JPH0435171A - 画像二値化装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、半導体プロセスに用いるレチクル。

マスク、ウェハの表面上に形成された幾何学的パターン
を撮像したビデオ信号の画像処理に用いられる画像二値
化装置に関する。

［従来の技術］ 従来、この種の装置は、撮像装置により得られたアナロ
グ・ビデオ信号をＡ／ＤコンバータによりＮピッＩ・階
調の多値ディジタル・ビデオ信号に変換した画像データ
を使用し、この画像データをある一定の閾値で単純二値
化するか、或いは周辺のパターン情報から、例えば孤立
点であれば画像の変調度に合った閾値に変えて二値化す
る操作により、二値化後に画像情報が失われないように
する処理を行っている。また微分や積分といった演算手
法を応用した２次元の画像フィルタを用いた画像の二値
化処理も行われている。

［発明が解決しようとする問題点］ しかしながら、このような従来の画像二値化装置におい
ては、Ｎビットの多値ディジタルビデオ信号を二値のビ
デオ信号に変換する際に発生する量子化誤差の影響によ
り、本来直線部分になるべきところのエツジパターン部
分に１画素の凹凸が発生するという問題点があった。

本発明は、このような従来の問題点に鑑みて成されたも
ので、里子化誤差に起因した１一画素の凹凸の発生を抑
え、かつエツジ・パターン部分に欠けや突起の形状が存
在する場合には、その情報が二値化後の画像においても
失われない二値化画像を発生できる画像二値化装置を提
供することを目的とする。

［問題点を解決するための手段］ この目的を達成するため本発明の画像二値化装置は次の
ように構成する。尚、実施例図面中の符号を併せて示す
。

即ち、本発明にあっては、 Ｎビットの多値ディジタル・ビデオ信号を二次元の形で
取出す多値画像ウィンドウ回路３と；ディジタルビデオ
信号を周囲画像との相関等で可変される閾値で二値化す
る二値化回路１１と；前記ディジタル・ビデオ信号を一
定の閾値で二値化する単純二値化回路４と・ 単純二値化回路４からの単純二値化画像データを二次元
の形で取り出す二値画像ウィンドウ回路５と・ 二値画像ウィンドウ回路５からの二次元二値画像データ
と予め定められた角度毎、例えば０゜４５°　　９０°
毎のエツジテンプレートとを比較照合してエツジの存在
及びエツジ方向を検出するエツジ検出回路７と： 多値画像ウィンドウ回路３の出力する多値画像データと
エツジ検出回路７の出力するエツジ検出情報とに基づい
て生成したアドレスに予め記憶されている２種の平滑二
値画像データＰｗ、Ｐ、を読出すルック・アップ・テー
ブル回路と；出力済みの平滑二値画像データを二次元の
形で取出す平滑二値画像ウィンドウ回路９と：エッジ検
出回路７のエツジ検出出力が得られていない時に二値化
回路１１の出力を選択し、エツジ検出回路７のエツジ検
出出力が得られた時には、平滑二値画像ウィンドウ回路
９で取出されたエツジ方向に位置する直前の平滑二値画
像データＰＳＭに基づいてルック・アップ・テーブル回
路６から出力される２種の平滑二値画像データＰｗ、Ｐ
。

のいずれか一方を選択する選択回路８と：とを備えた画
像二値化回路を構成したものである。

［作用］ このような構成を備えた本発明の画像二値化装置によれ
ば次の作用が得られる。

まず、多値画像データから生成された単純二値画像デー
タを、エツジ検出用のテンプレートにマツチングさせ、
エツジの存在およびエツジの方向を検出する。エツジが
検出された場合は、現在処理中の画素に向かってエツジ
方向に並んだ多値画素列Ｐ。ＰＩＦ２（但しＰ。は処理
画素の多値画素）の合成多値画像データ（Ｎ×３ビット
）とエツジ検出情報とから生成したアドレスに格納され
ている平滑二値化データをルック・アップ・テーブル方
式により読出す。即ち、ルック・アップ・テーブルを参
照して、これから二値化を行おうとする画素のエツジ方
向に隣接する直前の平滑二値画像が黒の場合の画像デー
タＰＲと、白の場合の画像データＰｗとの二通りのデー
タを決定する。

