JPH0954830A - パターンマッチング方法及びその方法に適用する画像処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】グレイスケール認識あるいは二値画像によるパ
ターンの比較照合に要する時間を短縮することができる
パターンマッチング方法及びその画像処理装置を提供す
ること 【解決手段】被検査パターンＭを含む検査画面Ｋ内にて
基準パターンを所定数間引いた粗基準パターンを２画素
以上のスキップ幅で移動させ、粗基準パターンと前記検
査画面Ｋとの相関値が大きい複数の座標候補Ｃ１・・を
求める第１ステップと、複数の座標候補Ｃ１・・毎に、
粗基準パターンの外側に間引き数だけ広げた領域Ｄ１・
・を設定する第２ステップと、第２ステップで設定した
各領域Ｄ１・・内にて粗基準パターンを１画素毎移動さ
せ、粗基準パターンとＤ１・・領域内の検査画面Ｋとの
相関値が最大となる座標を求め、この座標により被検査
パターンＭの位置を特定する第３ステップとを有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、パターンマッチン
グ方法及びその方法に適用する画像処理装置に関し、詳
しくはパターンマッチングの要処理時間の短縮に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】電子部品等さまざまな製品の外観検査等
を行う場合、例えば電子部品のリードや基板のパターン
等の製品の特定パターン（以下「被検査パターン」とい
う。）と、その被検査パターンに対応する基準パターン
との比較照合により位置の認識などの画像処理が施され
る。この場合、被検査パターンを含む製品をカメラで濃
淡の撮像画（以下「検査画面」という。）にして座標上
に設定し、その検査画面に対して１画素ずつ基準パター
ンを平行移動させて、各画素毎の相関値を計算し、その
最も値の大きい個所を見い出し、これにより被検査パタ
ーンの位置を求めている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、被検査パター
ンを含む製品の反射率や輝度ノイズなどによって明瞭な
濃淡すなわち二値化された被検査パターンが得られない
場合がある。このような場合、正規相関係数を用いたグ
レイスケール認識（多階調）を用いることが考えられる
が、その演算は、例えば、図７に示すように検査画面Ｂ
が縦横ｂ画素、基準パターンＡが縦横ａ画素とすると、
検査画面Ｂの座標（ｍ，ｎ）における相関係数γ（ｍ，
ｎ）は、基準パターンＡの画像データＡ（ｉ，ｊ）、検
査画面Ｂの画像データＢ（ｍ＋ｉ，ｎ＋ｊ）とすると次
のように与えられる。

【０００４】すなわち、γ（ｍ，ｎ）は、Ａ（ｉ，ｊ）
×Ｂ（ｍ＋ｉ，ｎ＋ｊ）のｉ，ｊが０から（ａ−１）ま
での総和を、Ａ（ｉ，ｊ）の２乗でｉ，ｊが０から（ａ
−１）までの総和の平方根とＢ（ｍ＋ｉ，ｎ＋ｊ）の２
乗でｉ，ｊが０から（ａ−１）までの総和の平方根との
乗算で除したものと等しい。

【０００５】そして、基準パターンＡを検査画面Ｂの左
上端部から図の矢印のようにＸおよびＹ方向に１画素ず
つ平行移動して相関係数γ（ｍ，ｎ）を求めると３ａ×
ａ（ｂ−ａ＋１）×（ｂ−ａ＋１）回の膨大な積和演算
を要し、この種の製品の製作工程等で利用するには処理
時間が長くなり過ぎ、効率的でないという問題がある。

