JP7247774B2 - Information processing system and information processing method - Google Patents

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Description

本願発明は、顕微鏡画像等から材料の特徴量を抽出して分析する、情報処理の技術に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to an information processing technology for extracting and analyzing material feature amounts from a microscope image or the like.

材料開発において、プロセス条件を効率よく実験的に制御するために、プロセス条件と材料特性の間に、組織特徴量を変数として考えることができる。組織特徴量は組織画像(たとえばSEM(Scanning Electron Microscope)像)を用いて抽出することができる。この組織特徴量と材料の特性またはプロセス条件との関係を検討することで、材料科学を理解でき、特性向上のための実験計画をサポートできるようになる。 In materials development, in order to efficiently control process conditions experimentally, we can consider microstructure features as variables between process conditions and material properties. A tissue feature amount can be extracted using a tissue image (for example, a SEM (Scanning Electron Microscope) image). By examining the relationship between this structural feature quantity and material properties or process conditions, we can understand material science and support experimental plans for property improvement.

特許文献1には、顕微鏡画像を分類する際に、機械学習分類器を使用する例が開示されている。 Patent Document 1 discloses an example of using a machine learning classifier when classifying microscope images.

特許文献2には、電子線後方散乱回折(EBSD)検出器を備えたSEMが開示されている。 US Pat. No. 6,200,000 discloses an SEM with an electron backscatter diffraction (EBSD) detector.

特許文献3には、画像の特徴量と属性データとの関係についての知識を発見する知識発見装置の概念が開示されている。 Patent Document 3 discloses the concept of a knowledge discovery device that discovers knowledge about the relationship between image feature amounts and attribute data.

特許文献4には、機械学習に関連して、「生物試料を異なる種類の組織領域にセグメント化するために、適応分類を使用して生物試料の画像をセグメント化する方法」が開示されている。 In the context of machine learning, US Pat. .

特表2017-520864号公報Special Table 2017-520864 特開2003-121394号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-121394 特表2004-093006号公報Special table 2004-093006 特表2017-510792号公報Special Table 2017-510792

従来、材料の画像から組織特徴量(以下「特徴量」ということがある)を抽出する際、画像のどの範囲の領域(エリア)から特徴量を抽出するかは、ユーザが経験によって決定することが一般的であった。特徴量を抽出する画像の領域を、以降「特徴量抽出領域」ということにする。 Conventionally, when extracting a tissue feature quantity (hereinafter sometimes referred to as a "feature quantity") from an image of a material, it is up to the user to determine from which range of the image the feature quantity is to be extracted based on experience. was common. The area of the image from which the feature amount is extracted is hereinafter referred to as a "feature amount extraction area".

しかし、画像から特徴量を抽出する際、特徴量抽出領域の大きさ(以下「評価エリアサイズ」ということがある)によって特徴量の結果が変わる場合がある。例えば、均質な構造の材料であれば、比較的狭い評価エリアサイズの特徴量抽出領域を任意の場所から選択しても、特徴量はあまり変わらない。しかし、不均質な構造の材料であれば、比較的狭い評価エリアサイズの特徴量抽出領域を任意の場所から選択すると、場所によって特徴量が変わる場合がある。すなわちたとえば100μmの面積で評価すると均質な結果を得られるが、100nmの面積で評価すると場所により特徴量が変わる場合がある。このような場合には評価エリアサイズを大きくしなければならない。 However, when extracting a feature amount from an image, the result of the feature amount may change depending on the size of the feature amount extraction region (hereinafter sometimes referred to as "evaluation area size"). For example, if the material has a homogeneous structure, even if a feature amount extraction region with a relatively narrow evaluation area size is selected from an arbitrary location, the feature amount does not change much. However, if the material has an inhomogeneous structure and a feature amount extraction region with a relatively narrow evaluation area size is selected from an arbitrary location, the feature amount may vary depending on the location. For example, evaluation with an area of 100 μm 2 yields uniform results, but evaluation with an area of 100 nm 2 may result in different feature amounts depending on the location. In such a case, the evaluation area size must be increased.

経験のあるユーザは、材料の特性を踏まえて評価エリアサイズを決定することができるが、判断には個人差があるし、人的コスト増加要因となる。また、経験の浅いユーザでは適切に決定することが期待できない。 An experienced user can determine the size of the evaluation area based on the characteristics of the material, but there are individual differences in judgment, which increases the personnel cost. Also, inexperienced users cannot be expected to make good decisions.

そこで、自動的に適切な評価エリアサイズを決定できることが望まれる。 Therefore, it is desirable to be able to automatically determine an appropriate evaluation area size.

本発明の一側面は、入力部と、出力部と、記憶部と、処理部を備え、サンプルを観察した観察画像のラベリング画像から特徴量を計算して、サンプルを評価する情報処理システムである。このシステムは、複数の観察画像あるいは複数のラベリング画像から、各画像の特徴量を計算する、特徴量抽出部と、各画像の特徴量の分布に基づいて、特徴量を計算してサンプルを評価するラベリング画像の面積を決定する、評価エリアサイズ決定部を備える。 One aspect of the present invention is an information processing system that includes an input unit, an output unit, a storage unit, and a processing unit, calculates a feature amount from a labeling image of an observed image obtained by observing a sample, and evaluates the sample. . This system consists of a feature extracting unit that calculates the feature of each image from multiple observed images or multiple labeling images, and a feature extractor that calculates the feature based on the distribution of the feature of each image and evaluates the sample. and an evaluation area size determination unit that determines the area of the labeling image to be processed.

本発明の他の一側面は、入力部と、出力部と、記憶部と、処理部を備える情報処理装置で実行され、サンプルを観察した観察画像のラベリング画像から特徴量を計算する情報処理方法である。この方法では、同一条件で作成されたサンプルに関する、複数の観察画像あるいは複数のラベリング画像から、各画像の特徴量を計算する、特徴量抽出処理と、各画像の特徴量の分布に基づいて、特徴量を計算してサンプルを評価するラベリング画像の面積を決定する、評価エリアサイズ決定処理と、を行う。 Another aspect of the present invention is an information processing method that is executed by an information processing apparatus that includes an input unit, an output unit, a storage unit, and a processing unit, and calculates a feature amount from a labeling image of an observed image obtained by observing a sample. is. In this method, based on the feature amount extraction process of calculating the feature amount of each image from a plurality of observation images or a plurality of labeling images regarding samples created under the same conditions, and the distribution of the feature amount of each image, and evaluation area size determination processing for determining the area of the labeling image for evaluating the sample by calculating the feature amount.

さらに具体的な構成の例を挙げると、評価エリアサイズ決定処理において、予め所定のサイズと解像度で規格化されたラベリング画像を準備する第1のステップ、規格化されたラベリング画像を複数結合する第2のステップ、第2のステップに引き続き、複数結合したラベリング画像を複数のサイズ評価用画像に分割する第3のステップ、第3のステップに引き続き、サイズ評価用画像のそれぞれについて特徴量を計算する第4のステップ、第4のステップに引き続き、特徴量のばらつきの状況を評価する第5のステップ、第5のステップに引き続き、ばらつきの状況に基づいて、第2のステップに戻って結合する規格化されたラベリング画像の数を増やすか、あるいは、現状のサイズ評価用画像のサイズにより、サンプルを評価するラベリング画像の面積を決定するかを決定する、第6のステップ、を行う。 As a more specific example of the configuration, in the evaluation area size determination process, a first step of preparing a labeling image standardized in advance with a predetermined size and resolution, a second step of combining a plurality of standardized labeling images, Step 2, following the second step, a third step of dividing a plurality of combined labeling images into a plurality of size evaluation images, following the third step, calculating a feature amount for each of the size evaluation images. 4th step, following the 4th step, a 5th step of evaluating the variation situation of the feature quantity, following the 5th step, based on the variation situation, return to the 2nd step and combine standards A sixth step is to determine whether to increase the number of labeled images that have been converted, or to determine the area of the labeling images for evaluating the sample by the size of the current size evaluation image.

自動的に適切な評価エリアサイズを決定できることができる。 An appropriate evaluation area size can be determined automatically.

一実施例である情報処理システムのブロック図。1 is a block diagram of an information processing system that is an embodiment; FIG. 図1の情報処理システムによる処理の全体フロー図。FIG. 2 is an overall flowchart of processing by the information processing system of FIG. 1; サンプルを特定するために表示されるGUIのイメージ図。The image diagram of GUI displayed for specifying a sample. 評価エリアサイズ決定処理S4のフロー図。FIG. 10 is a flowchart of evaluation area size determination processing S4; 画像の結合と分割の概念を示す概念図。4 is a conceptual diagram showing the concept of combining and dividing images; FIG. 評価エリアサイズと特徴量の偏差を示すグラフ図。FIG. 10 is a graph showing deviations between evaluation area sizes and feature amounts; マクロサイズを導入した評価エリアサイズと特徴量の偏差を示すグラフ図。FIG. 10 is a graph showing the deviation between the evaluation area size and the feature amount with the introduction of the macro size; 画像の追加結合と分割の概念を示す概念図。FIG. 4 is a conceptual diagram showing the concept of additional combination and division of images; 評価エリアサイズを決定するために表示されるGUIのイメージ図。FIG. 4 is an image diagram of a GUI displayed for determining the evaluation area size; 統計分析結果を示すために表示されるGUIのイメージ図。The image figure of GUI displayed in order to show a statistical analysis result. 情報検索処理S9のフロー図。The flowchart of information search processing S9. プロセス情報の検索処理のために表示されるGUIのイメージ図。FIG. 4 is an image diagram of a GUI displayed for process information search processing; 実験で得られた特性とモデルから得られる特性との関係を評価する概念図。Conceptual diagram for evaluating the relationship between characteristics obtained from experiments and characteristics obtained from models.

実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。ただし、本発明は以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。本発明の思想ないし趣旨から逸脱しない範囲で、その具体的構成を変更し得ることは当業者であれば容易に理解される。 Embodiments will be described in detail with reference to the drawings. However, the present invention should not be construed as being limited to the description of the embodiments shown below. Those skilled in the art will easily understand that the specific configuration can be changed without departing from the idea or gist of the present invention.

以下に説明する発明の構成において、同一部分又は同様な機能を有する部分には同一の符号を異なる図面間で共通して用い、重複する説明は省略することがある。 In the configuration of the invention described below, the same reference numerals may be used in common for the same parts or parts having similar functions between different drawings, and redundant description may be omitted.

同一あるいは同様な機能を有する要素が複数ある場合には、同一の符号に異なる添字を付して説明する場合がある。ただし、複数の要素を区別する必要がない場合には、添字を省略して説明する場合がある。 When there are a plurality of elements having the same or similar functions, they may be described with the same reference numerals and different suffixes. However, if there is no need to distinguish between multiple elements, the subscripts may be omitted.

