DE3336470A1

DE3336470A1 - Verfahren und anordnung zum vergleich von bildern

Info

Publication number: DE3336470A1
Application number: DE3336470A
Authority: DE
Inventors: John Carrington Oakington Cambridge Barker
Original assignee: Cambridge Instruments Ltd
Current assignee: Cambridge Instruments Ltd
Priority date: 1982-11-02
Filing date: 1983-10-06
Publication date: 1984-05-03
Also published as: US4578765A; GB2129546B; JPS5995677A; GB2129546A

Description

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DIPL.'ING. H. MARSCH «μ·»™ . 4ooo Düsseldorf ι

DIPL-IPiG. K. SPARING .Ψ- bethelstrasse 123

DIPL.-PHYS. DR. W. H. RÖHL PATENTANWÄLTE TELEX 858 2542 SPRO d ZUOKL. TERTRETSR BEIK lUHOPXlSCHEN PATKNTiMT

Cambridge Instruments Limited 8/39 Rustat Road, ν

Cambridge CB1 3QH
England

Verfahren und Anordnung zum Vergleich von Bildern

Die Erfindung bezieht sich auf Signalvergleichssysteme und insbesondere bezieht sie sich auf Systeme zum Signalvergleich, bei denen die Signale beispielsweise visuelle Bilder repräsentieren. Ausführungsformen der Erfindung können beispielsweise verwendet werden, um den Vergleich von visuellen Signalen zu vereinfachen, welche ein Bild repräsentieren, das im Verlauf eines Fertigungsprozesses erzeugt worden ist, wobei Digitalsignale die gewünschte Form repräsentieren, die das Bild haben sollte und wobei der Vergleich ausgeführt

wird zum Zweck der Erkennung von Fehlern in dem Bild, das während des Fertigungsprozesses entsteht.

Bei der Ausführung solcher Vergleichsarbeiten ist es einleuchtenderweise wichtig, daß die zu vergleichenden Bilder oder die sie repräsentierenden Signale genau ausgefluchtet sind. Jegliche Fehlausfluchtung kann als Fehler in dem zu prüfenden Bild interpretiert werden. Eine solche Fehlausfluchtung kann sich ergeben infolge unvermeidbarer Toleranzen in den Geräten, welche die elektrischen Signale aus den Herstellungsbildern erzeugen. Ähnliche Fehler können resultieren aus dem Digitali-

sierungsprozeß, der verwendet wird, um die elektrischen Signale zu erzeugen, welche die zu vergleichenden Bilder repräsentieren sollen.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine zu

seiner Durchführung geeignete Anordnung zu schaffen, bei denen

Fehlvergleiche infolge solcher Fehlausfluchtungen verringert werden.

BAD ORiGIWAL

Die erfindungsgemäß vorgesehene Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus dem Patentanspruch 1, während der Patentanspruch 2 eine zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 geeignete und bestimmte Anordnung definiert.

Demgemäß wird ein Bildvergleichssystem vorgeschlagen, zur Durchführung eines Vergleichs zwischen dem ersten Satz elektrischer Signale und einem zweiten Satz elektrischer Signale. Diese repräsentieren jeweils nominell identische Bilder. Es sind Mittel vorgesehen, die auf den ersten Signalsatz ansprechen zum Ableiten eines dritten Signalsatzes aus diesem, der seinerseits den peripheren Kantenbereich des durch den ersten Signalsatz repräsentierten Bildes repräsentieren. Auf diesen dritten Signalsatz ansprechend ausgebildete Signalverarbeitungseinrichtungen erzeugen einen modifizierten dritten Signalsatz, welcher eine vergrößerte Version dieses peripheren Kantenbereiches repräsentiert. Der erste und der zweite Signalsatz werden miteinander verglichen, um einen Satz von Differenzsignalen zu erzeugen, welche Unterschiede zwischen den beiden Bildern repräsentieren. Eine zweite Signalvergleichsvorrichtung vergleicht diesen Satz von Differenzsignalen mit dem modifizierten dritten Signalsatz mit dem Ergebnis, daß mindestens tendenziell aus dem Differenzsignal fast alle solchen Differenzsignale eliminiert werden, die Bilddifferenzen entsprechen, welche sich innerhalb des vergrößerten peripheren Kantenbereichs befinden und gegebenenfalls auf Fehlausfluchtung beruhen.

