JPH07114901A

JPH07114901A - 画像信号処理方法および装置

Info

Publication number: JPH07114901A
Application number: JP5257980A
Authority: JP
Inventors: Ichiro Ando; 一郎安藤; Masao Murota; 正雄無漏田
Original assignee: Jeol Ltd
Current assignee: Jeol Ltd
Priority date: 1993-10-15
Filing date: 1993-10-15
Publication date: 1995-05-02

Abstract

(57)【要約】【目的】観察に適した輝度分布の画像信号とすること
ができる画像信号処理方法および装置を実現する。【構成】増幅器８によって増幅された検出信号は、分
離抽出回路１０に供給される。分離抽出回路１０は設定
された輝度レベルより高輝度の信号を第１のメモリー１
２に供給して記憶させ、設定された輝度レベルより低輝
度の信号を第２のメモリー１３に供給して記憶させる。
第１のメモリー１２の信号は、反転回路１４に供給され
た後、第１の対数変換回路第１５に供給されて対数変換
され、反転回路１６に供給される。一方、第２のメモリ
ー１２の信号は、第２の対数変換回路１７に供給され
る。反転回路１６の出力信号と第２の対数変換回路１７
の出力とは、加算回路１８に供給されて両信号の和が求
められる。加算回路１８の出力信号はＤＡ変換器１９を
介して陰極線管２０に供給される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、走査電子顕微鏡などの
画像信号を処理し、観察に適した状態とするための画像
信号処理方法および装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】走査電子顕微鏡では、電子銃から発生し
加速された電子ビームをコンデンサレンズと対物レンズ
とによって試料上に細く集束すると共に、電子ビームを
偏向コイルによって２次元的に走査している。試料への
電子ビームの照射によって発生した２次電子や反射電子
が検出され、電子ビームの走査と同期した陰極線管に検
出信号を供給することにより、試料の２次電子像や反射
電子像などを得ることができる。

【０００３】このような走査電子顕微鏡において、検出
器からの信号を陰極線管に供給する際、陰極線管での画
像を最適な状態とするため、検出信号の増幅器のゲイン
の調整、ガンマコントロールなどを行ったり、また、線
型や非線型のルックアップテーブルを参照した信号処理
を行っている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、走査電
子顕微鏡などの画像信号のダイナミックレンジは非常に
大きいため、１枚の画像を全ての観察目的に対して最適
な状態にすることは実質上不可能であった。そこで、デ
ジタル画像処理装置を用い、各種のデジタルフィルタを
組み合わせた処理が行われるようになった。この場合、
処理前の画像が適正な輝度分布を有していないときに
は、これらの処理が十分効果を上げることができないば
かりか、かえって画質を劣化させてしまう結果になるこ
ともある。

【０００５】デジタル画像処理装置には、画像の輝度を
変化させる機能として、輝度シフトやダイナミックレン
ジの拡大、対数変換そしてヒストグラム平坦化などが用
いられる。しかし、これらの機能を用いても、満足すべ
き結果が得られる場合は少ない。画像によって輝度分布
が大きく変化するにもかかわらず、画像全体を一括処理
するためであり、画像の輝度分布に応じ、輝度階調によ
って異なる処理方法が必要であるが実用的な良い方法が
なかった。

【０００６】本発明は、このような点に鑑みてなされた
もので、その目的は、画像信号の内、高輝度部分につい
ては輝度を抑制し、低輝度部分については輝度を強調
し、観察に適した輝度分布の画像信号とすることができ
る画像信号処理方法および装置を実現するにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明に基づく画像信号
処理方法は、画像信号の内、特定輝度レベルを境にして
低輝度部分と高輝度部分とを分離抽出し、分離抽出され
た低輝度部分については対数変換を行い、高輝度部分に
ついては信号を反転させて対数変換した後その信号を反
転させ、その後、２種の信号を加算して画像信号とした
ことを特徴としている。

【０００８】また、本発明に基づく画像信号処理装置
は、画像信号が供給され、与えられた特定輝度レベルを
境にして低輝度部分と高輝度部分とを分離抽出するため
の分離抽出回路と、分離抽出された低輝度部分の信号を
対数変換する第１の対数変換回路と、分離抽出された高
輝度部分の信号を反転する第１の反転回路と、第１の反
転回路の出力を対数変換する第２の対数変換回路と、第
２の対数変換回路の出力信号を反転する第２の反転回路
と、第１の対数変換回路と第２の反転回路との和を求め
る加算回路と、加算回路の出力に応じて像を表示する表
示手段とを備えたことを特徴としている。

【０００９】

【作用】本発明では、高輝度部分と低輝度部分とを分離
し、それぞれ対数変換することにより、高輝度部分の信
号強度を抑制する一方、低輝度部分の信号強度を持ち上
げ、観察に適した信号強度の映像信号を得る。