本明細書等における「第1」、「第2」、「第3」などの表記は、構成要素を識別するために付するものであり、必ずしも、数、順序、もしくはその内容を限定するものではない。また、構成要素の識別のための番号は文脈毎に用いられ、一つの文脈で用いた番号が、他の文脈で必ずしも同一の構成を示すとは限らない。また、ある番号で識別された構成要素が、他の番号で識別された構成要素の機能を兼ねることを妨げるものではない。 Notations such as “first”, “second”, “third” in this specification etc. are attached to identify the constituent elements, and do not necessarily limit the number, order, or content thereof isn't it. Also, numbers for identifying components are used for each context, and numbers used in one context do not necessarily indicate the same configuration in other contexts. Also, it does not preclude a component identified by a certain number from having the function of a component identified by another number.

図面等において示す各構成の位置、大きさ、形状、範囲などは、発明の理解を容易にするため、実際の位置、大きさ、形状、範囲などを表していない場合がある。このため、本発明は、必ずしも、図面等に開示された位置、大きさ、形状、範囲などに限定されない。
本明細書で引用した刊行物、特許および特許出願は、そのまま本明細書の説明の一部を構成する。
本明細書において単数形で表される構成要素は、特段文脈で明らかに示されない限り、複数形を含むものとする。
The position, size, shape, range, etc. of each configuration shown in the drawings, etc. may not represent the actual position, size, shape, range, etc., in order to facilitate understanding of the invention. Therefore, the present invention is not necessarily limited to the positions, sizes, shapes, ranges, etc. disclosed in the drawings and the like.
All publications, patents and patent applications cited herein are hereby incorporated by reference into this description.
Elements presented herein in the singular shall include the plural unless the context clearly dictates otherwise.

<1.システム全体構成>
図1は本願発明の一実施例である情報処理システム100のブロック図である。情報処理システム100は、例えば一般的なサーバで構成することができる。一般的なサーバの構成に従い、情報処理システム100は、入力装置、出力装置、記憶装置、および処理装置を備える。
<1. Overall system configuration>
FIG. 1 is a block diagram of an information processing system 100 that is an embodiment of the present invention. The information processing system 100 can be configured by, for example, a general server. Following a general server configuration, the information processing system 100 includes input devices, output devices, storage devices, and processing devices.

図1の例では、入力装置としてキーボードやマウス101、出力装置として画像モニタ102、処理装置であるCPU(Central Processing Unit)103を備える。また、記憶装置として半導体メモリ110と磁気ディスク装置120を備える。さらに、外部から画像信号などを入出力するための、入出力インタフェース104を備えている。入出力インタフェース104は、直接あるいはネットワークを介して、SEM等の観測装置から材料の画像を取得することができる。これらの構成は、相互にバスで接続されており、情報のやり取りが可能であるが、バスについては図示していない。 The example in FIG. 1 includes a keyboard and mouse 101 as input devices, an image monitor 102 as an output device, and a CPU (Central Processing Unit) 103 as a processing device. In addition, a semiconductor memory 110 and a magnetic disk device 120 are provided as storage devices. Further, an input/output interface 104 is provided for inputting/outputting image signals from the outside. The input/output interface 104 can acquire an image of the material from an observation device such as an SEM directly or via a network. These components are connected to each other by a bus and can exchange information, but the bus is not shown.

以上の構成は、単体のコンピュータで構成してもよいし、あるいは、入力装置、出力装置、処理装置、記憶装置の任意の部分が、ネットワークで接続された他のコンピュータで構成されてもよい。 The above configuration may be composed of a single computer, or arbitrary portions of the input device, output device, processing device, and storage device may be composed of other computers connected via a network.

本実施例では計算や制御等の機能は、半導体メモリ110に格納されたプログラムがCPU103によって実行されることで、定められた処理を他のハードウェアと協働して実現される。実行するプログラム、その機能、あるいはその機能を実現する手段を、「機能」、「手段」、「部」、「ユニット」、「モジュール」等と呼ぶ場合がある。 In the present embodiment, functions such as calculation and control are realized by executing a program stored in the semiconductor memory 110 by the CPU 103, thereby performing predetermined processing in cooperation with other hardware. A program to be executed, its function, or a means for realizing that function may be called a "function", a "means", a "unit", a "unit", a "module", or the like.

半導体メモリ110にはプログラムとして、制御部111、セグメンテーション部112、評価エリアサイズ決定部113、特徴量抽出部114、統計的分析部115、プロセス情報検索部116などが格納されている。これらの機能については後に詳細に説明する。 The semiconductor memory 110 stores, as programs, a control unit 111, a segmentation unit 112, an evaluation area size determination unit 113, a feature amount extraction unit 114, a statistical analysis unit 115, a process information search unit 116, and the like. These functions will be described in detail later.

磁気ディスク装置120には、データベースやモデルとして、材料・プロセスデータ121、材料特性データ122、SEM画像データ123、ラベリング画像データ124、ラベリングモデル125、特徴量データ126、統計的分析結果データ127、プロセス・特徴量関係データ128などが格納されている。 The magnetic disk device 120 stores material/process data 121, material property data 122, SEM image data 123, labeling image data 124, labeling model 125, feature amount data 126, statistical analysis result data 127, process - The feature quantity relationship data 128 and the like are stored.

材料・プロセスデータ121は、例えばサンプル番号に対応して、そのサンプルを製造した方法と使用した材料のデータが記録される。製造した方法のデータには、例えば処理温度、処理圧力、処理時間、添加物、攪拌方法等がある。材料のデータには、例えば材料となる元素名およびその割合がある。 The material/process data 121 records, for example, data on the method of manufacturing the sample and the material used in correspondence with the sample number. The data on the manufacturing method include, for example, processing temperature, processing pressure, processing time, additives, stirring method, and the like. The material data includes, for example, the names of the elements that make up the materials and their proportions.

材料特性データ122は、例えば実験により作成された材料のサンプルを特定するサンプル番号に対応して、そのサンプルを測定して得た特性のデータが記録される。特性のデータには、結晶の格子定数、質量密度、硬度、導電率、熱伝導率、強度、熱電変換効率、応力、靭性など任意のものを選択できる。 In the material property data 122, for example, property data obtained by measuring the sample corresponding to the sample number specifying the material sample created by experiment is recorded. Any data such as crystal lattice constant, mass density, hardness, electrical conductivity, thermal conductivity, strength, thermoelectric conversion efficiency, stress, and toughness can be selected as the characteristic data.

SEM画像データ123は、例えばサンプル番号に対応して、そのサンプルをSEMで測定した画像のデータが格納される。一つのサンプルに複数の画像がある場合には、複数の画像それぞれに番号を付する。 The SEM image data 123 stores image data obtained by measuring the sample with the SEM, for example, corresponding to the sample number. If there are multiple images for one sample, each of the multiple images is numbered.

ラベリング画像データ124は、SEM画像データ123に対応付けて、SEM画像をラベリングしたデータが格納される。 The labeling image data 124 stores data obtained by labeling the SEM image in association with the SEM image data 123 .

ラベリングモデル125は、ラベリング画像データ124をSEM画像データ123から自動的に作成する際に用いる、学習済みのモデルが格納される。 The labeling model 125 stores a trained model used when automatically creating the labeling image data 124 from the SEM image data 123 .

特徴量データ126は、特徴量抽出部114によって、SEM画像データ123あるいはラベリング画像データ124から計算された特徴量のデータが格納される。特徴量のデータは、それが抽出された画像のデータと対応付けられている。 The feature amount data 126 stores feature amount data calculated from the SEM image data 123 or the labeling image data 124 by the feature amount extraction unit 114 . The feature amount data is associated with the image data from which it was extracted.

統計的分析結果データ127は、統計的分析部115によって分析された結果のデータが格納されている。 Statistical analysis result data 127 stores data of the results of analysis by statistical analysis unit 115 .

プロセス・特徴量関係データ128は、材料・プロセスデータ121と特徴量データ126から生成された、プロセスと特徴量の関係を示すデータが格納されている。
これらの内容については後に詳細に説明する。
The process/feature quantity relationship data 128 stores data indicating the relationship between the process and the feature quantity generated from the material/process data 121 and the feature quantity data 126 .
These contents will be described later in detail.

本実施例中、ソフトウェアで構成した機能と同等の機能は、FPGA(Field Programmable Gate Array)、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)などのハードウェアでも実現できる。そのような態様も本願発明の範囲に含まれる。 In this embodiment, functions equivalent to those configured by software can also be realized by hardware such as FPGA (Field Programmable Gate Array) and ASIC (Application Specific Integrated Circuit). Such aspects are also included in the scope of the present invention.

<2.全体処理フロー>
図2は、図1の情報処理システム100による処理の全体フローを示す図である。
まず、対象となる材料(サンプル)の既知の情報を入力する(S1)。情報はユーザがその都度キーボードやマウス101で入力することができる。また、予め磁気ディスク装置120に格納した材料・プロセスデータ121、材料特性データ122からデータを読み出してもよい。あるいは、外部から入出力インタフェース104を介して取得してもよい。
<2. Overall processing flow>
FIG. 2 is a diagram showing the overall flow of processing by the information processing system 100 of FIG.
First, known information about the target material (sample) is input (S1). Information can be input by the user using the keyboard or mouse 101 each time. Alternatively, data may be read from the material/process data 121 and material property data 122 stored in the magnetic disk device 120 in advance. Alternatively, it may be obtained from the outside via the input/output interface 104 .

次に、複数のSEM画像を取得する(S2)。本実施例ではSEM画像としたが、他の種類の観測装置によって取得された他の種類の画像でもよい。他の種類の画像はたとえば、光学顕微鏡画像、電子顕微鏡画像、原子間力顕微鏡画像等である。画像は予め磁気ディスク装置120に格納しておいたSEM画像データ123からデータを読み出してもよいし、入出力インタフェース104に接続された観測装置から入力してもよい。あるいは、入出力インタフェース104に接続されたネットワーク経由で取得してもよい。 Next, a plurality of SEM images are acquired (S2). Although the SEM image is used in this embodiment, other types of images acquired by other types of observation devices may be used. Other types of images are, for example, optical microscope images, electron microscope images, atomic force microscope images, and the like. The image may be read from the SEM image data 123 stored in the magnetic disk device 120 in advance, or may be input from an observation device connected to the input/output interface 104 . Alternatively, it may be acquired via a network connected to the input/output interface 104 .

次に、取得したSEM画像に対応したラベリング画像を取得する(S3)。ラベリング画像とは、SEM画像を分析し、画像の各部分を特徴づけた画像である。例えば、SEM画像中の異なる元素からなる相を識別した画像である。ラベリング画像は、予め磁気ディスク装置120に格納しておいたラベリング画像データ124からデータを読み出してもよい。あるいは、(S2)で取得したSEM画像を引き続きセグメンテーション部112によりラベリング処理してもよい。 Next, a labeling image corresponding to the acquired SEM image is acquired (S3). A labeling image is an image obtained by analyzing an SEM image and characterizing portions of the image. For example, an image identifying phases composed of different elements in an SEM image. The labeling image may be read from the labeling image data 124 stored in the magnetic disk device 120 in advance. Alternatively, the SEM image acquired in (S2) may be subjected to labeling processing by the segmentation unit 112 subsequently.

