DE68928162T2 - Verfahren und Gerät zum Verdichten von Bildern hoher Auflösung - Google Patents

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG 1. Gebiet der Erfindung
• Die Erfindung betrifft Verfahren zum Komprimieren von Bildern hoher Dichte, und spezieller betrifft sie Verfahren zur dynamischen Abbildung von Betriebsfehlern in integrierten Schaltungen, in denen komprimierte Ikonbilder hoher Auflösung aus größeren Bildern erzeugt werden, die Betriebszustände getesteter integrierter Schaltungen repräsentieren.
2. Beschreibung der einschlägigen Technik
• Die Verringerung der Größe der internen Merkmale höchstintegrierter (VLSI) Schaltungsbauteile erfordert immer schnellere und zuverlässigere Design- und Testvorgänge. Herkömmliche Testeinrichtungen für integrierte Schaltungen (IC) können Information nur an den externen Stiften des getesteten Bauteils (DUT = device under test) abrufen, was anschließende Diagnosen begrenzt. Ein Fehler, wie er durch eine herkömmliche Testeinrichtung erkannt wird, kann durch eine Unstimmigkeit an einem beliebigen Punkt innerhalb der Komponente hervorgerufen sein. Wenn das DUT Hunderttausende von Gattern enthält, wird die Fehlererkennung eine komplizierte und mühselige Arbeit.
• Bei einem typischen Testvorgang erkennt eine herkömmliche IC-Testeinrichtung (eine solche, die Stimulierimpulse an Eingangsstifte des IC anlegt und die Ergebnisse an Ausgangsstiften des IC misst) einen Fehler in irgendeinem Vektor (z. B. einem Vektor ν) in einer Testvektorfolge, wenn ein IC-Bauteil getestet wird. Die Testfolge kann eine große Anzahl von Testvektoren, z. B. 100 oder mehr Testvektoren, enthalten, wobei jeder Vektor einen Satz von Stimulierimpulsen, wie Eingangsspannungen, repräsentiert, die an die Stifte des DUT angelegt werden. Der Ursprung des erkannten Fehlers liegt irgendwo im Chip, bei irgendeinem Vektor (z. B. beim Vektor a) zwischen dem ersten Vektor der Folge (Vektor 1) und dem Vektor, bei dem der Fehler erkannt wurde (Vektor ν). Dieser Fehler pflanzt sich dann nach vorne fort und erscheint beim Vektor p an einem externen Stift oder einem Bondfleck des DUT. Dann ist es erwünscht, die Art, den Ort und den Erzeugungszeitpunkt des am Vektor a auftretenden Fehlers zu erkennen.
• Daher ist ein interenes Testen von Chips erforderlich. Über viele Jahre bestand die bevorzugte Lösung darin, einen Chip unter Verwendung eines Rasterelektronenmikroskops (REM) niedriger Energie (ungefähr 1 keV) zu testen (siehe z. B. E. Menzel & E. Kubalek, Fundamentals of Electron Beam Testing of Integrated Circuits, 5 SCANNING 103-122 (1983) und E. Plies & J. Otto, Voltage Measurement Inside Integrated Circuit Using Mechanical and Electron Probes, IV SCANNING ELECTRON MICROSCOPY 1491-1500 (1985).
• Bis in jüngerer Zeit war ein REM ein ausgeklügeltes Laborelement, das nur von erfahrenen Forschern verwendet wurde. Im Jahr 1987 wurde von Schlumberger das auf der Workstation "IDS 5000 " beruhende Elektronenstrahl-Testsystem im Handel eingeführt. S. Concina, G. Liu, L. Lattanzi, S. Reyfman & N. Richardson, Software Integration in a Workstation Based E-Beam Tester, INTERNATIONAL TEST CONFERENCE PROCEEDINGS (1986); N. Richardson, E-Beam Probing For VLSI Circuit Debug, VLSI SYSTEMS DESIGN (1987); S. Concina & N. Richardson IDS 5000: an Integrated Diagnosis System for VLSI, 7 MICROELECTRONIC ENGINEERING (1987). Siehe auch die US-Patente Nr. 4,706,019 und 4,721,909 für N. Richardson.
• So ist die Messung und das Sammeln von Information beim Analysieren von IC-Fehlern kein Hauptproblem mehr. Die Organisation der umfangreichen und detaillierten Information, wie sie zu einem IC mit einer derartigen Testeinrichtung erhalten wird, ist jedoch für schnelle und wirkungsvolle Fehlerdiagnose kritisch.
• Anstatt die Antwort für ein absolutes Problem zu suchen ("Warum funktioniert dieses Bauteil nicht?") kann es bevorzugt sein, sich einem relativen Problem zuzuwenden ("Wo, wann und warum verhält sich dieses Bauteil von einem anderen, guten Bauteil verschieden?") Mit dem letzteren Diagnoseansatz können Betriebsfehler in einem IC verfolgt werden.
