を正確に検出でき、そして第3
に、各粒子の大きさを正確に検出できるようにすること
にある。
本発明では、粒子が分布する被検物体の、相互位置関係
が明確な断層画像群の濃淡画像データを得ることにより
粒子の三次元的な濃淡画像データを得、その各画素のデ
ータについてその濃度を二値化することにより粒子の三
次元的な二値画像データを得、この二値画像データにつ
いて三次元的に縮退処理を施すことにより各粒子の二値
画像データをその中心点の二値画像データのみとし、そ
れにより各粒子の位置を三次元的に確定するようにして
いる。
タに基き、所定領域に含まれる粒子数をカウントして、
粒子の密度を検出する。あるいは、前記縮退した二値画
像データが示す粒子位置における、前記断層画像群の濃
淡画像データの濃度に基き、粒子のサイズを検出する。
さらには、前記縮退した二値画像データ及び前記断層画
像群の濃淡画像データに基き所望の方向の断層画像群の
濃淡画像データを再構成する。
ザビームで走査することによって照明し、その散乱光を
結像し光電変換することによって得られる。
ータを、二値化しかつ三次元的に縮退処理するようにし
ているため、断層に垂直な方向に複数粒子が重なって存
在したり、レーザビーム径内に複数個の粒子が存在して
も、それら粒子は個々に分解され、それぞれの位置、大
きさ、構造などが正確に把握される。
合、その内部での析出物等の粒子は、硬さ等の結晶の物
性に必要な影響を与えている。そこで、必要な物性を得
るためには、粒径や析出物の構造、さらには密度をコン
トロールする必要がある。このような析出物は結晶の育
成条件や、その後の熱処理状態によって異なる。本発明
によれば、そのような粒子の位置、大きさ構造等が正確
に検出され、その結果が、このような結晶の育成条件や
熱処理の条件を決定する上で有効に用いられ、所望の物
性の半導体結晶を得るのに役立てられる。さらに、本発
明によれば、断層写真群ではわからない個々の粒子の画
像間での振る舞いを知る事ができる。
出装置の構成を示すブロック図である。図中、13は粒
子が分布する検出被検物体の、相互位置関係が明確な断
層画像群の濃淡画像データを得る断層画像装置であり、
例えば、被検物体の各断層を照明する手段と、その散乱
光を結像して光電変換する手段と、光電変換された信号
をディジタル変換し濃淡画像データとする手段を備え
る。また、断層画像装置13には、その他、様々な方法
で得られる二次元断層写真群を濃淡画像データに変換す
るもの等も該当する。15は断層画像装置13によって
得られる断層画像群の濃淡画像データを記憶する二次元
画像メモリ、17はコンピュータ、19はCRTであ
り、二次元画像メモリ15の画像データは、コンピュー
タ17に読み込まれ、所定の処理を施して、CRT19
上に表示される。
ータ17を介して送られてくる断層画像群の濃淡画像デ
ータを三次元画像に展開し、その各画素のデータについ
てその濃度を二値化することにより粒子の三次元的な二
値画像データを得、この二値画像データについて三次元
的に縮退処理を施すことにより各粒子の二値画像データ
をその中心点の二値画像データのみとし、それにより各
粒子の位置を三次元的に確定する三次元画像処理機器で
ある。20は三次元画像処理機器18の処理結果を表示
するグラフィックモニタである。三次元画像処理機器1
8の処理結果はコンピュータ17を介し、CRT19上
に表示するようにしても良い。
に記憶されているオリジナル画像(二次元画像群)デー
タを三次元画像データに展開し、二値化、縮退し、粒子
の中心を求め、粒子の位置を確定する。この様子を図2
に示す。ここで、三次元画像に展開するとは、例えば、
X−Y座標上の各二次元画像群に対し、Z座標に対応す
るディメンションを付加し、三次元的に各データがアク
セスできるようにすることをいう。
1つの粒子の画像、25はその二値画像、27は縮退さ
れ中心のみとなった二値画像である。この粒子の中心を
求める二値化・縮退アルゴリズムは二次元版を拡張した
ものであり、各画素の近傍26方位について三次元的に
濃淡を比較して行うものである。二次元的二値化・縮退
によれば、いくつかのクラスタ(ピクセル)が残り、1
点に収束しないため、三次元的にシュリンクし1点に収
束させるようにしたものである。この三次元的アルゴリ
ズムでは二次元のラオ(Rao)のアルゴリズムが拡大
適用される。
タに二値化処理を施す。これは、図3に示すように、各
画素のデータを中心候補点のデータをすれば、各中心候
補点のデータ(0,0,0)とそれに26方位(3×3
×3)方向に隣接する点のデータとを比較することによ
って行う。すなわち図4に示すように、まず、ある中心
候補点(0,0,0)を設定し(ステップS1)、この
候補点とそれに隣接する1点のデータ(−1,−1,
1)とで濃淡を比較する(ステップS2,S4)。この
結果、中心候補点(0,0,0)の方が大きければ候補
点としてその濃度を1としステップS5へ移行するが
(ステップS3,S4)、小さければ中心候補点の濃度
を0とし(ステップS4,S5)ステップS7へ移行す
