JPH05189571A - パターンマッチング方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 画像圧縮による時間短縮効果を維持した上で
誤認識の少ない安定したサーチを行う。 【構成】 参照パターンを参照画像から抽出する際に、
参照画像に対して異なる圧縮開始位置から画像圧縮を行
いつつ参照パターンとの相関値を求めるチェックサーチ
を複数回繰り返す（ステップ１０１、１０３、１０４、
１０７）。チェックサーチの結果得られた相関値に基づ
いて実際のサーチにおけるサーチ回数及び画像の圧縮比
を決定する（ステップ１０２、１０５、１０６、１０
８、１０９）。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えばパターンの位置
測定装置又はパターンの検査装置等に適用して好適なパ
ターンマッチング方法及び装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、デジタル画像処理により相関処理
を行い、予め取り込まれた参照パターンと類似のパター
ンを認識するパターンマッチングの手法（以下これを
「サーチ」と呼ぶ）がパターンの検査装置等において使
用されている。このような参照パターンと類似のパター
ンのサーチを行う際に、正規化相関手法等の多階調濃度
の画像処理を適用する場合、全画像をそのまま処理する
と膨大な処理時間がかかる。この処理時間を短縮するた
めの手法の１つとして、画像信号をデータ圧縮して相関
処理を行う方法がある。

【０００３】従来の画像の圧縮方法の中に、Ｍ×Ｎ画素
で構成される画面をｍ×ｎ画素毎の小さなマス目に区分
けし、１つのマス目の画像データとして、そのマス目の
内部の情報より決定された１つの値を割り当てる方法が
ある。値の決定方法はどのような方法でも良く、例え
ば、マス目の中の代表値（特定の画素の値又は不特定の
乱数等で決めた画素の値等）を用いる方法、最大値又は
最小値を用いる方法、平均値を用いる方法等が挙げられ
る。

【０００４】また、参照パターンが正しく作成された
か、又は近くに類似パターンが存在しないか等を確認
し、安定したサーチを行うため、参照パターンの作成直
後にその参照パターンを抽出した元の参照画像に対して
サーチを行うことがあるが、このようなサーチを以下で
は「チェックサーチ」と呼ぶ。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
方法により画像を圧縮すると、原画像とは多少異なった
圧縮画像となる。更に、画像圧縮として所定の画素のデ
ータを代表値として用いる場合には、圧縮を開始する位
置をずらすことにより、個々のマス目の代表値が異な
り、圧縮画像自体にも差異が生じてしまう。即ち、マス
目の大きさがｍ×ｎ画素の場合には圧縮の代表点はｍ×
ｎ通りあるため、ｍ×ｎ個の圧縮画像が存在することに
なる。このため、実際の取り込み画像でのサーチにおい
ては、参照パターンを作成したときの画像圧縮の開始位
置と被サーチ画面の画像圧縮の開始位置とが異なるの
で、場合により異なる画像同士で相関処理を行うことに
なる。従って、パターンの種類又は画像光学系の条件変
動等によっては、相関値が不安定になり、サーチのエラ
ーである誤認識をおこす虞があるという不都合があっ
た。本発明は斯かる点に鑑み、画像の圧縮による時間短
縮効果を維持した上で誤認識の少ない安定したサーチが
できるパターンマッチング方法及びパターンマッチング
装置を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明によるパターンマ
ッチング方法は、画像圧縮されたサーチ対象画像の中か
ら画像圧縮された参照パターンに類似するパターンをパ
ターンマッチングにより認識する方法において、所定の
参照画像の中からその参照パターンを抽出するときに、
画像圧縮の開始点をずらして画像圧縮を行いながらその
所定の参照画像とその抽出された参照パターンとの相関
値を複数回求め（図３のステップ１０１，１０３，１０
４，１０７）、これら複数回求めた相関値より相関値の
変動の幅及び相関値の変動の２次元平面内での直交する
２方向への依存性とを予測し、この予測された相関値の
変動の幅及び相関値の変動の方向に対する依存性から、
サーチ対象画像に対するサーチの回数及び圧縮比を設定
し、この設定されたサーチの回数及び圧縮比に基づいて
サーチ対象画像に対してそれぞれ圧縮開始点をずらして
画像圧縮を行いながら、サーチを複数回繰り返すもので
ある（図３のステップ１０５，１０６，１０８，１０
９）。

【０００７】本発明におけるパターンマッチング方法を
実施する際には、以下の〜の方法を前処理又は後処
理として実行するようにしてもよい。 参照パターンの抽出を行うとき及びサーチ対象画像
に対するサーチを行うときに、それぞれパターンの無い
画面の画像を用いてオフセット調整を行う。 サーチ対象画像に対するサーチを行うときに、その
抽出された参照パターン及びサーチ対象画像にそれぞれ
輪郭強調処理を施す。 サーチ対象画像に対して画像圧縮を行うときに、全
画面を複数のブロックに分けて各ブロック内の各画素の
画像データにそれぞれ同一の統計手法でデータ変換を施
し、このデータ変換後の画像データに基づいてその分割
された各ブロックを代表する画像データを求める。