本実施例では、ラベリング処理の手法は特に問わない。ユーザがSEM画像を目視してラベリングしてもよい。あるいは、特許文献4に開示されているような、機械学習を用いた自動分類の手法を用いてもよい。 In this embodiment, the method of labeling processing is not particularly limited. A user may label the SEM image visually. Alternatively, an automatic classification method using machine learning, such as that disclosed in Patent Document 4, may be used.

GUI(Graphical User Interface)を用いた処理S1~S3の具体的な例については、後に図3で詳しく説明する。 A specific example of the processes S1 to S3 using a GUI (Graphical User Interface) will be described later in detail with reference to FIG.

次に、評価エリアサイズ決定部113は、画像の評価エリアサイズを自動的に決定する(S4)。画像の評価エリアサイズの決定方法については、後に図4~図9で詳しく説明する。 Next, the evaluation area size determination unit 113 automatically determines the evaluation area size of the image (S4). A method for determining the evaluation area size of the image will be described later in detail with reference to FIGS.

次に、特徴量抽出部114は、決定した評価エリアサイズを用いて、ラベリング画像から特徴量を抽出する(S5)。 Next, the feature amount extraction unit 114 extracts feature amounts from the labeling image using the determined evaluation area size (S5).

次に、統計的分析部115は、抽出した特徴量と材料特性の関係を統計的に分析する(S6)。 Next, the statistical analysis unit 115 statistically analyzes the relationship between the extracted feature amount and material properties (S6).

次に、統計的分析部115は、材料特性に対する特徴量の効果を優先づける(S7)。 Next, the statistical analysis unit 115 prioritizes the effects of feature quantities on material properties (S7).

次に、統計的分析部115は、制御する必要があるキーとなる特徴量を提案する(S8)。 Next, the statistical analysis unit 115 proposes key features that need to be controlled (S8).

次に、統計的分析部115は、キーワードを決定し、キーとなる特徴量のプロセス制御に関する情報を検索する(S9)。 Next, the statistical analysis unit 115 determines a keyword and retrieves information on process control of key features (S9).

次に、制御部111は、材料のプロセス制御に関する情報を表示する(S10)。 Next, the control unit 111 displays information on material process control (S10).

ユーザは、表示された情報を検討し、必要に応じて材料の製造をさら行い、得られた材料のサンプルのデータを追加する(S11)。 The user reviews the displayed information, further manufactures the material if necessary, and adds the data of the resulting material sample (S11).

<3.GUIによる作業例1(材料の特定)>
図3は、制御部111の制御により、材料を特定するために画像モニタ102に表示されるGUIの例である。図3を用いて、図2の処理S1~S3の具体例を説明する。この例では、磁気ディスク装置120の中に、予め材料・プロセスデータ121、材料特性データ122、SEM画像データ123、ラベリング画像データ124、ラベリングモデル125、特徴量データ126、統計的分析結果データ127などが格納済みであるものとして説明する。
<3. Work example 1 by GUI (specification of materials)>
FIG. 3 is an example of a GUI displayed on the image monitor 102 for specifying materials under the control of the control unit 111. As shown in FIG. A specific example of the processes S1 to S3 in FIG. 2 will be described with reference to FIG. In this example, material/process data 121, material property data 122, SEM image data 123, labeling image data 124, labeling model 125, feature amount data 126, statistical analysis result data 127, etc. are stored in the magnetic disk device 120 in advance. is stored.

処理S1で、プルダウンメニュー301で「材料名」を指定する。次に、その材料に対してあらかじめ登録されている複数のプロセスのなかから、プルダウンメニュー302で「プロセスNo」を指定する。この例では、「材料名」が大分類、「プロセスNo」が小分類の関係になっているが、他の分類方法でもよい。 In step S1, a "material name" is specified in the pull-down menu 301. FIG. Next, a "process No." is specified in the pull-down menu 302 from among a plurality of processes registered in advance for the material. In this example, "Material Name" is the major category and "Process No" is the minor category, but other classification methods may be used.

「プロセスNo」は、材料と製法の組み合わせを特定しており、これらの情報は、材料・プロセスデータ121の中でデータベース化されているので、「材料名」と「プロセスNo」の指定でサンプルを特定することができる。データ取得ボタン303をキーボードやマウス101で操作することにより、磁気ディスク装置120の材料・プロセスデータ121から所望のサンプルのデータが取得される。GUIのボタンの操作については、以下同様である。 "Process No." specifies the combination of material and manufacturing method, and this information is stored in a database in the material/process data 121. Therefore, a sample can be obtained by specifying "material name" and "process No." can be specified. By operating the data acquisition button 303 with the keyboard or mouse 101 , desired sample data is acquired from the material/process data 121 of the magnetic disk device 120 . The operation of the GUI buttons is the same below.

図3の例では、取得したサンプルの材料・プロセスデータ121に基づいて、ウインドウ304に当該材料の組成が表示される。材料組成は、サンプルを作成したユーザが既知であり、材料・プロセスデータ121に格納されている。必要により周期表を参照できる。 In the example of FIG. 3, the composition of the material is displayed in the window 304 based on the acquired material/process data 121 of the sample. The material composition is known to the user who created the sample, and is stored in the material/process data 121 . You can refer to the periodic table if necessary.

ウインドウ305には製造条件が表示される。製造条件は、サンプルを作成したユーザが既知であり、材料・プロセスデータ121に格納されている。例えば、温度、圧力、添加物、攪拌時間等である。また当該サンプルについて、磁気ディスク装置120に材料特性データ122が取得済みの場合には、ウインドウ306に表示される。例えば、格子定数、質量密度、ビッカース強度、導電率、熱伝導率等である。 A window 305 displays manufacturing conditions. The manufacturing conditions are known to the user who created the sample, and are stored in the material/process data 121 . For example, temperature, pressure, additives, stirring time, and the like. Also, if the material property data 122 of the sample has already been acquired in the magnetic disk device 120 , it is displayed in the window 306 . For example, lattice constant, mass density, Vickers strength, electrical conductivity, thermal conductivity and the like.

処理S2で、観察画像取得ボタン307を操作することにより、当該サンプルのSEM画像を磁気ディスク装置120のSEM画像データ123からn枚取得する。取得したSEM画像(の一部)はウインドウ308に表示される。SEM画像(およびラベリング画像)は予め所定のサイズと解像度で規格化されているものとする。一例としては、規格化されたサイズを画像の最小単位としてデータベース化する。 In step S2, by operating the observation image acquisition button 307, n SEM images of the sample are acquired from the SEM image data 123 of the magnetic disk device 120. FIG. (Part of) the acquired SEM image is displayed in window 308 . Assume that the SEM image (and labeling image) is standardized in advance with a predetermined size and resolution. As an example, a standardized size is stored in a database as the minimum image unit.

処理S3で、取得したSEM画像に対応するラベリング画像を取得する。すでにラベリング画像データ124が磁気ディスク装置120に存在する場合には、ラベリング画像取得ボタン309を操作することにより、当該データを呼び出す。呼び出したラベリング画像(の一部)はウインドウ308に表示される。 In process S3, a labeling image corresponding to the acquired SEM image is acquired. If the labeling image data 124 already exists in the magnetic disk device 120, the labeling image acquisition button 309 is operated to retrieve the data. (Part of) the called labeling image is displayed in window 308 .

図3では、各3枚のSEM画像とラベリング画像が上下に並べて表示されているが、表示方法や表示枚数は任意である。 In FIG. 3, three SEM images and three labeling images are displayed vertically, but the display method and the number of displayed images are arbitrary.

磁気ディスク装置120にラベリング画像データ124がない場合には、セグメンテーション部112の機能により、例えばユーザがキーボードやマウス101を操作することで、ウインドウ308上で目視によりSEM画像をラベリングする。ラベリングが完了したら、ボタン310を操作することでラベリング情報を確認したり決定したりする。ラベリング情報とは、例えば各相(領域)の名前と色である。例えば「相A、RGB(255,200,100)」のように決定する。ラベリングが決定されたラベリング画像は、ウインドウ308に表示されるともに、磁気ディスク装置120にラベリング画像データ124として記録される。 If the magnetic disk device 120 does not have the labeling image data 124 , the segmentation unit 112 operates the keyboard or the mouse 101 to visually label the SEM image on the window 308 . After labeling is completed, the button 310 is operated to confirm or determine the labeling information. Labeling information is, for example, the name and color of each phase (region). For example, "Phase A, RGB (255, 200, 100)" is determined. The labeling image for which labeling has been determined is displayed in window 308 and is recorded as labeling image data 124 in magnetic disk device 120 .

また前述のように、機械学習技術を適用して自動的にラベリングを行う場合には、ラベリング実行ボタン311を操作することにより、セグメンテーション部112がラベリングモデル125を呼び出し、自動的にラベリングを行う。ラベリングモデル125は、例えば、SEM画像とそれをユーザがラベリングしたラベリング画像のペアを教師画像として、教師有り学習により学習されたDNN(Deep Neural Network)である。 Further, as described above, when labeling is performed automatically by applying machine learning technology, the segmentation unit 112 calls the labeling model 125 by operating the labeling execution button 311 to automatically perform labeling. The labeling model 125 is, for example, a DNN (Deep Neural Network) learned by supervised learning using pairs of SEM images and labeling images labeled by the user as teacher images.

なお、イメージデータボタン312を操作すると、各SEM画像の観察条件等のデータを呼び出すことができ、修正したり、確認したりできる。観察条件等のデータは、たとえば画像名、観察装置ID、作業者、加速電圧、WD(ワーキングディスタンス)、倍率、画像保存のスキャン時間等であり、これらはSEM画像データ123のメタデータである。 By operating the image data button 312, data such as the observation conditions of each SEM image can be called up, corrected, and confirmed. Data such as observation conditions include, for example, image name, observation device ID, operator, acceleration voltage, WD (working distance), magnification, scan time for image storage, etc. These are metadata of the SEM image data 123 .

以上の処理を行い、ユーザがサンプルの内容を把握出来たら、ボタン313を操作することで評価エリアサイズ決定処理S4に進む。 After the above processing is performed and the user can grasp the content of the sample, the button 313 is operated to proceed to the evaluation area size determination processing S4.

<4.評価エリアサイズの決定処理>
図4は、評価エリアサイズ決定部113が実行する評価エリアサイズ決定処理S4の、詳細なフローである。S1~S3までの処理で、ユーザが指定した材料・プロセスによって作成されたサンプルのSEM画像データとラベリング画像データが、半導体メモリ110のワーキングエリアに読み込まれている。
<4. Evaluation Area Size Decision Processing>
FIG. 4 is a detailed flow of the evaluation area size determination process S4 executed by the evaluation area size determination unit 113. As shown in FIG. The SEM image data and labeling image data of the sample created by the material and process designated by the user are read into the working area of the semiconductor memory 110 in the processes from S1 to S3.

処理S4-1では、評価エリアサイズ決定部113は、画像データの結合方法を決定する。結合方法とは、いくつの画像をどのように結合(あるいは追加)するかをいう。たとえば、3つの画像を横に結合する、あるいは、9つの画像を3×3で結合する、などである。結合方法は、デフォルトで決めておいてもよいし、ユーザがその都度指定してもよいし、予め準備されたオプションの中からユーザが選択してもよい。以下の例では、3つの画像を横に結合する例で説明する。 In process S4-1, the evaluation area size determination unit 113 determines a method of combining image data. The combining method refers to how many images are combined (or added). For example, combine 3 images horizontally, or combine 9 images 3×3, and so on. The combining method may be determined by default, may be specified by the user each time, or may be selected by the user from options prepared in advance. In the following example, an example of combining three images horizontally will be described.

