JP2523501B2 - 走査型電子顕微鏡の画像補正装置 - Google Patents

走査型電子顕微鏡の画像補正装置

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JP2523501B2
JP2523501B2 JP61125731A JP12573186A JP2523501B2 JP 2523501 B2 JP2523501 B2 JP 2523501B2 JP 61125731 A JP61125731 A JP 61125731A JP 12573186 A JP12573186 A JP 12573186A JP 2523501 B2 JP2523501 B2 JP 2523501B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、走査型電子顕微鏡の画像補正装置に係り、
特に走査の振動を画像走査ライン片の相関情報をもとに
推定し、走査の振動に伴う画像の乱れを精度良く補正す
るに好適な走査型電子顕微鏡の画像補正装置に関する。
〔従来の技術〕
従来の技術は特願昭60−254754号に記載のように、走
査方向については隣接走査ライン間で相関関数を求め、
ピーク位置から得られる相対位置ずれ量を0とするよう
各画像ラインをシフトすることにより振動歪みを補正
し、走査垂直方向については、複数ライン間の相互相関
値を求め、隣接ライン間の相互相関値の総和が最大とな
るような画像ラインの順序入り換えを求めることにより
走査垂直方向の振動歪もを補正するものであつた。
〔発明が解決しようとする問題点〕
上記従来技術は、撮像対象が方向性を持たない一様な
パタンからなる場合には問題ないが、方向性の強いパタ
ンからなる場合には、補正画像がそれにつれひしやげる
ことが生ずる。また、走査垂直方向のライン順序入れ替
わりを弛緩法により求める方式は、入れ替わりが不規則
に行われる場合には不可欠なものであるが、繰り返し計
算のため多くの演算が必要であつた。
本発明の目的は、画像の乱れの要因である走査振動が
電子線走査周期に比べて長い周期の周波数成分からなる
場合に、走査振動自体を走査画像ライン間の相関情報を
もとに推定し、高速かつ高精度に走査振動歪みを画像か
ら取り除くことのできる、走査型電子顕微鏡の画像補正
装置を提供することにある。
〔問題点を解決するための手段〕
上記目的は、画像ライン片間の相関演算結果より求め
た各画像ライン片の走査方向位置ずれ量に対し、ライン
番号に対する低周波変化成分を除去するフイルタ処理を
加えて走査方向振動を推定し、複数ラインにまたがつて
求めた相互相関値すなわちライン番号とライン間距離で
決まる2次元配列に対し、一方向投影データを求め、該
投影データから走査垂直方向走査振動を推定することに
より、達成される。
〔作用〕
まず、走査方向における低域フイルタ処理の作用を述
べる。補正すべき画像データをX′(i,j)と表わす。
ここで、iは走査方向画素番号、jはライン番号であ
る。jライン目のi画素目を中心とした長さlの画像片
と、j+1ライン目の画像片との相互相関関数Rl(i,j,
k)は、 k=−p,…,p で計算する。隣接する走査画像間の相対位置ずれ量は、
相互相関関数を最大とする走査方向距離kにより得られ
る。ここで、jライン目の相対位置ずれ量をkj(i)と
表わすと、jライン目の走査方向絶対位置ずれ量d
j(i)は、 となる。走査方向絶対位置ずれ量dj(i)は、走査振動
によるずれを表わすほかに、画像中の斜め方向に卓越し
たパターンによる影響も受けている。すなわち、走査振
動がたとえ無い場合でも、画像中の斜め方向パターンに
より隣接ライン相関ピーク位置k(j)は0でない値を
持つことになる。そこで、真の走査振動を、ずれ量d
j(i)より分離して取り出すため、次の周波数処理を
加える。 (i)=F−〔H(ω)・F{dj(i)}〕 …
(3) ここで、(i)は真の走査振動の推定値、F(−
)はフーリエ(逆)変換、ωはライン番号jに関する
周波数、H(ω)はフイルタ係数である。画像中の斜め
方向パターンによる相関ピーク位置誤差の、ライン番号
に関する変化は、画像が規則的パターンでないかぎり特
定の周波数成分にかたよらない低周波成分の多いものと
なる。したがつて、フイルタ係数H(ω)は、真の走査
振動の周波数帯域で1、他の周波数ωでは0を持つ低周
波除去フイルタとすればよい。
つぎに、走査垂直方向における走査振動推定を述べ
る。走査方向の補正は行われ、走査垂直方向のみに走査
振動が生じている画像データを、x′(i,j)と表わ
す。jライン目のi画素を中心とした長さlの画像ライ
ン片を考え、上下Mラインの範囲の画像ライン片との相
互相関値Rl(i,j,m)を、 により求める。mは相対ライン番号を表わす。相互相関
値Rl(i,j,m)はライン番号jと相対ライン番号mに関
する2次元配列と考えることができる。ここでは、該相
関値2次元配列から、走査垂直方向の振動を推定する。
まず、走査振動が全くない場合を考える。第2図(a)