【０００８】 その所定の参照画像の中からその参照
パターンを抽出するときに、画像圧縮の開始点をずらし
て画像圧縮を行いながらその所定の参照画像とその抽出
された参照パターンとの相関値を複数回求める際に、そ
の所定の参照画像内で参照パターンを他の複数箇所に移
動させて得られた複数の補正参照画像とその抽出された
参照パターンとの相関値をそれぞれ求め、このようにし
て求められた相関値より参照パターンが移動した位置に
よる相関値の補正テーブルを作成し、この補正テーブル
に基づいてそのサーチ対象画像とその参照パターンとの
相関値を補正する。

【０００９】また、本発明によるパターンマッチング装
置は、例えば図１及び図２に示すように、画像圧縮され
たサーチ対象画像の中から画像圧縮された参照パターン
に類似するパターンをパターンマッチングにより認識す
る装置において、そのサーチ対象画像及び所定の参照画
像の画像データを得る画像データ入力手段（１６）と、
その所定の参照画像の中からその参照パターンを抽出す
るときに、画像圧縮の開始点をずらして画像圧縮を行い
ながらその所定の参照画像とその抽出された参照パター
ンとの相関値を複数回求め、これら複数回求めた相関値
より相関値の変動の幅及び相関値の変動の２次元平面内
での直交する２方向への依存性とを予測し、このように
して予測された相関値の変動の幅及び相関値の変動の方
向に対する依存性から、サーチ対象画像に対するサーチ
の回数及び圧縮比を設定するチェックサーチ手段（２
１）と、このように設定されたサーチの回数及び圧縮比
に基づいてそのサーチ対象画像に対してそれぞれ圧縮開
始点をずらして画像圧縮を行いながら、サーチを複数回
繰り返す主サーチ手段（２１）とを有するものである。

【００１０】

【作用】斯かる本発明のパターンマッチング方法によれ
ば、画像圧縮を行いながら参照画像の中から参照パター
ンを抽出する際に、画像圧縮の開始点をずらして参照画
像と参照パターンとの相関値を求める動作が複数回繰り
返される。即ち、画像圧縮の開始点をずらして複数回の
チェックサーチが実行される。当然に、参照画像の圧縮
の開始位置が参照パターンの画像圧縮の開始位置と等し
いときには相関値は最大になる。また、画像圧縮後には
それぞれｍ×ｎ画素分の画像データ（Ｘ方向にｍ個、Ｙ
方向にｎ個とする）を個々のマス目で代表する場合に
は、画像圧縮の開始点はｍ×ｎ通り存在する。そして、
参照画像の圧縮の開始位置をＸ方向にｉ画素且つＹ方向
にｊ画素だけずらして参照画像と参照パターンとの相関
値を求めるチェックサーチを（ｉ，ｊ）サーチと呼ぶも
のとする。

【００１１】ｍ及びｎが偶数であるとすると、チェック
サーチとしては、（ｍ／２，ｎ／２）サーチ、（ｍ／
２，０）サーチ又は（０，ｎ／２）サーチ等が考えられ
る。そして、例えばｉ≠０且つｊ≠０として（ｉ，ｊ）
サーチの結果求められた相関値が全て所定のレベルより
も低い場合には、データの圧縮比が高められ、たとえば
（ｍ／２）×（ｎ／２）画素毎の画像データを個々のマ
ス目で代表する圧縮が行われる。また、例えば（ｍ／
２，０）サーチの結果求められた相関値だけが低いよう
な場合には、実際のサーチ対象画像に対しては例えば
（０，０）サーチ及び（ｍ／２，０）サーチよりなる２
回のサーチが施される。このように本発明によれば、画
像圧縮の開始点をずらして複数回のチェックサーチが行
われ、これらチェックサーチの結果に基づいて実際のサ
ーチ対象画像に対するサーチの回数及び圧縮比が決定さ
れる。そして、実際のサーチ対象画像に対して必要に応
じて画像圧縮の開始点を変えて複数回のサーチが行われ
るので、画像の圧縮による時間短縮効果を維持した上で
誤認識の少ない安定したサーチが行われる。

【００１２】また、上述の〜の付加的な処理の内
で、の場合には、例えばサーチ対象画像からパターン
の無い画面の画像を差し引くことにより、その画面内の
位置による差が補正される。そして、の場合には、輪
郭強調処理により周期の長い変化である照明むら等が除
去される。次に、の場合には、同一の統計手法とし
て、例えば平均化処理、メジィアンフィルタ処理、中央
値抽出処理等が施され、これによりＳＮ比の悪い画像又
はノイズのあるサーチ対象画像における相関値の劣化が
軽減される。

【００１３】また、の場合には、参照パターンを参照
画像の中で移動させて得られた補正参照画像に対してチ
ェックサーチが行われ、この結果求められた相関値の分
布が補正テーブルとして記憶される。そして、実際のサ
ーチ対象画像の全画面から得られた相関値をその補正テ
ーブルの相関値で例えば除算することにより、参照パタ
ーンに類似するパターンがサーチ対象画像のどの位置に
存在しても正確にそのパターンを特定することができ
る。また、本発明のパターンマッチング装置によれば、
上述のパターンマッチング方法を実施することができ
る。

