JPH05205046A

JPH05205046A - 画像二値化方法及び装置

Info

Publication number: JPH05205046A
Application number: JP4037231A
Authority: JP
Inventors: Kenichi Kotaki; 健一小瀧; Kazuhiko Hori; 和彦堀
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1992-01-28
Filing date: 1992-01-28
Publication date: 1993-08-13

Abstract

(57)【要約】【目的】画像のコーナー・パターン部分において量子
化誤差に起因する１画素分の凹凸の発生を抑える。【構成】Ｎビットの多値画像データをエッジが平滑化
された二値化画像に対応するエッジ平滑二値化画像デー
タに変換し（エッジ平滑二値化回路６）、このエッジ平
滑二値化画像データと予め定められたコーナー形状のテ
ンプレートデータとを比較してコーナーの存在の有無及
び形状を示すコーナーフラグを発生し（コーナー検出回
路１９）、予め記憶されているコーナー二値化画像デー
タをコーナー周辺部分に亘り読み出し（ルック・アップ
・テーブル回路２１）、この読み出された画像データで
対応するそのエッジ平滑二値化画像データを入れ替え
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば半導体製造プロ
セスに用いるレチクル、マスク又はウェハ等の表面上に
形成された幾何学的パターンを撮像して得られたビデオ
信号の画像処理を行う場合に適用して好適な画像二値化
方法及び画像二値化装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば半導体製造プロセスに用いるレチ
クル、マスク又はウェハ等の表面に形成された幾何学的
パターンを検査するような場合には、そのような幾何学
的パターンを撮像して得られたアナログのビデオ信号が
最終的に二値の画像データに変換され、この画像データ
と二値の設計データとが比較される。このような場合、
従来は、そのアナログのビデオ信号を先ずＮビット（Ｎ
は２以上の整数）階調の多値のディジタル・ビデオ信号
に変換した後に、或る一定の閾値で単純に二値化する
か、又は周辺のパターン情報から例えば孤立点であれば
画像の変調度に合わせて変更された閾値により二値化す
るといった方法により、画像情報ができるだけ失われな
いように二値化が行われていた。また、その外に微分又
は積分等の演算手法を応用した二次元の画像フィルタを
用いた画像データの二値化処理も行われている。

【０００３】しかしながら、従来の画像データの二値化
処理においては、多値のディジタル・ビデオ信号を二値
の画像データに変換する際に発生する量子化誤差の影響
により、本来直線となるべきエッジパターン部分に１画
素分の凹凸が発生するという不都合があった。このよう
な不都合を解消するために、本出願人は特願平２−１３
５９９５号において、量子化誤差に起因した１画素分の
凹凸の発生を抑え、且つエッジパターン部分に実際に存
在する凹部や突起の情報を失うことなく画像データを二
値化できる画像二値化装置を提案している。

【０００４】図１１は、その本出願人の先願に係る画像
二値化装置を示し、この図１１において、１はビデオカ
メラ（以下、単に「カメラ」という）、２は試料であ
り、カメラ１により試料２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のビデオ信号
は、アナログ／ディジタル（Ａ／Ｄ）コンバータ４によ
りＮビット（Ｎは２以上の整数）のディジタルの多値画
像データに変換され、この多値画像データは、多値画像
データを二次元の形で取り出す多値画像ウインドウ回路
１０３、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１０４及び周囲の画像との相関により変更さ
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１１に供給される。そして、多値画像ウインドウ回
路１０３から出力される画像データは、二次元Ｎビット
画像データバスを介してルック・アップ・テーブル回路
１０６に供給される。また、単純二値化回路１０４の出
力データは二値画像ウインドウ回路１０５に供給され、
この二値画像ウインドウ回路１０５において二次元画像
に対応する画像データに変換された後に、二次元二値化
画像データバスを介してエッジ検出用のテンプレート回
路１０７に供給される。

【０００５】このテンプレート回路１０７は、予め定め
た角度のエッジテンプレートを使用してエッジの存在の
有無及び存在するエッジの方向を表すエッジ方向フラグ
を生成し、このエッジ方向フラグをエッジ方向フラグバ
スを介してルック・アップ・テーブル回路１０６及び後
述の画像選択回路１０８に供給する。ルック・アップ・
テーブル回路１０６は、多値画像ウインドウ回路１０３
から供給される多値画像データとテンプレート回路１０
７から供給されるエッ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の記憶領域に予
め記憶されている２種の平滑二値化画像データＰ_W 及び
Ｐ_B を読み出し、これら平滑二値化画像データＰ_W 及び
Ｐ_B を画像選択回路１０８に供給する。これから二値化
を行おうとする画素のエッジ方向に隣接する直前の平滑
二値画像が黒い場合の平滑二値化画像データがＰ_B であ
り、これから二値化を行おうとする画素のエッジ方向に
隣接する直前の平滑二値画像が白い場合の平滑二値化画
像データがＰ_W である。

【０００６】画像選択回路１０８の入力部には、それら
平滑二値化画像データＰ_W 及びＰ_B、任意の二値化回路
１１１から出力される二値化画像データＰ_SP、テンプレ
ート回路１０７から出力されるエッジ方向フラグ並びに
後述の平滑二値画像ウインドウ回路１０９から出力され
る既に二値化された平滑二値化画像データが供給されて
いる。この画像選択回路１０８の選択動作は次の２通り
になっている。

【０００７】テンプレート回路１０７からエッジ方向
フラグが供給されていない場合には、二値化回路１１１
の出力データである二値化画像データＰ_SPを選択する。テンプレート回路１０７からエッジ方向フラグが供給
された場合には、平滑二値画像ウインドウ回路１０９に
おいて取り出されたエッジ方向に位置する直前の平滑二
値化画像データに基づいて、ルック・アップ・テーブル
回路１０６から出力される２種の平滑二値化画像データ
Ｐ_W 及びＰ_B の何れか一方を選択する。