なお、画像の結合と分割はSEM画像で行ってもよいし、ラベリング画像でおこなってもよい。両者は対応しているので、置換が可能である。以下では、説明上ラベリング画像で説明する。 Note that the image combination and division may be performed using the SEM image, or may be performed using the labeling image. Since both correspond, replacement is possible. In the following, the labeling image will be used for the sake of explanation.

処理S4-2では、決定した方法で複数の画像を結合する。結合とは、複数の画像をつなぎ合わせることである。 In process S4-2, a plurality of images are combined by the determined method. Combining refers to stitching together multiple images.

処理S4-3では、結合した画像を3つのサイズ評価用画像(以下「評価画像」ということがある)に均等に分割する。3つに分割する理由は、後にこれらの偏差(Deviation)を計算するためである。 In process S4-3, the combined image is equally divided into three size evaluation images (hereinafter sometimes referred to as "evaluation images"). The reason for dividing into three is to calculate these deviations later.

処理S4-4では、特徴量抽出部114を呼び出して、3つの評価画像に対応するラベリング画像の特徴量を計算する。S4-3までの処理をラベリング画像で行っている場合はそのラベリング画像から特徴量を計算すればよい。S4-3までの処理をSEM画像で行っている場合は、対応するラベリング画像をラベリング画像データ124から読み出す。 In process S4-4, the feature quantity extraction unit 114 is called to calculate the feature quantity of the labeling images corresponding to the three evaluation images. If the processing up to S4-3 is performed using a labeling image, the feature amount may be calculated from the labeling image. If the processing up to S4-3 is performed with the SEM image, the corresponding labeling image is read from the labeling image data 124. FIG.

ラベリング画像の特徴量は、例えば相の数、各相の面積率、各相の形状情報、各相の面積(平均値、最大値、最小値、ばらつき)、各相の最大直線長さ(平均値、最大値、最小値、ばらつき)など、任意に選択してよい。本実施例では、材料特性に対する影響が大きいと考えられる各相の面積率を例にして説明する。 The feature values of the labeling image are, for example, the number of phases, the area ratio of each phase, the shape information of each phase, the area of each phase (average value, maximum value, minimum value, variation), and the maximum linear length of each phase (average value, maximum value, minimum value, variation), etc., may be arbitrarily selected. In this example, the area ratio of each phase, which is considered to have a large effect on the material properties, will be described as an example.

特徴量が計算されたら、評価エリアサイズ決定部113は特徴量の偏差を計算する。ここで偏差(Deviation)は、
Deviation =
(std(Total area of the feature))/(ave(Total area of the feature))
で定義する。stdは標準偏差、aveは平均値、”Total area of the feature”は対象としている領域全体でということを意味する。
After the feature amount is calculated, the evaluation area size determining unit 113 calculates the deviation of the feature amount. where Deviation is
Deviation =
(std(Total area of the feature))/(ave(Total area of the feature))
defined by std means the standard deviation, ave means the average value, and "Total area of the feature" means the whole area of interest.

処理S4-5では、計算された偏差と予め定められた条件を比較する。典型的な処理では、偏差を所定の閾値と比較し、閾値より小さいかどうかを判定する。閾値以上であれば処理S4-6へ進み、閾値より小さければS4-7へ進む。 In process S4-5, the calculated deviation is compared with a predetermined condition. Typical processing compares the deviation to a predetermined threshold to determine if it is less than the threshold. If it is equal to or greater than the threshold, the process proceeds to step S4-6, and if it is smaller than the threshold, the process proceeds to step S4-7.

処理S4-6では、処理S4-2で結合した画像に、さらに画像を追加して複数の画像を結合する。その後処理S4-3からS4-5を繰り返す。 In process S4-6, an image is added to the image combined in process S4-2 to combine a plurality of images. After that, the processes S4-3 to S4-5 are repeated.

処理S4-7では、偏差が閾値より小さかった場合、処理S4-3で分割した評価画像の大きさを、評価エリアサイズとして画像モニタ等によりユーザに提案する。 In process S4-7, if the deviation is smaller than the threshold, the size of the evaluation image divided in process S4-3 is proposed to the user via an image monitor or the like as an evaluation area size.

処理S4-8では、ユーザが決定した評価エリアサイズにより次の処理を進める。 In process S4-8, the next process proceeds according to the evaluation area size determined by the user.

図5により、処理S4-2と処理S4-3における、ラベリング画像の結合と分割の概念を示す。(A)のようにサイズを規格化されたラベリング画像501を3枚、(B)のように横に結合する。その後、(C)のように3つに等分割して評価画像502を生成する。なお、図5では3つのラベリング画像501を結合しているが、2つでもよいし、4以上でもよい。偏差を計算する場合には、3つの評価画像502が必要であるが、後に説明する他の評価方法を用いる場合には、3以上でなくてもよい。図5の例では、評価画像502の評価エリアサイズpXはW11×W12である。 FIG. 5 shows the concept of combining and dividing labeling images in processing S4-2 and processing S4-3. Three labeling images 501 whose sizes are standardized as shown in (A) are combined horizontally as shown in (B). After that, the evaluation image 502 is generated by equally dividing into three as shown in (C). In addition, although three labeling images 501 are combined in FIG. 5, the number may be two or four or more. Three evaluation images 502 are required to calculate the deviation, but the number does not have to be three or more if other evaluation methods, which will be described later, are used. In the example of FIG. 5, the evaluation area size pX2 of the evaluation image 502 is W11 × W12 .

ラベリング画像501-1、501-2、501-3はサンプル上の任意の領域に対応するものでよく、連続する領域に対応する必要はない。例えば、磁気ディスク装置120に格納された同一サンプルあるいは同一プロセスのSEM画像データからランダムに選択してよい。ラベリング画像501では、例えば相A,B,Cのように、ラベリングが施されている。 The labeling images 501-1, 501-2, 501-3 may correspond to arbitrary regions on the sample and need not correspond to contiguous regions. For example, it may be randomly selected from SEM image data of the same sample or the same process stored in the magnetic disk device 120 . In the labeling image 501, labels such as phases A, B, and C are applied.

図6により、本実施例による評価エリアサイズの決定手法について説明する。ここでは、ラベリング画像の特徴量として、複数の相A,B,Cの面積率を使用している。相A,B,Cは、その含有元素により区別されてもよいし、結晶構造など他の特性により区別されてもよい。 A method of determining the evaluation area size according to this embodiment will be described with reference to FIG. Here, the area ratios of a plurality of phases A, B, and C are used as the feature quantity of the labeling image. Phases A, B, and C may be distinguished by their elemental content or by other properties such as crystal structure.

図6には、横軸に評価エリアサイズpX、縦軸に特徴量の偏差を示している。S4-5で使用する閾値をdevthで示した。閾値devthはユーザが予め定めておき、評価エリアサイズ決定部113が記憶しておくものとする。 In FIG. 6, the horizontal axis indicates the evaluation area size pX 2 , and the vertical axis indicates the feature quantity deviation. The threshold used in S4-5 is indicated by dev th . The threshold dev th is determined in advance by the user and stored in the evaluation area size determining unit 113 .

図6に示すように、一般に評価エリアサイズが大きくなると、特徴量は平均化されるため、評価画像間の特徴量のばらつき(この例では偏差)は小さくなっていく。本実施例では、すべての相の偏差が閾値devthより小さくなった評価エリアサイズAdetを、ユーザに提案するようにしている。すなわち、サンプルの特性を適切に表すことができる最小の評価エリアサイズを提案することが可能となる。なお、閾値は相毎に定めておいてもよい。 As shown in FIG. 6, generally, as the evaluation area size increases, the feature amount is averaged, so the variation (deviation in this example) of the feature amount between the evaluation images decreases. In this embodiment, the evaluation area size A det with all phase deviations smaller than the threshold dev th is proposed to the user. That is, it is possible to propose the minimum evaluation area size that can adequately represent the characteristics of the sample. Note that the threshold may be determined for each phase.

図7に、マクロサイズを導入した場合の評価エリアサイズの決定手法について説明する。図7では、横軸に評価エリアサイズpX、縦軸に特徴量の偏差を示している。この例では、評価エリアサイズを大きくしても、偏差が閾値devthを下回らない場合を想定している。この場合には、偏差の閾値devthとともに、マクロサイズAMCを定義している。偏差が閾値devthを下回らないうちに、評価エリアサイズAdetがマクロサイズAMCに達した場合には、それ以上評価エリアサイズを大きくせずに、マクロサイズを評価エリアサイズとする。 FIG. 7 describes a method of determining the evaluation area size when the macro size is introduced. In FIG. 7, the horizontal axis indicates the evaluation area size pX 2 , and the vertical axis indicates the feature amount deviation. In this example, it is assumed that even if the evaluation area size is increased, the deviation does not fall below the threshold dev th . In this case, the macro size A MC is defined together with the deviation threshold dev th . If the evaluation area size A det reaches the macro size A MC before the deviation falls below the threshold dev th , the macro size is set as the evaluation area size without further increasing the evaluation area size.

図8には、計算された偏差が所定閾値以上の場合の処理S4-6における、SEM画像データの追加処理の概念を示す。図5と比較すると、(A)のように処理S4-6により、ラベリング画像501-1、501-2、501-3に6枚の追加ラベリング画像501addが追加されている。これを(B)のように結合する。その後、(C)のように3つに等分割して評価画像502addを生成する。なお、どのように画像を追加・結合するかは、処理S4-1で定義しておく。 FIG. 8 shows the concept of additional processing of SEM image data in processing S4-6 when the calculated deviation is equal to or greater than the predetermined threshold. Compared with FIG. 5, six additional labeling images 501add are added to the labeling images 501-1, 501-2, and 501-3 by processing S4-6 as shown in (A). Combine this as shown in (B). After that, as shown in (C), the evaluation image 502add is generated by equally dividing into three. It should be noted that how images are added/combined is defined in step S4-1.

図5の評価画像502では、3つのうち真ん中の評価画像502-2には特徴となる相B,Cが含まれておらず、材料の特徴量を評価するためには適切でない。図8の評価画像502addでは、各評価画像にほぼ均等に相A,B,Cが含まれており、評価画像から適切に材料の特徴量を評価することができる。特に、図5、図8で示したように、大部分の面積(例えば90%以上)を占める相Aに対して小面積の相B,Cの存在が材料の特性に影響を与える場合には、特徴量抽出領域にこれらの相が含まれていることが重要である。本実施例では、自動的に適切な特徴量抽出領域の大きさを決定することができる。 Among the three evaluation images 502 in FIG. 5, the evaluation image 502-2 in the middle does not include the characteristic phases B and C, and is not suitable for evaluating the characteristic amount of the material. In the evaluation image 502add of FIG. 8, the phases A, B, and C are included in each evaluation image substantially equally, and the feature amount of the material can be appropriately evaluated from the evaluation image. In particular, as shown in FIGS. 5 and 8, when phases B and C occupying a small area with respect to phase A occupying a large area (for example, 90% or more) affect the properties of the material. , it is important that these phases are included in the feature extraction region. In this embodiment, it is possible to automatically determine an appropriate feature amount extraction region size.