次に既に出力済みのエツジ方向の隣接する直前の平滑二
値画像の値によって二通りの画像データ■）ｗ、Ｐｒｌ
のいずれか一方を選択する。当然、直前の平滑二値画像
の値が白の時は画像データＰｗが選択され、黒の時は画
像データＰＲが選択される。エツジか検出されない場合
は、画像データＰｗ、Ｐｎとも選択されることはなく、
任意の閾値を使用した二値化回路で二値化された画像デ
ータを選択する。

このように本発明では、エツジ上に存在する画素を処理
する際には、エツジ上の画素列の多値デ〜りの変化量と
、既に二値化された隣接する二値画像をフィードバック
することにより、工・メジ上の多値データを、量子化誤
差による変動で発生しやすい凹凸を抑制した二値化画像
データに変換することができる。

［実施例］ 第１図は、本発明の一実施例を示した実施例構成図であ
る。

第１−図において、カメラ１により資料１０上の幾何学
的パターンを撮像する。カメラ１より出力されたアナロ
グ・ビデオ信号はＡ／Ｄコンバータ２に入力される。Ａ
／Ｄコンバータ２は、アナログ・ビデオ信号をＮビット
（Ｎ＞１．）の多値ディジタル画像データに変換する。

Ａ　／　Ｉ）コンバータ２からの多値画像データは、多
値画像データを二次元の形で取出す多値画像ウィンドウ
回路３．多値画像データを一定の閾値で二値化する単純
二値化回路４．及び周囲画像との相関により可変される
閾値等で多値画像データを二値化する任意の二値化回路
１↑に入力される。多値画像ウィンドウ回路３の出力は
、ルック・アップ・テーブル回路６に入力される。単純
二値化回路４の出力は二値画像ウィンドウ回路５に入力
され、二次元の二値画像に変換され、エツジ検出回路７
に入力される。

エツジ検出回路７は予め定めた角度のエツジテンプレー
トを使用してエツジの存在及びエツジ方向を検出する。

エツジ検出回路７の出力となるエツジ方向フラグは、ル
ック・アップ・テーブル回路６に入力される。ルック・
アップ・テーブル回路６は、多値画像ウィンドウ回路３
の出力する多値画像データとエツジ検出回路７の出力す
るエツジ方向フラグとに基づいてメモリアドレスを生成
し、このメモリアドレスに予め記憶されている２種の平
滑二値画像データＰｗ、ＰＢを読出ず。即ち、ルック・
アップ・テーブル回路６は、これから二値化を行おうと
する画素のエツジ方向に隣接する直前の平滑二値画像が
黒の場合の画像データＰ１１と、白の場合の画像データ
Ｐｗとの二通りのデータを決定する。

画像選択回路８には、ルック・アップ・テーブル回路６
の出力である画像データＰＩｌ、Ｐｗに値化回路１１−
から出力された二値画像データＰＳＩ’、エツジ検出回
路７からのエツジ方向フラグ、及び平滑二値画像ウィン
ドウ回路９からの既に二値化された二次元の平滑二値化
画像データが入力される。この画像選択回路の選択動作
は次のようになる。

■エツジ検出回路７からエツジ方向フラグが得られてい
ない時は、二値化回路１１の出力を選択する。

■エツジ検出回路７からエツジ方向フラグが得られた時
は、平滑二値画像ウィンドウ回路９で取出されたエツジ
方向に位置する直前の平滑二値画像データに基づいてル
ック・アップ・テーブル回路６から出力される２種の平
滑二値画像データＰｗ、ＰＲのいずれか一方を選択する
。

更に、平滑二値画像ウィンドウ回路９には画像選択回路
８で選択された出力済の各エツジ方向に存在する直前の
二値画像データが二次元的に取出されて格納されている
。

次に第１−図のように構成された画像二値化装置の動作
を装置構成の詳細と共に説明する。

まずカメラ１で試料１０の幾何学的パターンを撮像し、
カメラ１の出力であるアナログ・ビデオ信号は、ラスタ
・スキャンの信号形式でＡ　／　Ｉ）コンバータ２に入
力される。本実施例では、Ａ／Ｄコンバータ２は、４ビ
ットのディジタル・ビデオ信号を出力するものとする。