【０００６】本発明は、上記の問題に鑑みなされたもの
で、グレイスケール認識（多階調）あるいは二値画像に
よるパターンの比較照合に要する時間を短縮することが
できるパターンマッチング方法を提供することを目的と
する。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の目的は、被検査
パターンを含む検査画面と基準パターンを所定数間引い
た粗基準パターンとの相関値が最大となるＸＹ座標によ
り、被検査パターンの位置を求めるパターンマッチング
方法であって、前記粗基準パターンを前記検査画面内に
て前記２画素以上のスキップ幅毎にＸおよびＹ方向に移
動させ、前記粗基準パターンと前記検査画面との相関値
が大きい複数の座標候補を求める第１ステップと、前記
第１ステップで求めた複数の座標候補毎に、前記粗基準
パターンが位置する際その粗基準パターンの外側に前記
間引き数分だけ広げた領域を設定する第２ステップと、
前記第２ステップで設定した各領域内にて前記粗基準パ
ターンを１画素毎にＸおよびＹ方向に移動させ、前記粗
基準パターンと前記領域内の前記検査画面との相関値が
最大となる座標を求め、この座標により前記被検査パタ
ーンの位置を特定する第３ステップとを有することを特
徴とするパターンマッチング方法とすることによって達
成される。

【０００８】本発明の目的は、被検査パターンを含む検
査画面と基準パターンを間引いた粗基準パターンとの相
関値が最大となるＸＹ座標により、被検査パターンの位
置を求める画像処理装置であって、前記粗基準パターン
を前記検査画面内にてＸおよびＹ方向に移動させる手段
と、前記粗基準パターンの移動のスキップ幅を設定する
手段と、前記粗基準パターンの移動の度毎に前記粗基準
パターンと前記検査画面との相関値を求める手段と、前
記相関値と粗基準パターンの検査画面上の座標位置とを
保持する手段と、前記座標位置とその位置の前記相関値
を保持する数を設定する手段と、前記保持された座標位
置において前記粗基準パターンの外側に前記間引き数分
広げた領域を設定する手段と、前記領域内にて前記粗基
準パターンを移動させる手段とを有することを特徴とす
る画像処理装置とすることによっても達成される。

【０００９】本発明の目的は、上記画像処理装置におい
て、粗基準パターンと検査画面との相関値を求める手段
を、粗基準パターンの画素データおよび検査画面の画素
データのいずれか一方のデータに所定値を加算する加算
回路と、前記所定値を減算する減算回路と、前記加算回
路および前記減算回路により得たそれぞれのデータと他
方の画素データとを比較する比較回路と、前記比較回路
により得た他方の画素データが前記加算したデータと前
記減算したデータとの間に位置する画素データ数を計数
する計数回路とからなることを特徴とする画像処理装置
とすることによっても達成される。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例について図
を参照して説明する。

【００１１】

【実施例】図１は本発明の実施例に係るパターンマッチ
ング方法を用いた画像処理装置の概略構成を示すブロッ
ク図、図２は図１の画像処理装置のフローチャート、図
３および図４は図１の実施例に係るパターンマッチング
方法のステップ説明図である。

【００１２】図１において、１は電気回路等の基板、２
は基板１の表面に形成された位置基準マーク等の被検査
対象、３は被検査対象２を含む基板１を撮像するカメ
ラ、４はカメラ３の撮像画の画素毎の輝度をデジタルデ
ータに変換するアナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）変換器
（二値化の場合は比較器とされる。）、５はＡ／Ｄ変換
器４により変換されたデジタルデータを順次格納する検
査画面メモリ、６は被検査対象２に対応する基準パター
ンの画素毎の輝度データを格納する登録画面メモリであ
る。なお、Ｃは登録画面メモリ６から読み出される基準
パターンからＸおよびＹ方向にこの実施例では２画素ご
とに間引いて作成されたことを意味する粗基準パターン
を示している。

【００１３】また、７は検査画面メモリ５の内容すなわ
ち検査画面（図３、図４のＫ）と粗基準パターンＣとの
相関係数の演算およびその演算結果の判定等を行う演算
処理回路、８は検査画面メモリ５および登録画面メモリ
６等の読出しおよび書込み時のアドレスを制御するアド
レス制御回路、９は演算処理および判定回路７やアドレ
ス制御回路８を制御するＣＰＵ（中央処理装置）、１０
は判定結果のデジタルデータをアナログデータに変換す
るデジタル／アナログ（Ｄ／Ａ）変換器（二値化の場合
は省略される。）、１１はＤ／Ａ変換器１０で変換され
たデータを表示するモニタである。

