JP4499058B2 - 位置ずれ検出装置、位置ずれ検出方法、及び記録媒体 - Google Patents
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該投影画像と前記撮像素子の画素との相対的な位置ずれの検出を行うための予め定められた特定パターンを含んだ投影画像であることを特徴とする。
本発明の一実施形態について説明すれば、以下の通りである。なお、以下の説明では、本発明に係る位置ずれ検出装置を、ホログラフィックメモリ再生装置及びホログラフィックメモリ再生画像に適用した場合について説明するが、後述するようにそれに限定されるものではない。
図1において、本実施の形態に係る位置ずれ検出装置1の構成をブロック図で示す。位置ずれ検出装置1は、撮像素子2、メモリ3、一次微分演算回路(一次微分演算手段)4、ゼロクロス画素特定回路(符号反転画素組合せ検出手段)5、およびゼロクロス演算回路(ゼロクロス検出手段)6を備えている。撮像素子2は、二次元の画素配列により構成されるCCDやCMOSイメージセンサであり、入力される再生光を受光し、再生画像(画素値pの配列)を出力する。メモリ3は、撮像素子2から出力される再生画像を一時的に記憶する。一次微分演算回路4は、再生画像中の一定領域に含まれる画素値pを用いて一次微分演算を行う。ゼロクロス画素特定回路5は、対象とする複数の画素間において、画素値pの一次微分演算結果の符号が反転している隣り合う画素の組合せを特定する。ゼロクロス演算回路6は、特定された2つの画素値pの一次微分演算結果を用いて、その間を直線補間し、該直線がゼロクロスする位置を算出する。ゼロクロス位置からサブピクセル精度の位置ずれ量が出力される。
再生光について説明する。以下では、ホログラフィック記録メディアから再生された再生光は、記録された二次元画像情報に従って、撮像素子画素単位で光を強度変調した二次元画像であるとして説明する。
次に、具体的な位置ずれ検出方法を説明する。
図3(a)および(c)において、図2(b)に示した再生画像が位置ずれを発生した場合の再生画像のイメージを示す。また、図3(b)および(d)において、出力される画素値pを示す。
図2(a)に示す特定パターンが位置ずれを発生した場合における、位置ずれ検出装置1が位置ずれを検出する手順を、図4に示すフローチャートを用いて説明する。
Δx(i,j)={p(i−1,j+1)+p(i,j+1)+p(i+1,j+1)}
−{p(i−1,j−1)+p(i,j−1)+p(i+1,j−1)}
・・・(1)
Δy(i,j)={p(i+1,j−1)+p(i+1,j)+p(i+1,j+1)}
−{p(i−1,j−1)+p(i−1,j)+p(i−1,j+1)}
・・・(2)
Δx(i,j−1)= 2.62
Δx(i,j) =−0.87
Δx(i,j+1)=−2.85
Δy(i−1,j)= 2.62
Δy(i,j) =−0.87
Δy(i+1,j)=−2.85
Zx=Δx(i,j)/{Δx(i,j−1)−Δx(i,j)}
=−0.249 ・・・(3)
Zy=Δy(i,j)/{Δy(i−1,j)−Δy(i,j)}
=−0.249 ・・・(4)
Δx(i,j−1)= 2.85
Δx(i,j) = 0.87
Δx(i,j+1)=−2.62
Δy(i−1,j)= 2.85
Δy(i,j) = 0.87
Δy(i+1,j)=−2.62
Zx=Δx(i,j)/{Δx(i,j)−Δx(i,j+1)}
=0.250 ・・・(5)
Zy=Δy(i,j)/{Δy(i,j)−Δy(i+1,j)}
=0.250 ・・・(6)
本発明に係る位置ずれ検出方法を用いれば、簡易な計算により、サブピクセル精度の位置ずれ量が検出できる。そのため、本発明に係る位置ずれ検出装置1では、高速な処理が可能である。そして、再生画像の転送速度を下げることなく、また回路規模の増大を招くことなく、サブピクセル精度の位置ずれ検出装置1が実現できる。さらに、一次微分値の補間によるゼロクロス点検出を用いることで、撮像素子2の画素の中心を0とした、位置ずれ方向も含めた、画素の中心からの位置ずれ量の検出が可能である。
