JP2009129221A - 画像のぼけ量測定装置、ぼけ量測定方法、および、ぼけ量測定プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】ノイズが多く、コントラストが低い場合でも、画像のぼけ量を正しく測定する。
【解決手段】線状ぼかし処理部１１は、入力画像Ｘに対して特定の方向に並んだ画素の値を平均化する線状ぼかし処理を複数の方向について行い、複数のぼかし画像を求める。指標値算出部１２は、各ぼかし画像について、ぼけの程度を表す指標値を求める。指標値選択部１４は、複数の指標値の中から最大値を選択し、入力画像Ｘのぼけ量Ｙとして出力する。線状ぼかし処理により、特定の方向のエッジをぼけさせずに入力画像Ｘからノイズを除去し、指標値の最大値を選択することにより、入力画像Ｘに含まれるエッジの方向にかかわらず、ぼけ量Ｙを正しく測定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、画像処理に関し、特に、画像のぼけ量を測定するぼけ量測定装置、ぼけ量測定方法、および、ぼけ量測定プログラムに関する。

近年、画像処理は多くの分野で利用されている。画像処理の好適な利用例として、半導体パターン検査装置が挙げられる。半導体パターン検査装置は、半導体の回路パターンを撮影した入力画像に対して画像処理を行い、回路パターン上の欠陥を検知したり、検知した欠陥を分類したりする。

画像処理を行うときに画像のぼけ量を測定できれば、測定したぼけ量をその後の処理に利用できるので、有用である。例えば半導体パターン検査装置では、入力画像に基づき回路パターン上の欠陥を分類するときに、測定したぼけ量に基づき不適切な画像（ぼけた画像）を予め除外しておくことにより、分類精度を向上させることができる。また、測定したぼけ量をフォーカス制御にフィードバックすれば、フォーカス精度を向上させることもできる。なお、ぼけ量は鮮鋭度（シャープネス）と相互に変換可能であり、ぼけ量を測定することは鮮鋭度を測定することと同義である。

画像のぼけ量の測定に関しては、ＦＦＴ（Fast Fourier Transform：高速フーリエ変換）を用いて画像の周波数成分を求め、その高周波成分の変化に基づきぼけ量を測定する方法が、従来から知られている。ところが、この方法には、画像に含まれる高周波成分の大小によって測定精度が大きく変化し、測定したぼけ量がノイズの影響を受けやすい（ノイズの大半は高周波成分になるから）という問題がある。

そこで、ぼけ量の測定精度を向上させるために、画像のエッジ部分を検出してぼけ量を測定する方法も考案されている。例えば特許文献１には、画像のエッジ領域を検出し、エッジ領域の面積で正規化した高周波成分に基づき画像を鮮鋭化することが記載されている。また、特許文献２には、画像に含まれる線状またはエッジ状の陰影の方向と強さを検出し、検出した方向と強さに応じた指向性を有する空間フィルタを画像に施すことが記載されている。
特許２６９２５３１号公報 特開２００１−１１１８３５号公報

しかしながら、ぼけ量の測定対象となる画像において、被写体のコントラストが低く、これに比べてノイズが強いことがある。例えば半導体パターン検査装置の入力画像は、上記の特性を有する。このような画像に対してエッジ部分を検出してぼけ量を測定する方法を適用した場合、エッジ部分を正しく検出できないので、ぼけ量を正しく測定できない。このように従来の方法には、画像に含まれるノイズが多く、被写体のコントラストが低い場合には、ぼけ量を正しく測定できないという問題がある。

それ故に、本発明は、画像に含まれるノイズが多く、被写体のコントラストが低い場合でもぼけ量を正しく測定できる、画像のぼけ量測定装置、ぼけ量測定方法、および、ぼけ量測定プログラムを提供することを目的とする。

第１の発明は、画像のぼけ量を測定する装置であって、
入力画像に対して特定の方向に並んだ画素の値を平均化する処理を複数の方向について行い、複数のぼかし画像を求める線状ぼかし処理部と、
前記ぼかし画像のそれぞれについて、ぼけの程度を表す指標値を求める指標値算出部と、
前記入力画像のぼけ量として前記指標値の最大値を選択する指標値選択部とを備える。

第２の発明は、第１の発明において、
前記線状ぼかし処理部は、特定の方向に並んだ画素の値を平均化する処理を、前記入力画像に含まれるエッジが向き得る方向のすべてについて行うことを特徴とする。

第３の発明は、第２の発明において、
前記線状ぼかし処理部は、特定の方向に並んだ画素の値を平均化する処理を、前記エッジが取り得る傾き誤差の最大値に応じた個数の画素について行うことを特徴とする。

第４の発明は、第２の発明において、
前記線状ぼかし処理部は、縦方向に並んだ画素の値を平均化する処理と横方向に並んだ画素の値を平均化する処理のうち、少なくとも一方を行うことを特徴とする。

第５の発明は、第４の発明において、
前記線状ぼかし処理部は、縦方向に並んだ画素の値を平均化する処理と横方向に並んだ画素の値を平均化する処理の両方を行うことを特徴とする。