【００１０】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細
に説明する。図１は本発明の一実施例の走査電子顕微鏡
を示しており、１は電子銃である。電子銃１から発生し
加速された電子ビームＥＢは、コンデンサレンズ２、対
物レンズ３によって試料４上に細く集束される。試料４
に照射される電子ビームＥＢは、偏向器５によって偏向
されるが、偏向器５には走査信号発生回路６から走査信
号が供給されており、その結果、試料の特定領域は電子
ビームＥＢによって２次元的に走査される。

【００１１】試料４への電子ビームＥＢの照射に基づき
試料から発生した２次電子は、２次電子検出器７によっ
て検出される。検出器７からの検出信号は、増幅器８を
介してＡＤ変換器９に供給される。ＡＤ変換器９の出力
信号は、分離抽出回路１０に供給される。この分離抽出
回路１０には、閾値設定端末１１により設定された閾値
（任意の輝度レベル）が供給され、この閾値を境にして
信号は分離され、高輝度信号は第１のメモリー１２に供
給され、低輝度信号は第２のメモリー１３に供給されて
記憶される。

【００１２】第１のメモリー１２の信号は、読み出され
て反転回路１４に供給される。反転回路１４の出力は、
第１の対数変換回路１５に供給されて対数変換された
後、反転回路１６に供給される。一方、第２のメモリー
１２の信号は、読み出されて第２の対数変換回路１７に
供給される。反転回路１６の出力信号と第２の対数変換
回路１７の出力とは、加算回路１８に供給されて両信号
の和が求められる。加算回路１８の出力信号はＤＡ変換
器１９を介して陰極線管２０に供給される。なお、各回
路は、図示していないが、コンピュータにより制御され
ている。このような構成の動作を次に説明する。

【００１３】まず、通常の走査電子顕微鏡像は、偏向器
５により試料４上で電子ビームを２次元的に走査し、試
料への電子ビームの照射によって発生した２次電子を検
出器７によって検出し、その検出信号を増幅器８を介し
て陰極線管１９に供給することによって得ることができ
る。

【００１４】さて、上記した検出信号の処理回路におい
て、まず、増幅器８によって増幅された検出信号は、Ａ
Ｄ変換器９によってディジタル信号に変換された後、分
離抽出回路１０に供給される。この分離抽出回路１０に
は、閾値設定端末１１から所望の輝度レベルが供給され
ている。分離抽出回路１０は設定された輝度レベルより
高輝度の信号を第１のメモリー１２に供給して記憶さ
せ、設定された輝度レベルより低輝度の信号を第２のメ
モリー１３に供給して記憶させる。

【００１５】図２は（ａ）の原画像ヒストグラムを例
に、高輝度信号の処理の流れを説明するための図であ
る。（ａ）の信号は、分離抽出回路１０において閾値以
下の部分の輝度を０にする。この例では閾値として２４
を入力しているので、０〜２４の部分が輝度０となり、
２５〜４９の部分はそのまま残る。すなわち、高輝度部
分のみ抽出したことになる。その結果（ｂ）の高輝度が
強調された信号がメモリー１２に記憶される。メモリー
１２に記憶された信号は、読み出され、反転回路１４に
おいて信号反転され、（ｃ）の信号とされる。ここで、
反転前の輝度をｘ、反転後の輝度をｙとすれば、反転内
容は次の式で表すことができる。

【００１６】ｙ＝４９−ｘ（ｃ）の信号は、１階調だけ増やされ、（ｄ）の信号と
される。ただし、この場合、最高階調４９については変
化しない。この操作は、次に述べる操作によって低輝度
部と高輝度部の一部が再び混ざってしまわないためのも
のである。次に（ｄ）の信号に対して４９が入力され、
（ｅ）の信号とされる。（ｅ）の信号は、（ｆ）に示す
ように、０〜２５の階調が０〜４９の階調に拡大、すな
わち、ダイナミックレンジが拡大される。この処理は、
次に続く対数変換のための前処理である。（ｆ）の信号
は、対数変換回路１５において対数変換され、（ｇ）の
信号とされる。この変換は、変換前の輝度値をｘ、変換
後の輝度値をｙとすると、下式に従って行われる。

【００１７】ｙ＝４９×ｌｏｇ（１＋ｘ）／ｌｏｇ５０対数変換回路１５において対数変換された信号は、更
に、輝度が１／２に縮小され、（ｈ）の信号とされる。
（ｈ）の信号は、輝度反転回路１６に供給されて輝度が
反転され（ｉ）の信号される。この操作により、原画像
（ａ）において輝度値が２５であった部分は２５のまま
とし、最大輝度値も実質上変化させずに、２５と４９の
間の輝度を抑制する結果となる。ただし、このままでは
分離された輝度部分は全て輝度値４９になっている。従
って、低輝度部をクリア（輝度値０）し、４９を入力し
て（ｊ）の信号を得る。

【００１８】図３は（ａ）の原画像ヒストグラムを例
に、低輝度信号の処理の流れを説明するための図であ
る。（ａ）の信号は、分離抽出回路１０において閾値以
上の部分の輝度を０にする。この場合は高輝度分離の場
合の２４ではなく、２５が入力され、その結果、０〜２
４の部分がそのまま残り、２５〜４９の部分の輝度が０
となる。すなわち、低輝度部分が抽出される。その結果
（ｂ）の低輝度が強調された信号がメモリー１２に記憶
される。メモリー１２に記憶された信号は、読み出さ
れ、対数変換回路１３に供給される。