【０００８】その画像選択回路１０８から出力される画
像データが、エッジが平滑化された画像に対応するエッ
ジ平滑二値化画像データＰ_SMであり、このエッジ平滑二
値化画像データＰ_SMが平滑二値画像ウインドウ回路１０
９及び図示省略された処理回路に供給される。この平滑
二値画像ウインドウ回路１０９は、出力済みのエッジ平
滑二値化画像データＰ_SMに対応する各エッジ方向に存在
する直前の画素に対応するエッジ平滑二値化画像データ
Ｐ_SMを二次元的に取り出し、この取り出したエッジ平滑
二値化画像データＰ_SMを二次元エッジ平滑二値画像バス
を介して画像選択回路１０８の入力部に戻す。

【０００９】図１１のように構成された画像二値化装置
の詳細な構成及び動作は以下の通りである。先ず、カメ
ラ１で試料２の幾何学的パターンを撮像し、カメラ１か
ら出力されるアナログのビデオ信号はラスタ・スキャン
信号の形式でＡ／Ｄコンバータ４に供給される。Ａ／Ｄ
コンバータ４から出力される多値画像データ（ここでは
４ビットの画像データとする）は、先ず単純二値化回路
１０４において４ビットの画像データから或る一定の閾
値、例えば値が７の閾値により二値化され、この二値化
された画像データは二値画像ウインドウ回路１０５に供
給される。二値画像ウインドウ回路１０５は、例えばラ
スタ・スキャンの１ライン分相当（以下、「１Ｈ」とす
る）の遅延を行う素子である１Ｈディレイ素子を５個有
し、これにより１Ｈ〜５Ｈ遅れた５ライン分のライン遅
延信号を生成し、これにより二次元の二値化画像データ
が生成される。続いて、これら二次元の二値化画像デー
タが例えば５×５個のそれぞれ遅延時間が１画素分のシ
フトレジスタのマトリクスに供給され、５画素×５画素
のウインドウに対応する二値化画像データが生成され
る。

【００１０】多値画像ウインドウ回路１０３も、同様に
遅延時間がそれぞれ１Ｈの５個の遅延素子及び遅延時間
がそれぞれ１画素分の５×３個のシフトレジスタより構
成され、５画素（水平方向）×３画素のウインドウに対
応する４ビットの多値画像データを生成する。更に、平
滑二値画像ウインドウ回路１０９は、入力データを順次
１画素分だけ遅延させる２個のシフトレジスタを縦続接
続して構成され、エッジ平滑二値化画像データＰ_SMをそ
れぞれ１画素分及び２画素分だけ遅延させて出力する遅
延回路を有する。更に、平滑二値画像ウインドウ回路１
０９は、例えば遅延時間が１Ｈよりも３画素分だけ小さ
い１Ｈ−３遅延素子と入力データを順次１画素分だけ遅
延させる５個の縦続接続されたシフトレジスタとを接続
して構成され、エッジ平滑二値化画像データＰ_SMをそれ
ぞれ１ライン分−２画素分〜１ライン分＋２画素分だけ
遅延させて出力する遅延回路を有する。

【００１１】次に、テンプレート回路１０７は、図１２
（ａ）及び（ｂ）に示すように、０°エッジ・テンプレ
ート及び４５°エッジ・テンプレートを備え、その外に
例えばエッジ方向がそれぞれ９０°及び１３５°に対応
する９０°エッジ・テンプレート及び１３５°エッジ・
テンプレートを備えている。例えば図１２（ａ）及び
（ｂ）において、（Ａ₁ 〜Ａ₅ ＝１且つＢ₁ 〜Ｂ₅ ＝０
の状態）あるいは（Ａ₁〜Ａ₅ ＝０且つＢ₁ 〜Ｂ₅ ＝１
の状態）のどちらかが成立すれば、Ｃ₁ 〜Ｃ₅ で表され
る画素の上にエッジが存在していると判断する。上述の
０°〜１３５°の４種類のエッジ・テンプレートにより
合計４種類のエッジ方向を検出することができる。

【００１２】このようにしてエッジが検出されると、検
出されたエッジの方向に応じて、４種類のエッジ方向フ
ラグを発生する。このエッジ方向フラグは、二値画像ウ
インドウ回路１０５で設定される５画素×５画素のウイ
ンドウの中心画素に同期して発生するようになってい
る。つまり、或る任意の時刻ｔにおいてその二値画像ウ
インドウ回路１０５で設定されている５画素×５画素の
ウインドウの中心画素を通るエッジが存在しているとき
に、そのエッジ方向フラグが発生する。

【００１３】このようにテンプレート回路１０７から出
力されるエッジ方向フラグ及び多値画像ウインドウ回路
１０３から出力される５画素×３画素の多値画像データ
は、ルック・アップ・テーブル回路１０６に供給され
る。このルック・アップ・テーブル回路１０６は、ラッ
チ回路及びデータセレクタを有し、これらラッチ回路及
びデータセレクタによりエッジ方向フラグの種類に応じ
て、図１２（ｃ）及び（ｄ）に示す０°エッジ多値デー
タ列及び４５°エッジ多値データ列並びに図示省略され
た９０°エッジ多値データ及び１３５°エッジ多値デー
タ列の内の１つを選択し、この選択されたエッジ多値デ
ータ列（Ｐ₂ ，Ｐ₁ ，Ｐ₀ ）がルック・アップ・テーブ
ル回路１０６内のメモリのデータを参照するためのアド
レスの一部となる。

【００１４】例えば、図１２（ａ）に示す０°エッジ・
テンプレートによってエッジが検出されると、０°エッ
ジ・フラグが発生し、この０°エッジ・フラグによりル
ック・アップ・テーブル回路１０６内のラッチ回路及び
データセレクタにおいて、図１２（ｃ）に示した０°エ
ッジ多値データ列（Ｐ₂ ，Ｐ₁ ，Ｐ₀ ）の位置に相当す
る０°エッジ多値データ（Ｍ_1,3 ，Ｍ_2,3 ，Ｍ_3,3 ）が
保持される。即ち、例えば図１２（ｃ）及び（ｄ）に示
すエッジ多値データ列（Ｐ₂ ，Ｐ₁ ，Ｐ₀ ）として、発
生したエッジ方向フラグの種類によってそのデータセレ
クタを介して対応するエッジ多値データ列（Ｍ_i,j ）が
選択される。これにより、エッ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。