Die Unteransprüche 3 bis 7 definieren zweckmäßige und vorteilhafte Weiterbildungen des Gegenstandes der Erfindung., Eine Bildvergleichsanordnung gemäß der Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die beigefügten schematischen Zeichnungen näher erläutert, wobei die beschriebene Anordnung nur als ein Beispiel zu verstehen ist..

Fig. 1 zeigt ein Blockdiagramm der Anordnung und

Fig. 2 und 3 sind Diagramme zur Erläuterung der Wirkungsweise der Anordnung.

O U 4 / U

Die zu erläuternde Anordnung dient zum Vergleich von digitalen Signalen,welche zwei Bilder repräsentieren, so daß Unterschiede zwischen ihnen erfaßt werden können.

Als Beispiel^sei angenommen, daß ein Satz von Signalen digitale Signale umfassen, welche ein Bild repräsentieren, erzeugt von einer Strichplatte, wie sie für Zwecke der Herstellung integrierter Schaltkreiswafer gemacht worden ist. Bevor jede solche Strichplatte verwendet werden kann, muß sie mit einem Vorgabemuster für die Strichplatte verglichen

"Ό werden, um sicherzustellen, daß keine unakzeptierbaren Fehler vorliegen, welche sich natürlich auf den integrierten Schaltkreiswafer übertragen würden.

Das Vorlagemuster für die Strichplatte kann auf eine Mehrzahl von Weisen gehalten werden. Es kann beispielsweise auf eine Vorlagestrxchplatte gehalten werden. In der Praxis ist es jedoch wahrscheinlicher, daß sie in Form von Digitalsignalen gehalten wird, wobei diese digitalen Signale verwendet werden, um den Herstellungsprozeß zu steuern, aus welchem die Fertigungsstrichplatten (d.h. die Strichplatten, die mittels der zu beschreibenden Anordnung geprüft werden) erzeugt werden.

Wie in Fig. 1 dargestellt, sind die Digitalsignale, welche das Vorlagemuster repräsentieren in einem Vorlagespeicher 5 abgespeichert. Ein Speicher 6 speichert Digitalsignale, welche ,5 das Bild der Strichplatte definieren, die gerade geprüft wird, wobei diese Signale erzeugt werden von der zu prüfenden Strichplatte in einer üblichen Weise, etwa durch Abtasten der Strichplatte und optisches Auslesen ihres Musters in Form von Helligkeits- und DunkelheitsSignalen.

Demgemäß halten die Speicher 5 und 6 digitale Signale, wobei jedes digitale Signal einen bestimmten Teil des betreffenden Bildes repräsentiert (des Vorlagebildes bzw. des zu prüfenden Bildes), wobei jeweils eine Angabe darüber gemacht wird,ob der Bildteil hell oder dunkel ist. pie speicher sind über eine Ausgangseinheit 8 an ein EXCLUSIV-ODER-Gatter 10 angeschlossen und auf diese Weise

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wie noch in größeren Einzelheiten unten zu erläutern, wird der Wert jedes Digitalsignals im Vorlagespeicher 5 verglichen mit dem Wert des entsprechenden Digitalsignals im Speicher 6.

Zusätzlich werden die Digitalsignale im Speicher 5 durch einen Kantendetektor 12 überwacht. Dieser erfaßt die Position in Form der Umfangskante des Bildes, das repräsentiert wird durch das Digitalsignal in dem Speicher 5. Mit anderen Worten erzeμgt er Digitalsignale, welche einen peripheren Kantenbereich des Bildes im Speicher 5 definieren.

Diese Digitalsignale werden in eine Vergrößerungseinheit 14 überführt, die die Digitalsignale derart modifiziert, daß die Breite des peripheren Bereiches vergrößert wird, welche sie repräsentieren, wobei die Breite auf ein vorge- . gebenes Maß vergrößert wird, was alles weiter unten noch im einzelnen erläutert wird. Der Ausgang der Vergrößerungseinheit 14 wird in einen Speicher 16 überführt. Dieser speichert demgemäß Digitalsignale, welche einen vergrößerten peripheren Randbereich des Vorlagebildes im Speicher 5 repräsentieren .