第６の発明は、第５の発明において、
前記線状ぼかし処理部は、斜め方向に並んだ画素の値を平均化する処理を行うことを特徴とする。

第７の発明は、第１の発明において、
前記指標値算出部は、
前記ぼかし画像について、コントラスト変化の程度を表す重み係数値を画素ごとに求める重み係数値算出部と、
前記ぼかし画像について、高周波成分を画素ごとに求める高周波成分算出部と、
前記重み係数値と前記高周波成分を画素ごとに乗算する乗算部と、
乗算結果の統計量を求めて前記指標値を出力する統計量算出部とを含むことを特徴とする。

第８の発明は、第７の発明において、
前記重み係数値算出部は、有効な重み係数値の個数を一定にする処理を行うことを特徴とする。

第９の発明は、第７の発明において、
前記統計量算出部は、前記指標値として乗算結果の平均値または合計値を求めることを特徴とする。

第１０の発明は、画像のぼけ量を測定する方法であって、
入力画像に対して特定の方向に並んだ画素の値を平均化する処理を複数の方向について行い、複数のぼかし画像を求めるステップと、
前記ぼかし画像のそれぞれについて、ぼけの程度を表す指標値を求めるステップと、
前記入力画像のぼけ量として前記指標値の最大値を選択するステップとを備える。

第１１の発明は、画像のぼけ量を測定するためのプログラムであって、コンピュータに、
入力画像に対して特定の方向に並んだ画素の値を平均化する処理を複数の方向について行い、複数のぼかし画像を求めるステップと、
前記ぼかし画像のそれぞれについて、ぼけの程度を表す指標値を求めるステップと、
前記入力画像のぼけ量として前記指標値の最大値を選択するステップとを実行させる。

第１２の発明は、第１１の発明において、
前記ぼかし画像を求めるステップは、特定の方向に並んだ画素の値を平均化する処理を、前記入力画像に含まれるエッジが向き得る方向のすべてについて行うことを特徴とする。

第１３の発明は、第１２の発明において、
前記ぼかし画像を求めるステップは、特定の方向に並んだ画素の値を平均化する処理を、前記エッジが取り得る傾き誤差の最大値に応じた個数の画素について行うことを特徴とする。

第１４の発明は、第１２の発明において、
前記ぼかし画像を求めるステップは、縦方向に並んだ画素の値を平均化する処理と横方向に並んだ画素の値を平均化する処理のうち、少なくとも一方を行うことを特徴とする。

第１５の発明は、第１４の発明において、
前記ぼかし画像を求めるステップは、縦方向に並んだ画素の値を平均化する処理と横方向に並んだ画素の値を平均化する処理の両方を行うことを特徴とする。

第１６の発明は、第１５の発明において、
前記ぼかし画像を求めるステップは、斜め方向に並んだ画素の値を平均化する処理を行うことを特徴とする。

第１７の発明は、第１１の発明において、
前記指標値を求めるステップは、
前記ぼかし画像について、コントラスト変化の程度を表す重み係数値を画素ごとに求めるステップと、
前記ぼかし画像について、高周波成分を画素ごとに求めるステップと、
前記重み係数値と前記高周波成分を画素ごとに乗算するステップと、
乗算結果の統計量を求めて前記指標値を出力するステップとを含むことを特徴とする。

第１８の発明は、第１７の発明において、
前記重み係数値を求めるステップは、有効な重み係数値の個数を一定にする処理を行うことを特徴とする。

第１９の発明は、第１７の発明において、
前記統計量を求めるステップは、前記指標値として乗算結果の平均値または合計値を求めることを特徴とする。

上記第１、第１０または第１１の発明によれば、特定の方向に並んだ画素の値を平均化する処理を行うことにより、当該方向のエッジをぼけさせずに、入力画像に含まれるノイズを除去することができる。また、ぼかし画像の指標値の最大値を選択することにより、ぼかし画像に多く含まれるエッジに基づき入力画像のぼけ量を測定することができる。したがって、画像に含まれるノイズが多く、被写体のコントラストが低い場合でも、画像のぼけ量を正しく測定することができる。また、複数の方向についてぼかし画像を求めるので、入力画像に応じてぼかし処理の内容を切り替える必要がない。したがって、人手を介入させることなく、自動的に簡単な手順で入力画像のぼけ量を測定することができる。

上記第２または第１２の発明によれば、入力画像に含まれるエッジが向き得る方向のすべてについてぼかし画像を求めることにより、入力画像に含まれるエッジの方向にかかわらず、いずれかのぼかし画像に含まれるエッジに基づき入力画像のぼけ量を測定することができる。

上記第３または第１３の発明によれば、入力画像に含まれるエッジが取り得る傾き誤差の最大値に応じて平均化する画素の個数を決定することにより、入力画像が傾いているときでも好適なぼかし画像を求め、ぼけ量の測定精度を向上させることができる。