【００１５】次に、ルック・アップ・テーブル回路１０
６内のデータセレクタで選択されたエッジ多値データ列
（Ｐ₂ ，Ｐ₁ ，Ｐ₀ ）は、ルック・アップ・テーブル回
路１０６内のメモリの一部のアドレス端子に供給され
る。同時にエッジ方向フラグもエンコーダにより２ビッ
トのアドレスに変換されてそのメモリの残りのアドレス
端子に供給される。エッジ多値データ列の各データＰ
₂ ，Ｐ₁ ，Ｐ₀ はそれぞれ４ビットであるため、そのル
ック・アップ・テーブル回路１０６内のメモリには全体
として１４ビットのアドレスが入力される。このメモリ
内には、１４ビットのアドレスに対応する記憶領域にハ
イレベル“１”又はローレベル“０”の平滑二値化デー
タが記憶されているが、この平滑二値化データは二値画
像ウインドウ回路１０５において生成される５画素×５
画素のウインドウの中心画素の画像データに対応する。

【００１６】しかしながら、ルック・アップ・テーブル
回路１０６内のメモリにはエッジ方向での直前に平滑二
値化された二値化画像データは供給されていない。一例
として、図１２（ａ）に対応する０°エッジが検出され
た場合の中心画素の直前の平滑二値画像について考え
る。この場合、中心画素が発生する時刻をｔ₁ とする
と、直前の平滑二値画像は時刻ｔ₀ （ｔ₀ ＜ｔ₁ ）に発
生している。時刻ｔ₀ と時刻ｔ₁ との間隔は、図１１の
装置を同期して駆動するための１クロック分の時間でし
かない。これに関して、最近の高解像度のカメラを用い
た場合の１画素に対応する１クロック分のタイミング
は、周波数にして数１０ＭＨｚ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ｔ₀ 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。

【００１７】そこで、図１１の装置では、予め直前の画
素の平滑二値化画像データがハイレベル“１”又はロー
レベル“０”の場合にそれぞれ、現在処理中の画素に対
応するべき二値化画像データである白データＰ_W 又は黒
データＰ_B がルック・アップ・テーブル回路１０６内の
メモリから出力されるようになっている。そして、最終
的に画像選択回路１０８に平滑二値画像ウインドウ回路
１０９を介してエッジ方向の隣接する２ライン上の画素
に対応する平滑二値化画像データをフィードバックさせ
ることにより、それら出力された白データＰ_W 又は黒デ
ータＰ_B の一方を選択している。即ち、隣接する２ライ
ン上の画素に対応する平滑二値化画像データがハイレベ
ル“１”ならば白データＰ_W を選択し、その平滑二値化
画像データがローレベル“０”ならば黒データＰ_B を選
択するようになっている。

【００１８】また、画像選択回路１０８において、エッ
ジが検出されていない場合には、無条件に任意の二値化
回路１１１の出力データが平滑二値化画像データＰ_SMと
して出力されるようになっている。このような構成とし
たのは、図１１の装置はエッジ部分の平滑化を目的とし
ているため、エッジを検出していない場合には、既存の
他の二値化回路の処理結果を使用すれば良いからであ
る。

【００１９】次に、ルック・アップ・テーブル回路１０
６内のメモリに格納されているルック・アップ・テーブ
ルについて説明する。図１３は、図１２（ａ），（ｂ）
に示した２つのエッジ・テンプレート及び図示省略した
２つのエッジ・テンプレートにおいて、エッジ方向に並
んだ３つの画素Ｃ₁ ，Ｃ₂ ，Ｃ₃ を処理対称として、画
素Ｃ₁ 及びＣ₂ の画像データに基づいて現在処理中の画
素Ｃ₃ の平滑二値化に使用する閾値を決める閾値テーブ
ルの一例を示す。この図１３において、先ず、直前の画
素Ｃ₂ の画像データの二値化の結果がローレベル“０”
（黒レベル）かハイレベル“１”（白レベル）かにより
閾値グループが分かれる。次に、画素Ｃ₁ と画素Ｃ₂ と
の画像データの大小関係を比較し、この大小関係の結果
に応じて更に２つの閾値グループに分かれる。なお、図
１３及び以下の説明では、画素Ｃ_i の画像データをもＣ
_i で表す。そして、最終的に直前の画素Ｃ₂ の画像デー
タの値により選択された閾値グループの中の対応する値
が画素Ｃ₃ の二値化に使用する閾値として決定される。

【００２０】例えば、４ビットの多値画像データについ
て、（Ｃ₁ ，Ｃ₂ ，Ｃ₃ ）＝（６，６，７）であった場
合には、直前の画素Ｃ₂ の画像データの二値化結果がロ
ーレベル“０”（黒レベル）であったとすると、Ｃ₁ ≧
Ｃ₂ であることから、丸印で囲んだ閾値８が選択され、
その結果、画像データが７の画素Ｃ₃ はローレベル
“０”（黒レベル）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、直前の画
素Ｃ₂ の二値化結果が分からなければならない。しか
し、前述した処理サイクルの制約から直前の画素Ｃ₂ 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、図１１の装置では、図１３の閾値テーブルにおい
て、直前の画素Ｃ₂ の二値化結果がローレベル“０”
（黒レベル）であった場合とハイレベル“１”（白レベ
ル）であった場合との両方について２つの閾値を決定
し、この２つの閾値による二値化の結果をそれぞれ白デ
ータＰ_W 又は黒データＰ_B としてルック・アップ・テー
ブル回路１０６内のメモリに予め格納してルック・アッ
プ・テーブルを作っている。

【００２１】例えば、（Ｃ₁ ，Ｃ₂ ，Ｃ₃ ）＝（６，
６，７）の場合、直前の画素Ｃ₂ の二値化結果は分かっ
ていないため、次の２通りの場合の二値化データＰ_B 及
びＰ_Wをそれぞれ登録しておき、テーブルアクセスで二
値化データＰ_B 及びＰ_W の両方を読み出すものである。画素Ｃ₂ の二値化結果がローレベル“０”（黒レベ
ル）であるときの閾値８による画素Ｃ₃ の二値化データ
Ｐ_B 、画素Ｃ₂ の二値化結果がハイレベル“１”（白レベ
ル）であるときの閾値５による画素Ｃ₃ の二値化データ
Ｐ_W 。