Ein UND-Gatter 18 ist angeschlossen zum Empfang der Ausgangssignale vom EXCLUSIV-ODER-Gatter 10 über einen Inverter 19 und außerdem zum Empfang der Ausgangssignale zum Speicher 16, und der Ausgang des UND-Gatters 18 gelangt in einen Ausgangsspeicher 20.

Die Wirkungsweise der Anordnung wird nun unter Bezugnahme auf Fig. 2 und 3 erläutert.

Fig. 2 zeigt die von dem Kantendetektor 12 und der Vergrößerungseinheit 14 bewirkten Vorgänge.

Fig. 2 A zeigt das Bild, das in diesem Falle durch'Digitalsignale in dem Vorlagespeicher 5 repräsentiert sein soll. Diese Digitalsignale werden in den Kantendetektor 12 eingegeben, und Fig. 2B zeigt das Bild, das durch die Digitalsignale repräsentiert wird, welche von dem Kantendetektor 12 aus den in Speicher 5 abgespeicherten Signalen erzeugt werden,

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Mit anderen Worten erzeugt der Kantendetektor 12 Digitalsignale, welche einen"Rahmen" repräsentieren, nämlich den peripheren Kantenbereich des Bildes gemäß Fig. 2A. Der Kantendetektor 12 kann irgend eine geeignete Form von elektrischer Schaltung umfassen und insbesondere kann er einen Schaltkreis umfassen, welcher Übergänge zwischen Digitalsignalen erfaßt, welche einen hellen Bereich repräsentieren und Digitalsignale, welche einen dunklen Bereich repräsentieren. Auf diese Weise ist er in der Lage, die Digitalsignale zu erfassen, welche den peripheren Kantenbereich des Bildes gemäß Fig.2A definieren und diese Digitalsignale repräsentieren das Bild gemäß Fig. 2B.

Wie bereits erwähnt, werden diese Digitalsignale in die Vergrößerungseinheit 14 (Fig. 1) überführt. Diese ist so ausgebildet, daß das in Fig. 2B dargestellte und durch die Digitalsignale, welche vom Kantendetektor 12 erzeugt wurden, repräsentierte Bild vergrößert wird. Mit anderen Worten spricht die Einheit an auf Digitalsignale im Ausgang des Kantendetektors 12 derart, daß zusätzliche Digitalsignale erzeugt werden, gespeichert in benachbarten Speicherplätzen, um so wirksam die peripheren Kantenbereiche zu vergrößern oder zu verdicken, die repräsentiert werden durch die Digitalsignale erzeugt durch den Kantendetektor 12. Auf diese Weise erzeugt die Vergrößerungseinheit 14 Digitalsignale, welche das in Fig. 2C dargestellte Bild repräsentieren, und dies ist das Bild, das in Speicher 16 abgespeichert wird.·

Fig. 3 erläutert die Wirkungen, die von dem EXCLUSIV-ODER-Gatter 10 und dem UND-Gatter 18 erzeugt werden.

Fig. 3A zeigt das Bild repräsentiert durch die Digitalsignale gespeichert in Speicher 5 und diese Figur ist demgemäß identisch mit Fig. 2A. Fig. 3B zeigt das Bild, das repräsentiert sein soll durch die Digitalsignale gespeichert im Speicher 6. Wie dargestellt, ist dieses Bild identisch mit dem nach Fig. 3A mit der Ausnahme, daß ein "Loch" 22 vorliegt, wo (und dies sei angenommen) ein Fehler im Fertigungsprozeß einen kleinen hellen Bereich hervorgerufen

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--6—

Λ.

hat innerhalb des im allgemeinen dunklen Bereichs des Bildes.

Die Digitalsignale, welche die Bilder der Fig. 3A und 3B repräsentieren, werden in das EXCLUSIV-ODER-Gatter ^ 10 eingegeben über die Ausgangseinheit 8, wie in Verbindung mit Fig. 1 erläutert, wobei jedes Digitalsignal aus dem Speicher 5 in das Gatter 10 zu einem Zeitpunkt eingegeben wird, der zumindest nominell derselbe ist wie der Zeitpunkt, zu dem das entsprechende Digitalsignal aus dem Speicher 6 in das Gatter 10 eingespeist wird.