Ａ／Ｄコンバータ２の出力は、まず４ビツトの状態をあ
る一定の閾値、例えば７という閾値で二値化するために
単純二値化回路４に入力される。単純二値化回路４の出
力は第２図に取出して示す二値画像ウィンドウ回路５に
入力される。

第２図において、二値ウィンドウ回路５は、ラスタ・ス
キャンの１ライン分相当（以下ＩＨと表現）のデイレイ
を行う素子であるＩＨデイレイ２０〜２４を５個もって
おり、これによりライン遅れを５ライン分作り出し、二
次元の二値画像データを作り出している。続いて二次元
の二値画像データをシフトレジスタ２５〜２９に入力し
、５画素×５画素のウィンドウを作り出している。シフ
トレジスタ２５〜２９に示したＤ＋、＋　　（ｊ＝ｉ−
〜５、ｊ−１−〜５）において、ｉはＩＨでの時間を示
しており、値が大きいほど時間的に遅い画素であり、ｊ
は］。Ｈ〜５Ｈまでの何ライン目かを示しており、値が
大きいほど時間的に遅いラインとなる。そしてり、Ｉは
単純二値化後の画素の値（１又は０）を示している。

多値画像ウィンドウ回路３も第２図に示すように、同様
に１Ｈデイレイ］−２〜１６とシフトレジスタ」−７〜
１９で構成されているが、ウィンドウ・サイズは、５画
素×３画素となっている。

更に平滑二値画像ウィンドウ回路９は第４図に示すよう
に、ＩＨ−３デイレイ・ライン３４とシフトレジスタ３
５〜３６によって構成されている。

これら３種類のウィンドウ回路３，５．９の出力である
画像データ（Ｍｌ、１）、（Ｄｌ、１）、（Ｓｌ、＋）
の時間軸上での位置関係は第６図に示すようになる。

次にエツジ検出回路７を第３図を参照して説明する。

エツジ検出回路７は第３図に示すように、例えば９０°
エツジ・テンブレー）３０，０°エツジ・テンプレート
３１，１３５°エツジ・テンブレ）３２．４５°エツジ
・テンブレー１・３３の４種類のエツジ・テンプレート
を備えている。テンプレート３０〜３３において、 Ａ１〜Ａ５＝１且っＢ１−Ｂ５−０の状態或いは Ａ１〜Ａ５＝０且っＢ１〜Ｂ５＝１の状態のどちらかで
あれば０１〜Ｃ５上にエツジが存在していると判断する
。よって、この４種類のテンプレート３０〜３３で合計
４種類のエツジ方向を検出することができる。このよう
にしてエツジが検出されると、検出されたエツジの方向
に応じて、４種類のエツジ方向フラグを発生する。この
エツジ方向フラグは、第２図に示す二値画像ウィンドウ
回路５による５画素×５画素のウィンドウの中心画素で
ある（Ｄ３．３）、（Ｍ３．３）に同期して発生するよ
うになっている。つまり、ある任意の時刻ｔにおける（
Ｄ、、ｉ）のウィンドウ内のブタ群においてその中心画
素である（Ｄ３．３）を通るエツジが存在している時に
、エツジ方向フラグが発生ずるのである。

このエツジ検出回路７の出力であるエツジ方向フラグと
、多値画像ウィンドウ回路３の出力である（Ｍ、、Ｉ）
の多値データ群は、第７図に示すラッチ及びデータセレ
クト回路３７に入力される。

ラッチ及びデータセレクト回路３７では、エツジ方向フ
ラグの種類によって、第５図に示す４種類の多値データ
列のうちの１つを選択し、ルック・アップ・テーブル回
路６内のメモリ３８のデータを参照するアドレスの一部
を生成する。例えば、第３図に示すＯ０エツジ・テンブ
レー１・３１によってエツジが検出されると、０°エツ
ジ・フラグが発生し、第７図に示すように、０°エツジ
・フラグにより、ラッチ及びデータセレクト回路３７で
０エツジ多値データ（Ｍｌ、　３　、Ｍ２．３　、Ｍ３
．３　）がラッチされる。この３つの多値データ（Ｍｌ
、３、Ｍ２．３　、Ｍ３．３　）は、第５図に示した、
０°工ツジ多値データ列（Ｐ２．Ｐｌ、ＰＯ）の位置に
相当する（Ｍｌ、１）のデータである。つまり、多値デ
ータ列（Ｐ２　、　　Ｐｌ　、　　Ｐａ　）は、発生し
たエツジ方向フラグの種類によって（Ｍｌ、＋）のどの
ブタと対応するかが変わるのである。これによって、エ
ツジの方向によらず共通のメモリのデータ参照を行うこ
とが可能となる。