【００２２】なお、図１１の装置ではルック・アップ・
テーブル回路１０６内のメモリに画像データＰ_W （＝
“１”）及びＰ_B （＝“０”）を記憶し、エッジ検出時
に読み出して何れか一方を選択している。しかし、仮に
エッジ上の画素間の多値画像データの差が量子化誤差の
範囲を超えているような場合、例えば１６階調の多値画
像データで９，８，５，９，８といった多値データのエ
ッジが存在したときは、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Ｐ_W もＰ_B も共にローレベル“０”
とするようなメモリの内容とするように設定しておけば
よい。このようにルック・アップ・テーブル回路１０６
内のメモリの内容を変更するだけで、エッジ部に存在す
る欠落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。

【００２３】

【発明が解決しようとする課題】上述のように、図１１
に示す画像二値化装置においては、エッジ部分ではＮビ
ットの多値のディジタル・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を抑えるこ
とができる。しかしながら、図１１の装置では、画像の
コーナー部分で発生する量子化誤差の影響を抑えること
はできないという不都合があった。

【００２４】本発明は斯かる点に鑑み、画像のコーナー
・パターン部分において量子化誤差に起因する１画素分
の凹凸の発生を抑え、且つそのようなコーナー・パター
ン部分に欠け、突起又は丸みのような局所的な形状が存
在する場合には、その局所的な形状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データを発生でき
る画像二値化方法及び画像二値化装置を提供することを
目的とする。

【００２５】

【課題を解決するための手段】本発明による画像二値化
方法は、例えば図１に示す如く、Ｎビット（Ｎは２以上
の整数）の多値ディジタル・ビデオ信号をエッジが平滑
化された二値化画像に対応するエッジ平滑二値化画像デ
ータに変換し（エッジ平滑二値化回路６）、このエッジ
平滑二値化画像データと予め定められたコーナー形状の
テンプレートデータとを比較照合してコーナーの存在の
有無及びコーナーの形状を示すコーナーフラグを発生し
（コーナー検出回路１９）、コーナーが存在する部分の
その多値ディジタル・ビデオ信号とそのコーナーフラグ
とで決定される画像情報に対応して予め記憶されている
コーナー二値化画像データをコーナー周辺部分に亘り連
続的に読み出し（ルック・アップ・テーブル回路２
１）、この読み出されたコーナー二値化画像データで対
応するそのエッジ平滑二値化画像データを入れ替えるよ
うにしたものである。

【００２６】また、本発明による画像二値化装置は、例
えば図１に示すように、Ｎビット（Ｎは２以上の整数）
の多値ディジタル・ビデオ信号をエッジが平滑化された
二値化画像に対応するエッジ平滑二値化画像データに変
換するエッジ平滑二値化回路（６）と、その多値ディジ
タル・ビデオ信号を二次元画像に対応する形式で取り出
す多値画像ウインドウ回路（２４）と、そのエッジ平滑
二値化画像データを二次元画像に対応する形式で取り出
す二値画像ウインドウ回路（９）と、この二次元画像に
対応する形式で取り出されたエッジ平滑二値化画像デー
タと予め定められたコーナー形状のテンプレートデータ
とを比較照合してコーナーの存在の有無及びコーナーの
形状を示すコーナーフラグを発生するコーナー検出回路
（１９）と、そのコーナーフラグに対応してその多値画
像ウインドウ回路より出力されるコーナー部分のその多
値ディジタル・ビデオ信号とそのコーナーフラグとで決
定される画像情報に基づいて生成されたアドレスに予め
記憶されているコーナー二値化画像データをコーナー周
辺部分に亘り連続的に読み出すルック・アップ・テーブ
ル回路（２１）と、この読み出されたコーナー二値化画
像データで対応するそのエッジ平滑二値化画像データを
入れ替える画像データ置換回路（１０）とを有するもの
である。

【００２７】

【作用】斯かる本発明の画像二値化方法及び画像二値化
装置によれば、次のような作用によりＮビットの多値デ
ィジタル・ビデオ信号が二値化される。先ず、エッジ平
滑二値化画像データにコーナー検出用のテンプレートデ
ータをマッチングさせ、コーナーの有無及びコーナーの
形状を検出する。コーナーが検出されると、コーナーフ
ラグが発生し、このフラグにより、例えば図８に示すコ
ーナー近傍の４列の多値画像データＬ₁ 〜Ｌ₃ ，Ｍ₁ 〜
Ｍ₃ ，Ｎ₁ 〜Ｎ₃ ，Ｏ₁〜Ｏ₃ が取り出される。この４
個の多値データ列と既に二値化された直前の画素データ
とを組み合わせて生成したアドレスが順次、ルック・ア
ップ・テーブルが格納されたメモリ（ルック・アップ・
テーブル回路（２１））に入力される。そしてこの入力
に応じて二値化されたコーナー二値化画像データがその
メモリから出力される。

【００２８】この二値化の動作は、例えば図８の場合に
は、多値画像データＬ₂ ，Ｍ₂ ，Ｎ₂ ，Ｏ₂ から順に２
回繰り返されＬ₃ ，Ｍ₃ ，Ｎ₃ ，Ｏ₃ までの多値画像デ
ータがすべて二値化される。そして、このコーナー二値
化画像データによりコーナーの存在する位置の画素のエ
ッジ平滑二値化画像データの置換が行われ、エッジ平滑
二値化画像データ内のコーナー部分は、コーナー平滑二
値化画像データとなる。

【００２９】このように本発明では、エッジ平滑二値化
画像データの画像にテンプレート・マッチングを行うこ
とによりコーナー部分を検出し、図８の例ではコーナー
近傍の４個の多値データ列を同時に取り出す。そして、
各データ列ごとに順次、ルック・アップ・テーブルに従
って二値化していくので、コーナー部分と画像データの
流れの相対的な方向性によらず常にコーナー先端部分に
向かって二値化していくことができる。