<5.補足説明>
(1)上記の説明では、処理S4-2では、複数の画像を結合しているが、規格化された画像の大きさが大きければ、処理S4-2は省略してもよい。
(2)上記の説明では、処理S4-3では、結合した画像を3つの評価画像に均等に分割するが、処理S4-4~処理S4-5で、偏差の代わりに以下のような他の評価指標を用いる場合は、2以上であってもよい。例えば、
A) 評価画像の特徴量の分散(Variance)δ2が閾値より小さくなる。
B) 各評価画像の特徴量と、特徴量の平均値の差がすべて閾値より小さくなる。
C) 特徴量の標準偏差(standard deviation)δが閾値より小さくなる。
d) 評価画像の特徴量同士の差分が全て閾値より小さくなる。
(3)上記の説明では、処理S4-2~処理S4-3ではラベリング画像を結合、分割しているが、対応するSEM画像を結合・分割してもよい。
(4)上記の説明では、処理S4-4ではラベリング画像の特徴量を計算しているが、SEM画像の特徴量を代わりに用いてもよい。SEM画像の特徴量としては、画像周波数、平均輝度、平均コントラスト等がある。ただし、ラベリング画像のほうが分析したいサンプルの特徴量を直接表しているため、ラベリング画像を使用するほうが望ましい。
<5. Supplementary Explanation>
(1) In the above description, a plurality of images are combined in process S4-2, but if the size of the standardized image is large, process S4-2 may be omitted.
(2) In the above description, in process S4-3, the combined image is divided evenly into three evaluation images. When an evaluation index is used, it may be 2 or more. for example,
A) Variance δ2 of the feature amount of the evaluation image is smaller than the threshold.
B) All the differences between the feature amount of each evaluation image and the average value of the feature amounts are smaller than the threshold.
C) The standard deviation δ of the feature is smaller than the threshold.
d) All the differences between the feature amounts of the evaluation images are smaller than the threshold.
(3) In the above description, labeling images are combined and divided in steps S4-2 and S4-3, but corresponding SEM images may be combined and divided.
(4) In the above description, the feature amount of the labeling image is calculated in step S4-4, but the feature amount of the SEM image may be used instead. SEM image features include image frequency, average brightness, average contrast, and the like. However, it is preferable to use the labeling image because the labeling image directly represents the feature quantity of the sample to be analyzed.

<6.GUIによる作業例2(評価エリアサイズの決定)>
図9は、制御部111の制御により、画像モニタ102に表示されるGUIの例である。図3のボタン313を操作することにより、上述のS4-1~S4-6の処理が行われ、その後、評価エリアサイズを決定するために図9の画面が表示される。
<6. Work Example 2 Using GUI (Determination of Evaluation Area Size)>
FIG. 9 is an example of a GUI displayed on the image monitor 102 under the control of the control unit 111. As shown in FIG. By operating the button 313 in FIG. 3, the processes of S4-1 to S4-6 described above are performed, and then the screen in FIG. 9 is displayed to determine the evaluation area size.

図9を用いて、図4の処理S4-7~S4-8の具体例を説明する。図4の処理S4-1~S4-6により求められた推奨評価エリアサイズ901は、制御部111の機能により、サンプルを特定するプロセス番号902、そのプロセスで作成されたサンプルコード903等の情報とともに、ウインドウ904に表示される。なお、この例では複数のサンプルについて、推奨評価エリアサイズ901等が表示されているので、図2、図4の処理も複数サンプルについて行われている。 A specific example of the processes S4-7 to S4-8 in FIG. 4 will be described with reference to FIG. The recommended evaluation area size 901 obtained by the processes S4-1 to S4-6 in FIG. , is displayed in window 904 . In this example, the recommended evaluation area size 901 and the like are displayed for multiple samples, so the processes in FIGS. 2 and 4 are also performed for multiple samples.

システム内では画像データのサイズはピクセル単位で取り扱われるが、適宜実寸データに換算して表示するのが好ましい。ここでは、推奨評価エリアサイズ901は、pX=W11×W12から計算されている(図5、図8参照)。評価エリアサイズ905のデフォルト値は、推奨評価エリアサイズ901と同じでよい。ユーザは、必要に応じて評価エリアサイズ905を変更する。 In the system, the size of image data is handled in units of pixels, but it is preferable to convert it to actual size data and display it. Here, the recommended evaluation area size 901 is calculated from pX 2 =W 11 ×W 12 (see FIGS. 5 and 8). A default value of the evaluation area size 905 may be the same as the recommended evaluation area size 901 . The user changes the evaluation area size 905 as required.

評価エリアサイズ905が最適化されていない場合、ウインドウ906に警告を表示する。この例ではプロセス番号1の評価エリアサイズは、図4の処理S4-5の判定で偏差が閾値を満たしていない大きさである。この場合、ユーザはボタン907で無視して継続するか、ボタン908でさらに画像を追加してサイズを大きくするかを選択できる。サイズを大きくした場合には、処理は図4のS4-6へ戻る。 A warning is displayed in window 906 if the evaluation area size 905 is not optimized. In this example, the evaluation area size of process number 1 is the size that the deviation does not satisfy the threshold in the determination of process S4-5 in FIG. In this case, the user can select whether to continue by ignoring with the button 907 or to add more images and increase the size with the button 908 . If the size has been increased, the process returns to S4-6 in FIG.

なお、図4の処理S4-5の判定で偏差が閾値を満たしていない場合に、処理S4-7で推奨評価エリアサイズ901が提案されるのは、前述のようにマクロサイズAMCを定義している場合である。ユーザはボタン908により、マクロサイズAMCを無視してサイズを拡大できる。あるいは、ユーザは推奨評価エリアサイズ901より小さい評価エリアサイズ905を入力することもできる。この場合も、ウインドウ906に警告が表示されるが、ユーザはボタン907で無視して継続することができる。 The recommended evaluation area size 901 is proposed in process S4-7 when the deviation does not satisfy the threshold in the process S4-5 of FIG. 4 because the macro size A MC is defined as described above. is the case. A button 908 allows the user to ignore the macro size A MC and increase the size. Alternatively, the user can enter an evaluation area size 905 that is smaller than the recommended evaluation area size 901 . Again, a warning is displayed in window 906, but the user can ignore it with button 907 and continue.

ウインドウ904には、各サンプルのラベリング画像から計算された特徴量909も示されている。これらの特徴量は、図4の処理S4-4で計算した特徴量を用いてもよい。本例では、特徴量909として相A,B,Cの面積率、各相の平均寸法などが示されている。このシステムでは、相の面積率を「%(相の名称)」で表している。評価エリアサイズ905を変更した場合、ユーザは再分析ボタン910を用いて特徴量を再計算することができる。 A window 904 also shows feature values 909 calculated from the labeling image of each sample. For these feature amounts, the feature amounts calculated in process S4-4 of FIG. 4 may be used. In this example, the area ratios of the phases A, B, and C, the average size of each phase, and the like are shown as the feature quantity 909 . In this system, the area ratio of the phase is represented by "% (name of phase)". When the evaluation area size 905 is changed, the user can use the reanalyze button 910 to recalculate the feature amount.

最終的に評価エリアサイズ905が決定したら、ユーザは特徴量抽出ボタン911により、本番の特徴量抽出処理(図2のS5)を開始する。本番の特徴量抽出処理S5では、図4の処理S4-4で計算した特徴量よりも詳細かつ多面的に特徴量を抽出することが望ましい。抽出した特徴量は、ウインドウ904に表示することができる。本実施例では、特徴量抽出部114には、各種の特徴量を抽出するためのアルゴリズムが格納されており、制御部111はこれを呼び出しているものとする。抽出した特徴量は、特徴量データ126として磁気ディスク装置120に格納する。 When the evaluation area size 905 is finally determined, the user presses the feature amount extraction button 911 to start the actual feature amount extraction processing (S5 in FIG. 2). In the actual feature amount extraction process S5, it is desirable to extract the feature amount in more detail and multifacetedly than the feature amount calculated in the process S4-4 of FIG. The extracted feature amount can be displayed in window 904 . In this embodiment, the feature amount extraction unit 114 stores algorithms for extracting various feature amounts, and the control unit 111 calls them. The extracted feature amount is stored in the magnetic disk device 120 as the feature amount data 126 .

なお、チェックボタン912では、代表的な条件に基づく評価エリアサイズを適用することができる。図9の例では、複数のプロセス番号を持つサンプルが表示され、サンプル毎に評価エリアサイズが求められている。しかし、サンプルのプロセス条件が類似していることが予めわかっている場合には、ユーザはチェックボタン912を使用して、一つのサンプルの評価エリアサイズを他のサンプルにも適用することができる。たとえば、プロセス条件の範囲内で組織の変動が少ない場合であり、プロセス条件中から代表条件(例えばProcessNo.1)を選択し、画像の評価サイズを決定後すべてのプロセス条件で同じ画像評価サイズで行う。 Note that the check button 912 can apply an evaluation area size based on typical conditions. In the example of FIG. 9, samples with multiple process numbers are displayed, and the evaluation area size is obtained for each sample. However, the user can use the check button 912 to apply the evaluation area size of one sample to other samples if it is known in advance that the process conditions of the samples are similar. For example, when there is little variation in the texture within the range of process conditions, select a representative condition (e.g. Process No. 1) from among the process conditions, determine the image evaluation size, and then use the same image evaluation size for all process conditions. conduct.

特徴量の抽出処理S5が完了すると、特徴量の有効性評価ボタン913により、特徴量の有効性抽出処理(図2のS6~S10)を開始することができる。特徴量の有効性抽出処理では、特徴量と材料特性との相関解析を行う。相関解析は、特徴量抽出部114の一部のアルゴリズムとして備えた相関計算部で行う。相関解析を行った結果、材料特性に対してどの特徴量の影響が大きいかを知ることができる。すなわち、当該特性を制御するために重要な特徴量を特定することができる。次に、その特徴量を制御するためにどのようなプロセス・材料があるかを探索する。その探索結果をユーザが検討することにより、次の実験計画を立案し、新しいサンプルを得ることができる。 When the feature amount extraction process S5 is completed, the feature amount effectiveness evaluation button 913 can be used to start the feature amount effectiveness extraction process (S6 to S10 in FIG. 2). In the feature quantity effectiveness extraction processing, a correlation analysis is performed between the feature quantity and the material properties. Correlation analysis is performed by a correlation calculation unit provided as part of the algorithm of the feature quantity extraction unit 114 . As a result of performing the correlation analysis, it is possible to know which feature value has the greatest influence on the material properties. That is, it is possible to specify the feature quantity important for controlling the characteristic. Next, search for what kind of processes and materials are available to control the feature quantity. By examining the search results, the user can plan the next experiment and obtain new samples.