一次微分演算結果の補間により求められるゼロクロス点は、濃度勾配が0となる点、すなわち光強度分布の最大点である明ピクセルの中心点を表している。そのため、撮像素子2の画素の中心からの、明ピクセルの位置ずれ量を検出することが可能になる。位置ずれ検出装置1の出力を利用することで、より高精度な位置ずれ補正が実現できる。
本実施の形態で用いているホログラフィックメモリからの再生画像の特徴として、撮像素子2の一画素分から数画素分(例えば3×3画素により一つの明ピクセルを受光する場合)の単位で再生画像が光変調されているために、明ピクセルのエッジ部分の濃度勾配が急峻であることが挙げられる。
ここで、特定パターンについてさらに詳細に説明する。
一次微分の計算方法について以下に説明する。
Δx=[{p(i−1,j+1)+2×p(i,j+1)+p(i+1,j+1)}
−{p(i−1,j−1)+2×p(i,j−1)+p(i+1,j−1)}]
・・・(7)
例1
Δx=k×[{p(i−1,j+1)+p(i,j+1)+p(i+1,j+1)}
−{p(i−1,j−1)+p(i,j−1)+p(i+1,j−1)}]
・・・(8)
Δy=k×[{p(i+1,j−1)+p(i+1,j)+p(i+1,j+1)}
−{p(i−1,j−1)+p(i−1,j)+p(i−1,j+1)}]
・・・(9)
例2
Δx=k×[{p(i−2,j+1)+p(i−1,j+1)+p(i,j+1)
+p(i+1,j+1)+p(i+2,j+1)}
−{p(i−2,j−1)+p(i−1,j−1)+p(i,j−1)
+p(i+1,j−1)+p(i+2,j−1)}] ・・・(10)
Δy=k×[{p(i+1,j−2)+p(i+1,j−1)+p(i+1,j)
+p(i+1,j+1)+p(i+1,j+2)}
−{p(i−1,j−2)+p(i−1,j−1)+p(i−1,j)
+p(i−1,j+1)+p(i−1,j+2)}] ・・・(11)
例3
Δx=k×[{p(i−1,j+1)+p(i−1,j+2)+p(i,j+1)
+p(i,j+2) +p(i+1,j+1)+p(i+1,j+2)}
−{p(i−1,j−2)+p(i−1,j−1)+p(i,j−2)
+p(i,j−1) +p(i+1,j−2)+p(i+1,j−1)}] ・・・(12)
Δy=k×[{p(i+1,j−1)+p(i+1,j)+p(i+1,j+1)
+p(i+2,j−1)+p(i+2,j)+p(i+2,j+1)}
−{p(i−2,j−1)+p(i−2,j)+p(i−2,j+1)
+p(i−1,j−1)+p(i−1,j)+p(i−1,j+1)}]
・・・(13)
例4
Δx=k×[{p(i−2,j+1)+p(i−2,j+2)+p(i−1,j+1)
+p(i−1,j+2)+p(i,j+1) +p(i,j+2)
+p(i+1,j+1)+p(i+1,j+2)+p(i+2,j+1)
+p(i+2,j+2)}
−{p(i−2,j−2)+p(i−2,j−1)+p(i−1,j−2)
+p(i−1,j−1)+p(i,j−2) +p(i,j−1)
+p(i+1,j−2)+p(i+1,j−1)+p(i+2,j−2)
+p(i+2,j−1)}] ・・・(14)
Δy=k×[{p(i+1,j−2)+p(i+1,j−1)+p(i+1,j)
+p(i+1,j+1)+p(i+1,j+2)+p(i+2,j−2)
+p(i+2,j−1)+p(i+2,j) +p(i+2,j+1)
+p(i+2,j+2)}
−{p(i−2,j−2)+p(i−2,j−1)+p(i−2,j)
+p(i−2,j+1)+p(i−2,j+2)+p(i−1,j−2)
+p(i−1,j−1)+p(i−1,j) +p(i−1,j+1)
+p(i−1,j+2)}] ・・・(15)
例5
Δx=k×[{p(i−1,j+1)+p(i,j+1)+p(i+1,j+1)
+p(i−1,j−2)+p(i,j−2)+p(i+1,j−2)}
−{p(i−1,j+2)+p(i,j+2)+p(i+1,j+2)
+p(i−1,j−1)+p(i,j−1)+p(i+1,j−1)}]
・・・(16)
Δy=k×[{p(i+1,j−1)+p(i+1,j)+p(i+1,j+1)
+p(i−2,j−1)+p(i−2,j)+p(i−2,j+1)}
−{p(i+2,j−1)+p(i+2,j)+p(i+2,j+1)