【００３０】

【実施例】以下、本発明の一実施例につき図１〜図１０
を参照して説明する。本例は、ビデオカメラで撮像して
得られた多値ディジタル・ビデオ信号を二値化する画像
処理装置に本発明を適用したものである。図１は、本実
施例の画像処理装置を示し、この図１において、カメラ
１で試料台３上の試料２上に形成された微細な幾何学的
なパターンを撮像し、カメラ１より出力されるアナログ
のビデオ信号をＡ／Ｄコンバータ４に供給する。Ａ／Ｄ
コンバータ４によりアナログのビデオ信号がＮビット
（Ｎは２以上の整数）のディジタルの多値画像データに
変換される。この多値画像データを多値画像データバス
５を介してエッジ平滑二値化回路６及び多値画像シフト
レジスタ２３に供給する。エッジ平滑二値化回路６は、
図１１においてＡ／Ｄコンバータ４に続く回路と同一構
成の回路であり、このエッジ平滑二値化回路６からエッ
ジ部分を平滑化した画像に対応するエッジ平滑二値化画
像データ７が出力される。

【００３１】エッジ平滑二値化回路６から出力されるエ
ッジ平滑二値化画像データ７は、エッジ部分に量子化誤
差による凹凸がない画像に対応する。このエッジ平滑二
値化画像データ７は、二値画像シフトレジスタ８及び二
値データバス１３を介して、二値画像ウインドウ回路９
に入力される。この二値画像ウインドウ回路９の出力デ
ータは、二値化画像データバス１４を介して、画像デー
タ置換回路１０に入力される。この画像データ置換回路
１０の出力データは、二値化画像データバス１５を介し
て二値画像シフトレジスタ１１に入力される。なお、二
値画像シフトレジスタ回路８及び１１はそれぞれ図２に
示すように、Ｎビット長シフトレジスタ３０〜３５を並
列接続して構成されている。

【００３２】この二値画像シフトレジスタ１１から出力
される６ライン分の二値化画像データの内の最初の５ラ
イン分の二値化画像データは、再び二値画像シフトレジ
スタ８に入力される。この際に、第１ラインの出力は第
２ラインの入力に、第２ラインの出力は第３ラインの入
力へ、‥‥というように１ラインずつシフトして入力さ
れる。そして、二値画像シフトレジスタ１１の第６ライ
ンの出力データが、最終的なコーナー二値化画像データ
１７となり、このコーナー二値化画像データ１７が図示
省略した処理回路に供給される。

【００３３】二値画像ウインドウ回路９は、図３に示す
ように構成され、水平方向に画像データを転送すると共
に画像データを２次元的に取り出すためにシリアル／パ
ラレル変換用のシフトレジスタ（以下、「Ｓ／Ｐ変換シ
フトレジスタ」という）３８〜４３が配置されている。
これらのＳ／Ｐ変換シフトレジスタ３８〜４３の出力デ
ータは二通りに分かれ、一方は、二値化画像データバス
１４を介して図１の画像データ置換回路１０に入力さ
れ、他方はウインドウ二値化画像データバス１８を介し
て、図１のコーナー検出回路１９に入力される。

【００３４】次に、本例では、コーナーの基本的な形状
として、それぞれ６×６画素よりなる図６（ａ）の９０
°コーナー（１）、図６（ｂ）の１３５°コーナー及び
図６（ｃ）の９０°コーナー（２）の３種類を考える。
これらコーナーを更に、それぞれ９０°、１８０°及び
２７０°回転したコーナーも共通に処理される。また、
図６（ａ）〜（ｃ）ではｉ行でｊ列の画素の二値化画像
データをＰ_ijで表している。そして、これらコーナーの
近傍から８個の画素の二値化画像データ（図６（ａ）の
例ではＰ₁₃〜Ｐ₄₂）を取り出して図１のコーナー検出回
路１９に供給する。

【００３５】このコーナー検出回路１９は、図６（ｄ）
に示すように、必要な画素のアンドをとることによりコ
ーナーを検出する。この図６（ｄ）において、６７は８
入力のアンド回路を示し、このアンド回路６７の４個の
正論理の入力部に図６（ａ）の４個の二値化画像データ
Ｐ₃₁，Ｐ₃₂，Ｐ₁₃，Ｐ₂₃を供給し、残りの４個の負論理
の入力部に４個の画像データＰ₄₁，Ｐ₄₂，Ｐ₁₄，Ｐ₂₄を
供給する。また、図示省略するも、４個の二値化画像デ
ータＰ₃₁，Ｐ₃₂，Ｐ₁₃，Ｐ₂₃を負論理で入力し、残りの
４個の画像データＰ₄₁，Ｐ₄₂，Ｐ₁₄，Ｐ₂₄を正論理で入
力するアンド回路も設けられている。後者のアンド回路
により、明暗が反転したコーナーが検出される。

【００３６】６８及び６９もアンド回路６７と同じ構成
の８入力のアンド回路を示し、同様にアンド回路６８に
は図６（ｂ）の８個の画像データＰ₁₃〜Ｐ₆₁を供給し、
アンド回路６９にいは図６（ｃ）の８個の画像データＰ
₁₁〜Ｐ₆₂を供給する。そして、何れかのコーナーが存在
すると、アンド回路６７〜６９の出力データがハイレベ
ル“１”になることからコーナーの有無が検出される。
これらアンド回路６７〜６９の出力データはエンコード
回路８８に供給される。

【００３７】例えば図６（ａ）の９０゜コーナー（１）
の場合、Ｐ₃₁＝Ｐ₃₂＝Ｐ₁₃＝Ｐ₂₃＝１かつＰ₄₁＝Ｐ₄₂＝
Ｐ₁₄＝Ｐ₂₄＝０の条件を満たすか、あるいはＰ₃₁＝Ｐ₃₂
＝Ｐ₁₃＝Ｐ₂₃＝０かつＰ₄₁＝Ｐ₄₂＝Ｐ₁₄＝Ｐ₂₄＝１の条
件を満たす場合にコーナーが存在すると認識されコーナ
ーフラグが発生される。このコーナーフラグはエンコー
ド回路８８に入力され、他のコーナーを検出した際に発
生するコーナーフラグと合成される。合成後のコーナー
フラグがコーナーフラグバス２０を介して、図１の多値
画像ウインドウ回路２４及びルック・アップ・テーブル
回路２１及び画像データ置換回路１０に入力される。