【００１４】

【実施例】以下、本発明の一実施例につき図面を参照し
て説明する。本例は、自動光学測定機における画像の位
置決め機構に本発明を適用したものである。図１は、本
例の光学測定機の概略を示し、この図１において、１０
は全体として測定部である。測定部１０において、１１
はステージ、１２はステージ１１上に載置された測定対
象となる試料を示す。試料１２を図示省略した照明系に
より照明し、試料１２からの反射光を対物レンズ１３及
びミラー１７を介して撮像素子１６に導く。即ち、撮像
素子１６では対物レンズ１３のＴＴＬ光学系による試料
１２の所定の観察領域の像が撮像される。

【００１５】１４は測定のプローブとなるレーザ光を発
生するレーザ発振器を示し、このレーザ発振器１４のレ
ーザ光をハーフミラー１８及び対物レンズ１３を介して
試料１１上に集束し、試料１１よりの反射レーザを対物
レンズ１３、ハーフミラー１８及びハーフミラー１９を
介してレーザ受光部１５に導く。そのレーザ光により測
定対象とするパターン等を指示することができる。

【００１６】２０は全体として画像処理部を示し、この
画像処理部２０中の画像処理装置２１に測定部１０中の
撮像素子１６で得られた撮像信号を供給する。２２は処
理された画像を表示するｉＴＶ受像機であり、画像処理
装置２１が撮像信号を処理して得られた映像信号をｉＴ
Ｖ受像機２２に供給する。３０は制御用コンピュータを
示し、制御用コンピュータ３０は、測定機各部と不図示
の信号線を介して接続され、装置全体の動作を制御す
る。

【００１７】図２は、図１中の画像処理部２０の詳細な
構成を示し、この図２において、２１１は撮像素子１６
から供給された撮像信号をデジタルの画像データに変換
するアナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）コンバータ、２１２
は画像メモリであり、Ａ／Ｄコンバータ２１１から出力
される画像データを順次画像メモリ２１２に書き込む。
２１３はデジタル／アナログ（Ｄ／Ａ）コンバータを示
し、このＤ／Ａコンバータ２１３は、画像メモリ２１２
中の画像データをアナログの映像信号としてｉＴＶ受像
機２２に供給する。２１４は画像メモリ２１２の画像デ
ータに所定の処理を施す専用の画像処理プロセッサ、２
１５は画像処理装置２１の各部の動作を制御する中央処
理ユニット（以下「ＣＰＵ」と略称する）、２１６はサ
ーチ対象とする画像の特徴量に対応させて後述の前処理
又は後処理の種類を記憶する特徴量記憶メモリを示し、
ＣＰＵ２１５は図１の制御用コンピュータ３０と信号の
授受を行う。

【００１８】次に、本実施例の画像処理装置２１の基本
的な動作につき説明する。先ず本例では、図４に示すよ
うに、デジタルデータで表現されたＭ×Ｎ画素（Ｘ方向
にＭ画素でＹ方向にＮ画素とする）の画像を個々のマス
目がそれぞれｍ×ｎ画素分の画像を代表するように圧縮
する。また、所定の参照画像から一部分のパターンを切
り出して参照パターンとして登録し、被サーチ画像内よ
り相関処理によりその参照パターンと類似のパターンを
サーチする。話を簡単にするために、１枚（１フレー
ム）のデジタルの原画像に限って説明する。

【００１９】この場合、画像圧縮の起点の画素はそれら
ｍ×ｎ画素の何れでもよいため、画像圧縮の方法はｍ×
ｎ通り存在する。そして、参照パターンの圧縮方法と参
照画像に含まれている参照パターンに対する圧縮方法が
同一であるときのサーチを（０，０）サーチと呼び、以
下この状態を基準として、Ｘ方向にｉ番目の画素で且つ
Ｙ方向にｊ番目の画素から参照画像又は被サーチ画像の
圧縮を始めた場合のサーチを（ｉ，ｊ）サーチと呼ぶ。
この場合、例えば（０，０）サーチと（ｍ，ｎ）サーチ
とでは同一の相関値の分布が得られる。

【００２０】そして、参照パターン作成時の（０，０）
サーチの場合の圧縮の開始位置から、Ｘ方向に１画素づ
つずらして原画像を圧縮して相関処理を行った場合、或
る特定のマス目の相関値は、圧縮開始位置に対して図５
のような関数となる。即ち、参照画像と同じ圧縮開始点
をもつ圧縮画像は参照画像と同じ圧縮画像となり、相関
値としては最高となる。これより離れるに従って相関値
は低くなって行き、最も離れるｍ／２画素目で最も低く
なり、圧縮画像は最も異なったものとなる。更にずらし
てゆくと、圧縮開始点を負の方向から０画素目に近づけ
て行くのと等価になり、相関値は高まり、ｍ画素目では
０番目の画素と同じに最高値になる。

【００２１】同様の傾向がＹ方向に関しても当てはま
り、ｍ×ｎ画素よりなる平面内で圧縮開始位置をずらし
た場合の特定のマス目の相関値の分布は図６に示すよう
になる。これを更に模式的に表したものが図７（ａ）で
あり、この図７（ａ）において、左上の頂点が参照画像
作成時の圧縮開始位置を示す。また、記号Ｈを付して示
す領域Ｈは相関値の高い領域、領域ＸＭはＸ方向のパタ
ーンに依存して相関値が落ち込む領域、領域ＹＭはＹ方
向のパターンに依存して相関値が落ち込む領域、領域Ｌ
はＸ方向及びＹ方向の両方向のパターンの影響を受けて
最も相関値が落ち込む領域を示す。図７（ｂ）は、図７
（ａ）の更に外側の圧縮開始位置を大きくずらした場合
の相関値の状態をも示し、この図７（ｂ）より相関値は
Ｘ方向には周期ｍ画素で繰り返し、Ｙ方向には周期ｎ画
素で繰り返すことが分かる。