• Um eine solche Diagnose auszuführen, wird eine interessierende Zeitperiode zwischen 0 (Beginn der interessierenden Testfolge) und der ersten Fehlererkennung ausgewählt. Diese Periode wird so in Intervalle unterteilt, dass der IC in jedem Intervall ein festes Verhalten zeigt. Jedes Intervall entspricht so einem Betriebszustand des IC. Nachdem die interessierenden Zustände identifiziert wurden, kann ein Vergleich zwischen einem bekannten, "guten" IC-Bauteil und dem DUT für jeden Zustand erfolgen.
• Derartige Vergleiche können mittels stroboskopischer Spannungskontrastbilder erfolgen. Das getestete Bauteil (DUT) wird bei einem herkömmlichen Testsystem mit E-Strahl, wie dem "IDS 5000" von Schlumberger mit einer Folge von Test- "Vektoren" stimuliert. Jeder Test-"Vektor" repräsentiert einen speziellen Satz von Stimulierimpulsen, wie Eingangsspannungen, die an die Stifte des IC angelegt werden. Während des Anlegens jedes Vektors der Folge befindet sich der DUT für eine als "Auswertefenster" bezeichnete Zeitspanne in einem Zustand. Durch wiederholtes Pulsieren des Elektronenstrahls mit bestimmter Phase zu Beginn der Folge kann ein stroboskopisches Bild erhalten werden, das den Zustand des DUT in jedem gewünschten Auswertefenster repräsentiert. Dieser Auswerteprozess ist analog zu dem unter Verwendung stroboskopischen Lichts zum "Einfrieren" des Betriebs eines Automotors zum Einstellen des Zündzeitpunkts. Eine Reihe von Zustandsbildern bildet einen Stapel.
• Der Prozess wird unter Verwendung eines guten IC-Bauteils (auch als goldener Chip bezeichnet) wiederholt, um einen Stapel stroboskopischer Bilder zu erfassen, die dessen Zustände auf dieselbe Reihe von Testvektoren hin repräsentieren. Jedes dieser Bilder kann z. B. eine graphische Wiedergabe in digitalem Format in der Form einer 512 × 512-Matrix von Pixeln variierender Intensität sein, wobei die Intensitäten durch einen Wert zwischen 0 und 255 (8-Bit-Wert) repräsentiert werden. Die so erfassten Bilder, die die Betriebszustände des DUT repräsentieren, können abgespeichert werden und dazu verwendet werden, Betriebsfehler in DUT zu diagnostizieren.
• Nachdem die Bilder erfasst wurden, können die Stapel verglichen werden. Der Vergleich kann die Form eines Subtrahierens eines Bilds des goldenen Chips von einem Bild des DUT (oder umgekehrt) Pixel für Pixel einnehmen, wobei die verglichenen Bilder solche sind, wie sie auf denselben Satz von Stimulierimpulsen erzeugt wurden. Der Vergleich wird Bild für Bild wiederholt, um einen Stapel von "Differenz"-Bildern zu erzeugen.
• Alternativ können die zwei Stapel Zustände eines einzelnen DUT auf zwei verschiedene Sätze von Stimulierimpulsen repräsentieren. Z. B. kann ein DUT bei einer vorgegebenen Temperatur oder bei einer vorgegebenen Eingangsspannung wie konzipiert arbeiten, arbeitet jedoch bei höherer Temperatur oder Eingangsspannung falsch. Ein Stapel von Bildern kann erfasst werden, der den korrekten Betrieb des DUT bei einem Satz von Umständen repräsentiert, und es kann ein zweiter Stapel erfasst werden, der den fehlerhaften Betrieb bei einem zweiten Satz von Umständen repräsentiert. Diese Stapel können ebenfalls Bild für Bild verglichen werden, um einen Stapel von "Differenz"-Bildern zu erzeugen.
• Wenn sich das gute und das fehlerhafte Bauteil auf dieselbe Weise verhalten, sind die Bilder dieselben. Auf ähnliche Weise sind die Bilder dieselben, wenn ein Bauteil, das anderen Sätzen von Stimulierimpulsen unterzogen wurde, auf die verschiedenen Sätze von Stimulierimpulsen gleich arbeitet. Jede Divergenz zwischen den beiden Sätzen von Bildern kann als Unstimmigkeit im Test (oder fehlerhaften) Bauteil angesehen werden. T. May, G. Scott, E. Meieran, P. Wiener & V. Rao, Dynamic Fault Imaging of VLSI Random Logic Devices, INTERNATIONAL PHYSICS SYMPOSIUM PROCEEDINGS (1984). Auf Basis eines Bilds pro Zustand zeigt der Vergleichsprozess die Fehlerausbreitung von seinem Ursprung bis zum Ort, an dem er als erstes erkannt wird. Der Fehler kann als Unstimmigkeit in den Differenzbildern erscheinen; zum Beispiel kann eine schwarze oder weiße Linie in einem ansonsten grauen Differenzbild einen fehlerhaften Logikpegel im DUT repräsentieren. Ein solcher Vergleichsprozess ist als "dynamische Fehlerabbildung" (DFI) bekannt.