上記第４または第１４の発明によれば、縦方向と横方向の少なくとも一方のエッジを含む入力画像のぼけ量を正しく測定することができる。

上記第５または第１５の発明によれば、縦方向と横方向の両方のエッジを含む入力画像のぼけ量を正しく測定することができる。

上記第６または第１６の発明によれば、縦方向と横方向に加えて、斜め方向のエッジを含む入力画像のぼけ量を正しく測定することができる。

上記第７または第１７の発明によれば、重み係数値と高周波成分の乗算結果の統計量に基づき、ぼけの程度を表す指標値を求めることができる。求めた指標値の最大値を選択することにより、画像のぼけ量を正しく測定することができる。

上記第８または第１８の発明によれば、有効な重み係数値の個数を一定にすることにより、正規化された指標値を求めることができる。この指標値の最大値を選択することにより、ぼけ量の測定精度を向上させることができる。

上記第９または第１９の発明によれば、ぼけの程度を表す指標値として、重み係数値と高周波成分の乗算結果の平均値または合計値を求めることができる。求めた指標値の最大値を選択することにより、画像のぼけ量を正しく測定することができる。

図１は、本発明の実施形態に係るぼけ量測定装置の構成を示すブロック図である。図１に示すぼけ量測定装置１０は、線状ぼかし処理部１１、指標値算出部１２、指標値記憶部１３、および、指標値選択部１４を備えている。指標値算出部１２は、重み係数値算出部２１、高周波成分算出部２２、乗算部２３、および、統計量算出部２４を含んでいる。

ぼけ量測定装置１０は、概ね以下のように動作する。ぼけ量測定装置１０には、ある被写体を撮影した、ぼけ量が未知の画像Ｘが入力される。線状ぼかし処理部１１は、入力画像Ｘに対して各種の線状ぼかし処理（詳細は後述）を行い、複数のぼかし画像を求める。指標値算出部１２は、ぼかし画像のそれぞれについて、ぼけの程度を表す指標値（詳細は後述）を求める。指標値記憶部１３は、指標値算出部１２で求めた指標値を複数個記憶する。指標値選択部１４は、指標値記憶部１３に記憶された複数の指標値の中から最大値を選択し、入力画像Ｘのぼけ量Ｙとして出力する。

本実施形態では、入力画像Ｘは、半導体の回路パターンを撮影した画像であるとする。図２Ａと図２Ｂは、入力画像Ｘの例を示す図である。図２Ａに示す画像（以下、画像Ａという）と、図２Ｂに示す画像（以下、画像Ｂという）にはノイズが含まれている。ぼけ量測定装置１０には、画像Ａのようなぼけの少ないシャープな画像が入力され場合と、画像Ｂのようなぼけた画像が入力される場合とがある。ぼけ量測定装置１０は、シャープな画像が入力されたときには小さな値のぼけ量Ｙを出力し、ぼけた画像が入力されたときには大きな値のぼけ量Ｙを出力する。

以下、線状ぼかし処理部１１と指標値算出部１２の詳細を説明する。上述したように、線状ぼかし処理部１１は、入力画像Ｘに対して各種の線状ぼかし処理を行う。ここで線状ぼかし処理とは、特定の方向（あるいは、特定の形状）に並んだ画素の値を平均化する処理をいう。図２Ａと図２Ｂに示すように、入力画像Ｘには縦方向、横方向および斜め方向のエッジが含まれていることがある。線状ぼかし処理部１１は、入力画像Ｘに含まれるエッジが向き得る方向のすべてについて線状ぼかし処理を行う。具体的には、線状ぼかし処理部１１は、縦方向線状ぼかし処理、横方向線状ぼかし処理、右上方向線状ぼかし処理、および、左上方向線状ぼかし処理を行う。

図３は、線状ぼかし処理の詳細を説明するための図である。図３において、斜線を付した矩形は注目画素を表し、点状模様を付した矩形は注目画素以外の平均化対象画素を表す。縦方向線状ぼかし処理では、注目画素を中心として縦方向に並んだｎ個（ｎは３以上の整数）の画素が平均化対象画素となり、平均化対象画素の値の平均値が注目画素に設定される。横方向線状ぼかし処理では、注目画素を中心として横方向に並んだｎ個の画素が平均化対象画素となり、右上方向線状ぼかし処理では、注目画素を中心として左下から右上に向かう方向に並んだｎ個の画素が平均化対象画素となり、左上方向線状ぼかし処理では、注目画素を中心として左上から右下に向かう方向に並んだｎ個の画素が平均化対象画素となる。これら３つの処理でも、平均化対象画素の値の平均値が注目画素に設定される。

画像Ａ（図２Ａ）と画像Ｂ（図２Ｂ）に対して縦方向線状ぼかし処理を行うと、図４Ａと図４Ｂに示す画像が得られる。これら２枚の画像では、値の平均化によりノイズは除去されているが、縦方向のエッジはぼけていない。また、画像Ａと画像Ｂに対して横方向線状ぼかし処理を行うと、図５Ａと図５Ｂに示す画像が得られる。これら２枚の画像では、ノイズは除去されているが、横方向のエッジはぼけていない。同様に、右上方向線状ぼかし処理を行った場合には右上方向のエッジはぼけず（図６Ａと図６Ｂを参照）、左上方向線状ぼかし処理を行った場合には左上方向のエッジはぼけない（図７Ａと図７Ｂを参照）。このように、入力画像Ｘに対してある方向の線状ぼかし処理を行うことにより、当該方向のエッジをぼけさせずに、入力画像Ｘに含まれるノイズを除去することができる。