【００１９】この回路でまず（ｂ）の信号は、１階調だ
け増やされ、（ｃ）の信号とされる。ただし、この場
合、最高階調４９については変化しない。この操作は、
次に述べる操作によって低輝度部と高輝度部の一部が再
び混ざってしまわないためのものである。（ｃ）の信号
は、４９が入力され、（ｄ）の信号とされる。（ｄ）の
信号は、（ｅ）に示すように、０〜２５の階調が０〜４
９の階調に拡大、すなわち、ダイナミックレンジが拡大
される。この処理は、次に続く対数変換のための前処理
である。（ｅ）の信号は、第２の対数変換回路１５にお
いて対数変換され、（ｆ）の信号とされる。第２の対数
変換回路１５において対数変換された信号は、更に、輝
度が１／２に縮小され、（ｇ）の信号とされる。

【００２０】反転回路１４の出力である図２（ｊ）の信
号（高輝度信号）と、第２の対数変換回路１７の出力で
ある図３（ｆ）の信号（低輝度信号）とは、加算回路１
８に供給され、両信号の和が求められる。この和の信号
を図４に示す。図４の信号はＤＡ変換器１９によってア
ナログ信号に変換された後、陰極線管２０に供給され、
陰極線管２０には試料４の２次電子像が表示される。こ
の陰極線管２０に表示された信号は、高輝度部分の信号
強度が抑制され、低輝度部分の信号強度が持ち上げられ
た観察に適したものとなる。

【００２１】なお、上記した信号処理において、輝度を
０〜Ａ、閾値をαＡ、処理前の輝度をｘ、処理後の輝度
をｙとすると、低輝度部分の信号処理の一般式は次のよ
うに表すことかできる。

【００２２】

【数１】

【００２３】また、高輝度部分の信号処理の一般式は次
のように表すことができる。

【００２４】

【数２】

【００２５】上式から明らかなように、輝度値０，α
Ａ，Ａについては処理後も値は変化しない。そして、０
＜ｘ＜αＡでは、ｘ＞ｙとなり、αＡ＜ｘ＜Ａではｘ＜
ｙとなることが分かる。なお、低輝度と高輝度との干渉
を避けるため、信号処理の途中で１階調ずらしているの
で、厳密には前記実施例と上式とは異なる処理となる
が、実質上は問題とはならない。

【００２６】以上本発明の実施例を説明したが、本発明
はこの実施例に限定されない。例えば、走査電子顕微鏡
の２次電子検出信号を例に説明したが、他の映像信号に
本発明を適用することができる。

【００２７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に基づく信
号処理方法と装置は、映像信号の内、高輝度部分と低輝
度部分とを分離し、それぞれ対数変換した後両信号の和
を求め、和の信号により映像を表示するようにしたの
で、高輝度部分の信号強度を抑制する一方、低輝度部分
の信号強度を持ち上げることができ、観察に適した信号
強度分布の映像信号を得ることができる。また、分離輝
度を任意に設定ができ、画面を観察しながら、分離輝度
レベルを変化させることにより、最適な状態の像の観察
を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に基づく走査電子顕微鏡の一実施例を示
す図である。

【図２】高輝度部分の信号処理の流れを説明するための
図である。

【図３】低輝度部分の信号処理の流れを説明するための
図である。

【図４】別々に信号処理された高輝度部分と低輝度部分
の信号の加算結果を示す図である。

【符号の説明】

１電子銃２コンデンサレンズ３対物レンズ４試料５偏向器６走査信号発生回路７２次電子検出器８増幅器９ＡＤ変換器１０分離抽出回路１１閾値設定端末１２，１３メモリー１４第１の反転回路１５第１の対数変換回路１６第２の反転回路１７第２の対数変換回路１８加算回路１９ＤＡ変換器２０陰極線管

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】画像信号の内、特定輝度レベルを境にし
て低輝度部分と高輝度部分とを分離抽出し、分離抽出さ
れた低輝度部分については対数変換を行い、高輝度部分
については信号を反転させて対数変換した後その信号を
反転させ、その後、２種の信号を加算して画像信号とし
た画像信号処理方法。
【請求項２】画像信号が供給され、与えられた特定輝
度レベルを境にして低輝度部分と高輝度部分とを分離抽
出するための分離抽出回路と、分離抽出された低輝度部
分の信号を対数変換する第１の対数変換回路と、分離抽
出された高輝度部分の信号を反転する第１の反転回路
と、第１の反転回路の出力を対数変換する第２の対数変
換回路と、第２の対数変換回路の出力信号を反転する第
２の反転回路と、第１の対数変換回路と第２の反転回路
との和を求める加算回路と、加算回路の出力に応じて像
を表示する表示手段とを備えた画像信号処理装置。