• Selbstverständlich müssen die zwei Stapel von Bildern, damit der Vergleich korrekt arbeitet, identische Bedingungen repräsentieren: dieselbe Chipfläche, die unter denselben REM- Betriebsbedingungen mit derselben Vergrößerung abgebildet ist. Jedoch ist es möglich, dass die Bilder eines Stapels in bezug auf diejenigen eines anderen Stapels aufgrund einer leicht verschiedenen Ausrichtung der Chips in bezug auf das REM geneigt oder verdreht sind, wenn die Bilder erfasst werden. Wenn keine perfekte Ausrichtung möglich ist, kann es erforderlich sein, eine räumliche "Verformungs"-Operation an jedem Bild eines Stapels auszuführen, um es mit den Gegenstückbildern des anderen Stapels auszurichten.
• Wenn die Bilder einmal erfasst, gefiltert, ausgerichtet und Pixel für Pixel miteinander verglichen sind, um einen Stapel sich ergebender "Differenz"-Bilder zu erzeugen, können die Differenzbilder angezeigt werden, um ein Nachfahren der Fehlerfortpflanzung durch die Reihe von Bildern zu ermöglichen. Die Differenzbilder können auch so bearbeitet werden, dass nur die zur Analyse wichtige Information (die Fehlerfortpflanzung) hervorgehoben wird. Für Diagnosezwecke kann jedoch bei ungefähr 512 × 512 Pixeln pro Bild und 8 Bits pro Pixel übermäßig viel Information vorhanden sein. Die zur Diagnose erforderliche Information ist tatsächlich nur diejenige, die der Fehlerausbreitung durch die Reihe von Bildern nachfährt.
• Wenn die Bilder geeignet bearbeitet wurden und die Subtraktion gut ausgeführt wurde, kann die tatsächliche DFI-Diagnose beginnen. Anhaltspunkte zur Art, zum Ort und zum Ursprungszeitpunkt eines Fehlers sind irgendwo im Stapel der Differenzbilder zu finden. Um diese Anhaltspunkte wirkungsvoll aufzufinden, ist es wichtig, auf die Bilder schnell und interaktiv (in Zehntelsekunden) zuzugreifen, sie anzuzeigen und visuell zu vergleichen. Eine Art, dies auszuführen, bestünde darin, gleichzeitig alle Bilder des Stapels nebeneinander anzuzeigen, was die Fehlerfortpflanzung leicht erkennbar machen würde. Wenn jedoch jedes Bild 512 × 512 Pixel umfasst, können gleichzeitig nur vier Bilder auf einem herkömmlichen Anzeigeschirm hoher Auflösung einer Computer- Workstation angezeigt werden.
• Eine Art zum gleichzeitigen Anzeigen einer großen Anzahl von Bildern auf einem Schirm (zum einfachen visuellen Nachfahren einer Fehlerfortpflanzung) besteht darin, die Größe jedes Bilds durch Erzeugen eines "Ikons" oder einer komprimierten Version des Bilds zu verringern, die auf dem Schirm anzuzeigen ist. Wenn z. B. ein Bild von 512 × 512 Pixeln zu einem Ikon von 64 × 64 Pixeln komprimiert wird, repräsentiert jedes Bild des Ikons ein Quadrat von 8 × 8 Pixeln des Ausgangsbilds. Unter Verwendung derartiger Ikons können einige zehn Bilder gleichzeitig auf einem Anzeigeschirm angezeigt werden. Wenn ein Bild jedoch zu einem Ikon komprimiert wird, geht Information verloren (beim obenangegebenen Beispiel gehen 63/64 der Information aus dem Ursprungsbild verloren). Da Einzelheiten der Ikons zur DFI-Analyse benötigt werden, ist eine Bildkompression mit hoher Auflösung erforderlich. Wenn jedoch viele Ikonbilder auf einmal anzuzeigen sind, erfordert es eine wirkungsvolle DFI-Analyse, dass die Bildkompression schnell ausgeführt wird, wenn die anzuzeigenden Bilder einmal aus einem Stapel ausgewählt sind. Um einen "interaktiven" Betrieb zu erzielen, ist es erwünscht, jeden ausgewählten Prozess, wie die Erstellung eines Ikons aus einem Bild sowie die Anzeige des Ergebnisses, innerhalb z. B. einer Periode von nicht mehr als zwei Sekunden auszuführen.