線状ぼかし処理における平均化対象画素の個数（上記ｎ）は、ノイズ除去の効果を高めるためには、できるだけ大きいことが好ましい。ところが、入力画像Ｘが傾いている場合もあるので、個数ｎをあまり大きくすることも適切ではない。そこで、被写体の状況や、被写体の位置決めをする装置の精度（水平／垂直度の精度）などに基づき、個数ｎを予め好適に決定しておく必要がある。

例えば、入力画像Ｘが傾いたときに入力画像Ｘの両端で最大数画素の位置ずれが発生する場合には、個数ｎを入力画像Ｘのサイズ（ある方向の画素数）の１／１０程度に決定すればよい。また、装置の水平／垂直度の傾き誤差が０．７度の場合に個数ｎを８０に決定すると、８０×Ｔａｎ（０．７度）≒１より、平均化対象画素の中にエッジに隣接する画素（平均化すべきでない画素）が混入する。この隣接画素の混入を防止するためには、個数ｎを、例えば８０の半分の４０と決定すればよい。このように個数ｎは、入力画像Ｘに含まれるエッジが取り得る傾き誤差の最大値に応じて決定することが好ましい。

なお、入力画像Ｘが特定の方向のエッジを含まないことが予め分かっている場合には、線状ぼかし処理部１１は上記４種類の線状ぼかし処理のすべてを行う必要はない。また、入力画像Ｘが他の方向（あるいは、他の形状）のエッジを含むことが予め分かっている場合には、線状ぼかし処理部１１は、上記４種類の線状ぼかし処理に加えて、他の線状ぼかし処理（例えば、円環状に並んだ画素の値を平均化する処理）を行ってもよい。線状ぼかし処理部１１が行う複数の線状ぼかし処理の中に、入力画像Ｘに対する効果が少ないものが含まれていても、その後の処理で指標値の最大値がぼけ量として選択されるので、ぼけ量の測定精度に特に問題はない。

重み係数値算出部２１は、図８に示す処理を行うことにより、線状ぼかし処理部１１で求めたぼかし画像について、コントラスト変化の程度を表す重み係数値を画素ごとに求める。図８に示すように、重み係数値算出部２１は、まず、ぼかし画像に対して所定サイズ（例えば、３×３画素）のメディアンフィルタを適用する（ステップＳ１）。メディアンフィルタの適用により、フィルタ領域内の画素の値の中央値（メディアン）がフィルタ領域の中央の画素に設定される。これにより、ぼかし画像に含まれるノイズが除去される。

次に、重み係数値算出部２１は、ノイズ除去後のぼかし画像に対して所定サイズ（例えば、３×３画素）の最大値フィルタを適用し（ステップＳ２）、これとは別に同じサイズの最小値フィルタを適用する（ステップＳ３）。最大値フィルタの適用により、フィルタ領域内の画素の値の最大値がフィルタ領域の中央の画素に設定され、明るい領域を拡張した画像が得られる。一方、最小値フィルタの適用により、フィルタ領域内の画素の値の最小値がフィルタ領域の中央の画素に設定され、暗い領域を拡張した画像が得られる。

次に、重み係数値算出部２１は、最大値フィルタ適用後の画像と最小値フィルタ適用後の画像との差を求め（ステップＳ４）、差画像のヒストグラムを作成する（ステップＳ５）。この差画像は、コントラスト変化の程度を表す。ステップＳ５では、例えば図９に示すヒストグラムが作成される。

重み係数値算出部２１では、差画像のヒストグラムに関係する２個の比率Ｐ１、Ｐ２（ただし、０≦Ｐ２＜Ｐ１＜１）が予め決定されている。重み係数値算出部２１は、ステップＳ５で作成したヒストグラムから、差画像の画素値のうちで大きいほうから全体の（１００×Ｐ１）％の位置にある値（以下、閾値Ｓ１という）と、（１００×Ｐ２）％の位置にある値（以下、閾値Ｓ２という）とを求める（ステップＳ６）。例えば、図９に示すヒストグラムにおいてＰ１＝０．０５、Ｐ２＝０．０２である場合には、差画像の画素値のうちで大きいほうから全体の５％の位置にある値が閾値Ｓ１となり、大きいほうから全体の２％の位置にある値が閾値Ｓ２となる。なお、比率Ｐ１、Ｐ２は、入力画像Ｘの特性やこれまでのぼけ量測定結果などに基づき決定される。

次に、重み係数値算出部２１は、閾値Ｓ１、Ｓ２に基づきルックアップテーブルを作成し（ステップＳ７）、これを用いて差画像を階調変換する（ステップＳ８）。図１０は、ステップＳ８で行われる階調変換の特性を示す図である。図１０に示すように、Ｓ１未満の値は最小値０に変換され、Ｓ２以上の値は最大値Ｒｍａｘに変換され、Ｓ１以上Ｓ２未満の値ＲはＲｍａｘ×（Ｒ−Ｓ１）／（Ｓ２−Ｓ１）に変換される。