+p(i−1,j−1)+p(i−1,j)+p(i−1,j+1)}]
・・・(17)
例6
Δx=k×[{p(i−2,j+1)+p(i−1,j+1)+p(i,j+1)
+p(i+1,j+1)+p(i+2,j+1)+p(i−2,j−2)
+p(i−1,j−2)+p(i,j−2) +p(i+1,j−2)
+p(i+2,j−2)}
−{p(i−2,j+2)+p(i−1,j+2)+p(i,j+2)
+p(i+1,j+2)+p(i+2,j+2)+p(i−2,j−1)
+p(i−1,j−1)+p(i,j−1) +p(i+1,j−1)
+p(i+2,j−1)}] ・・・(18)
Δy=k×[{p(i+1,j−2)+p(i+1,j−1)+p(i+1,j)
+p(i+1,j+1)+p(i+1,j+2)+p(i−2,j−2)
+p(i−2,j−1)+p(i−2,j) +p(i−2,j+1)
+p(i−2,j+2)}
−{p(i+2,j−2)+p(i+2,j−1)+p(i+2,j)
+p(i+2,j+1)+p(i+2,j+2)+p(i−1,j−2)
+p(i−1,j−1)+p(i−1,j) +p(i−1,j+1)
+p(i−1,j+2)}] ・・・(19)
再生画像が撮像素子2に投影された時、撮像素子2の画素に対するサブピクセル精度の位置ずれを検出する場合、前記特定パターンと前記一次微分演算の計算式との組み合わせにより、一次微分値とゼロクロス点とを用いた位置ずれ量の検出結果の精度は異る。
実際に位置ずれを発生している再生画像から、位置ずれ量を算出した結果と、実際の位置ずれ量との比較結果を以下に示す。
本発明の第二の実施形態について説明すれば、以下の通りである。なお、本実施の形態において、前記実施の形態1において説明した構成要素と同一の機能を有する構成要素については、同一の符号を付記してその説明を省略する。
図10において、本実施の形態に係る位置ずれ検出装置14の構成であるブロック図を示す。撮像素子2が出力した再生画像を、メモリ3が一時保存する。メモリ3に一時保存された再生画像の画素値pに対し、ピクセル精度位置検出回路15が、特定パターンの位置をピクセル精度で検出する。その後、第一の実施の形態と同様の過程を経て、サブピクセル精度の位置ずれ検出を行い、位置ずれ検出結果が出力される。
検出された位置ずれ量を以下の通りとする。
Zx= 0.2 (x軸方向の位置ずれ量)
Zy=−0.2 (y軸方向の位置ずれ量)
tx=3+0.2=3.2
ty=5−0.2=4.8
第三の実施の形態について説明すれば、以下の通りである。
以上のように、前記実施の形態では、位置ずれ検出装置1・14の例としてホログラフィックメモリ記録再生装置について説明したが、本発明はこれに限らず、撮像素子2を用いて撮像した画像をもとに位置ずれを検出する装置において等しくその効果を発揮することが可能である。すなわち、半導体製造装置のマスク位置あわせ装置や不良検査装置の不良検出部にも本発明を適用することができる。また、精細な画像認識や微細な二次元バーコードシステムなどで用いられる画像処理に適用することができる。
2 撮像素子
3 メモリ
4 一次微分演算回路(一次微分演算手段)
5 ゼロクロス画素特定回路(符号反転画素組合せ検出手段)
6 ゼロクロス演算回路(ゼロクロス検出手段)
7 撮像素子の画素配列
8 明ピクセル
9 画素配列
10 画素(i,j−1)の画素値の一次微分値
11 画素(i,j)の画素値の一次微分値
12 画素(i,j+1)の画素値の一次微分値
13 ゼロクロス点Zx
14 位置ずれ検出装置
15 ピクセル精度位置検出回路
51 明ピクセル
52 画素
53 エッジ
54 任意の直線
55 濃度曲線
56 二次微分値
57 スプライン補間曲線
58 ゼロクロス点(エッジ位置)
59 一次微分絶対値
60 スプライン補間曲線
61 エッジ位置
62 切断面
63 エッジ
64 中心
65 濃度曲線
66 二次微分値
67 ゼロクロス点(エッジ位置)
68 一次微分絶対値
69 エッジ位置
Claims (9)
- 投影画像と撮像素子の画素との画素単位以下の相対的な位置ずれを検出する位置ずれ検出装置において、
前記撮像素子から出力された前記投影画像の画素値を用いて、前記画素値の一次微分値を求める一次微分演算手段と、