Wie oben bereits angedeutet, besteht jedoch die Möglichkeit, daß wegen Fehlausfluchtung und/oder Digitalisierungsfehlern die beiden Bilder in den Speichern 5 und 6< obwohl sie identisch in Größe und Umfangsform sind, nicht

genau koinzident sind. Wenn deshalb ihre Signale seriell in das EXCLUSIV-ODER-Gatter 10 eingespeist werden, kann sich der in Fig. 3C dargestellte Effekt ergeben, wo die beiden Bilder einander überlagert dargestellt sind, jedoch in übertriebener Fehlausfluchtung.

Das EXCLUSIV-ODER-Gatter 10 verarbeitet die empfangenen Digitalsignale so, daß eine binäre Eins in dem Fall erzeugt wird, daß eine Differenz zwischen den beiden Binärsignalen vorliegt, welche zum jeweiligen Zeitpunkt an den Gattereingängen vorliegen und eine binäre Null, wenn die Digitalsig-

nale die gleichen sind. Demgemäß würden die Digitalsignale im Ausgang des EXCLUSIV-ODER-Gatters 10 ein Bild repräsentieren wie in Fig. 3 dargestellt, wobei diese Digitalsignale das Loch 22 repräsentieren und die Bereiche der peripheren Fehlausfluchtung zwischen den beiden Bildern, die miteinander verglichen werden. Mit anderen Worten repräsentiert, der Ausgang des EXCLUSIV-ODER-Gatters 10 nicht korrekt den Unterschied zwischen den zu vergleichenden Bildern (d.h. der Bilder in den Speichern 5 und 6), .weil die Fehlausfluchtung zwischen den beiden verglichenen Bildern zusätzliehe Fehler Signale erzeugt, wie in Fig. 3D erkennbar..

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Die Signale repräsentiert durch das in Fig. 3D dargestellte Bild werden in das UND-Gatter18 eingespeist zusammen mit Signalen, welche eine invertierte Form des Bildes repräsentieren, das in Fig. 2C dargestellt ist, wobei die letzteren Signale über den Inverter 19 laufen.

Fig. 3E zeigt in Diagrammform die Vorgänge, die durch

das UND-Gatter 18 eingeführt werden. In der Wirkung wird der "Rahmen", der in Fig. 2C dargestellt ist, dem "Rahmen" überlagert, der in Fig. 3D erkennbar ist und der erzeugt

'0 worden ist durch die Fehlausfluchtung zwischen diesen beiden Bildern aus den Speichern 5 und 6. Um dies zu verdeutlichen, wurde die Schraffur in Fig. 3E weggelassen. Es sei angenommen, daß die von der Vergrößerungseinheit 14 eingeführte Vergrößerung hinreicht, um den "Rahmen" der Fig.2D

^ in einem Maße zu expandieren, daß er groß genug ist, so daß er vollständig die peripheren Bereiche überdeckt, die in Fig. 3D dargestellt sind, so daß der letztere gelöscht wird, d.h. von dem Gatter 18 werden keine Binärausgänge erzeugt. Auf diese Weise ist der einzige Binärausgang, der vom Gatter 18 erzeugt wird, ein Binärausgang, welcher das Loch 22 repräsentiert, wie in Fig. 3F dargestellt, und dieser Binärausgang wird im Speicher 20 abgespeichert. Aus diesem Grunde wurden die Fehler, resultierend von der Fehlausfluchtung zwischen den in den Speichern 5 und 6 gespeicherten Bildern eliminiert.

Es ist festzuhalten, daß die Art und Weise, in der die Fehlausfluchtungsfehler beseitigt werden, so ist, daß die Empfindlichkeit des Systems gegenüber Fehlern infolge Fehlausfluchtung verringert wird (so daß diese Fehler vollständig eliminiert werden, im besten Falle, aber zumindest in anderen Fällen verringert werden), daß jedoch dabei die Empfindlichkeit gegenüber Fehlern (Loch 22) nicht verringert wird, welche sich nicht an der Peripherie befinden. Der Fehlausf luchtungsf ehler gemäß Fig. 3C wurde absichtlich übertrieben gezeichnet. In der Praxis wäre der Fehlausfluchtungsfehler normalerweise klein und es wäre nicht erforderlich,

BAD ORiGiNAi

daß die Vergrößerungseinheit 14 (Fig. 1) den Rahmen in sehr erheblichem Maße vergrößert. Mit anderen Worten braucht die Empfindlichkeitsverringerung für den Peripherievergleich nicht so groß zu sein, daß nicht wirkliehe periphere Fehler unerfaßt bleiben. Wenn beispielsweise ein "Mausezahnfehler" in dem in Speicher 6 gespeicherten Bild vorliegt, wie bei 24 in Fig. 3D angedeutet, so würde ein solcher Fehler normalerweise immer noch erfaßt werden.