最後に、重み係数値算出部２１は、階調変換後の差画像を重み係数値として出力する（ステップＳ９）。以降の処理では、非ゼロの重み係数値だけが有効となる。重み係数値算出部２１は、ステップＳ６〜Ｓ８において有効な重み係数値の個数を一定にする処理を行い、正規化された重み係数値を求める。また、比率Ｐ１、Ｐ２を調整することにより、正規化の程度を調整することができる。

高周波成分算出部２２は、線状ぼかし処理部１１で求めたぼかし画像について、高周波成分を画素ごとに求める。高周波成分算出部２２は、高周波成分を求めるために、ぼかし画像に対して所定サイズ（例えば、３×３画素）のラプラシアンフィルタを適用する。高周波成分算出部２２は、ぼかし画像に対してより大きなサイズ（例えば、７×７画素）のラプラシアンフィルタを適用してもよく、ラプラシアンフィルタ以外のハイパスフィルタを適用してもよい。

例えば、図４Ａと図４Ｂに示すぼかし画像（縦方向線状ぼかし処理後の画像）に対して重み係数値算出処理を行うと、図１１Ａと図１１Ｂに示す結果が得られる。また、同じぼかし画像について高周波成分を求めると、図１２Ａと図１２Ｂに示す結果が得られる。

乗算部２３は、重み係数値算出部２１で求めた重み係数値と、高周波成分算出部２２で求めた高周波成分を画素ごとに乗算する。統計量算出部２４は、乗算部２３で求めた乗算結果の合計値を求め、ぼかし画像の指標値として出力する。指標値算出部１２で求めた指標値は指標値記憶部１３に記憶され、指標値の最大値が入力画像Ｘのぼけ量Ｙとして出力される。なお、統計量算出部２４は、乗算結果の合計値に代えて乗算結果の平均値を求めてもよい。あるいは、統計量算出部２４は、乗算結果の統計量を求め、求めた統計量に基づく指標値を出力してもよい。

以下、図１３に示すフローチャートを参照して、ぼけ量測定装置１０における処理を説明する。図１３に示すように、ぼけ量測定装置１０には、まず、ぼけ量の測定対象となる画像が入力される（ステップＳ１１）。次に、線状ぼかし処理部１１は、入力画像に対して各種の線状ぼかし処理を行い、複数のぼかし画像を求める（ステップＳ１２）。次に、ぼけ量測定装置１０では、ステップＳ１２で求めたぼかし画像の中から、未処理のぼかし画像が選択される（ステップＳ１３）。

次に、重み係数値算出部２１は、図８に示す処理を行うことにより、ステップＳ１３で選択されたぼかし画像について重み係数値を画素ごとに求める（ステップＳ１４）。次に、高周波成分算出部２２は、ステップＳ１３で選択されたぼかし画像について、高周波成分を画素ごとに求める（ステップＳ１５）。次に、乗算部２３は、ステップＳ１３で求めた重み係数値とステップＳ１４で求めた高周波成分を画素ごとに乗算する（ステップＳ１６）。次に、統計量算出部２４は、ステップＳ１６で求めた乗算結果の合計値を求める（ステップＳ１７）。次に、指標値記憶部１３は、ステップＳ１７で求めた合計値をステップＳ１３で選択されたぼかし画像の指標値として記憶する（ステップＳ１８）。

次に、ぼけ量測定装置１０では、ステップＳ１２で求めたぼかし画像をすべて処理したか否かが判断される（ステップＳ１９）。ぼけ量測定装置１０の制御は、すべて処理済みの場合にはステップＳ２０へ進み、それ以外の場合にはステップＳ１３へ進む。前者の場合（ステップＳ１９でＹＥＳの場合）、指標値選択部１４は、指標値記憶部１３に記憶された複数の指標値の中から最大値を選択し（ステップＳ２０）、選択した指標値を入力画像のぼけ量として出力する（ステップＳ２１）。

ぼけ量測定装置１０は、図１４に示すように、コンピュータと、コンピュータによって実行されるぼけ量測定プログラムとを用いて構成することもできる。図１４に示すコンピュータは、ＣＰＵ３１、メモリ３２、記憶装置３３、入力部３４、表示部３５および通信部３６をバス接続した構成を有する。記憶装置３３は、通信部３６や外部記録媒体（図示せず）を経由して入力された、ぼけ量測定プログラム４１と測定対象画像４２を予め記憶している。ぼけ量測定プログラム４１は、図８や図１３に示す処理をコンピュータに実行させるためのプログラムである。

図１４に示すコンピュータをぼけ量測定装置として機能させるときには、記憶装置３３に記憶されたぼけ量測定プログラム４１と測定対象画像４２がメモリ３２に転送される。ＣＰＵ３１は、メモリ３２上のぼけ量測定プログラム４１を実行することにより、測定対象画像４２のぼけ量を測定する。測定されたぼけ量は、表示部３５に表示されてもよく、ぼけ量測定プログラム４１以外のプログラムで利用されてもよく、通信部３６を経由して他の装置（ぼけ量に基づき画像処理を行う装置など）に転送されてもよい。