に示すように、ライン番号jに従い、撮像対象上での走
査位置yが直線的に変化する場合には、相関値パターン
はm=0で最大で、mの絶対値が大きくなるにつれ減少
するものとなる。mの絶対値が大きくなるに従い、撮像
対象上での距離も大きなり相関が減少するからである。
つぎに、走査線の逆転が生ずるほど大きい走査振動があ
る場合を考える。第2図(b)に示すように、周期Δj,
振幅Δyの単振動であるとする。相関値パタンはm=0
でやはり最大となるが、ライン番号がj2のラインは、j4
と撮像対象上で同一位置に対応し、したがつて、m=j2
−j1の点でも大きい相関値を持つことになる。このよう
にm=0以外の点でも大きい相関値を持つことは、j2
jj6の範囲で生じ、相関値の極大点を結んだパタンは
第2図(c)のようになる。だ円状のパタンの長軸の傾
きは1/2であり、パタンの大きさj6−j2は周期が一定な
らば振幅Δyが大きい程大きくなる。パタン中心間の距
離は周期Δjである。なお、振動があまり大きくなく、
走査の入れ替りが生じない場合には、第2図(d)のパ
タンのようになるが、分布の主軸はやはり1/2の傾きを
持つ。
第2図(c)に示す相関値パタンを、右上から左下に
足し込み投影を行う。投影方向の傾きは1/2である。な
お、相関値パタンのうち、走査振動推定に意味を持つの
は勤関値が高い部分だけであり、相関値が低い部分の影
響は除去することが望ましい。したがつて、相関値パタ
ンの投影処理は、次式で行うものとする。
R′(i,j,m)=Rl(i,j,m) Rl(i,j,m)θ 0 Rl(i,j,m)θ ここでPl,i(j)は相関値の投影データ、θは閾値
である。
ライン番号jの関数である相関値投影データP
l,i(j)は、だ円状の相関値マツプの中心位置j4でピ
ークを持ち、だ円の長さに応じたピークの高さを持つ。
中心位置j4は、振動の零交差点であり、だ円の長さは、
振動振幅Δyの関数である。したがつて投影データP
l,i(j)は、振動の振幅,周期,位置情報を持つこと
になる。しかし、投影データPl,i(j)は必ず正の値
をとり、振動の零交差点でピークとなるため、次の処理
が必要となる。
(1)バンドパスフイルタ処理…振動共振周波数付近の
情報のみを残す。フーリエ変換使用。
(2)π/4位相シフト…振動の周期は一定でないことも
考慮する。
(3)比例計算処理…投影データ強度から振動量である
ライン数への変換。
以上により、走査垂直方向の振動量が求まる。
〔実施例〕
以下、本発明の一実施例を第1図から第3図により説
明する。走査型電子顕微鏡1からの走査画像信号は、A/
D変換器2によりデイジタル信号とされ、画像データバ
ツフア3にいつたん格納される。画像データバツフア3
中の隣接2ラインの画像データは、相関演算装置4に入
力され、(1)式の画像ライン片間の相互関関数R(i,
j,k)が計算される。走査方向の振動の変化は比較的小
さいため、相互相関関数R(i,j,k)は走査ライン上の
代表点is:s=1,…,Nでのみ計算する。各代表点isごと
に、関数変域2P+1の点における値が、最大値検出器5
により比較され、最大値を与える相対位置ずれ量k
j(is)が出力される。最大値検出器5からの相対位置
ずれ量は、走査が1ライン進むたびに、1ライン中の画
像片の数Nだけ出力される。該相対位置ずれ量kj(is
は、加算器6でレジスタ7中の絶対位置ずれ量d
j-1(is)と加算され、逐次的に(2)式の積算演算が
行われ、現走査ライン番号に対する絶対位置ずれ量d
j(is)が求められる。
絶対位置ずれ量dj(is)は、それぞれのライン片位置
isについて、周波数フイルタ8による(3)式の低周波
成分除去処理が加えられる。ただし、本実施例では、同
等の処理を、次式の実空間 処理で実行する。(6)式の係数apは、(3)式の周波
数フイルタを逆フーリエ変換して事前に定めておく。周
波数フイルタ8の出力である、走査方向振動推定値
(is)は、1走査ライン上の代表点is;s=1,…,Nのみで
得られているため、全画素位置での振動すなわち絶対位
置ずれ量は、操作方向補間手段9により次式の線形補間
計算で求められる。
ただし、is-1<i<is アドレス計算装置10は、走査方向に補正出力すべきラ
インjについて、画素番号iを1から順に1ずつカウン
トアツプし、それぞれの画素番号iについて、画像デー
タバツフア3の未補正画像の対応画素番号を{i+
(i)}により求め、該当画素データを読み出し、順に
走査方向補正済画像データバツア11に格納する。走査方
向補正済画像データバツフア11中の走査方向補正済画像
データは、相関演算装置12により読み込まれ、(4)式
の相互相関値Rl(i,j,m)が走査方向補正済画像データ
バツフア11への追加1走査ライン分について計算され
る。結果は相関値テーブル13に書き込まれ、投影加算器
14による(5)式の投影処理が、追加書き込み相関値Rl
(i,j,m)に関し実行される。投影加算器14の出力すな
わち、相関値投影データPl,i(j)は、周波数フイル
タ15により、次式の低周波数除去、位相π/4シフト処理