次に、ラッチ及びデータセレクト回路３７でラッチ及び
セレクトされた多値データ列（Ｐ２．Ｐｌ、Ｐｏ）は、
メモリ３８のアドレスの一部としてメモリ３８に入力さ
れる。同時にエツジ方向フラグもエンコーダ５１を介し
て２ビツトのアドレスとしてメモリ３８に入力される。

よって、多値データＰ２＋　　Ｐｌ、ＰＯの各々が４ビ
ツトなので、メモリ３８には、エツジ方向を示す２ビッ
トと多値データ列（Ｐ２．ｐ、、Ｐｏ）の合計ピッＩ・
数１２とを合成した１４ビツトのアドレスが入力される
ことになる。このメモリ３８内には、１４ビツトのアド
レスの組合わせによって示されるエツジ部分の情報に対
する答え、つまり５画素×５画素ウィンドウの中心画素
にあたる（Ｍ３．３）の多値データを１にすべきか０に
すべきかの平滑二値化データが記憶されている。

しかしながら、メモリ３８にはエツジ方向での直前に平
滑二値化された二値画像データは入力されていない。例
として、０°エツジが検出された場合の中心画素となる
（Ｍ３．３）の直前の平滑二値画像（３２，３）につい
て考えると、中心画素（Ｍ３．、（）の発生する時刻を
ｔｌとすると、平滑二値画像（８２，３）はｔ　Ｏ（ｔ
　Ｏ＜ｔ　Ｉ　）に発生している。ｔｌとｔｏの間隔は
本実施例の回路を同期駆動するための１クロツク分の時
間でしかない。

よって最近の高解像度のカメラを用いた場合の１画素、
すなわち１クロツク・タイミングは周波数にして、数十
Ｍ　Ｈｚにも達しているため、リアル・タイムの画像処
理において、時刻ｔｏの画素を、時刻ｔ１の画素の二値
化の処理用の回路にフィード・バックするための時間の
マージンが非常に小さいという問題がある。そこで、本
発明においては、予め直前の平滑二値画像が１の場合と
０の場合に、現在処理中の画素（Ｍ３．３）が二値化さ
れるべき値である白データＰｗと黒データＰ６の２つを
メモリ３８から出力するようになっている。

そして、最終的に第７図に示す構成の画像選択回路８に
、平滑二値画像ウィンドウ回路９からエツジ方向の隣接
する平滑二値画像をフィードバックさせることにより、
メモリ３８から出力された画像データＰｗまたはＰ８を
選択する。即ち、隣接する平滑二値画像が１−ならば白
データＰｗを選択し、０ならば黒データＰＢを選択する
ようにな」−６ っている。また画像選択回路８では、エツジが検出され
ていない場合は、無条件に任意の二値化回路１１の出力
が平滑二値画像ＰＳＭとして出力されるようになってい
る。これは、本発明がエツジ部分の平滑化を目的とした
ため、エツジを検出していない場合は、既存の他の二値
化回路の結果を使用すれば良いので、このような回路構
成となっている。

画像選択回路８は第７図に示すように、エツジ方向フラ
グにより選択的にオンされる電子スイッチ３９〜４２に
より二値平滑画像ウィンドウ回路９からのエツジ方向の
隣接する平滑二値画像データの１つを選択し、インバー
タ４６、ＡＮＤゲート４３．４５及びＯＲゲート４４で
成る回路でメモリ３８からの画像データＰｗ、ＰＲのい
ずれか一方を選択する。更に、ＯＲゲート４７から４種
類の角度のエツジ方向フラグのいずれも得られていない
場合には、ＡＮＤゲー）４８，５２、ＯＲゲート４９及
びインバータ５０でなる回路で、任意の二値化回路１１
からの二値化画像データＰｓｉ’を選択して出力する。