このように本実施形態に係るぼけ量測定装置１０は、入力画像に各種の線状ぼかし処理を行って複数のぼかし画像を求め、各ぼかし画像についてぼけの程度を表す指標値を求め、指標値の最大値を入力画像のぼけ量として出力する。以下、複数のぼかし画像を求めずにぼけ量を測定する方法（以下、従来の方法という）と対比して、本実施形態に係るぼけ量測定装置１０の効果を説明する。

画像Ａ（図２Ａ）と画像Ｂ（図２Ｂ）に対して従来のノイズ除去フィルタを適用すると、図１５Ａと図１５Ｂに示すノイズのない画像が得られる。ところが、シャープな画像Ａにノイズ除去フィルタを適用した場合（図１５Ａ）と、ぼけた画像Ｂにノイズ除去フィルタを適用した場合（図１５Ｂ）とでは、ぼけ量が同じレベルになる。このため、ノイズ除去後の画像に対して以後の処理を行っても、ぼけ量の違いを検知できない。

また、従来の方法で画像Ａと画像Ｂについてエッジ検出を行うと、図１６Ａと図１６Ｂに示す結果が得られる。シャープな画像Ａからはエッジを検出できるが（図１６Ａ）、ぼけた画像Ｂからはノイズに埋もれてエッジを検出できない（図１６Ｂ）。このため、検出したエッジに基づき画像のぼけ量を測定した場合、ぼけ量の測定精度は著しく低下する。

また、従来の方法で画像Ａと画像Ｂについて高周波成分を求めると、図１７Ａと図１７Ｂに示す結果が得られる。シャープな画像Ａの高周波成分（図１７Ａ）とぼけた画像Ｂの高周波成分を比較しても、ノイズに埋もれてエッジ部分のぼけ量の違いが分からない。このため、求めた高周波成分に基づき画像のぼけ量を測定した場合、ぼけ量の測定精度は著しく低下する。このように従来の方法では、ノイズを含む画像Ａや画像Ｂのぼけ量を正しく測定することができない。

これに対して、本実施形態に係るぼけ量測定装置１０は、画像Ａに対して各種の線状ぼかし処理を行って、図４Ａ、図５Ａ、図６Ａおよび図７Ａに示すぼかし画像を求め、画像Ｂに対して各種の線状ぼかし処理を行って、図４Ｂ、図５Ｂ、図６Ｂおよび図７Ｂに示すぼかし画像を求める。これらのぼかし画像では、特定の方向のエッジをぼけさせずに、ノイズが除去されている。

ぼけ量測定装置１０は、図４Ａと図４Ｂに示すぼかし画像（縦方向線状ぼかし処理後の画像）に対して重み係数値算出処理（図８）を行って、図１１Ａと図１１Ｂに示す重み係数値を求め、同じぼかし画像に対してラプラシアンフィルタなどを適用して、図１２Ａと図１２Ｂに示す高周波成分を求める。

シャープな画像Ａの重み係数値（図１１Ａ）では、縦方向のエッジがほぼ完全に検出されている。ぼけた画像Ｂの重み係数値（図１１Ｂ）でも、縦方向のエッジが不完全ではあるが検出されている。図１１Ａと図１６Ａ、あるいは、図１１Ｂと図１６Ｂを対比すれば分かるように、ぼけ量測定装置１０では従来の方法よりも正確に縦方向のエッジを検出することができる。

また、シャープな画像Ａの高周波成分（図１２Ａ）には、縦方向のエッジの存在位置に有効な値（白い部分）が含まれている。一方、ぼけた画像Ｂの高周波成分（図１２Ｂ）には、有効な値がほとんど含まれていない。図１２Ａと図１２Ｂを対比すれば分かるように、ぼけ量測定装置１０では、ぼけ量に応じて高周波成分に含まれる有効な値の個数が異なる。このため、ぼけ量測定装置１０では、縦方向線状ぼかし処理後の画像の重み係数値と高周波成分の乗算結果の合計値を求めることにより、入力画像Ｘに含まれる縦方向のエッジに基づくぼけ量を求めることができる。

また、ぼけ量測定装置１０は、横方向線状ぼかし処理後の画像（図５Ａと図５Ｂ）と右上方向線状ぼかし処理後の画像（図６Ａと図６Ｂ）と左上方向線状ぼかし処理後の画像（図７Ａと図７Ｂ）に対して同じ処理を行い、横方向のエッジに基づくぼけ量と右上方向のエッジに基づくぼけ量と左上方向のエッジに基づくぼけ量を求める。その後、ぼけ量測定装置１０は、これら４方向のエッジに基づくぼけ量の中から最大値を選択して、入力画像Ｘのぼけ量Ｙとして出力する。