【００３８】図１の多値画像ウインドウ回路２４は、図
３で示した二値画像ウインドウ回路９がＮ回路分配置さ
れ（Ｎビットの各ビットごとに１回路分が使用され
る）、図８に示すように、コーナーフラグによって一意
的に決定される４個の多値データ列を図１のコーナー多
値画像バス２９を介してルック・アップ・テーブル回路
２１に転送する。また、多値画像ウインドウ回路２４中
の他方のＳ／Ｐ変換シフトレジスタの右端からの出力デ
ータは、多値画像バス２７を介して多値画像シフトレジ
スタ２５に入力される。この多値画像シフトレジスタ２
５の出力データは、多値画像バス２８を介し多値画像シ
フトレジスタ２３に入力される。このとき多値画像シフ
トレジスタ２５は６ライン分の出力部を有し、第１ライ
ンの出力部は、多値画像シフトレジスタ２３の第２ライ
ンの入力部に接続され、同様に第２ラインの出力部は第
３ラインの入力部、‥‥というように各ラインの出力部
及び入力部が接続される。従って多値画像シフトレジス
タ２５の第６ラインの出力部の接続先は存在しない。

【００３９】図７はルック・アップ・テーブル回路２１
の構成を示し、この図７において、７０〜７３はそれぞ
れパラレル／シルアル（Ｐ／Ｓ）変換シフトレジスタ、
７４〜７７はそれぞれ多値データ遅延回路、８０〜８３
はそれぞれメモリ、８４〜８７はそれぞれＳ／Ｐ変換シ
フトレジスタ、７８はラッチ回路、８９はデコーダ回路
である。多値画像バス２９を介して転送された４個の多
値データ列（Ｌ₁ −Ｌ₂ −Ｌ₃ ，Ｍ₁ −Ｍ₂ −Ｍ₃ ，Ｎ
₁ −Ｎ₂ −Ｎ₃ ，Ｏ₁ −Ｏ₂ −Ｏ₃ ）（これら多値デー
タについては図８に表示されている）を各々パラレル／
シリアル（Ｐ／Ｓ）変換シフトレジスタ７０に入力す
る。これにより、例えばＬ₁ −Ｌ₂ −Ｌ₃のデータ列の
場合、同時刻に転送されてきたものを、１クロック・タ
イミングごとにＬ₁ ，Ｌ₂ ，Ｌ₃ と順次出力していく。

【００４０】多値データＬ₁ は先ずラッチ回路７８に入
力され、次のクロック・タイミングでＬ₁ をラッチしな
がらＰ／Ｓ変換シフトレジスタ７０からＬ₂ が出力さ
れ、これにより２画素づつ（１クロック・タイミングで
Ｌ₁ とＬ₂ 、次のクロック・タイミングでＬ₂ ，Ｌ₃ ）
メモリ８０のアドレスとして入力される。

【００４１】メモリ８０にはルック・アップ・テーブル
・データが格納されており、Ｌ_n+1（これから二値化す
る多値データ）及びＬ_n （直前に二値化された多値デー
タ）及びＰ_n （直前に二値化されたコーナー二値化画像
データ）によって生成される（２×Ｎ＋１）ビットのア
ドレスによってＬ_n+1 の二値化後の値を決定している。
直前に二値化されたデータＰ_n はメモリ８０の出力をフ
ィードバックして再びメモリ８０のアドレスに入力され
ている。

【００４２】このようにしてコーナー先端部分から２画
素目を先ず二値化し、次にコーナー先端を二値化し、こ
の２つの二値化データは、Ｓ／Ｐ変換シフトレジスタ８
４に入力され、同タイミングでルック・アップ・テーブ
ル出力バス２２を介して、図１の画像データ置換回路１
０に入力される。

【００４３】以上の動作は他の多値データ列（Ｍ₁ −Ｍ
₂ −Ｍ₃ ，Ｎ₁ −Ｎ₂ −Ｎ₃ ，Ｏ₁−Ｏ₂ −Ｏ₃ ）でも
独立に同タイミングで同様に行われる。これによって、
画像データ置換回路１０にはＬ₂ ，Ｌ₃ ，Ｍ₂ ，Ｍ₃ ，
Ｎ₂ ，Ｎ₃ ，Ｏ₂ ，Ｏ₃ の各多値データを二値化した８
個のコーナー平滑二値化画像データが同時に入力され
る。画像データ置換回路１０には、コーナーフラグバス
２０が接続されており、検出したコーナー形状の情報が
入力されている。これによって、ルック・アップ・テー
ブル出力バス２２を介して転送されてきた、８個のコー
ナー平滑二値化画像データをどのエッジ平滑二値化画像
データで置換するかが決定される。

【００４４】図４は画像データ置換回路１０のその置換
の決定を行う部分の回路構成を示し、この図４におい
て、エンコードされたコーナーフラグは、コーナーフラ
グバス２０を介してフラグデコーダ６２に入力される。
また、４６〜６１はそれぞれ画素置換ブロック、６３は
ルック・アップ・テーブルデータ制御回路を示し、上記
のフラグデコーダ６２では、置換すべき画素位置の画素
置換ブロック（４６〜６１の中の任意の８箇所）に置換
用のフラグを送る。また同タイミングにおいて、ルック
・アップ・テーブル・バス２２を介して転送されてきた
８個のコーナー平滑二値化画像データは、ルック・アッ
プ・テーブルデータ制御回路６３内で置換すべき画素置
換ブロック（４６〜６１の中の任意の８箇所）に振り分
けられる。そしてコーナー近傍の画素はエッジ平滑二値
化画像データと置き換えられる。

【００４５】また、画素置換ブロック４６〜６１は、そ
れぞれ図５の破線内のブロックで示すように、アンド回
路６４，６５及びオア回路６６より構成されている。こ
の図５において、６２はフラグ・デコーダ、６３はルッ
ク・アップ・テーブルデータ制御回路を示す。