• In der Technik sind Systeme bekannt, die Faltungsvorgänge zum Ausführen einer geometrischen Operation, einer Filterung und einer Mustererkennung verwenden. Derartige Systeme verwenden manchmal schnelle Fouriertransformation zum Beschleunigen der Berechnung großer Faltungen. Es wird häufig Gleitkommaarithmetik verwendet, da es vorab nicht bekannt ist, wieviele Operationen an den Daten ausgeführt werden. Jedoch sind unter Verwendung von Gleitkommaarithmetik Zwischenergebnisse häufig genauer als erforderlich, weswegen die Berechnung übermäßig zeitaufwendig ist. Wenn diese Genauigkeit nicht erforderlich ist, führt es zu einer Vergeudung von Zeit und Ressourcen.
• Eine andere Art des Beschleunigens der Bildverarbeitung besteht darin, zugehörige Prozessoren zu verwenden, die so konzipiert sind, dass sie spezielle Aufgaben mit hoher Geschwindigkeit ausführen. Die Kosten derartiger Prozessoren können jedoch deutlich zu den Kosten eines Testsystems beitragen. Statt dessen ist es bevorzugt, einen Universalprozessor einer Standard-Konstruktionsworkstation zu verwenden, um Bildverarbeitung auszuführen, jedoch ohne Verlust an Verarbeitungszeit.
• Ein Hauptziel der Erfindung besteht darin, Verfahren und Vorrichtungen für Kompression von Bildern hoher Auflösung in einer Workstation vom Typ wie in einem System wie "IDS 5000" von Schlumberger mit ausreichender Geschwindigkeit zu schaffen, um dynamische Fehlerabbildung mit dem "Gefühl" von Interaktion zu ermöglichen, aber ohne das Erfordernis spezieller Hardware zum Ausführen der Verarbeitung.
• Umfassender gesagt, ist es eine Aufgabe der Erfindung, Verfahren und Vorrichtungen zur Kompression von Bildern hoher Auflösung zu Ikons zu schaffen.
• Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, eine solche Kompression auszuführen, dass eine Anzahl derartiger Ikons gleichzeitig angezeigt werden kann, als Hilfe bei der DFI- Analyse integrierter Schaltungen.
• Noch eine andere Aufgabe der Erfindung ist es, für schnelle und interaktive Kompression von Spannungskontrastbildern bei einer Universalworkstation zu sorgen, die einem Elektronenstrahl-Testsondensystem zugeordnet ist, ohne das Erfordernis von Spezialzweck-Computerhardware zum Ausführen der Kompression.
• Noch eine andere Aufgabe der Erfindung ist es, eine zweidimensionale Emulation einer dreidimensionalen Repräsentation eines Stapels von Bildern, wie als Zustandswürfel bekannt, auf dem Anzeigeschirin einer Workstation zu emulieren.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
• Die Erfindung schafft Verfahren für schnelle Kompression von aus Pixeln aufgebauten Bildern zu komprimierten Ikonbildern hoher Auflösung und für dynamische Fehlerabbildung von Betriebsfehlern in integrierten Schaltungen unter Verwendung derartiger Verfahren. Das Anzeigen mehrerer derartiger, auf einem Schirm nebeneinander angeordneter Ikons ermöglicht ein einfaches Nachfahren eines Fehlers in einem getesteten IC- Bauteil, und zwar selbst durch Personen mit geringen Kenntnissen zur Funktion des Bauteils.
• Die Erfindung löst die obigen Aufgaben durch das im Anspruch 1 definierte Verfahren und die im Anspruch 5 definierte Vorrichtung. Jedes der ausgewählten q Pixel ist vorzugsweise eindeutig repräsentativ für eine horizontale Zeile aus q Pixeln, eine vertikale Spalte aus q Pixeln und ein Paar zueinander rechtwinkliger Diagonalen der Pixel der Kachel. Es kann auch eine Randverstärkung ausgeführt werden, um die Merkmale des sich ergebenden Ikons schärfer darzustellen.
• Bildkompression wird vorzugsweise mit einem geeignet programmierten Universalprozessor ausgeführt, der einem Elektronenstrahl-Testsondensystem zugeordnet ist.