【００２２】次に、被サーチ画像の圧縮開始点をずらし
て、複数回に亘り相関処理を行う方法について説明す
る。実際のサーチにおいては、どの位置から圧縮が開始
されるかは分からないため、相関値に変動が生じる。図
８は、（０，０）サーチと圧縮開始位置をＸ方向にｍ／
２画素ずらしたサーチとよりなる２回のサーチを行い、
その相関値を重ね合わせたグラフである。２回のサーチ
の内の最大値をとることにより、相関値の変動を抑える
ことが可能となる。Ｙ方向に関しても同様である。２回
のサーチを行う場合の最も効率の良い方法は、（０，
０）サーチの外に、Ｘ方向にｍ／２画素、Ｙ方向にｎ／
２画素ずらして（ｍ／２，ｎ／２）サーチを行う方法で
ある。

【００２３】図９は、そのように（０，０）サーチと
（ｍ／２，ｎ／２）サーチとを行って各相関値を重畳し
た場合の相関値の分布であり、図７（ｂ）を斜めにずら
して重ね合わせたパターンと同じパターンとなってい
る。それら２回のサーチの結果得られた２つの相関値の
内で大きい値をとることにより、図７（ｂ）において相
関値が最も落ち込んでいる領域Ｌを解消することが可能
となる。同様に、（０，０）サーチの外にＸ方向にｍ／
２画素ずらしたサーチを行い、２回のサーチの結果得ら
れた相関値を重畳すると、図１０（ａ）のパターンが得
られる。また、（０，０）サーチの外にＹ方向にｎ／２
画素ずらしたサーチを行い、２回のサーチの結果得られ
た相関値を重畳すると、図１０（ｂ）のパターンが得ら
れる。

【００２４】同様に、（０，０）サーチ、（ｍ／２，ｎ
／２）サーチ、（ｍ／２，０）サーチ及び（０，ｎ／
２）サーチよりなる４回サーチのサーチを行い、４回の
サーチの結果得られた相関値を重畳すれば、全て相関値
の高い領域Ｈとなり、誤認識の確率が非常に少なくな
る。更に、圧縮開始点を細かく変えてサーチ回数を増し
て、相関値が最大のデータを利用することにより、相関
値の変動をより良好に抑えることが可能となる。また、
複数回のサーチの結果得られた相関値の最大値をとるの
ではなく、複数個の相関値の平均値をとる方法もある。

【００２５】次に、参照画像を作成するときに、圧縮開
始点をずらしてチェックサーチを複数回行い、相関値の
変動幅とＸ方向及びＹ方向への相関値変動の依存性を予
測し、被サーチ画像に対するサーチ回数と圧縮比を画像
処理装置２１が自動的に設定する方法について説明す
る。例えば４回のチェックサーチを行うとすると、参照
パターン作成時には、図１１に示すように、ｍ×ｎ画素
上でそれぞれ（０，０）、（ｍ／２，０）、（０，ｎ／
２）及び（ｍ／２，ｎ／２）だけずれた画素位置より画
像圧縮を開始してサーチを行う。この際に（ｍ／２，ｎ
／２）だけずれた画素位置から圧縮を開始するチェック
サーチによって、変動最低値を予測することが出来る。
また、（ｍ／２，０）だけずれた画素位置から圧縮を開
始するチェックサーチではＸ方向の変動の依存性を予測
でき、（０，ｎ／２）だけずれた画素位置から圧縮を開
始するチェックサーチではＹ方向の変動の依存性を予測
することができる。

【００２６】一例として、図１２にＸ方向にｍ画素ピッ
チで配列された縦のライン・アンド・スペースよりなる
画像を示す。これは、Ｘ方向に圧縮開始点をずらした場
合に圧縮画像の変化が大きく、Ｙ方向に圧縮開始点をず
らした場合に圧縮画像の変化が小さい典型的な画像であ
る。図１３は、図１２に示す縦のライン・アンド・スペ
ースの画像の自己相関値の分布を示す。このような場
合、（ｍ／２，０）だけずれた画素位置から圧縮を開始
するチェックサーチによる相関値は低い値を示し、
（０，ｎ／２）だけずれた画素位置から圧縮を開始する
位置のチェックサーチはＹ方向へのパターン依存度が低
いので、高い相関値を示す。（０，０）の画素位置から
圧縮を開始するチェックサーチは、通常の相関処理を行
う場合は理論的な最高値が得られるはずであるが、正規
化相関等の処理を行うと必ずしも最高値とは成り得ない
場合がある。このような場合のための上限の参考値を得
るために、（０、０）サーチを行うことが必要な場合が
ある。