【００１４】なお、図示しないが演算処理回路７は、２
以上の適宜の間引き数、スキップ幅および相関値の選択
数の設定が可能にされた手段を有し、また、演算データ
や判定用データすなわちこの装置では粗基準パターンＣ
と検査画面Ｋとの相関値の複数の値およびそれらの座標
位置とその位置の相関値等を保持するメモリ等の保持手
段並びに保持された座標位置において前記粗基準パター
ンの外側に前記間引き数分広げた領域を設定する手段を
備えている。

【００１５】以上のように構成される画像処理装置は、
図２に示すフローチャートに従って検査画面Ｋ上の被検
査対象２の被検査パターンＭのサーチをする。そのサー
チ動作について図３および図４を参照して説明する。ま
ず、説明に当たって、検査画面メモリ５には被検査対象
２を含む基板１を撮像したデータが格納され、登録画面
メモリ６には基準パターンが格納されているものとす
る。なお、図２の登録画面は粗基準パターンＣを意味す
る。

【００１６】この状態で画像処理装置をスタートさせ、
基準パターンの間引き数を設定（この実施例では２に設
定）し、検査画面（図３のＫ）上の粗基準パターンＣの
ＸおよびＹ方向のスキップ幅を設定（この実施例では間
引き数と同じ２に設定）し、また、相関値の選択数の設
定（この実施例では上位３つを選択するため３に設定）
する（図２のＳ１）。

【００１７】この設定により、ＣＰＵ９およびアドレス
制御回路８の制御のもとに登録画面メモリ６から例えば
先頭アドレスのデータ、３番目のアドレスのデータ、５
番目のアドレスのデータと順次一つ置きのアドレスのデ
ータが読み出され（これにより粗基準パターンが作成さ
れる。）、また、検査画面メモリ５の先頭アドレスのデ
ータ、３番目のアドレスのデータ、５番目のアドレスの
データと順次一つ置きのアドレスのデータが読み出さ
れ、その結果図３の実線で示すように検査画面Ｋの左上
端に粗基準パターンＣが位置する状態となる。

【００１８】読み出されたデータは、その都度相関係数
が演算され、粗基準パターンＣと検査画面Ｋとの相関
（一致度）を取り（図２のＳ２）、現在の相関値と比較
して上位３つの内に入れば現在のものと入れ替えこの相
関値と粗基準パターンＣの検査画面上のアドレスとを保
存する（図２のＳ３）（この場合最初であるから比較す
る現在の相関値はないのでそのまま保存する。）。

【００１９】次に、図３の点線で示すように粗基準パタ
ーンＣをＸ方向に設定したスキップ幅（この例では２つ
まり２画素分に設定しいる。）スキップさせ（粗基準パ
ターンＣが検査画面Ｋの右端に位置している場合にはＹ
方向へ２画素分スキップさせ）（図２のＳ４）、図２の
Ｓ２に戻り、前述のようにして（この場合、登録画面メ
モリ６からの読み出しは前記と同様であるが、検査画面
メモリ５の読み出しは繰下げられていくことはいうまで
もない）その位置での粗基準パターンＣと検査画面Ｋと
の相関（一致度）を取り、現在の相関値と比較するが現
在の相関値は最初の１つのみであるのでそのまま保存す
る（図２のＳ３）。

【００２０】以下、粗基準パターンＣが検査画面Ｋの全
範囲をＣＰＵ９およびアドレス制御回路８の制御のも
と、すなわち粗基準パターンを検査画面内にてＸおよび
Ｙ方向に移動させる手段のもとに移動して検査画面Ｋの
全範囲のサーチが終了するまで順次繰り返され（図２の
Ｓ５）、そのサーチが終了したすなわち第１ステップが
終了した時点では、粗基準パターンＣと検査画面Ｋとの
相関値の大きい３つの相関値とそれらのアドレスが保持
された状態となる。これらのアドレスは次のサーチステ
ップの候補点とされる。図４のＣ１、Ｃ２、Ｃ３は粗基
準パターンＣが検査画面Ｋ上の図示位置にある時相関値
が大きい上位３つの位置となった場合を示している。