次に第７図のメモリ３８に格納されるルックアップテー
ブルについて説明する。

第８図は第３図の４つのエツジプレー１・において、エ
ツジ方向に並んだ３つの画素データＣ１゜Ｃ２，Ｃ３を
対象とし、Ｃ，、Ｃ２に基づいて現在処理中の画像デー
タＣ３の平滑二値化に使用する閾値を決める閾値テーブ
ルの一例を示している。

第８図において、まず、直前の０２の二値化の結果が０
（黒）か１−（白）かにより閾値グループが分かれる。

次に０１と０２の大小関係を比較し、大小結果に応じて
更に２つの閾値グループに分かれる。そして最終的に直
前のＣ２の値により選択された閾値グループの中の対応
する値が０３の二値化に使用する閾値として決定される
。

例えば４ビツト１６進データにつき （Ｃ＋　、　　Ｃ２、Ｃ３）　−（６，６，７）であっ
た場合には、直前の０２の二値化結果が０（黒）であっ
たとすると、 Ｃ１≧０２ であることから、丸印で示す閾値８が選択され、その結
果、Ｃ４＝７はＯ（黒）に二値化される。

このような閾値テーブルから二値化の閾値を決定するた
めには、直前の０２の二値化結果がわかけなければなら
ない。しかし、前述した処理サイクルの制約から直前の
０２の二値化結果をテーブルアクセスに使用できない。

そこで本発明にあっては、第８図の閾値テーブルにおい
て直前の０２の二値化結果がＯ（黒）であった場合と、
１　（白）であった場合との両方について２つの閾値を
決め、この２つの閾値による二値化の結果をＰ８データ
及びＰｗデータとしてメモリ３８に予め格納してルック
アップテーブルを作っている。

例えば （ＣＩ、Ｃ２，Ｃ３）　−（６，６，７）の場合、直前
のＣ２の二値化結果は分っていないため、 ■Ｃ２二値化結果−０（黒）の時の閾値８によるＣ３の
二値化データＰＩｌ　； ■Ｃ２二値化結果−１−（白）の時の閾値５によるＣ３
の二値化データＰｗ： を各々登録しておき、テーブルアクセスでｐＨとＰｗの
両方を読出すものである。

尚、上記の実施例にあってはルック・アップ・テーブル
回路６のメモリ３８に画像データＰｗ１、ＰＲ＝０を記
憶し、エツジ検出時に読出していずれか一方を選択して
いるが、もしエツジ上の画素間の多値データの差が量子
化誤差の範囲を越えるような場合、例えば１−６階調の
多値データで９、　８．　５．　９．　８ といった多値データのエツジが存在した時は、９、　８
．　５ という多値データ列をメモリのアドレスとして入力した
場合に、５に相当する出力の画像データＰ９もＰ８も共
に０とするようにメモリ３８の内容を設定しておけば良
い。このようにメモリ３８の内容を変更するだけで、エ
ツジ部に存在する欠けや突起のような異常パターン部分
を二値化の段階でどの程度まで再現させるかを自由に設
定することも可能である。

また、上記の実施例では、５画素×５画素のウィンドウ
によりエツジを検出する例を述べたが、本発明でのウィ
ンドウのサイズには、特に制限はなく、ウィンドウ・サ
イズを大きくしていけば、それだけ多くの角度のエツジ
を認識できるようになるのできめ細かなエツジ平滑化が
可能となる。