【００２７】これらの値より、実際の被サーチ画像に対
するサーチの回数を決めることが可能となり、相関値の
変動が大きな場合は圧縮比を変化させて同様の処理を行
い、適正な圧縮比を決定することが可能となる。また、
上記処理と併せて、以下の処理を前処理又は後処理とし
て行うことがある。先ず、光源の照明むら、撮像素子１
６のシェーディング（感度むら）等の画面内の位置によ
るばらつきのためにおこる相関値の変動を抑える方法に
ついて説明する。

【００２８】一般に、撮像素子１６の撮像面の感度むら
であるシェーディングや照明むら等により、画面内に位
置差が生じる可能性がある。図１４（ａ）〜（ｄ）はそ
れぞれ画面内の或る走査ラインに沿う一次元のラインプ
ロファイルを示し、図１４（ａ）はパターンが無い場合
の画面内の位置による画像データの差、図１４（ｂ）は
画面内の位置による画像データの差が無い場合のパター
ンを示す。また、図１４（ｃ）は、図１４（ａ）の画像
と図１４（ｂ）の画像とを重ねて得られる画像、即ち、
画面内の位置により本来同一のパターンであってもデー
タが異なって観察される画像を示す。図１４（ｃ）にお
いて、例えば位置４０で参照パターンを作成し、位置４
１又は位置４２に存在するパターンを相関処理によりサ
ーチさせた場合には、位置４１又は位置４２において相
関値が落ち込む現象がある。

【００２９】これに対して、以下の〜の方法を使っ
てその相関値の落ち込みを防止することができる。 パターンの無い画面を補正テーブルとして補正をか
ける。これはパターンの無い図１４（ａ）の画面を補正
テーブルとして予め取り込んでおく。そして実際のサー
チでは、前処理として図１４（ｃ）の画面から補正テー
ブル分の画像データを差し引いて補正するか、又は各画
素の画像データに補正テーブル分の比率をかけて補正
し、画面内の位置による差を小さくする方法である。 参照パターン及び被サーチ画像に輪郭抽出処理のフ
ィルタをかけた後に相関処理を行い、緩やかな階調変化
を除去する。例えば図１４（ｃ）のような画像に対して
輪郭抽出処理を行うと、図１４（ｄ）のような画像が得
られ、図１４（ａ）に示す緩やかな階調変化成分を小さ
くすることが可能となる。

【００３０】 前処理として、被サーチ画像を圧縮す
るときに、マス目内の画像信号を同一の統計手法（例え
ば平均化処理、メディアンフィルタ処理、中央値抽出処
理等）でデータ変換することにより、ＳＮ比の悪い画像
又はノイズのある画像での相関値の劣化を軽減する。 チェックサーチの処理の一部として、サーチパター
ンを画面内の数箇所に移動させてサーチをして、画面内
の位置差による相関値の分布を測定し、これをテーブル
として相関値を補正する。これはサーチ対象となるパタ
ーンを画面内の数箇所に移動して相関処理を行い、各画
面領域の相関値の分布から、実際のサーチにおける画面
位置毎の相関値の補正値を得る方法である。即ち、サー
チする画面位置毎に、予め相関演算を行い相関値を求め
ておき、実際のサーチのときには画面位置毎にその相関
値でサーチ終了時の相関値を除算し、正規化する方法で
ある。

【００３１】〜の方法を場合により付け加えること
で、画像圧縮相関処理による相関値の変動を抑え、安定
した検出が可能となる。また、上述の〜の方法はサ
ーチ対象とする試料１２に応じて図１の画像処理装置２
１が使い分けるようにしてもよい。即ち、図２におい
て、画像処理装置２１のＣＰＵ２１５は試料１２の特徴
量を抽出した後に、特徴量記憶メモリ２１６を参照して
その抽出された特徴量に対して最も適切な処理方法を求
め、この処理をその試料１２の画像データに対して自動
的に施す。これにより、試料１２が変化しても低い誤認
識の確率でサーチを行うことができる。

【００３２】次に、本実施例の装置により、被サーチ画
像から参照パターンに類似するパターンをサーチする場
合の全体の動作の一例につき説明する。図１の装置では
先ずオペレータが、ステージ１１上の試料１２の内の測
定したいパターンの位置合わせをｉＴＶ受像機２２の画
面を用いて行う。このとき、対物レンズ１３のＴＴＬ光
学系を調整することにより、レーザ発振器１４から射出
されて試料１２上にプローブとして集束されるレーザス
ポットとｉＴＶ受像器２２の画面の中心とは一致するよ
うにしておく。この場合の試料１２の観察画面の画像デ
ータを図２の画像メモリ２１２内に取り込み、画像の一
部を参照パターンとして登録する。その際、圧縮開始点
をずらした４回のチェックサーチにより相関処理を行
い、その次の被サーチ画像に対するサーチ条件を決定す
る。

【００３３】本実施例では、全画素を個々のマス目が８
×８画素を代表するように圧縮する１／８圧縮を例にと
って説明する。そして、参照パターンと同じ圧縮開始位
置のサーチを（０，０）サーチとし、位置（４，０）、
位置（０，４）及び位置（４，４）からそれぞれ圧縮を
開始する圧縮画像についても順次チェックサーチを行
う。（０，０）サーチの相関値が最も高く、（４，４）
サーチの相関値が最低となり、（０，４）サーチ及び
（４，０）サーチの相関値がその中間となる。以下にサ
ーチ条件を決める方法の例を３通り示す。