【００４６】次に図７に示すルック・アップ・テーブル
回路２１中のメモリ８０〜８３に格納されているルック
・アップ・テーブルについて説明する。メモリ８０〜８
３は同形式のメモリであるが、メモリ内に格納されてい
るデータは、メモリ８０ではＬ₁ −Ｌ₂ −Ｌ₃ 列用、メ
モリ８１ではＭ₁ −Ｍ₂ −Ｍ₃ 列用、メモリ８２ではＮ
₁ −Ｎ₂ −Ｎ₃ 列用、メモリ８３ではＯ₁ −Ｏ₂ −Ｏ₃
列用となっている。これらデータＬ₁ 等は図８に示され
ている。

【００４７】多値データを４ビット（１６階調）として
説明を行う。図９に示したエッジ平滑二値画像に、図６
（ｃ）で示した９０゜コーナー（２）のテンプレート・
マッチングした場合を例に説明する。先ず図９（ｂ）の
例について行う。前記のテンプレート・マッチングの結
果メモリ８０には、図８（ｃ）のＬ₁ −Ｌ₂ −Ｌ₃ 列の
多値画像データとして図９（ｂ）に示すように、２−２
−１という値が入力される。同様にメモリ８１にはＭ₁
−Ｍ₂ −Ｍ₃ 列として８−７−６が、メモリ８２にはＮ
₁ −Ｎ₂ −Ｎ₃ 列として８−８−６が、メモリ８３には
Ｏ₁ −Ｏ₂ −Ｏ₃ 列として２−２−１がそれぞれ入力さ
れる。

【００４８】また図９（ａ）のエッジ平滑二値化画像の
画素Ｌ₁ ，Ｍ₁ ，Ｎ₁ ，Ｏ₁ の値はそれぞれ０，１，
１，０となっており、画素Ｌ₂ ，Ｍ₂ ，Ｎ₂ ，Ｏ₂ を二
値化する際の直前画素の０又は１として用いられる。た
だし、この値（Ｌ₁ ，Ｍ₁ ，Ｎ₁ ，Ｏ₁ の０又は１）は
コーナーの形状によって一意的に決定されるものであ
る。即ちコーナーを検出する為のテンプレート・マッチ
ングが、Ｌ₁ ＝０，Ｍ₁ ＝１，Ｎ₁ ＝１，Ｏ₁ ＝０でな
いと有効にならないからである。

【００４９】次にＬ₁ −Ｌ₂ −Ｌ₃ 列を例にして、Ｌ
₂ ，Ｌ₃ が二値化される過程の説明を行う。Ｌ₁ は既に
述べたとおり０である。Ｌ₁ の多値である２とＬ₂ の多
値である２がまず第１ステップとしてメモリ８０にアド
レスとして入力される。このとき、同時に図７のデコー
ダ回路８９からコーナーの形状もアドレスとして入力さ
れる。これらのアドレスによってこれから二値化しよう
とするＬ₂ の多値＝２、直前画素Ｌ₁ のエッジ平滑二値
化画像＝１、Ｌ₁ の多値＝２という情報がルック・アッ
プ・テーブルに与えられる。

【００５０】図１０は、ルック・アップ・テーブルの内
容を示し、上記の情報で図１０のルック・アップ・テー
ブルを参照すると、Ｌ₁ ＝２で二値化画像＝０のとき、
Ｌ₂の閾値は丸印で囲んだ５となり、Ｌ₂ ＝０に二値化
される。次のステップでは、Ｌ₂ とＬ₃ の情報、即ちＬ
₂ の多値＝２、直前画素Ｌ₂ のコーナー平滑二値化画像
＝０、Ｌ₃ の多値＝１という情報がルック・アップ・テ
ーブルに与えられる。図１０に示したルック・アップ・
テーブルを参照すると、Ｌ₃ の閾値はやはり５となり、
Ｌ₃ ＝０に二値化される。

【００５１】次に、コーナー近傍に突起が存在する場合
について説明する。これは図９（ｃ）の例である。ただ
し、エッジ平滑二値化画像は、上述の例と同様に図９
（ａ）である。これはエッジ平滑二値化回路６において
は、エッジ上では凹凸を平滑化して、コーナー近傍は単
純二値化してしまう為であり、その結果図９（ｂ）及び
（ｃ）は同様のエッジ平滑二値化画像になってしまうか
らである。

【００５２】さて、図９（ｃ）において、Ｌ₁ −Ｌ₂ −
Ｌ₃ 列は２−５−２となる。またＬ₁ の二値は０であ
る。従って、Ｌ₂ の閾値は丸印で囲んだ５となる。本回
路においては、閾値以上の値の場合を１に二値化するよ
う定めているので、Ｌ₂ ＝１と二値化される。次のステ
ップでは、Ｌ₂ ＝１が直前画素の二値化画像となり、二
値化される画素の多値はＬ₃ ＝２となる。従って、図１
０に正方形の印で囲んだ閾値によってＬ₃ ＝０となる。
以上の結果からＬ₂ の画素は突起形状として二値化され
たことになる。同様のプロセスをＭ₁ −Ｍ₂ −Ｍ₃ 列、
Ｎ₁ −Ｎ₂ −Ｎ₃列、Ｏ₁ −Ｏ₂ −Ｏ₃ 列でも行い、コ
ーナー平滑二値化画像が生成される。

【００５３】また、本実施例では、図６に示したように
６×６のウインドウを用い、コーナー先端から二画素目
までのエッジ上を二値化したが、ウインドウサイズを拡
大すること、更に図７のＰ／Ｓ変換シフトレジスタ７０
〜７３及びＳ／Ｐ変換シフトレジスタ８４〜８７の各々
のシフト量を増加させることにより、二値化の範囲を容
易に拡大することが可能である。

【００５４】また、本実施例では、図６でテンプレート
の例を３種類のみ示したが、実際には、方向や角度の異
なるテンプレートを数十種以上用意することが可能であ
る。このように、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。

【００５５】

【発明の効果】本発明によれば、コーナー形状を検出
後、その近傍を同タイミングで二値化した後に、原形で
ある二値化画像（実施例のエッジ平滑二値化画像に対応
する）と入れ換える為、時刻の変化に従って移動してい
く連続した画像に対して、常にコーナー先端部に向かっ
て二値化処理をすることが可能である。従って、コーナ
ー先端部がどの方向に向いていても二値化処理時にエッ
ジからコーナーに向かって、多値画像データの変位を比
較する二値化の手法を適用することが可能となった。従
って、画像のコーナー・パターン部分において量子化誤
差に起因する１画素分の凹凸の発生を抑え、且つそのよ
うなコーナー・パターン部分に欠け、突起又は丸みのよ
うな局所的な形状が存在する場合には、その局所的な形
状の情報が二値化後の画像においても失われない二値化
画像データを発生できる利点がある。