<7.特徴量と材料特性の関係の分析>
処理S5の結果、各サンプルについて特徴量データ126を準備することができた。特徴量データ126は、材料・プロセスデータ121、材料特性データ122、SEM画像データ123、ラベリング画像データ124とクロスリファレンス可能であり、例えば、プロセス番号やサンプルコードをキーにして、特定のサンプルに対応するデータを特定できる。よって、例えば特徴量を横軸、材料特性を縦軸に表示するグラフを描画することができる。
<7. Analysis of relationship between feature quantity and material properties>
As a result of processing S5, the feature amount data 126 could be prepared for each sample. The feature quantity data 126 can be cross-referenced with the material/process data 121, the material property data 122, the SEM image data 123, and the labeling image data 124. For example, using the process number or sample code as a key, it corresponds to a specific sample. You can identify the data that Therefore, for example, it is possible to draw a graph in which the horizontal axis represents the feature amount and the vertical axis represents the material properties.

図2を再度参照すると、統計的分析部115は処理S6で、上記データに基づいて、特徴量と材料特性の関連性を分析する。分析の手法は公知の主成分分析や線形解析を用いることができ、特に限定するものではない。さらに統計的分析部115は処理S7で、材料特性に関する特徴量の効果(相関度)を優先づけする。例えば、相関係数の順に優先順位を高くする。そして、統計的分析部115は処理S8で、優先順位の高い特徴量を、制御する必要があるキーとなる重要な特徴量として提案する。 Referring to FIG. 2 again, the statistical analysis unit 115 analyzes the relationship between the feature quantity and the material properties based on the above data in process S6. The method of analysis can use known principal component analysis and linear analysis, and is not particularly limited. Furthermore, the statistical analysis unit 115 prioritizes the effect (correlation) of the feature quantity on the material properties in processing S7. For example, the order of correlation coefficients is given higher priority. Then, in step S8, the statistical analysis unit 115 proposes the high-priority feature amount as an important feature amount that becomes a key to be controlled.

統計分析の結果は、磁気ディスク装置120に統計的分析結果データ127として、各材料特性に対する特徴量の相関関係(たとえば相関係数)が記録される。 The results of the statistical analysis are recorded in the magnetic disk device 120 as statistical analysis result data 127, in which correlations (for example, correlation coefficients) of feature quantities with respect to each material characteristic are recorded.

図10は、制御部111の制御により、画像モニタ102に表示される処理S6~S8の分析結果を示すGUIの例である。ユーザはプルダウンメニュー1001により、分析したい材料特性を選択できる。ここではビッカース強度を選択している。その結果、ウインドウ1002の左側には、ビッカース強度と特徴量の相関を示すグラフが相関度の高い順に表示される。ウインドウ1002の右側には、さらに詳しい情報として、相関度の高い上位3つの特徴量について、ビッカース強度と特徴量の関連を示すグラフが表示される。例えばこの3つの特徴量が、制御する必要があるキーとなる特徴量の候補として提案されることになる。ユーザはプルダウンメニュー1003により、表示する特徴量の数を変更できる。 FIG. 10 is an example of a GUI showing analysis results of the processes S6 to S8 displayed on the image monitor 102 under the control of the control unit 111. FIG. A pull-down menu 1001 allows the user to select the material properties to be analyzed. Vickers intensity is selected here. As a result, on the left side of the window 1002, a graph showing the correlation between the Vickers intensity and the feature amount is displayed in descending order of the degree of correlation. On the right side of the window 1002, as more detailed information, a graph showing the relationship between the Vickers intensity and the feature amount for the top three feature amounts with the highest degree of correlation is displayed. For example, these three feature amounts are proposed as key feature amount candidates that need to be controlled. The user can change the number of features to be displayed using a pull-down menu 1003 .

以上により、ユーザはビッカース強度を制御するために重要と推測される特徴量が何かを知ることが可能となる。提案された特徴量などの結果は、記録ボタン1004で磁気ディスク装置120に統計的分析結果データ127として格納される。次にユーザはプロセス情報検索ボタン1005により、プロセス情報の検索処理S9と結果表示処理S10を開始する。 As described above, the user can know what feature amount is estimated to be important for controlling the Vickers intensity. Results such as the proposed feature amount are stored as statistical analysis result data 127 in the magnetic disk device 120 by pressing the record button 1004 . Next, the user uses the process information search button 1005 to start the process information search process S9 and the result display process S10.

なおサンプル追加ボタン1106は、新しいサンプルのデータが入力されたときに、特徴量と材料特性の関連性を再計算するためのものである。 Note that the sample addition button 1106 is for recalculating the relationship between the feature amount and the material properties when new sample data is input.

<8.プロセス情報の検索処理>
図11は、プロセス情報の検索処理S9とS10の詳細を示すフロー図である。これらの処理は、プロセス情報検索部116により実行される。
図12は、プロセス情報の検索処理S9で制御部111の制御により、画像モニタ102に表示されるGUIの例である。図11と図12を参照して説明する。
<8. Process Information Search Processing>
FIG. 11 is a flowchart showing the details of the process information search processes S9 and S10. These processes are executed by the process information search unit 116 .
FIG. 12 is an example of a GUI displayed on the image monitor 102 under the control of the control unit 111 in the process information search process S9. Description will be made with reference to FIGS. 11 and 12. FIG.

図12において、ユーザはウインドウ1201に、改良したい材料特性や、目的あるいは制御したい内容(「増加」「減少」など)を入力する。目的追加ボタン1202により入力した内容を目標として決定する(S9-1)
プロセス情報検索部116は、処理S9-1で入力された単語に基づいて、例えば公知の構文解析によりキーワードを決定する。図12のウインドウ1203には、例として「ビッカース」と「強度」がキーワードとして表示される(S9-2)。これらのキーワードは実施例のシステム中で定義されたものであり、そのままの変数名を使うことができる。
In FIG. 12, the user inputs the material properties desired to be improved, the purpose, or the content desired to be controlled (“increase”, “decrease”, etc.) in a window 1201 . The content entered by the add purpose button 1202 is determined as the goal (S9-1).
The process information search unit 116 determines keywords by, for example, known syntax analysis based on the words input in step S9-1. "Vickers" and "strength" are displayed as keywords in the window 1203 of FIG. 12 (S9-2). These keywords are defined in the system of the embodiment, and the variable names can be used as they are.

プロセス情報検索部116は、キーワード「ビッカース」「強度」に基づいて、磁気ディスク装置120の統計的分析結果データ127から、「ビッカース強度」を制御するために重要な特徴量とビッカース強度の相関関係のデータを呼び出す。具体例としては、例えば図10でビッカース強度に関連性の高い特徴量として抽出された上位9個の特徴量と「ビッカース強度」の関係を示すデータを呼び出す。そしてその特徴量を用いて、特性予測モデルを生成し、精度が最も良いモデルを選択する。 Based on the keywords "Vickers" and "strength," the process information retrieval unit 116 searches the statistical analysis result data 127 of the magnetic disk device 120 to find the correlation between the feature quantity important for controlling the "Vickers intensity" and the Vickers intensity. data. As a specific example, for example, data indicating the relationship between the top nine feature amounts extracted as feature amounts highly related to the Vickers strength in FIG. 10 and the "Vickers strength" is called. Then, using the feature amount, a characteristic prediction model is generated, and the model with the highest accuracy is selected.

統計的分析結果データ127から所定の特性に相関の高い特徴量が特定できるが、その特徴量が特性に対してどのような効果を持つかはわからない。そこで、特徴量と特性の関係を示す特性予測モデルを作成する。特性予測モデルは例えば線形回帰モデルであり、特徴量を説明変数、特性を目的変数として公知の手法を用いて、特徴量と特性の関係をよく示すモデルを作る。 From the statistical analysis result data 127, it is possible to identify a feature amount highly correlated with a predetermined characteristic, but it is not known what kind of effect the feature amount has on the characteristic. Therefore, a characteristic prediction model is created that indicates the relationship between the feature amount and the characteristic. The characteristic prediction model is, for example, a linear regression model, and a well-known method is used to create a model that clearly shows the relationship between the characteristic amount and the characteristic using the characteristic amount as the explanatory variable and the characteristic as the objective variable.

このために、例えば、相関の高い特徴量を1つずつ説明変数に用いてモデル候補を作る。特徴量が図10の9個の場合9個のモデル候補が作成される。あるいは、特徴量を複数説明変数に用いてモデル候補を作る。複数のモデル候補を作成したら、そのうち最も特性を正確に表現するモデルを選択する(S9-3)。 For this purpose, for example, model candidates are created by using highly correlated feature quantities one by one as explanatory variables. When the feature quantity is nine in FIG. 10, nine model candidates are created. Alternatively, model candidates are created using multiple feature values as explanatory variables. After creating a plurality of model candidates, the model that most accurately expresses the characteristics is selected (S9-3).

図13は、3つのモデルについて、実験で得られた特性(Experimental Property)とモデルから得られる特性(Predicted Property)との関係を評価する概念を示している。関連性の高い特徴量をX1,X2,X3としたとき、モデル1はX1のみ用い、モデル2はX1,X2を用い、モデル3はX1,X2,X3を用いて特性Yを表したとする。この例では、モデル番号3のモデルが最もエラーが小さく、実験による特性をよく表しているので、モデル番号3が特性予測モデルとして選択される。 FIG. 13 shows the concept of evaluating the relationship between experimental properties obtained from experiments and properties obtained from models (predicted properties) for three models. Suppose that X1, X2, and X3 are highly related feature values, and model 1 uses only X1, model 2 uses X1 and X2, and model 3 uses X1, X2, and X3 to represent characteristic Y. . In this example, model number 3 is selected as the property prediction model because it has the smallest error and best represents the experimental properties.

次にプロセス情報検索部116は、処理S9-3で選択されたモデルに用いられている特徴量をキーとなる特徴量として決定する。図13の場合はX1,X2,X3をキーとなる特徴量として決定する(S9-4)。 Next, the process information search unit 116 determines the feature amount used in the model selected in step S9-3 as the key feature amount. In the case of FIG. 13, X1, X2 and X3 are determined as key feature amounts (S9-4).

次にプロセス情報検索部116は、処理S9-4で決定された特徴量に基づいて、キーワードを決定する(S9-5)。例えば、特徴量X1,X2,X3が、図10に示す「%phase 1」、「Average size of phase 1」、「%phase 2」とする。これらのデータ表現は、実施例のシステム中で定義されたものであり、「%phase X」は元素Xからなる相の面積率を示し、「Average size of phase X」は元素Xからなる相の平均サイズ(例えば面積)を示す。プロセス情報検索部116は、これらの特徴量からキーワードを生成する。例えば、「%phase 1」、「%phase 2」、「phase 1の平均サイズ」である。なお、phase 1、phase 2の1、2は、何らかの元素名(元素1、元素2)を示しているものとする。なお、サンプルの材料名「ABC」は、先にキーワードとして抽出されている(S9-2)。 Next, the process information search unit 116 determines a keyword based on the feature quantity determined in step S9-4 (S9-5). For example, let the feature quantities X1, X2, and X3 be "%phase 1", "Average size of phase 1", and "%phase 2" shown in FIG. These data expressions are defined in the system of the example, "%phase X" indicates the area fraction of the phase consisting of element X, and "Average size of phase X" indicates the area of the phase consisting of element X. Indicates the average size (eg area). The process information search unit 116 generates keywords from these feature amounts. For example, "%phase 1", "%phase 2", "average size of phase 1". 1 and 2 of phase 1 and phase 2 indicate some element names (element 1 and element 2). Note that the sample material name "ABC" was previously extracted as a keyword (S9-2).