【００３４】［第１のサーチ条件の決定方法］各サーチ
で得られた相関値に対して予め境界値を決めておき、図
３に示した処理を行う。先ず図３のステップ１０１にお
いて（４，４）サーチを行い、得られた相関値が境界値
より小さい場合、１／８圧縮は不適当と判断して、ステ
ップ１０２の１／４圧縮の処理へ移る。ステップ１０２
でも、同様に（２，２）サーチ等が行われる。一方、ス
テップ１０１で相関値が境界値以上の場合には動作はス
テップ１０３に移行して、（４，０）サーチが行われ
れ、相関値が境界値よりも小さい場合はステップ１０４
に移行して（０，４）サーチが行われる。ここでも相関
値が境界値よりも小さい場合にはステップ１０５に移行
して、被サーチ画像に対して（０，０）サーチ、（０，
４）サーチ、（４，０）サーチ及び（４，４）サーチよ
りなる４回のサーチを行うものとする。そして、ステッ
プ１０４において、相関値が境界値以上であるときに
は、被サーチ画像に対して（０，０）サーチ、（４，
０）サーチ及び（４，４）サーチよりなる３回のサーチ
を行うものとする。

【００３５】また、ステップ１０３において、相関値が
境界値以上であるときには、動作はステップ１０７に移
行して（０，４）サーチが行われ、ここで相関値が境界
値よりも小さい場合にはステップ１０８に移行して、被
サーチ画像に対して（０，０）サーチ、（０，４）サー
チ及び（４，４）サーチよりなる３回のサーチを行うも
のとする。そして、ステップ１０７において、相関値が
境界値以上であるときには、被サーチ画像に対して
（０，０）サーチ及び（４，４）サーチよりなる２回の
サーチを行うものとする。

【００３６】図３の流れをまとめると、（４，０）サー
チによる相関値が境界値より小さい場合は、Ｘ方向への
パターン依存度が高いとして、実際のサーチにおいてＸ
方向の画素位置（４，０）に圧縮開始位置をずらしたサ
ーチが行われる。また、（０，４）サーチによる相関値
が境界値より小さい場合は、Ｙ方向へのパターン依存度
が高いとして、実際のサーチにおいてＹ方向の画素位置
（０，４）に圧縮開始位置をずらしたサーチが行われ
る。何れの場合も境界値以上である場合には、（０，
０）サーチ及び（４，４）サーチよりなる２回のサーチ
のみが行われる。

【００３７】［第２のサーチ条件の決定方法］この場合
には各チェックサーチの境界値を２段階に決めておき、
条件を決める。具体的に、（４，４）サーチの相関値に
ついて、相関値をＳ４４、高い境界値をＴＨ４４、低い
境界値をＴＬ４４とする。また、（４，０）サーチの相
関値について、相関値をＳ４０、高い境界値をＴＨ４
０、低い境界値をＴＬ４０とし、（０，４）サーチの相
関値について、相関値をＳ０４、高い境界値をＴＨ０
４、低い境界値をＴＬ０４とする。以下の（イ）〜
（ハ）に場合分けをしてサーチの回数及び圧縮開始位置
を決定する。

【００３８】（イ）（４，４）のチェックサーチの結果 Ｓ４４＞ＴＨ４４のとき → 実際のサーチ
で（４，４）のサーチは行わない。 ＴＨ４４≧Ｓ４４≧ＴＬ４４のとき → 実際のサーチ
で（４，４）のサーチを行う。 Ｓ４４＜ＴＬ４４のとき → １／４圧縮の
処理へ移行する。 （ロ）（４，０）のチェックサーチの結果 Ｓ４０＞ＴＨ４０のとき → 実際のサーチ
で（４，０）のサーチは行わない。 ＴＨ４０≧Ｓ４０≧ＴＬ４０のとき → 実際のサーチ
で（４，０）のサーチを行う。 Ｓ４０＜ＴＬ４０のとき → １／４圧縮の
処理へ移行する。 （ハ）（０，４）のチェックサーチの結果 Ｓ０４＞ＴＨ０４のとき → 実際のサーチ
で（０，４）のサーチは行わない。 ＴＨ０４≧Ｓ０４≧ＴＬ０４のとき → 実際のサーチ
で（０，４）のサーチを行う。 Ｓ０４＜ＴＬ０４のとき → １／４圧縮の
処理へ移行する。

【００３９】［第３のサーチ条件の決定方法］上記の第
２のサーチ条件の決定方法において、以下のように決定
方法を変更する。 Ｓ４０＜ＴＬ４０のとき → Ｘ方向に圧縮
開始位置をずらしながら参照画像を作り直し、同様の処
理を行い、Ｓ４０≧ＴＬ４０となる参照画像を探し出し
参照画像の最適化を行う。 Ｓ４０≧ＴＬ４０とならない場合 → １／４圧縮の
処理へ移行する。 Ｓ０４＞ＴＨ０４のとき → Ｙ方向にずら
しながら参照画像を作り直して、同様の処理を行う。