Die beschriebene Anordnung kann mit Vorteil in Verbindung mit dem Bildinspektionssystem verwendet werden, das in der GB-Patentanmeldung 8231268 offenbart ist, doch ist seine Anwendung in keiner Weise auf diesen Fall beschränkt.

Claims

Ansprüche

\ 1 .J Verfahren zum Durchführen eines Vergleichs zwischen einem ersten Satz elektrischer Signale und einem zweiten Satz elektrischer Signale, welche jeweils nominell identische Bilder repräsentieren, gekennzeichnet durch die

5 Schritte

Erzeugen eines dritten Signalsatzes aus dem ersten
Signalsatz, welcher dritte Signaisatz den peripheren Kantenbereich des dem ersten Signälsatz entsprechenden Bildes repräsentiert,

Erzeugen eines modifizierten dritten Signalsatzes
aus dem dritten Signalsatz, welcher modifizierte dritte
Signalsatz eine vergrößerte Version des peripheren Kantenbereichs repräsentiert,

Vergleichen des ersten und des zweiten Signalsatzes zum Erzeugen eines Differenzsignalsatzes, das die Signaldifferenzen zwischen beiden repräsentiert, und

Vergleichen des Differenzsignalsatzes mit dem modifizierten dritten Signalsatz mit der Tendenz, aus dem Differenzsignalsatz solche Differenzsignale zu entfernen, die, Bilddifferenzen entsprechen, welche innerhalb des vergrösserten peripheren Kantenbereichs vorliegen.

25

Anordnung zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch zum Vergleich eines ersten elektrischen Signalsatzes und eines zweiten elektrischen Signalsatzes, welche jeweils nomi-

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nell identische Bilder repräsentieren, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung (12), die auf den ersten Signalsatz ansprechend ausgebildet ist zum Erzeugen, aus diesem, eines dritten Signalsatzes, welcher den peripheren

-" Kantenbereich des Bildes entsprechend dem ersten Signalsatz repräsentiert, durch eine Signalverarbeitungsvorrichtung (14), die auf den dritten Signalsatz ansprechend ausgebildet ist zum Erzeugen, aus diesem, eines modifizierten dritten Signalsatzes, repräsentierend eine vergrößerte

"Ό Version des peripheren Kantenbereichs durch einen ersten Signalkomparator (10) zum Vergleich des ersten und zweiten Signalsatzes unter Erzeugung eines Differenzsignalsatzes, der die Signaldifferenzen zwischen ihnen repräsentiert, und durch einen zweiten Signalkomparator (18) zum Vergleich des Differenzsignalsatzes mit dem modifizierten dritten Signalsatz, so daß tendenziell aus dem Differenzsignalsatz solche Differenzsignale entfernt werden, die Bilddifferenzen entsprechen, welche sich innerhalb des vergrößerten peripheren

Kantenbereichs befinden.
20

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalsätze Sätze von digitalen Signalen sind, wobei jedes Digitalsignal einen entsprechenden Abschnitt des Bildes

repräsentiert.
25

4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Digitalsignale in Speicherplätzen (5,6,16) abgespeichert sind, deren jeweilige Positionen abhängen von den entsprechenden Positionen der Bildabschnitte.

5. Anordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zum Erzeugen des dritten Signalsatzes einen zweidimensionalen Kantendetektor (12) umfaßt.

Ίβλο"

6. Anordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Signalkomparator ein EXCLU-SIV-ODER-Gatter (10)., das ansprechend ausgebildet ist auf die ersten und zweiten Signalsätze.

7. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Signalkomparator eine Vorrichtung (18) umfaßt, zur Durchführung einer logischen Umfunktion bezüglich der Kombination der Ausgänge des EXCLUSIV ODER-Gatters (10) und des dritten Signalsatzes.