【００２１】次にスキップ幅を１に設定し、相関値の選
択数を１に設定する（図２のＳ６）。ついで候補点の１
つ例えばＣ１を選択し（図２のＳ７）、図４のＤ１に示
すようにＣ１の外側周囲に第１ステップの間引き数だけ
広げた領域を設定する（図２のＳ８）。そして、粗基準
パターンＣを領域Ｄ１の左上端に位置させ、第１ステッ
プで行った同様の方法で粗基準パターンＣと領域Ｄ１内
の検査画面Ｋとの相関値を取り（図２のＳ９）、現在保
存されている相関値と比較し、上位であれば今回の相関
値およびそのアドレスを保存する（図２のＳ１０）（こ
の場合最初であるから比較する現在の相関値はないので
そのまま保存する。）。

【００２２】次に、粗基準パターンＣをＸ方向に設定し
たスキップ幅（この例では１つまり１画素分に設定しい
る。）スキップさせ（粗基準パターンＣが領域Ｄ１の右
端に位置している場合にはＹ方向へスキップさせ）（図
２のＳ１１）、図２のＳ９に戻り、その位置での粗基準
パターンＣと検査画面Ｋとの相関を取り、現在保存され
ている相関値と比較し、今回の相関値がより大きく上位
であれば今回の相関値およびそのアドレスを保存する
（図２のＳ１０）。

【００２３】領域Ｄ１のサーチが終了すると、次の候補
点例えば図４のＣ２に移り（図２のＳ１３、Ｓ７）、Ｃ
１でしたと同様に領域Ｄ２に対してサーチされ、その後
Ｃ３に移り、領域Ｄ３に対して同様にしてサーチされ
る。この間、図２のＳ１０における相関値の入替えは３
つの侯補点Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３に対する領域Ｄ１、Ｄ２、
Ｄ３を通して行われ、その相関値の最大値のアドレス位
置が被検査対象の位置と特定される。なお、登録画面メ
モリ６には基準パターンのデータを格納しているが、粗
基準パターンのデータを格納しても良い。

【００２４】図５は図１に示す画像処理装置の演算処理
回路の一例を示す概略構成を示すブロック図、図６は図
５の演算処理回路の動作を説明するための波形図であ
る。図５において、５は検査画面メモリ、６は登録画面
メモリでこの例では粗基準パターンＣのデータが格納さ
れている。

【００２５】演算処理回路７は、輝度ノイズや輝度のバ
ラツキ等を考慮した設定可能の所定値αを設定する加減
算設定器７１と、加減算設定器７１で設定された所定値
αを登録画面メモリから読み出される粗基準パターンＣ
の画素データ（輝度データ）に加算する加算回路７２
と、その粗基準パターンＣの画素データから所定値αを
減算する減算回路７３と、加算回路７２および減算回路
７３のそれぞれの値と検査画面メモリから読み出される
検査画面Ｋの画素データ（輝度データ）とを比較する比
較回路７４および７５を備える。

【００２６】さらに、図６で示すように検査画面Ｋの画
素データＰが粗基準パターンの画素データに所定値αを
加算した値Ｌ１以下、かつ、粗基準パターンの画素デー
タに所定値αを減算した値Ｌ２よりも大きい値である時
出力するアンドゲート７６と、アンドゲート７６を通過
した信号、すなわち値Ｌ１とＬ２との間にある検査画面
Ｋの画素数を計数する計数回路を有する比較／計数回路
７７とを備えている。

【００２７】比較／計数回路７７の計数回路は、粗基準
パターンＣが移動する度ごとにリセットされ、新たに粗
基準パターンＣの画素データと検査画面Ｋの画素データ
が比較されるとき計数は開始される。比較／計数回路７
７には、図示していないが計数回路の計数値と粗基準パ
ターンＣの検査画面Ｋ上のアドレスとの複数（数は設定
可能にされている。）を保持するメモリを有し、リセッ
トされる直前の計数回路の計数値の内上位の複数を入れ
替えて保持される。