【００４０】次に、画面内の位置による差の補正を行う
場合の実施例を、上記の〜の補正方法に対応させて
計４例示す。 ［の補正方法を用いた例］装置の立ち上げ時にパター
ンの無い状態の画面を取り込み、この画像を画面補正テ
ーブルとする。そして、相関処理を行う前処理として、
被サーチ画面より補正テーブル分の差をとり、処理後の
画像により相関処理を行う。その外に、補正テーブルよ
り画素位置による値の比をとり、これを被サーチ画像の
各画素の値に乗ずることで補正を行い、位置差をなく
す。

【００４１】また、装置の状況や試料１２の状態により
画面内の位置による差に変化があることが予め分かって
いる場合、試料１２の交換中に補正テーブルをとり直す
こともできる。さらに試料１２に対応する画面上にパタ
ーンの無い領域がある場合は、その領域を用いて補正テ
ーブルをとり直すことも可能となる。

【００４２】［の補正方法を用いた例］参照画像作成
時と実際のサーチ時との両方に、前処理として輪郭抽出
フィルタをかけることにより、パターンのエッジのみを
抽出し、照明むらのような緩やかな変化をする部分を除
去してしまう。この処理は、画像を圧縮する前に行うか
圧縮した後に行うかによって結果が異なってくる。例え
ば圧縮する前に輪郭処理を行う場合は、処理に時間がか
かる。また、圧縮比によっては輪郭情報が全く消えてし
まうこともある。更に、処理の順序、圧縮比、フィルタ
のパラメータ等は、その画像の画質により最適化する必
要がある。

【００４３】［の補正方法を用いた例］参照画像作成
時と実際のサーチ時の両方又は一方においてフィルタ処
理を行い、ノイズを低減する。フィルタ処理としては、
平滑化フィルタ処理、鮮鋭化フィルタ処理、エッジ強調
処理等がある。この場合、試料１２の種類によりフィル
タを最適化することが必要である。

【００４４】［の補正方法を用いた例］参照画像を作
成し、チェックサーチにより圧縮比及びサーチ回数を決
定した直後に、ステージ１１を移動して参照パターンを
画面内数箇所に移動させて、サーチを行う。画面内をい
くつかのブロックに区分し、中央のブロックの相関値を
１として、各ブロックの相関値で割り、比例係数として
補正テーブルをもつ。実際のサーチにおいては、各ブロ
ックの相関値に補正テーブルの係数をかけて画面内の位
置による差をなくす。また、サーチした結果より最小二
乗法を用いて画面内の補正曲面を算出し、これを補正テ
ーブルとすることもできる。

【００４５】これら４例の補正方法はそれぞれ個別に使
用しても良いが、複数個組み合わせることも考えられ
る。上述のように本例によれば、予め取り込まれた参照
パターンを用いて圧縮開始位置を種々に変えながらチェ
ックサーチを行い、その結果得られた相関値により実際
の被サーチ画像に対するサーチ回数等を決定しているの
で、パターンマッチングの際の誤認識の確率が小さくな
る。更に、試料１２の状態に応じて上記の〜の処理
を前処理又は後処理として付加することにより、試料１
２に拘らず常に安定したパターンマッチング処理を行う
ことができる利点がある。

【００４６】なお、本発明は上述実施例に限定されず本
発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の構成を取り得るこ
とは勿論である。

【００４７】

【発明の効果】本発明のパターンマッチング方法及びパ
ターンマッチング装置によれば、参照パターンを抽出す
る際に画像圧縮の開始点をずらして画像圧縮を行って相
関値を複数回求め、これら相関値より実際のサーチ対象
画像に対するサーチの回数及び圧縮比を決定するように
しているので、画像圧縮による時間短縮効果を維持した
上で誤認識の確率を小さくできる利点がある。

【００４８】また、パターンの無い画面の画像を用いて
オフセット調整を行うか又は輪郭強調処理を施すことに
より、画面内の位置による差の影響を除去できる利点が
ある。更に、全画面を複数のブロックに分けて、各ブロ
ック内の画像データにそれぞれ同一の統計手法でデータ
変換を施すようにした場合には、相関値の劣化を防止す
ることができる。また、参照パターンを参照画像内の複
数箇所に移動させて相関値の補正テーブルを作成するよ
うにした場合には、サーチ対象とするパターンが画像内
のどの位置に存在しても常に低い誤認識確率でそのパタ
ーンを特定することができる利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の自動光学測定器の全体構成
を示すブロック図である。

【図２】図１中の画像処理装置２１の詳細な構成を示す
ブロック図である。

【図３】実施例におけるチェックサーチの例を示す流れ
図である。

【図４】画像圧縮の手法の一例の説明に供する線図であ
る。

【図５】被サーチ画面の圧縮開始位置をＸ方向にずらし
た場合の相関値の分布を示す分布図である。

【図６】被サーチ画面の圧縮開始位置をＸ方向及びＹ方
向にずらした場合の相関値の分布図である。

【図７】（ａ）は圧縮開始位置をずらしたときの相関値
の分布を示す図６の平面図に対応する模式図、（ｂ）は
図７（ａ）の周辺を含む領域における相関値の分布を示
す模式図である。

【図８】圧縮開始位置をＸ方向にｍ／２画素分ずらして
２回サーチを行って得た相関値を重畳して得られた結果
を示す分布図である。

【図９】圧縮開始位置をＸ方向にｍ／２画素分、Ｙ方向
にｎ／２画素分ずらして２回サーチを行って得た相関値
を重畳して得られた結果の分布を示す模式図である。

【図１０】（ａ）は圧縮開始位置をＸ方向にｍ／２画素
分ずらして２回サーチを行って得た相関値を重畳して得
られた結果の分布を示す模式図、（ｂ）は圧縮開始位置
をＹ方向にｎ／２画素分ずらして２回サーチを行って得
た相関値を重畳して得られた結果の分布を示す模式図で
ある。