• Die Verfahren und Vorrichtungen der Erfindung ermöglichen demgemäß eine schnelle und wirkungsvolle Analyse dynamischer Prozesse, wie von Betriebsfehlern in Bauteilen mit integrierter Schaltung.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
• Fig. 1 ist ein schematisches Blockdiagramm eines Elektronenstrahl-Testsystems;
• Fig. 2 ist ein schematisches Blockdiagramm des im in Fig. 1 veranschaulichten Elektronenstrahl-Testsystem verwendeten Datenverarbeitungssystems;
• Fig. 3 zeigt eine Schirmanzeige eines Paars stroboskopischer Spannungskontrastbilder;
• Fig. 4 zeigt eine Schirmanzeige einer Reihe von Ikons, wie sie aus einem Stapel stroboskopischer Spannungskontrastbilder gemäß der Erfindung erzeugt wurden;
• Fig. 5 zeigt eine Schirmanzeige einer Reihe von Ikons, die aus einem Stapel von Differenzbildern gemäß der Erfindung erzeugt wurden;
• Fig. 6 veranschaulicht schematisch die Kompression eines Bilds zum Erzeugen eines Ikons gemäß der Erfindung;
• Fig. 7 zeigt eine mögliche Lösung zum "8-Königinnen"-Problem, wie sie beim Komprimieren von Bildern gemäß der Erfindung verwendbar ist.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
• Mit 10 ist in Fig. 1 ein schematisches Blockdiagramm eines Elektronenstrahl-Testsondensystems dargestellt, das zum Analysieren integrierter Schaltungen von Nutzen ist. Dieses Elektronenstrahl-Testsondensystem verfügt über drei Funktionselemente: eine Elektronenstrahl-Testsonde 12, eine Schaltungsbetätigungseinrichtung 14 und ein Datenverarbeitungssystem 16, das ein Anzeigeterminal 18 beinhaltet. Eine zu integrierende Schaltung wird so in der Elektronenstrahl- Testsonde 12 angeordnet, dass Potentialmessungen an verschiedenen Punkten des IC ausgeführt werden können. Die Punkte, an denen diese Messungen auszuführen sind, werden durch das Datenverarbeitungssystem 16 über einen Bus 22 an die Elektronenstrahl-Testsonde 12 geliefert. Während der Schaltungsanalyse wird von der Schaltungsbetätigungseinrichtung 14, die über einen Bus 24 mit dem getesteten IC verbunden ist, ein Testsignalmuster an die integrierte Schaltung angelegt. Das Datenverarbeitungssystem 16 kann auch dazu verwendet werden, das verwendete Testsignalmuster und die zeitliche Lage der Potentialmessungen relativ zum Testsignalmuster zu spezifizieren. Das Elektronenstrahl-Testsondensystem wird durch eine Bedienperson gesteuert, die Befehle über das Anzeigeterminal 18 eingibt.
• In Fig. 2 ist ein Blockdiagramm eines Datenverarbeitungssystems 16 dargestellt. Dieses Datenverarbeitungssystem 16 kann weit gefasst in zwei funktionelle Gruppen unterteilt werden: ein Berechnungssystem 50 und ein Elektronenstrahltestsonde- Steuersystem 52. Hier wird nur das Berechnungssystem 50 beschrieben. Der Rest des Systems ist im US-Patent Nr. 4,706,019 beschrieben, dessen Offenbarung hier durch Bezugnahme eingeschlossen wird. Das Berechnungssystem 50 kann hochauflösende Spannungskontrastbilder des getesteten IC speichern, verarbeiten und anzeigen. Das Computersystem 50 umfasst einen Mikroprozessor 54, einen RAM-Speicher 56 und ein Datenspeichermodul 58, das ein Plattenlaufwerk umfassen kann. Außerdem umfasst das Computersystem 50 ein Anzeigeterminal 18 mit einer Anzeigeschnittstelle 60 zum Ansteuern eines Farbanzeigeterminals 61 hoher Auflösung mit einer Auflösung von z. B. mindestens 1000 × 1000 Pixeln. Das Anzeigeterminal 18 umfasst auch eine Tastatur zum Eingeben von Befehlen sowie eine Zeigereinrichtung (wie eine "Maus") zum Zeigen auf Punkte auf dem Anzeigeschirm und zum Spezifizieren derselben. Das Anzeigeterminal 18 kann auch einen eigenen Graphikbeschleuniger 62 enthalten, um die zum Erzeugen einer Graphikanzeige erforderliche Zeit zu verringern. Das Berechnungssystem 50 kann ferner Schnittstellen 64 zur Kommunikation mit anderen Computersystemen über einen Kommunikationsbus 66 beinhalten.
• Fig. 3 zeigt ein Paar stroboskopischer Spannungskontrastbilder, die aus zwei Stapeln von Bildern ausgewählt wurden, wie sie mit einem Elektronenstrahl-Testsondensystem "IDS 5000" von Schlumberger erfasst wurden. Jedes Bild besteht aus einem Array von 512 × 512 Pixeln, wobei jedes Pixel einen digitalen Graustufen-Intensitätswert zwischen 0 und 255 aufweist. Jeder Stapel kann aus bis zu 100 oder sogar mehr derartiger Bilder bestehen. Es ist erwünscht, gleichzeitig viele solche Bilder zur DFI-Analyse anzuzeigen, jedoch sind die Bilder ausreichend groß dafür, dass gleichzeitig nur vier auf dem Anzeigeschirm einer typischen Konstruktionsworkstation angezeigt werden können.
• Fig. 4 zeigt eine Schirmanzeige einer Reihe von Ikons, die aus einem Stapel stroboskopischer Spannungskontrastbilder gemäß der Erfindung erzeugt wurden. Die Funktion des getesteten Bauteils kann leicht von einem Zustand zum nächsten nachgefahren werden, da die wichtigen Merkmale der Bilder in den Ikons aufrechterhalten sind.