が加えられ、走査垂直方向の推定振動(is)とな
る。
s=1,…,N 係数bqは(6)式と同様に周波数フイルタの逆フーリ
エ変換により事前に求めておく。1走査ライン上の代表
点is;s=1,…,Nで得られた走査垂直方向振動推定値
(is)は、走査方向補間手段16により、(7)式と同様
の補間計算に用いられ、すべての画素位置iでの走査方
向振動推定値(i)が求められる。画像内挿装置17
は、補正出力すべき走査ライン番号jについて、各画素
位置iの対応点のライン方向位置を{j+(i)}
により求める。第3図(a)に、該対応点を○印で、走
査方向補正済画像データバツフ11の画像データ位置を×
印で示す。ある画素位置iに着目すると、走査線の入れ
替わりがある場合の走査垂直方向画素対応関係は、入れ
替わりの付近において模式的に第3図(b)のように表
わされる。走査方向補正済画像データバツフア11中の画
像データのうち、入れ替わりにより重複走査を生じてい
る画像データは廃棄し、その他の画素について補正出力
ライン上での対応点(矢印)を求め、補正出力画素位置
(×印)での画素値を線形内挿して求める。画像内挿装
置17により走査垂直方向にも補正された走査画像データ
は、D/A変換器18によりビデオ信号に変換され、画像表
示装置19に振動歪みの除去された画像として表示され
る。以上の処理は、電子線走査を繰返すたびに行われ、
1画面分の画像入力が終わると同時に補正、表示処理も
終了する。
〔発明の効果〕
本発明によれば、走査型電子顕微鏡の画像補正装置に
おいて、走査振動を画像走査ライン片の相関情報をもと
に推定する際、走査方向には推定振動を低周波成分除去
処理し、走査垂直方向には、相関値2次元配列を1方向
に足し込んだ1次元波形を基本とすることができるた
め、撮像対象自身が持つ斜め方向パタンに影響されず、
高速で精度の高い画像振動歪補正装置を提供できる効果
がある。なお、本発明では電子線走査による顕微鏡画像
を対象として述べているが、短針により電気機械的走査
に基づく走査型トンネル顕微鏡画像においても、防振の
問題は重要であり、本発明による効果は大きいものと考
えられる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明による走査型電子顕微鏡画像の補正装置
の全体構成図、第2図は走査垂直方向の振動と相関値の
2次元配列(マツプ)の関係を模式的に示す説明図、第
3図は走査垂直方向の画像内挿による振動補正の模式的
説明図である。
フロントページの続き (72)発明者 春名 公一 川崎市麻生区王禅寺1099番地 株式会社 日立製作所システム開発研究所内 (72)発明者 宅間 豊 勝田市市毛882番地 株式会社日立製作 所那珂工場内 (72)発明者 古屋 寿宏 勝田市市毛882番地 株式会社日立製作 所那珂工場内 (56)参考文献 特開 昭62−115636(JP,A)

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】ディジタル信号化された画像データを格納
    する走査画像データバッファと、 該バッファ中の画像ライン片間の相関演算結果より各画
    像ライン片の走査方向位置ずれ量を求める演算手段と、 該位置ずれ量をもとに前記走査画像データバッファ中の
    所定の代表点での画像データの走査方向位置ずれを補正
    するために該位置ずれ量の画像ライン番号に関する変化
    のうち低周波成分を除去するフィルタ処理手段と、 前記フィルタ処理手段の出力に基づいて全画素位置での
    絶対位置ずれ量を求める走査方向補間手段と、 上記全画素位置での絶対位置ずれ量に基づいて前記走査
    画像データバッファに格納された画像データを走査方向
    に補正された画像データを求める手段とを有することを
    特徴とする走査型電子顕微鏡の画像補正装置。
  2. 【請求項2】特許請求の範囲第1項に記載の走査型電子
    顕微鏡の画像補正装置において、 上記走査方向に補正された画像データを蓄積する走査方
    向補正済画像データバッファと、 上記走査方向補正済画像データバッファに蓄積された画
    像データの画像ライン片間の相関値に相当するライン番
    号とライン間距離で決まる2次元配列の一方向投影デー
    タを求める手段と、 該投影データから走査垂直方向走査振動を求める手段
    と、 上記走査垂直方向振動の基づいて、上記走査方向補正済
    画像データバッファに蓄積された画像データに画素値内
    挿処理を施すことにより走査垂直方向に補正された画像
    データを求める画像内挿手段 とを含むことを特徴とする走査型電子顕微鏡の画像補正
    装置。
JP61125731A 1985-10-16 1986-06-02 走査型電子顕微鏡の画像補正装置 Expired - Lifetime JP2523501B2 (ja)

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