【００５６】また本発明では、ルック・アップ・テーブ
ル上の閾値を変更することにより、比較的丸みを持った
コーナーを鋭くしたり、逆の操作をすることも可能であ
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画像処理装置の全体の構成
を示すブロック図である。

【図２】図１の二値画像シフトレジスタ８及び１１の詳
細な構成例を示すブロック図である。

【図３】図１の二値画像ウインドウ回路９の詳細な構成
例を示すブロック図である。

【図４】図１の画像データ置換回路１０の詳細な構成例
を示すブロック図である。

【図５】図４の画像置換ブロック４６〜６１の詳細な構
成例を示すブロック図である。

【図６】（ａ）は９０°コーナー（１）を示す線図、
（ｂ）は１３５°コーナーを示す線図、（ｃ）は９０°
コーナー（２）を示す線図、（ｄ）は図１のコーナー検
出回路１９の詳細な構成例を示すブロック図である。

【図７】図１のルック・アップ・テーブル回路２１の詳
細な構成例を示すブロック図である。

【図８】（ａ）は９０°コーナー（１）に対応する多値
データ取り出し位置を示す線図、（ｂ）は１３５°コー
ナーに対応する多値データ取り出し位置を示す線図、
（ｃ）は９０°コーナー（２）に対応する多値データ取
り出し位置を示す線図である。

【図９】（ａ）はエッジ平滑二値化画像の一例を示す線
図、（ｂ）は４ビット（１６階調）の多値画像の一例を
示す線図、（ｃ）はコーナー近傍に突起が存在する場合
の多値画像の一例を示す線図である。

【図１０】ルック・アップ・テーブルの一例を示す線図
である。

【図１１】本発明の先願に係るエッジ平滑二値化を行う
画像処理装置の構成を示すブロック図である。

【図１２】（ａ）は０°エッジ・テンプレートを示す線
図、（ｂ）は４５°エッジ・テンプレートを示す線図、
（ｃ）は０°エッジ多値データ列を示す線図、（ｄ）は
４５°エッジ多値データ列を示す線図である。

【図１３】図１１のルック・アップ・テーブル回路１０
６で使用する閾値テーブルを示す線図である。

【符号の説明】

１カメラ２試料４Ａ／Ｄコンバータ５Ｎビット画像データバス６エッジ平滑二値化回路７エッジ平滑二値化画像データ８，１１二値画像シフトレジスタ９二値画像ウインドウ回路１０画像データ置換回路１２〜１６二値化画像データバス１７コーナー平滑二値化画像データ１８ウインドウ二値化画像データバス１９コーナー検出回路２０コーナーフラグバス２１ルック・アップ・テーブル回路２２ルック・アップ・テーブル出力バス２３，２５多値画像シフトレジスタ２４多値画像ウインドウ回路２６〜２８多値画像バス２９コーナー多値画像バス３０〜３５Ｎビット長シフトレジスタ３６シフトレジスタ入力バス３７シフトレジスタ出力バス３８〜４３Ｓ／Ｐ変換シフトレジスタ４４，４５４ビット長シフトレジスタ４６〜６１画素置換ブロック６２フラグデコーダ６３ルック・アップ・テーブルデータ制御回路６４，６５アンド回路６５オア回路６７〜６９アンド回路７０〜７３Ｐ／Ｓ変換シフトレジスタ７４〜７７多値データ遅延回路７８ラッチ回路８０〜８３メモリ８４〜８７Ｓ／Ｐ変換シフトレジスタ８８エンコーダ８９デコーダ１０３多値画像ウインドウ回路１０４単純二値化回路１０５二値画像ウインドウ回路１０６ルック・アップ・テーブル回路１０７テンプレート回路１０８画像選択回路１０９平滑二値画像ウインドウ回路１１１任意の二値化回路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】Ｎビット（Ｎは２以上の整数）の多値デ
ィジタル・ビデオ信号をエッジが平滑化された二値化画
像に対応するエッジ平滑二値化画像データに変換し、該エッジ平滑二値化画像データと予め定められたコーナ
ー形状のテンプレートデータとを比較照合してコーナー
の存在の有無及びコーナーの形状を示すコーナーフラグ
を発生し、コーナーが存在する部分の前記多値ディジタル・ビデオ
信号と前記コーナーフラグとで決定される画像情報に対
応して予め記憶されているコーナー二値化画像データを
コーナー周辺部分に亘り連続的に読み出し、該読み出されたコーナー二値化画像データで対応する前
記エッジ平滑二値化画像データを入れ替えるようにした
事を特徴とする画像二値化方法。
【請求項２】Ｎビット（Ｎは２以上の整数）の多値デ
ィジタル・ビデオ信号をエッジが平滑化された二値化画
像に対応するエッジ平滑二値化画像データに変換するエ
ッジ平滑二値化回路と、前記多値ディジタル・ビデオ信号を二次元画像に対応す
る形式で取り出す多値画像ウインドウ回路と、前記エッジ平滑二値化画像データを二次元画像に対応す
る形式で取り出す二値画像ウインドウ回路と、該二次元画像に対応する形式で取り出されたエッジ平滑
二値化画像データと予め定められたコーナー形状のテン
プレートデータとを比較照合してコーナーの存在の有無
及びコーナーの形状を示すコーナーフラグを発生するコ
ーナー検出回路と、前記コーナーフラグに対応して前記多値画像ウインドウ
回路より出力されるコーナー部分の前記多値ディジタル
・ビデオ信号と前記コーナーフラグとで決定される画像
情報に基づいて生成されたアドレスに予め記憶されてい
るコーナー二値化画像データをコーナー周辺部分に亘り
連続的に読み出すルック・アップ・テーブル回路と、該読み出されたコーナー二値化画像データで対応する前
記エッジ平滑二値化画像データを入れ替える画像データ
置換回路とを有する事を特徴とする画像二値化装置。