【図１１】チェックサーチで４回サーチを行う場合の圧
縮の開始位置を示す模式図である。

【図１２】縦のライン・アンド・スペースの画像を示す
線図である。

【図１３】縦のライン・アンド・スペースの自己相関値
の分布を示す斜視図である。

【図１４】（ａ）はパターンの無い場合の画像データの
ラインプロファイルを示す線図、（ｂ）は位置による相
違が無いときのパターンのラインプロファイルを示す線
図、（ｃ）は位置による相違が有るときのパターンのラ
インプロファイルを示す線図、（ｄ）は図１４（ｃ）の
画像に輪郭処理を施して得られた画像のラインプロファ
イルを示す線図である。

【符号の説明】

１０ 測定部 １１ ステージ １２ 試料 １３ 対物レンズ １４ レーザ発振器 １６ 撮像素子 ２０ 画像処理部 ２１ 画像処理装置 ２２ ｉＴＶ受像機 ２１２ 画像メモリ ２１４ 画像処理プロセッサ ２１５ 中央処理ユニット（ＣＰＵ） ３０ 制御用コンピュータ

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 画像圧縮されたサーチ対象画像の中から
   画像圧縮された参照パターンに類似するパターンをパタ
   ーンマッチングにより認識する方法において、 所定の参照画像の中から前記参照パターンを抽出すると
   きに、画像圧縮の開始点をずらして画像圧縮を行いなが
   ら前記所定の参照画像と前記抽出された参照パターンと
   の相関値を複数回求め、 該複数回求めた相関値より相関値の変動の幅及び相関値
   の変動の２次元平面内での直交する２方向への依存性を
   予測し、 該予測された相関値の変動の幅及び相関値の変動の方向
   に対する依存性から、サーチ対象画像に対するサーチの
   回数及び圧縮比を設定し、 該設定されたサーチの回数及び圧縮比に基づいてサーチ
   対象画像に対してそれぞれ圧縮開始点をずらして画像圧
   縮を行いながら、サーチを複数回繰り返す事を特徴とす
   るパターンマッチング方法。
2. 【請求項２】 前記参照パターンの抽出を行うとき及び
   前記サーチ対象画像に対するサーチを行うときに、それ
   ぞれパターンの無い画面の画像を用いてオフセット調整
   を行う事を特徴とする請求項１記載のパターンマッチン
   グ方法。
3. 【請求項３】 前記サーチ対象画像に対するサーチを行
   うときに、前記抽出された参照パターン及び前記サーチ
   対象画像にそれぞれ輪郭強調処理を施す事を特徴とする
   請求項１記載のパターンマッチング方法。
4. 【請求項４】 前記サーチ対象画像に対して画像圧縮を
   行うときに、全画面を複数のブロックに分けて各ブロッ
   ク内の各画素の画像データにそれぞれ同一の統計手法で
   データ変換を施し、該データ変換後の画像データに基づ
   いて前記分割された各ブロックを代表する画像データを
   求める事を特徴とする請求項１記載のパターンマッチン
   グ方法。
5. 【請求項５】 前記所定の参照画像の中から前記参照パ
   ターンを抽出するときに、画像圧縮の開始点をずらして
   画像圧縮を行いながら前記所定の参照画像と前記抽出さ
   れた参照パターンとの相関値を複数回求める際に、 前記所定の参照画像内で前記参照パターンを他の複数箇
   所に移動させて得られた複数の補正参照画像と前記抽出
   された参照パターンとの相関値をそれぞれ求め、 該求められた相関値より前記参照パターンが移動した位
   置による相関値の補正テーブルを作成し、 該補正テーブルに基づいて前記サーチ対象画像と前記参
   照パターンとの相関値を補正する事を特徴とする請求項
   １記載のパターンマッチング方法。
6. 【請求項６】 画像圧縮されたサーチ対象画像の中から
   画像圧縮された参照パターンに類似するパターンをパタ
   ーンマッチングにより認識する装置において、 前記サーチ対象画像及び所定の参照画像の画像データを
   得る画像データ入力手段と、 前記所定の参照画像の中から前記参照パターンを抽出す
   るときに、画像圧縮の開始点をずらして画像圧縮を行い
   ながら前記所定の参照画像と前記抽出された参照パター
   ンとの相関値を複数回求め、 該複数回求めた相関値より相関値の変動の幅及び相関値
   の変動の２次元平面内での直交する２方向への依存性と
   を予測し、 該予測された相関値の変動の幅及び相関値の変動の方向
   に対する依存性から、サーチ対象画像に対するサーチの
   回数及び圧縮比を設定するチェックサーチ手段と、 該設定されたサーチの回数及び圧縮比に基づいて前記サ
   ーチ対象画像に対してそれぞれ圧縮開始点をずらして画
   像圧縮を行いながら、サーチを複数回繰り返す主サーチ
   手段とを有する事を特徴とするパターンマッチング装
   置。