この場合は、当然、エツジ検出用のテンプレートの種類
は増加する。

更に、本発明ではメモリ３８の内容を変更することで、
例えば ９、　８．　５．　９．　８ といった多値データのエツジが存在したとき、前出の例
では出力の画像データＰｗもＰＢも５に相当する位置で
は０にしたが、これを逆に１−にするように設定してお
けは、エツジ部分の微小な欠陥を無視するといった応用
も可能となる。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明によれば、エツジをテンプレ
ートで検出し、そのエツジ上の多値データ及びエツジ上
で既に平滑二値化された画像デ夕をフィード・バックし
て、これから二値化しようとする画素の値を決定するた
め、エツジ上の傾きのみならず、直前の画素が１−であ
るか０であるかの情報をこれから二値化を行おうとする
画素の値を決定するための判断材料にしているので、画
素間の多値データの量子化誤差がある場合でも直前の画
素と同じ値に二値化するといったことが可能となり、一
定の閾値で二値化する場合に発生ずる量子化誤差による
凹凸の発生を確実に抑制できる効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による画像二値化装置の一実施例を示し
た実施例ブロック図； 第２図は第１１図の多値画像ウィンドウ回路及び二値画
像ウィンドウ回路の詳細構成図、 第３図は第１図のエツジ検出回路内の４種類のエツジ・
テンプレート説明図； 第４図は第１図の平滑二値画像ウィンドウ回路の詳細構
成図； 第５図は第１図のルック・アップ・テーブル回路のアド
レス生成に使用する４種類のエツジ多値デタ列の位置関
係図； 第６図は本発明の多値画像ウィンドウ回路、二値画像ウ
ィンドウ回路及び平滑二値画像ウィンドウ回路の出力信
号の画素位置関係図； 第７図は第１図のルック・アップ・テーブル回路と画像
選択回路の詳細構成図； 第８図は本発明のルックアップテーブルの作成に用いる
閾値テーブル説明図である。 ［主要部分の符号の説明］ ４；カメラ ２　；　Ａ／Ｄコンバータ： ３；多値画像ウィンドウ回路 ４；単純二値化回路 ５；二値画像ウィンドウ回路 ６；ルック・アップ・テーブル回路 ７・エツジ検出回路 ８；画像選択回路 ９；平滑二値画像ウィンドウ回路 １−０：試料 １１−；任意の二値化回路 １２〜１６；４ｂｉｔ階調Ｌ　Ｈデイレイ・ライン１７
〜１９；４ｂｉｔ階調シフトレジスタ２０〜２４；Ｉｂ
ｌｔ階調ＩＨデイレイ・ライン２５〜２９；Ｉｂｌｔ階
調シフト・レジスタ３０；９０°エツジ・テンプレート ３１；０°エツジ・テンプレート ３２　、１．３５°エツジ・テンプレート３３．４５°
エツジ・テンプレート ３４；Ｉｂｌｔ階調ＩＨ−３デイレイ・ライン３５〜３
６　；　］、　ｂ　ｉ　を階調シフト・レジスタ３７；
ラッチ及データ・セレクト回路 ３８；メモリ ３９〜４２；電子スイッチ ４３〜５０；各種ゲート ５１−；エンコーダ ５２；ゲート

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）Ｎビットの多値ディジタル・ビデオ信号を二次元
   の形で取出す多値画像ウィンドウ回路と；前記デジィタ
   ルビデオ信号を周囲画像との相関等により可変される閾
   値で二値化する二値化回路と； 前記ディジタル・ビデオ信号を中央値を閾値として単純
   二値化する単純二値化回路と； 該単純二値化回路からの単純二値化画像データを二次元
   の形で取り出す二値画像ウィンドウ回路と； 該二値画像ウィンドウ回路からの二次元二値画像データ
   と予め定められた角度毎のエッジテンプレートとを比較
   照合してエッジの存在及びエッジ方向を検出するエッジ
   検出回路と； 前記多値画像ウィンドウ回路の出力する多値画像データ
   と前記エッジ検出回路の出力するエッジ検出情報とに基
   づいて生成したアドレスに予め記憶されている２種の平
   滑二値画像データを読出すルック・アップ・テーブル回
   路と； 出力済みの平滑二値画像データを二次元の形で取出す平
   滑二値画像ウィンドウ回路と； 前記エッジ検出回路のエッジ検出出力が得られていない
   時に前記二値化回路の出力を選択し、前記エッジ検出回
   路のエッジ検出出力が得られた時には、前記平滑二値画
   像ウィンドウ回路で取出されたエッジ方向に位置する直
   前の平滑二値画像データに基づいて前記ルック・アップ
   ・テーブル回路から出力される２種の平滑二値画像デー
   タの一方を選択する選択回路と； を備えたことを特徴とする画像二値化装置