• Fig. 5 zeigt eine Schirmanzeige einer Reihe von Ikons, die aus einem Stapel von Differenzbildern gemäß der Erfindung erzeugt wurden. Für jeden von zwei Stapeln, aus denen die Differenzbildikons erzeugt wurden, ist jeweils ein Ikon eines Bilds im oberen rechten Abschnitt von Fig. 5 dargestellt. Die Differenzbildikons (mit 1 bis 30 durchnumeriert) im linken Abschnitt von Fig. 5 zeigen die Fortpflanzung von Fehlern im getesteten Bauteil. Ikons, die völlig weiß sind, zeigen, dass in ihren Betriebszuständen kein Fehler aufgetreten ist. Schwarze Linien in den anderen Differenzbildikons zeigen einen Fehler, der sich durch den angezeigten Abschnitt des getesteten Bauteils fortpflanzt. Das Ausbreitungsmuster zeigt an, dass sich der Fehler auf regelmäßige Weise selbst wiederholt, woraus hergeleitet werden kann, dass fehlerhafte Logikpegel periodisch korrigiert werden, möglicherweise durch ein Rücksetzsignal.
• Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Emulation dessen zu ermöglichen, was als Zustandswürfel bekanntgeworden ist. Ein Zustandswürfel ist eine 3-dimensionale Wiedergabe eines Stapels von Bildern. Die 2-dimensionalen Bilder haben dadurch eine zeitbezogene dritte Dimension erhalten, dass die Verzögerung zwischen den verschiedenen Auswertefenstern berücksichtigt sind.
• Um diese Aufgabe zu lösen, liefert die Erfindung Verfahren zum Komprimieren der Bilder zu Ikons, die ausreichend Auflösung dadurch aufrechterhalten, dass die Funktion des Bauteils nachgefahren werden kann, die jedoch ausreichend klein für eine gleichzeitige Nebeneinanderanzeige einer Reihe von Bildern sind. Fig. 2 zeigt eine Schirmanzeige einer Reihe von Ikons, die gemäß den erfindungsgemäßen Verfahren erzeugt und angezeigt wurden. Mit derartigen Ikons können schnell bis zu 100 Bilder (25 MB Information) erzeugt und angezeigt werden. Es hat sich z. B. gezeigt, dass die Kompression und Einspeicherung jedes Bilds nur ungefähr 0,1 Sekunden erfordert, wenn sie auf einem geeignet programmierten 3/160-Worktationprozessor von Sun Microsystems ausgeführt wird.
• Der Zustandswürfel wird durch eine Ikonanzeige emuliert. Das Ikon ist tatsächlich eine Version im Maßstab 1/8 eines tatsächlichen Bilds. Die Ikons werden durch ein Verfahren erzeugt, das eine Subpixelauflösung erlaubt und damit die meiste Information des Bilds im vollen Maßstab aufrechterhält. Diese Anzeige mit hoher Auflösung kann untersucht werden, um den Ursprung eines Fehlers zu entdecken, und zwar durch Studieren der Entwicklung der Ikons von einem Auswertefenster zum nächsten.
• Unter Bezugnahme auf Fig. 6 sei angenommen, dass ein Bild von n × n Pixeln in ein Ikon von p × p Pixeln zu komprimieren ist, wobei
• n = p q,
• mit n, p, q ε N (d. h. n, p & q sind ganze Zahlen)
• gilt und jedes Pixel einen vorgegebenen Wert (z. B. einen Graustufenwert zwischen 0 und 256) aufweist.
• Das n × n-Bild kann in ein Gitter von Kacheln unterteilt werden, wobei jede Kachel q × q Pixel enthält. Jede dieser Kacheln trägt zu einem Pixel im Ikon bei.
• Innerhalb einer Kachel scheinen alle Pixel denselben Informationswert zu haben. Daher bestünde die einfachste Lösung darin, den Mittelwert aller Pixel der Kachel zu bilden, um ein einzelnes Pixel des Ikons zu erzeugen.
• Diese Vorgehensweise hätte einen Hauptnachteil: Da viele Pixel zu verarbeiten sind (q² in jeder Kachel), ist beträchtliche Zeit dazu erforderlich, die erforderlichen Berechnungen auszuführen.
• Die Erfindung schafft Verfahren für hochauflösende Kompression von Bildern, während die Berechnungszeit in einem digitalen Universalcomputer wesentlich verringert ist. Die Laufzeit ist durch q geteilt. So würde das Erzeugen eines Ikons mit 64 × 64 Pixeln aus einem Bild mit 512 × 512 Pixeln unter Verwendung der obenbeschriebenen Technik ungefähr 8 mal so lang wie die erfindungsgemäßen Verfahren benötigen.
• Die erfindungsgemäßen Verfahren nutzen die im allgemeinen hohe Richtungskorrelation der Pixel in einem Bild.