る。ステップS6では、中心候補点の全隣接データにつ
いて比較が終了したか否かを判定し、終了の場合はステ
ップS7へ移行し、終了していない場合はステップS2
へ戻り次の隣接点を設定して同様の処理を繰り返す。ス
テップS7では全中心候補点について二値化が終了した
か否かを判定し、終了していない場合はステップS2へ
戻り次の中心候補点を設定し、終了している場合は二値
化処理を終了する。これにより、図2に示すように、各
粒子の濃淡像23は、三次元的な二値画像25となる。
対して三次元の縮退処理を行う。これは、図5に示すよ
うに、二値画像を構成する各中心候補点についてそれを
含む面内で二次元のラオ(Rao)のアルゴリズム(例
えば「コンピュータによる画像処理入門」総研出版、田
村秀行書)を適用するものである。この面は、X、Y、
Z面で3面、X−Y面、X−Z面など対角の面で6面、
X−Y−Z面など斜めの面で4面、計13面について考
える必要があるが、すべての面について行わなくても、
例えば図5に示すような5方位の面について行えば、各
粒子における中心候補点を一点とすることができる。
れば、図6の表1及び表2に示すデータを用いて、図5
に示すような各面内でRaoのアルゴリズムを適用す
る。なお、表1及び表2中、*は、0および1いずれで
もよいことを示す(すなわち、比較の対象としない)。
される二値画像データの内容を破壊しないために、二値
画像データをコピーし、これを対応データとする(ステ
ップS20)。すなわち、縮退の各段階における結果は
このコピーされた対応二値画像データ上に順次反映す
る。次に、最初に処理する中心候補点を設定し(ステッ
プS21)、その点を含む最初の面(Z面)を設定し
(ステップS23)、その面に含まれる中心候補点及び
その周囲の点の9点のデータと表1の各9点から成るデ
ータの組とを位置関係を固定して比較し(ステップS2
4)、双方の9点がすべて一致(上述のように*は除
く)する場合があるか否かを判定する(ステップS2
5)。この結果、双方の9点がすべて一致する場合があ
るときは、対応中心候補点データの濃度を0として(ス
テップS26)ステップS21へ戻り、次の中心候補点
を設定して同様の処理を繰り返す。一致する場合がない
ときは、対応中心候補点データの濃度を1として(ステ
ップS22)ステップS27へ進む。
処理が終了したか否かを判定する。この結果、終了して
いない場合はステップS23へ戻って次の面を設定し同
様の処理を繰り返す。終了の場合はステップS28へ進
む。ステップS28では、すべての中心候補点について
処理が終了したか否かを判定する。この結果、終了して
いない場合はステップS21へ戻り、次の面を設定して
(ステップS29)ステップS22へ戻り、次の中心候
補点を設定して同様の処理を繰り返す。終了の場合は、
ステップS29へ進み、今度は表2のデータを用いて、
ステップS21〜28と同様のフィルタ処理を繰り返す
(ステップS29〜S36)。
いて表1及び表2を用いたフィルタ処理が終了したら、
その処理中に、対応中心候補点を一度でも0にすること
があったか否かを判定する。この結果、対応中心候補点
を一度でも0にすることがあった場合は、ステップS2
1へ戻って同様の処理を繰り返し、一度も0にすること
がなかった場合は処理を完了する。これにより、対応二
値画像データは、図2の画素27で示すような粒子の中
心のみの二値データとなる。
た二値画像データからは、各粒子の中心一の座標を正確
に得ることができる。また、縮退された二値画像データ
に基き、所定領域に含まれる粒子数をカウントして、所
定領域における粒子の密度や密度分布を検出することも
できる。
位置における、前記断層画像群の濃淡画像データの濃度
に基き、粒子のサイズを検出することもできる。粒子中
心の画像濃度と、その粒子の半径とは一定の関係にある
からである。
画像データ及びもとの断層画像群の濃淡画像データに基
き所望の座標系L−M−Nにおける断層画像群の濃淡画
像データとして再構成することも、各粒子の中心点の座
標が正確にわかるため、容易に行うことができる。
淡画像データを得る方法としては、上記光散乱法の他、
X線トポグラフィ、X線CT、MRI(核磁気共鳴)な
どによる方法がある。
の他、ボイド、異物等が該当する。すなわち粒子状の画
像が得られるものであればよい。
特殊な画像処理機器を用いたり、図9(b)に示すよう
に二次元画像処理機器を用いたり、図9(a)に示すよ
うに通常のコンピュータを三次元画像処理機器として用
いるようにしてもよい。すなわち、三次元画像処理機器
18で行う処理は、データの配列を変えれば、二次元画
像処理装置によっても行うことができる。
を付加し、画像メモリ15から直接データを読み込むよ
うにしても良く、また、TVカメラや画像出力装置から
三次元画像処理機器18に直接入力するようにしても良
い。すなわち、三次元画像処理機器18は二次元断層写
真群のデータを直接処理できるように構成しても良い。
く、変形したものが多く考えられる。Raoのアルゴリ
ズムを用いる以外にも縮退の方法はある。すなわち、三