このように本実施形態に係るぼけ量測定装置１０によれば、特定の方向に並んだ画素の値を平均化する処理を行うことにより、当該方向のエッジをぼけさせずに、入力画像Ｘに含まれるノイズを除去することができる。また、ぼかし画像の指標値の最大値を選択することにより、ぼかし画像に多く含まれるエッジに基づき入力画像Ｘのぼけ量を測定することができる。したがって、画像に含まれるノイズが多く、被写体のコントラストが低い場合でも、画像のぼけ量を正しく測定することができる。また、複数の方向についてぼかし画像を求めるので、入力画像Ｘに応じてぼかし処理の内容を切り替える必要がない。したがって、人手を介入させることなく、自動的に簡単な手順で入力画像Ｘのぼけ量Ｙを測定することができる。

また、線状ぼかし処理部１１が入力画像Ｘに含まれるエッジが向き得る方向のすべてについて線状ぼかし処理を行うことにより、入力画像Ｘに含まれるエッジの方向にかかわらず、いずれかのぼかし画像に含まれるエッジに基づき入力画像Ｘのぼけ量を測定することができる。また、線状ぼかし処理部１１が入力画像Ｘに含まれるエッジが取り得る傾き誤差の最大値に応じた個数の画素の値を平均化する処理を行うことにより、入力画像が傾いているときでも好適なぼかし画像を求め、ぼけ量の測定精度を向上させることができる。また、線状ぼかし処理部１１が縦方向、横方向、右上方向および左上方向の線状ぼかし処理を行うことにより、縦方向、横方向および斜め方向のエッジを含む入力画像のぼけ量を正しく測定することができる。

また、指標値算出部１２が重み係数値と高周波成分の乗算結果の合計値を求めることにより、ぼけの程度を表す指標値を求めることができる。求めた指標値の最大値を選択することにより、画像のぼけ量を正しく測定することができる。指標値算出部１２が乗算結果の平均値を指標値として出力する場合や、乗算結果の統計量に基づく指標値を出力する場合も、同じ効果が得られる。

また、重み係数値算出部２１が有効な重み係数値の個数を一定にする処理を行うことにより、正規化された指標値を求めることができる。この指標値の最大値を選択することにより、ぼけ量の測定精度を向上させることができる。

以上に示すように、本実施形態に係るぼけ量測定装置によれば、画像に含まれるノイズが多く、被写体のコントラストが低い場合でもぼけ量を正しく測定することができる。したがって、このぼけ量測定装置を半導体パターン検査装置に用いることにより、欠陥の分類精度を向上させたり、フォーカス精度を向上させたりすることができる。

本発明の実施形態に係るぼけ量測定装置の構成を示すブロック図である。 図１に示す装置の入力画像の例（画像Ａ）を示す図である。 図１に示す装置の入力画像の例（画像Ｂ）を示す図である。 図１に示す装置における線状ぼかし処理の詳細を説明するための図である。 画像Ａに縦方向線状ぼかし処理を行った結果を示す図である。 画像Ｂに縦方向線状ぼかし処理を行った結果を示す図である。 画像Ａに横方向線状ぼかし処理を行った結果を示す図である。 画像Ｂに横方向線状ぼかし処理を行った結果を示す図である。 画像Ａに右上方向線状ぼかし処理を行った結果を示す図である。 画像Ｂに右上方向線状ぼかし処理を行った結果を示す図である。 画像Ａに左上方向線状ぼかし処理を行った結果を示す図である。 画像Ｂに左上方向線状ぼかし処理を行った結果を示す図である。 図１に示す装置の重み係数値算出処理を示すフローチャートである。 図８に示すステップＳ５で作成されるヒストグラムの例を示す図である。 図８に示すステップＳ８で行われる階調変換の特性の例を示す図である。 図４Ａに示す画像から求めた重み係数値を示す図である。 図４Ｂに示す画像から求めた重み係数値を示す図である。 図４Ａに示す画像から求めた高周波成分を示す図である。 図４Ｂに示す画像から求めた高周波成分を示す図である。 図１に示す装置における処理を示すフローチャートである。 図１に示す装置をコンピュータで構成した場合のブロック図である。 画像Ａに従来のノイズ除去フィルタを適用した結果を示す図である。 画像Ｂに従来のノイズ除去フィルタを適用した結果を示す図である。 従来の方法で画像Ａについてエッジ検出を行った結果を示す図である。 従来の方法で画像Ｂについてエッジ検出を行った結果を示す図である。 従来の方法で画像Ａについて高周波成分を求めた結果を示す図である。 従来の方法で画像Ｂについて高周波成分を求めた結果を示す図である。

符号の説明

１０…ぼけ量測定装置
１１…線状ぼかし処理部
１２…指標値算出部
１３…指標値記憶部
１４…指標値選択部
２１…重み係数値算出部
２２…高周波成分算出部
２３…乗算部
２４…統計量算出部
３１…ＣＰＵ
３２…メモリ
３３…記憶装置
３４…入力部
３５…表示部
３６…通信部
４１…ぼけ量測定プログラム
４２…測定対象画像

Claims (19)