• Um eine mechanische Analogie zu verwenden, kann ein Bild so angesehen werden, als hätte es Achsen hoher Korrelation, stark so, wie ein fester Körper Trägheitsachsen hat. Dies können Symmetrieachsen sein, wie in einem Bild mit Merkmalen mit im wesentlichen vertikaler und/oder horizontaler Ausrichtung. So kann ein Bild 0, 1 oder 2 Hauptrichtungen der Merkmalsausrichtung haben, die nachfolgend als Grauachsen bezeichnet werden, stark wie ein 2-dimensionaler Festkörper 0, 1 oder 2 Trägheitsachsen hat. Da die Pixelwerte entlang diesen Achsen hoch-korreliert sind, müssen nicht alle von ihnen beim Berechnen der Pixelwerte verwendet werden, die das Ikon aufbauen.
• Wenn q nicht zu groß ist (wenn z. B. n = 512, p = 64 und q = 8 gelten), sind die Grauachsen ungefähr 0º, ± 45º oder 90º. Je näher die Grauachsen des Bilds an diesen Richtungen liegen, desto genauer repräsentiert ein Ikon das Bild, aus dem es erzeugt wurde.
• Dann besteht die Lösung darin, den Mittelwert der Graustufenwerte eines Satzes von q Pixeln zu bilden, wobei jedes dieser q Pixel in seiner Zeile alleine ist, in seiner Spalte alleine ist und in seinen Diagonalen (Linien, die durch dieses Pixel hindurchlaufen und unter ± 45º ausgerichtet sind) ist, wie in Fig. 6 dargestellt. Solange q größer als 3 ist, ist es möglich, einen derartigen Satz von Pixeln auszuwählen. Unter Verwendung einer Nachschlagetabelle von Werten zum Erhalten eines normierten Ergebnisses für den Mittelwert der q Pixel kann ein Ikon schnell aus einem Bild unter Verwendung eines geeignet programmierten Universalzweck-Workstationprozessors erzeugt werden.
• Eine andere Analogie, die die durch das erfindungsgemäße Verfahren verwendete Technik veranschaulicht, ist die des "8-Königinnen"-Schachproblems: 8 Schachköniginnen sind so auf einem Schachbrett an jeweiligen Positionen aufzustellen, dass keine Königin eine andere Konigin schlagen kann, wie es in Fig. 7 veranschaulicht ist. Es wird in Erinnerung geru- fen, dass die Spielfigur "Königin" beim Schach eine unbegrenzte Anzahl von Quadraten auf dem Schachbrett in horizon taler, vertikaler oder diagonaler Richtung laufen kann). Wenn die 8 Königinnen geeignet positioniert werden, befindet sich keine im Lauffeld der anderen.
• Jede Kachel des Bilds kann als virtuelles Schachbrett kartiert werden, wobei jedes Pixel ein schwarzes oder ein weißes Quadrat des Schachbretts repräsentiert. Die Positionen der Bildpixel, die zur Kompression in Betracht zu ziehen sind, sind die Positionen der "Koniginnen" beim 8-Königinnen-Problem. Auf diese Weise wird die Korrelation der Pixel ausgenutzt.
• Ein bevorzugtes Verfahren zum Ausführen der Erfindung kann mit einer Reihe von Schritten wie folgt ausgeführt werden:
• (1) Auswählen eines Bilds mit 512 × 512 Pixeln, wobei der Intensitätspegelwert jedes Pixels durch einen 8-Bit-Wert repräsentiert ist (d. h. durch eine ganz Zahl zwischen 0 und 255). Wenn das Bild als Datei in einer Datenspeichereinrichtung 58 abgespeichert ist, werden seine Werte zur Verarbeitung in ein Registerarray eingelesen. Wenn das Bild in einem der Anzeigerahmenpuffer des Bildprozessors 74 eingespeichert ist, werden seine Werte in das Registerarray kartiert.
• (2) Das Bild wird in 64 × 64 Kacheln mit jeweils 8 × 8 Pixeln unterteilt.
• (3) Jede Kachel wird in ein Ikonpixel mit einem Intensitätspegelwert p dadurch transformiert, dass ein Mittelwert vom 8-Königinnen-Typ für die Pixelwerte t(x, y) innerhalb der Kachel erzeugt wird. Zum Beispiel:
• 8 p = t(1, 2) + t(2, 4) + t(3, 7) + t(4, 3) + t(5, 0) + t(6, 6) + t(7, 1) + t(8, 5)
• Innerhalb des 8 × 8-Arrays t wird nur ein Wert pro Zeile und pro Spalte verwendet. Der folgende Satz von Werten repräsentiert einen von vielen möglichen Sätzen von Pixeln, die dem 8-Königinnen-Erfordernis genügen. Jeder derartige mögliche Satz kann verwendet werden.