その後、プロセスと特徴量の関係を検索するが、プロセスと特徴量の関係データをシステムが持っているかどうかで処理が分岐する(S9-6)。プロセス条件と特徴量の関係から探索する場合、磁気ディスク装置120のデータを用いて検索し、プロセス条件と特徴量の関係を表示する。また、外部の情報から探索する場合、関連する情報(例えば文献)を表示する。 After that, the relationship between the process and the feature quantity is searched, and the process branches depending on whether the system has the relationship data between the process and the feature quantity (S9-6). When searching from the relationship between the process conditions and the feature values, the data in the magnetic disk device 120 is used for searching, and the relationship between the process conditions and the feature values is displayed. Also, when searching from external information, related information (for example, literature) is displayed.

<8-1.システムがプロセス情報を持っている場合>
磁気ディスク装置120内部に記憶されている材料・プロセスデータ121、材料特性データ122において、サンプルの特徴量、材料・プロセス、および特性が関連付けられている場合には、所定の特性を得るためにキーとなる特徴量(たとえば図13の特徴量X1,X2,X3)に期待される変化を決定する(S9-7A)。このためには、(S9-3)で選択した特性予測モデルにおいて、図12のウインドウ1201で指定した特性変化を得るために、特徴量に求められる変化を決定する。例えば、図13の番号3のモデルで、特性Yを増加させるためには、特徴量X1,とX3を増加させ、X2を減少させる。
<8-1. If the system has process information>
In the material/process data 121 and the material property data 122 stored in the magnetic disk device 120, when the feature amount, material/process, and property of the sample are associated, a key is used to obtain the predetermined property. (S9-7A). For this purpose, in the characteristic prediction model selected in (S9-3), the change required in the feature amount is determined in order to obtain the characteristic change specified in the window 1201 of FIG. For example, in order to increase the characteristic Y in the model of number 3 in FIG. 13, the feature quantities X1 and X3 are increased and X2 is decreased.

処理S9-8Aでは、S9-7Aで決定した特徴量の変化を基にして、キーワードを定める。例えば、「特徴量X1*増加」、「特徴量X2*減少」、「特徴量X3*増加」である。プロセス情報検索部116は、検索ボタン1204の操作により、処理S9-2、S9-5、S9-8Aで定めたキーワードを用いて、材料・プロセスデータ121、特徴量データ126を検索する。 In process S9-8A, a keyword is determined based on the change in feature quantity determined in S9-7A. For example, "characteristic amount X1*increase", "feature amount X2*decrease", and "feature amount X3*increase". By operating the search button 1204, the process information search unit 116 searches the material/process data 121 and the feature amount data 126 using the keywords determined in steps S9-2, S9-5, and S9-8A.

たとえば、材料・プロセスデータ121において、特定の材料のサンプルとプロセスの関係が特定でき、特徴量データ126において、特定の材料のサンプルと特徴量の関係が特定できていれば、プロセスと特徴量の変化を示すデータが生成できる。このようなデータは、バッチ処理で材料・プロセスデータ121と特徴量データ126から生成して、プロセス・特徴量関係データ128として磁気ディスク装置120に保存しておいてもよい。この時、例えばデータ名を「特徴量X1とプロセスP1の関係データ」のように名付け、「増加」「減少」等のタグを付しておくことも望ましい。 For example, in the material/process data 121, if the relationship between a sample of a specific material and the process can be identified, and in the feature data 126, if the relationship between the sample of a specific material and the feature quantity can be identified, the relationship between the process and the feature quantity can be specified. Data showing changes can be generated. Such data may be generated from the material/process data 121 and the feature quantity data 126 by batch processing and stored in the magnetic disk device 120 as the process/feature quantity relationship data 128 . At this time, it is also desirable to name the data, for example, "relational data between feature quantity X1 and process P1" and attach tags such as "increase" and "decrease".

このようなプロセス・特徴量関係データ128を、前述のキーワードで検索する。 Such process/feature quantity relational data 128 is searched using the above-described keyword.

図12のウインドウ1205には、検索の結果抽出された特徴量とプロセスの関係を示すグラフが、特徴量の「増加」「減少」を示す矢印とともに表示されている。この例では、横軸に材料の攪拌回数が、縦軸に各種の特徴量が示されている。これにより、ユーザは材料に所定の特性の変化を生ぜしめるために、どのプロセスを変更すればよいかを知ることができる。 A window 1205 in FIG. 12 displays a graph showing the relationship between the feature amount extracted as a result of the search and the process, together with arrows indicating "increase" and "decrease" of the feature amount. In this example, the horizontal axis indicates the number of times the material is stirred, and the vertical axis indicates various feature amounts. This allows the user to know which process to modify to produce a given property change in the material.

<8-2.システムがプロセス情報を持っていない場合>
システムがプロセスと特徴量の関連データを持っていない場合には、既存のデータベースなどを利用してプロセス情報の検索を行う。
<8-2. If the system does not have process information >
If the system does not have related data on processes and feature quantities, it searches for process information using an existing database or the like.

材料特性とプロセスの関係を示すデータがない場合には、キーワードの一般的な表現を決定する(S9-7B)。一般化の手法としては、例えばシソーラスを用いて、処理S9-2で定めたキーワード「ABC」から「合金」や「polymer」へ変更する。または、「ビッカース強度」から、もっと広いキーワード「強度」又は「硬さ」へ変更する。また、処理S9-5で定めたキーワード、たとえば「%phase 1」から、「元素1」と「面積率」へ変更する。ウインドウ1203で用いるキーワードは、本システム特有な表現が用いられている場合があるので、ウインドウ1206には、対応する一般的なキーワードが示されている。キーワードの変換は、対応表や辞書を利用して行うことができる。例えば、「%phase1」は一般的な表記ではないので、「元素1」と「面積率」のように変換する。 If there is no data indicating the relationship between material properties and processes, determine general expressions for keywords (S9-7B). As a method of generalization, for example, a thesaurus is used to change the keyword "ABC" determined in step S9-2 to "alloy" or "polymer". Or change from "Vickers strength" to a broader keyword "strength" or "hardness". Also, the keywords determined in step S9-5, such as "%phase 1", are changed to "element 1" and "area ratio". Since the keywords used in window 1203 may use expressions unique to this system, window 1206 shows corresponding general keywords. Keyword conversion can be performed using a correspondence table or dictionary. For example, "%phase1" is not a general notation, so it is converted to "element 1" and "area ratio".

また、処理S9-7Bにおいては、図12に示す画面上で、キーワードをユーザが編集したり、追加したりできるようにしてもよい。最終的なキーワードの決定は、ユーザが確認した後に決定するようにしてもよい。あるいは、ユーザの確認は省略するようにしてもよい。 Further, in the process S9-7B, the user may be allowed to edit or add keywords on the screen shown in FIG. The final determination of keywords may be made after confirmation by the user. Alternatively, user confirmation may be omitted.

そして、入出力インタフェース104を介して既存の一般的な検索エンジンや研究データベースに接続し(S9-8B)、微細構造の特徴のプロセス制御に関する情報を検索してウインドウ1207に表示する(S9-10B)。サンプルのデータが増えた場合には、サンプル追加ボタン1208を用いて再計算を行う。 Then, it connects to an existing general search engine or research database through the input/output interface 104 (S9-8B), searches for information on process control of microstructure features, and displays it in a window 1207 (S9-10B). ). When the sample data increases, the sample addition button 1208 is used to perform recalculation.

以上説明した実施例によれば、材料開発において、組織計測装置又は組織画像を用いて、各試料の評価エリアサイズを決定し、その評価サイズ内にて組織特徴量抽出を行い、材料特性に最も影響度が高い組織特徴量を解析し、その組織特徴量の制御に関する情報を提供する材料組織解析システムが提供できる。組織画像の評価エリアサイズを決定することで異相量が少ない場合でも高信頼な特徴量を抽出することができる。さらに所定特性に対して重要な組織の制御に関する情報を提供することができる。また、画像データを入力とし、所定の出力を得るためのモデルを機械学習する際に、入力される画像データの面積として、決定された評価エリアサイズの面積を用いることで、モデルの出力として適切な値をえることができる。 According to the embodiment described above, in material development, the evaluation area size of each sample is determined using a tissue measurement device or a tissue image, and the tissue feature amount is extracted within the evaluation size, and the material characteristics are most suitable. It is possible to provide a material structure analysis system that analyzes a highly influential structure feature quantity and provides information on control of the structure feature quantity. By determining the evaluation area size of the tissue image, a highly reliable feature amount can be extracted even when the amount of heterogeneity is small. In addition, information can be provided regarding tissue control that is important for a given characteristic. In addition, when image data is input and machine learning is performed on a model to obtain a predetermined output, by using the area of the determined evaluation area size as the area of the input image data, it is possible to obtain an appropriate output for the model. value can be obtained.

制御部111、セグメンテーション部112、評価エリアサイズ決定部113、特徴量抽出部114、統計的分析部115、プロセス情報検索部116、材料・プロセスデータ121、材料特性データ122、SEM画像データ123、ラベリング画像データ124、ラベリングモデル125、特徴量データ126、統計的分析結果データ127、プロセス・特徴量関係データ128。 Control unit 111, segmentation unit 112, evaluation area size determination unit 113, feature amount extraction unit 114, statistical analysis unit 115, process information search unit 116, material/process data 121, material property data 122, SEM image data 123, labeling Image data 124 , labeling model 125 , feature amount data 126 , statistical analysis result data 127 , process/feature amount relationship data 128 .