前記一次微分値の符号が互いに異なる、隣接する二つの前記画素の組合せを検出する符号反転画素組合せ検出手段と、
検出された前記組合せに含まれる各画素の一次微分値間を、曲線を用いて補間し、該一次微分値を補間した曲線が0になる位置を検出するゼロクロス検出手段と
を備え、
前記一次微分演算手段は、前記一次微分値を求める画素を中心として点対称かつ一次微分演算を行う方向と直交した軸に対して線対称となる第一の領域と第二の領域とに対して、各領域の画素の画素値を加算し、第一の領域における加算結果と第二の領域における加算結果との差分を、前記一次微分値を求める画素の一次微分値とし、
前記投影画像は、該投影画像と前記撮像素子の画素との相対的な位置ずれの検出を行うための予め定められた特定パターンを含んだ投影画像であり、
前記特定パターンは、その中心に、少なくとも縦3画素、横3画素で構成される中心領域を含み、前記中心領域において、画素の並びは、点対称の並びであり、かつ該中心領域の中心を通る、一次微分演算を行う方向と直交した軸に対して線対称の並びであることを特徴とする位置ずれ検出装置。 - 前記投影画像は、
少なくとも画素単位で光強度変調された二次元情報であることを特徴とする請求項1に記載の位置ずれ検出装置。 - 前記一次微分演算手段は、
前記一次微分値を求める際、
前記投影画像の投影面内において直交する第一の方向と第二の方向とのそれぞれに対して前記一次微分値を求めることを特徴とする請求項1または2に記載の位置ずれ検出装置。 - 前記中心領域は、
その周囲に暗ピクセルで構成される緩衝領域を有することを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の位置ずれ検出装置。 - 前記中心領域において、「0」および「1」の情報を持つ画素の並びは、
{000,010,000}、{101,010,101}、{101,000,101}、{010,101,010}、{111,101,111}、{010,111,010}、または{111,111,111}のいずれかで表されることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載の位置ずれ検出装置。 - 投影画像と撮像素子の画素との画素単位以下の相対的な位置ずれを検出する位置ずれ検出方法において、
前記撮像素子から出力された前記投影画像の画素値を用いて、前記画素値の一次微分値を求める一次微分演算工程と、
前記一次微分値の符号が互いに異なる、隣接する二つの前記画素の組合せを検出する符号反転画素組合せ検出工程と、
検出された前記組合せに含まれる各画素の一次微分値間を、曲線を用いて補間し、該一次微分値を補間した曲線が0になる位置を検出するゼロクロス検出工程と
を含み、
前記一次微分演算工程では、前記一次微分値を求める画素を中心として点対称かつ一次微分演算を行う方向と直交した軸に対して線対称となる第一の領域と第二の領域とに対して、各領域の画素の画素値を加算し、第一の領域における加算結果と第二の領域における加算結果との差分を、前記一次微分値を求める画素の一次微分値とし、
前記投影画像は、該投影画像と前記撮像素子の画素との相対的な位置ずれの検出を行うための予め定められた特定パターンを含んだ投影画像であり、
前記特定パターンは、その中心に、少なくとも縦3画素、横3画素で構成される中心領域を含み、前記中心領域において、画素の並びは、点対称の並びであり、かつ該中心領域の中心を通る、一次微分演算を行う方向と直交した軸に対して線対称の並びであることを特徴とする位置ずれ検出方法。 - 請求項1〜5のいずれか一項に記載の特定パターンを記録した、前記位置ずれ検出装置による読み取り可能な記録媒体。
- 請求項1〜5のいずれか一項に記載の位置ずれ検出装置を動作させる位置ずれ検出プログラムであって、コンピュータを前記各手段として機能させるための位置ずれ検出プログラム。
- 請求項8に記載の位置ずれ検出プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
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