• Wert in Zeile 1 Spalte 2
• Wert in Zeile 2 Spalte 4
• Wert in Zeile 3 Spalte 7
• Wert in Zeile 4 Spalte 3
• Wert in Zeile 5 Spalte 0
• Wert in Zeile 6 Spalte 6
• Wert in Zeile 7 Spalte 1
• Wert in Zeile 8 Spalte 5
• Diese Werte werden addiert, und das Ergebnis wird durch 8 geteilt (normiert), um den Intensitätswert p des die Kachel repräsentierenden Pixels zu erhalten.
• Das sich ergebende 64 × 64-Array p(x, y) von Pixeldaten definiert das Ikon.
• (4) Dann wird die Qualität des Ikons vorzugsweise durch Faltung mit einem Standard-Randverstärkungsoperator verstärkt, da ein interessierendes Merkmal, wie die Breite einer Metallleitung des getesteten Bauteils durch nur zwei Pixel repräsentiert sein kann. Um dies vorzunehmen, wird jeder Wert des Arrays (der den Intensitätspegel des Pixels des Ikons repräsentiert, mit den Werten der umgebenden Pixeln unter Verwendung eines gewichteten Mittelwerts gewichtet. Z. B. wird dem Wert jedes hervorzuhebenden Pixeis eine positive Gewichtung 8 zugeordnet, und dem Wert jedes der vier umgebenden Pixel wird die negative Gewichtung -1 zugeordnet; die gewichteten Werte werden summiert, und das Ergebnis wird durch 4 geteilt, um den sich ergebenden Pixelwert zu normieren. Dieser Prozess sorgt für eine wirkungsvolle Anhebung von Rändern, die Merkmale des Ikons definieren. Derartige Verstärkungsoperatoren sind in der Technik wohlbekannt: siehe z. B. W. Pratt, DIGITAL IMAGE PROCESSING (1978), wobei die Offenbarung auf Seite 322 hier durch Bezugnahme eingeschlossen wird.
• Es hat sich gezeigt, dass aus einem 512 × 512-Bild ein Ikon mit 64 × 64 Pixeln in weniger als 0,1 Sekunde erzeugt werden kann, wenn eine Sun-3/160-Workstation verwendet wird, die gemäß dem dieser Beschreibung hinzugefügten Programm betrieben wird. Es hat sich auch gezeigt, dass dann, wenn die Ikons zusammen mit den Bildern in der Datenspeichereinrichtung 58 abgespeichert werden, eine Reihe von 100 Ikons in ungefähr zwei Sekunden abgerufen und angezeigt werden kann, was eine schnelle interaktive DFI-Analyse erleichtert. ANHANG

Claims (5)

1. Verfahren zum Komprimieren eines in einer Speichereinrichtung gespeicherten Bildes mit n × n Pixeln in ein auf einer Anzeigeeinrichtung darstellbares Ikon mit p × p Pixeln, wobei n = p q und q eine ganze Zahl ist, mit folgenden Schritten:

a. Unterteilen des Bildes in p × p Kacheln mit q × q Pixeln,

b. Auswählen von q Pixeln aus jeder Kachel, wobei jedes der ausgewählten q Pixel das einzige in seiner Zeile, in seiner Spalte und in seinen Diagonalen ist (Figur 6), und

c. Berechnen des Mittelwertes der q Pixel aus jeder Kachel zur Erzeugen eines die Kachel wiedergebenden Pixels,

wobei die die Kacheln wiedergebenden Pixel ein auf einem Anzeigegerät darstellbares Ikon mit p × p Pixeln bilden.

2. Verfahren nach Anspruch 11 wobei jedes der ausgewählten p Pixel eine horizontale Zeile mit q Pixeln und eine vertikale Spalte mit q Pixeln der Kachel eindeutig wiedergibt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei jedes der ausgewählten q Pixel zueinander rechtwinklige Diagonalen von Pixeln der Kachel eindeutig wiedergibt.

4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei in einem weiteren Schritt das Ikon durch Faltung der die Kacheln wiedergebenden Pixel mittels eines Randverstärkungsoperators verstärkt wird.

5. Vorrichtung zum Komprimieren eines in einer Speichereinrichtung gespeicherten Bildes mit n × n Pixeln in ein auf einer Anzeigeeinrichtung darstellbares Ikon mit p × p Pixeln, wobei n = p q und q eine ganze Zahl ist, mit Einrichtungen zum:

a. Unterteilen des Bildes in p × p Kacheln mit q × q Pixeln,

b. Auswählen von q Fixeln aus jeder Kachel, wobei jedes der ausgewählten q Pixel das einzige in seiner Zeile, in seiner Spalte und in seinen Diagonalen ist (Figur 6), und

c. Berechnen des Mittelwertes der q Pixel aus jeder Kachel zur Erzeugung eines die Kachel wiedergebenden Pixels,

wobei die die Kacheln wiedergebenden Pixel ein auf einem Anzeigegerät darstellbares Ikon mit p × p Pixeln bilden.