Claims (14)

入力部と、出力部と、記憶部と、処理部を備え、サンプルを観察した観察画像のラベリング画像から特徴量を計算して、前記サンプルを評価する情報処理システムであって、
複数の前記観察画像または複数の前記ラベリング画像から、各画像の特徴量を計算する、特徴量抽出部と、
各画像の特徴量の分布に基づいて、前記特徴量を計算して前記サンプルを評価するラベリング画像の面積を決定する、評価エリアサイズ決定部を備え、
前記評価エリアサイズ決定部は、
異なる製造プロセスによるサンプルを観察した観察画像のラベリング画像を評価する場合であって、前記サンプル間における製造プロセスの差分が所定の範囲内である場合には、
一の製造プロセスによるサンプルを評価するラベリング画像の面積を、他の製造プロセスによるサンプルを評価するラベリング画像にも適用する
報処理システム。
An information processing system that includes an input unit, an output unit, a storage unit, and a processing unit, and calculates a feature amount from a labeling image of an observed image obtained by observing a sample to evaluate the sample,
a feature amount extraction unit that calculates a feature amount of each image from the plurality of observation images or the plurality of labeling images;
An evaluation area size determination unit that calculates the feature amount based on the distribution of the feature amount of each image and determines the area of the labeling image for evaluating the sample,
The evaluation area size determination unit
When evaluating labeling images of observed images obtained by observing samples with different manufacturing processes, and when the difference in the manufacturing process between the samples is within a predetermined range,
Applying the area of the labeling image for assessing the sample from one manufacturing process to the labeling image for assessing the sample from the other manufacturing process ,
Information processing system.
入力部と、出力部と、記憶部と、処理部を備え、サンプルを観察した観察画像のラベリング画像から特徴量を計算して、前記サンプルを評価する情報処理システムであって、
複数の前記観察画像または複数の前記ラベリング画像から、各画像の特徴量を計算する、特徴量抽出部と、
各画像の特徴量の分布に基づいて、前記特徴量を計算して前記サンプルを評価するラベリング画像の面積を決定する、評価エリアサイズ決定部を備え、
相関計算部を有し、
前記相関計算部は、
異なる製造プロセスによるサンプルを観察した観察画像のラベリング画像の特徴量を入力とし、
前記異なる製造プロセスによるサンプルの材料特性を入力とし、
前記材料特性に対する前記特徴量の影響度を算出する
報処理システム。
An information processing system that includes an input unit, an output unit, a storage unit, and a processing unit, and calculates a feature amount from a labeling image of an observed image obtained by observing a sample to evaluate the sample,
a feature amount extraction unit that calculates a feature amount of each image from the plurality of observation images or the plurality of labeling images;
An evaluation area size determination unit that calculates the feature amount based on the distribution of the feature amount of each image and determines the area of the labeling image for evaluating the sample,
having a correlation calculation unit,
The correlation calculation unit
The input is the feature value of the labeling image of the observed image of the sample observed by different manufacturing processes,
taking as input the material properties of the samples from the different manufacturing processes;
calculating the degree of influence of the feature quantity on the material properties ;
Information processing system.
プロセス情報検索部を有し、
前記プロセス情報検索部は、
前記材料特性に対する影響度に基づいて選定されたキーとなる特徴量を入力とし、該キーとなる特徴量に基づいて、検索のためのキーワードを決定する、
請求項記載の情報処理システム。
has a process information search unit,
The process information search unit is
inputting a key feature amount selected based on the degree of influence on the material properties, and determining a keyword for searching based on the key feature amount;
3. The information processing system according to claim 2 .
前記記憶部は、
異なる製造プロセスによるサンプルのプロセス条件と、該サンプルを観察した観察画像のラベリング画像の特徴量の関係を記録したプロセス・特徴量データを格納し、
前記キーワードで前記プロセス・特徴量データを検索する、
請求項記載の情報処理システム。
The storage unit
Storing process/feature data that records the relationship between the process conditions of the sample by different manufacturing processes and the feature of the labeling image of the observation image obtained by observing the sample,
searching the process/feature data with the keyword;
4. The information processing system according to claim 3 .
前記評価エリアサイズ決定部は、
特徴量の偏差、特徴量の分散、各特徴量と特徴量の平均値の差、特徴量の標準偏差、および特徴量同士の差分の少なくとも一つに基づいて、前記ラベリング画像の面積を決定する、
請求項1または2記載の情報処理システム。
The evaluation area size determination unit
Determining the area of the labeling image based on at least one of the deviation of the feature amount, the variance of the feature amount, the difference between each feature amount and the average value of the feature amount, the standard deviation of the feature amount, and the difference between the feature amounts. ,
3. The information processing system according to claim 1 or 2 .
前記評価エリアサイズ決定部は、
特徴量の偏差、特徴量の分散、各特徴量と特徴量の平均値の差、特徴量の標準偏差、および特徴量同士の差分の少なくとも一つが、所定閾値より小さくなるまで、前記ラベリング画像の面積を大きくする、
請求項1または2記載の情報処理システム。
The evaluation area size determination unit
until at least one of the deviation of the feature amount, the variance of the feature amount, the difference between each feature amount and the average value of the feature amount, the standard deviation of the feature amount, and the difference between the feature amounts becomes smaller than a predetermined threshold, increase the area
3. The information processing system according to claim 1 or 2.
前記ラベリング画像は、前記観察画像の画像中の各部分を、含有元素および結晶構造の少なくとも一つに基づいて複数の相に区分した画像である、
請求項1または2記載の情報処理システム。
The labeling image is an image in which each portion in the image of the observation image is divided into a plurality of phases based on at least one of the contained elements and the crystal structure.
3. The information processing system according to claim 1 or 2 .
前記特徴量抽出部は、前記ラベリング画像の各相の面積率、平均面積、および形状情報のうち、少なくとも一つを特徴量として計算する、
請求項記載の情報処理システム。
The feature amount extraction unit calculates at least one of the area ratio, average area, and shape information of each phase of the labeling image as a feature amount.
The information processing system according to claim 7 .
前記特徴量抽出部は、同一プロセスのサンプルから得た、複数の前記観察画像あるいは複数の前記ラベリング画像から、各画像の特徴量を計算する、
請求項1または2記載の情報処理システム。
The feature amount extraction unit calculates the feature amount of each image from a plurality of the observed images or a plurality of the labeling images obtained from samples of the same process.
3. The information processing system according to claim 1 or 2 .
前記特徴量抽出部は、
前記評価エリアサイズ決定部で決定されたラベリング画像の面積を適用して、複数のサンプルを観察した観察画像のラベリング画像から特徴量を計算する、
請求項1または2に記載の情報処理システム。
The feature quantity extraction unit is
Applying the area of the labeled image determined by the evaluation area size determination unit, calculating the feature amount from the labeled image of the observed image obtained by observing a plurality of samples;
The information processing system according to claim 1 or 2 .
入力部と、出力部と、記憶部と、処理部を備える情報処理装置で実行され、サンプルを観察した観察画像のラベリング画像から特徴量を計算する情報処理方法であって、
同一条件で作成されたサンプルに関する、複数の前記観察画像あるいは複数の前記ラベリング画像から、各画像の特徴量を計算する、特徴量抽出処理と、
各画像の特徴量の分布に基づいて、前記特徴量を計算して前記サンプルを評価するラベリング画像の面積を決定する、評価エリアサイズ決定処理と、
を行い、
前記評価エリアサイズ決定処理において、
予め所定のサイズと解像度で規格化されたラベリング画像を準備する第1のステップ、
前記規格化されたラベリング画像を複数結合する第2のステップ、
前記第2のステップに引き続き、複数結合したラベリング画像を複数のサイズ評価用画像に分割する第3のステップ、
前記第3のステップに引き続き、前記サイズ評価用画像のそれぞれについて特徴量を計算する第4のステップ、
前記第4のステップに引き続き、前記特徴量のばらつきの状況を評価する第5のステップ、
前記第5のステップに引き続き、前記ばらつきの状況に基づいて、前記第2のステップに戻って結合する規格化されたラベリング画像の数を増やすか、あるいは、現状のサイズ評価用画像のサイズにより、前記サンプルを評価するラベリング画像の面積を決定するかを決定する、第6のステップ、
を行い、
前記第6のステップで決定されたラベリング画像の面積を適用して、製造プロセスまたは組成が異なる条件で撮像された複数のサンプルを観察した観察画像のラベリング画像から特徴量を計算する第7のステップ、
前記製造プロセスまたは組成が異なる条件で撮像された複数のサンプルの材料特性のデータを準備する第8のステップ、
前記特徴量と前記材料特性との相関解析を行い、前記材料特性に対する前記特徴量の影響度を評価する第9のステップ、
前記特徴量の影響度の評価結果に基づいて、前記材料特性の目標値に適応する特徴量に基づいて、データ検索のためのキーワードを決定する第10のステップ、
を行う情報処理方法。
An information processing method that is executed by an information processing device that includes an input unit, an output unit, a storage unit, and a processing unit, and calculates a feature amount from a labeling image of an observation image obtained by observing a sample,
feature quantity extraction processing for calculating the feature quantity of each image from a plurality of the observed images or a plurality of the labeling images relating to samples created under the same conditions;
Evaluation area size determination processing for determining the area of a labeling image for evaluating the sample by calculating the feature amount based on the distribution of the feature amount of each image;
and
In the evaluation area size determination process,
A first step of preparing a labeling image that has been standardized in advance with a predetermined size and resolution;
a second step of combining a plurality of said normalized labeling images;
a third step, subsequent to the second step, of dividing the combined labeling images into a plurality of size evaluation images;
a fourth step of calculating a feature amount for each of the size evaluation images, following the third step;
Following the fourth step, a fifth step of evaluating the state of variation in the feature amount,
Following the fifth step, based on the variation situation, return to the second step to increase the number of normalized labeling images to be combined, or depending on the size of the current size evaluation image, a sixth step of determining whether to determine the area of the labeling image to assess the sample;
and
A seventh step of applying the area of the labeling image determined in the sixth step to calculate the feature amount from the labeling image of the observation image obtained by observing a plurality of samples imaged under conditions with different manufacturing processes or compositions. ,
an eighth step of preparing material property data for a plurality of samples imaged under different conditions of the manufacturing process or composition;
A ninth step of performing a correlation analysis between the feature quantity and the material properties, and evaluating the degree of influence of the feature quantity on the material properties;
A tenth step of determining a keyword for data search based on the feature amount adapted to the target value of the material property, based on the evaluation result of the degree of influence of the feature amount;
information processing method for
前記第5のステップでは、
特徴量の偏差、特徴量の分散、各特徴量と特徴量の平均値の差、特徴量の標準偏差、および特徴量同士の差分を計算する、
請求項11記載の情報処理方法。
In the fifth step,
Calculate the feature deviation, the feature variance, the difference between each feature and the mean of the feature, the standard deviation of the feature, and the difference between the features;
The information processing method according to claim 11 .
前記第6のステップでは、
特徴量の偏差、特徴量の分散、各特徴量と特徴量の平均値の差、特徴量の標準偏差、および特徴量同士の差分が、所定閾値より小さくなった場合、現状のサイズ評価用画像のサイズにより、前記サンプルを評価するラベリング画像の面積を決定する、
請求項11記載の情報処理方法。
In the sixth step,
If the deviation of the feature amount, the variance of the feature amount, the difference between each feature amount and the average value of the feature amount, the standard deviation of the feature amount, and the difference between the feature amounts are smaller than a predetermined threshold, the current size evaluation image determining the area of the labeling image for evaluating said sample by the size of
The information processing method according to claim 11 .
画像データを入力とし、所定の出力を得るためのモデルを機械学習する際に、
入力される前記画像データの面積として、決定された前記サンプルを評価するラベリング画像の面積を用いる、
を行う請求項11記載の情報処理方法。
When machine learning a model that takes image data as input and obtains a predetermined output,
using the determined area of the labeling image for evaluating the sample as the area of the input image data;
The information processing method according to claim 11 , wherein
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楜澤 信、外2名,"生産システムにおける画像技術",映像情報メディア学会誌,日本,(社)映像情報メディア学会,2011年11月01日,Vol.65, No.11,pp.1490-1496

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