1. 画像のぼけ量を測定する装置であって、
   入力画像に対して特定の方向に並んだ画素の値を平均化する処理を複数の方向について行い、複数のぼかし画像を求める線状ぼかし処理部と、
   前記ぼかし画像のそれぞれについて、ぼけの程度を表す指標値を求める指標値算出部と、
   前記入力画像のぼけ量として前記指標値の最大値を選択する指標値選択部とを備えた、画像のぼけ量測定装置。
2. 前記線状ぼかし処理部は、特定方向に並んだ画素の値を平均化する処理を、前記入力画像に含まれるエッジが向き得る方向のすべてについて行うことを特徴とする、請求項１に記載のぼけ量測定装置。
3. 前記線状ぼかし処理部は、特定の方向に並んだ画素の値を平均化する処理を、前記エッジが取り得る傾き誤差の最大値に応じた個数の画素について行うことを特徴とする、請求項２に記載のぼけ量測定装置。
4. 前記線状ぼかし処理部は、縦方向に並んだ画素の値を平均化する処理と横方向に並んだ画素の値を平均化する処理のうち、少なくとも一方を行うことを特徴とする、請求項２に記載のぼけ量測定装置。
5. 前記線状ぼかし処理部は、縦方向に並んだ画素の値を平均化する処理と横方向に並んだ画素の値を平均化する処理の両方を行うことを特徴とする、請求項４に記載のぼけ量測定装置。
6. 前記線状ぼかし処理部は、斜め方向に並んだ画素の値を平均化する処理を行うことを特徴とする、請求項５に記載のぼけ量測定装置。
7. 前記指標値算出部は、
   前記ぼかし画像について、コントラスト変化の程度を表す重み係数値を画素ごとに求める重み係数値算出部と、
   前記ぼかし画像について、高周波成分を画素ごとに求める高周波成分算出部と、
   前記重み係数値と前記高周波成分を画素ごとに乗算する乗算部と、
   乗算結果の統計量を求めて前記指標値を出力する統計量算出部とを含むことを特徴とする、請求項１に記載のぼけ量測定装置。
8. 前記重み係数値算出部は、有効な重み係数値の個数を一定にする処理を行うことを特徴とする、請求項７に記載のぼけ量測定装置。
9. 前記統計量算出部は、前記指標値として乗算結果の平均値または合計値を求めることを特徴とする、請求項７に記載のぼけ量測定装置。
10. 画像のぼけ量を測定する方法であって、
    入力画像に対して特定の方向に並んだ画素の値を平均化する処理を複数の方向について行い、複数のぼかし画像を求めるステップと、
    前記ぼかし画像のそれぞれについて、ぼけの程度を表す指標値を求めるステップと、
    前記入力画像のぼけ量として前記指標値の最大値を選択するステップとを備えた、画像のぼけ量測定方法。
11. 画像のぼけ量を測定するためのプログラムであって、コンピュータに、
    入力画像に対して特定の方向に並んだ画素の値を平均化する処理を複数の方向について行い、複数のぼかし画像を求めるステップと、
    前記ぼかし画像のそれぞれについて、ぼけの程度を表す指標値を求めるステップと、
    前記入力画像のぼけ量として前記指標値の最大値を選択するステップとを実行させるためのプログラム。
12. 前記ぼかし画像を求めるステップは、特定の方向に並んだ画素の値を平均化する処理を、前記入力画像に含まれるエッジが向き得る方向のすべてについて行うことを特徴とする、請求項１１に記載のプログラム。
13. 前記ぼかし画像を求めるステップは、特定の方向に並んだ画素の値を平均化する処理を、前記エッジが取り得る傾き誤差の最大値に応じた個数の画素について行うことを特徴とする、請求項１２に記載のプログラム。
14. 前記ぼかし画像を求めるステップは、縦方向に並んだ画素の値を平均化する処理と横方向に並んだ画素の値を平均化する処理のうち、少なくとも一方を行うことを特徴とする、請求項１２に記載のプログラム。
15. 前記ぼかし画像を求めるステップは、縦方向に並んだ画素の値を平均化する処理と横方向に並んだ画素の値を平均化する処理の両方を行うことを特徴とする、請求項１４に記載のプログラム。
16. 前記ぼかし画像を求めるステップは、斜め方向に並んだ画素の値を平均化する処理を行うことを特徴とする、請求項１５に記載のプログラム。
17. 前記指標値を求めるステップは、
    前記ぼかし画像について、コントラスト変化の程度を表す重み係数値を画素ごとに求めるステップと、
    前記ぼかし画像について、高周波成分を画素ごとに求めるステップと、
    前記重み係数値と前記高周波成分を画素ごとに乗算するステップと、
    乗算結果の統計量を求めて前記指標値を出力するステップとを含むことを特徴とする、請求項１１に記載のプログラム。
18. 前記重み係数値を求めるステップは、有効な重み係数値の個数を一定にする処理を行うことを特徴とする、請求項１７に記載のプログラム。
19. 前記統計量を求めるステップは、前記指標値として乗算結果の平均値または合計値を求めることを特徴とする、請求項１７に記載のプログラム。