次元的に二値化・縮退できるものであればよい。
パルスレーザ光をシリンドリカルレンズで広げ球面レン
ズで絞ることにより平板状(ライン状)のビームを得、
これを液体や気体のセル中に入射し、その内部の粒子か
らの散乱を二次元撮像素子によ光電変換することにより
断層画像群の濃淡画像データを得ることができる。この
ときのパルス巾(時間)は粒子の最大速度(vmax )と
の積が計測の空間分解能より充分短くなるようにする。
またこの場合、レーザビームの入射位置を平板状のビー
ムに垂直な方向に移動させながら各断面に対応する各瞬
時でデータを取り込むことにより断層像を高速で得るこ
ともできる。なお、粒子の速度v、パルスレーザのパル
ス巾をτとすると、vmax ・τが計測系の空間分解能よ
り小さくなるようにする。vmax が10mm/sec、
すなわち104μsecのとき、τ=10-4〜10-5s
ecでよい。
で行っていたRaoの縮退などは、二次元フィルターか
ら3×3×3の立体フィルターによって行うことが出来
るので、高速に処理することができる。
次元断層画像群は、同一断面についての時間的変化とし
て捕らえた、断層画像群をも含む。例えば、溶液内で析
出粒子が発生して消えるとき、その時間軸を一次元加え
て、ある断面について所定時間ごとの画像を得て三次元
的画像を構成し、これに基き、粒子がどこで(位置)、
いつ(時間)最大となったかなどを検出することができ
る。
データを、二値化しかつ三次元的に縮退処理するように
しているため、断層に垂直な方向に複数粒子が重なって
存在したり、レーザビーム径内に複数個の粒子が存在し
ても、それら粒子を個々に分解し、それぞれの位置、大
きさ、構造などを正確に検出することができる。
トロールする必要がある結晶の育成条件やその後の熱処
理条件を決定する上で有効に用いることができ、所望の
物性の半導体結晶を得るのに役立てることができる。た
とえば、結晶内の欠陥観察の場合には、結晶表面にエピ
タキシャル層を形成したりすることがあるが、表面から
数μm以内の表面近傍欠陥がデバイスには致命的と言わ
れており、本発明の方法を用いることにより、欠陥評価
を正確に行うことができる。すなわち、図8に示すよう
に三次元的に分布している欠陥を表面から層ごとにどの
ように分布しているか知ることが出来る。
の構成を示すブロック図である。
の位置を確定する様子を示す説明図である。
に二値化処理を施す様子を示す説明図である。
チャートである。
アルゴリズムを説明するための説明図である。
アルゴリズムに用いられるデータを示す表である。
ャートである。
Nにおける断層画像群の濃淡画像データを再構成する様
子を示す説明図である。
ック図である。
群を示す説明図である。
した場合、同じ粒子が異なる断層上では異なった大きさ
で観察される様子を示す説明図である。
コンピュータ、18:三次元画像処理機器、19:CR
T、20:グラフィックモニタ、23:1つの粒子の画
像、25:二値画像、27:縮退され中心のみとなった
二値画像。
Claims (6)
- 【請求項1】 粒子が分布する被検物体の、相互位置関
係が明確な断層画像群の濃淡画像データを得ることによ
り粒子の三次元的な濃淡画像データを得、その各画素の
データについてその濃度を二値化することにより粒子の
三次元的な二値画像データを得、この二値画像データに
ついて三次元的に縮退処理を施すことにより各粒子の二
値画像データをその中心点の二値画像データのみとし、
それにより各粒子の位置を三次元的に確定することを特
徴とする三次元粒子検出方法。 - 【請求項2】 前記縮退した二値画像データに基き、所
定領域に含まれる粒子数をカウントして、粒子の密度を
検出することを特徴とする請求項1記載の三次元粒子検
出方法。 - 【請求項3】 前記縮退した二値画像データが示す粒子
位置における、前記断層画像群の濃淡画像データの濃度
に基き、粒子のサイズを検出することを特徴とする請求
項1記載の三次元粒子検出方法。 - 【請求項4】 前記縮退した二値画像データ及び前記断
層画像群の濃淡画像データに基き所望の方向の断層画像
群の濃淡画像データを再構成することを特徴とする請求
項1記載の三次元粒子検出方法。 - 【請求項5】 粒子が分布する被検物体の、相互位置関
係が明確な所定間隔の断層画像群の濃淡画像データを得
ることにより粒子の三次元的な濃淡画像データを得る手
段と、その各画素のデータについてその濃度を所定値と
比較して二値化することにより粒子の三次元的な二値画
像データを得る手段と、この二値画像データについて三
次元的に縮退処理を施すことにより各粒子の二値画像デ
ータをその中心点の二値画像データのみとし、それによ
り各粒子の位置を三次元的に確定する手段とを具備する
ことを特徴とする三次元粒子検出装置。 - 【請求項6】 前記濃淡画像データを得る手段は、各断
層を照明する手段と、その散乱光を光電変換する手段と
を備えることを特徴とする請求項5記載の三次元粒子検
出装置。
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