【００２８】つまり、粗基準パターンＣが検査画面Ｋ上
を移動したとき、その位置での計数値とメモリに保持さ
れている複数の計数値のそれぞれと比較され、その位置
での計数値がメモリに保持されている複数の計数値のい
ずれか以上にあるとき、メモリに保持されている計数値
の最下位のものと入れ替えられる。

【００２９】このように演算処理回路を構成すると、相
関値（計数値が大きいほど一致度が高い。）の計算が加
減算のみで乗除算がなく、また、演算処理回路の大部分
がハードウェアで構成される。そのための演算処理回路
の規模が小さくなり、また、演算処理時間がきわめて短
縮され実用的なパターンマッチングが得られる。なお、
加算および減算は検査画面Ｋの画素データで行うように
しても良い。

【００３０】

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、被
検査パターンを含む検査画面内にて基準パターンを所定
数間引いた粗基準パターンを２画素以上のスキップ幅で
移動させ、粗基準パターンと前記検査画面との相関値が
大きい複数の座標候補を求め、求めた複数の座標候補毎
に、前記粗基準パターンが位置する際その粗基準パター
ンの外側に間引き数だけ広げた領域を設定し、この設定
した各領域内にて前記粗基準パターンを１画素毎移動さ
せ、粗基準パターンと前記全領域内の検査画面との相関
値が最大となる座標を求め、この座標により前記被検査
パターンの位置を特定する。

【００３１】したがって、粗基準パターンのスキップ移
動によっても複数の座標候補を選ぶことにより被検査パ
ターンを見落とすこと無く高速にサーチ範囲を狭めると
ともに、狭めたサーチ範囲を粗基準パターンの密移動に
よって被検査パターンの位置を特定するので、パターン
マッチングに要する時間が大幅に短縮される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係るパターンマッチング方法
を用いた画像処理装置の概略構成を示すブロック図であ
る。

【図２】図１の画像処理装置のフローチャート図であ
る。

【図３】図１の実施例に係るパターンマッチング方法の
ステップ説明図である。

【図４】図１の実施例に係るパターンマッチング方法の
ステップ説明図である。

【図５】図１の画像処理装置における演算処理回路の一
例のブロック図である。

【図６】図５の演算処理回路の動作を説明するための波
形図である。

【図７】パターンマッチング方法の説明図である。

【符号の説明】

１ 電気回路等の基板 ２ 被検査対象 ３ カメラ ４ Ａ／Ｄ変換器 ５ 検査画面メモリ ６ 登録画面メモリ ７ 演算処理回路 ８ アドレス制御回路 ９ ＣＰＵ（中央処理装置） １１ Ｄ／Ａ変換器 ７１ 加減算設定器 ７２ 加算回路 ７３ 減算回路 ７４、７５ 比較回路 ７７ 比較／計数回路 Ｃ 粗基準パターン Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３ 座標候補 Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３ 拡大領域 Ｋ 検査画面 Ｍ 被検査パターン

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 寒澤 晃 大阪府大阪市東淀川区東中島１丁目３番14 号 株式会社キーエンス内 (72)発明者 森園 幸太郎 大阪府大阪市東淀川区東中島１丁目３番14 号 株式会社キーエンス内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】被検査パターンを含む検査画面と基準パタ
   ーンを間引いた粗基準パターンとの相関値が最大となる
   ＸＹ座標により、被検査パターンの位置を求めるパター
   ンマッチング方法であって、前記粗基準パターンを前記
   検査画面内にて２画素以上のスキップ幅毎にＸおよびＹ
   方向に移動させ、前記粗基準パターンと前記検査画面と
   の相関値が大きい複数の座標候補を求める第１ステップ
   と、前記第１ステップで求めた複数の座標候補毎に、前
   記粗基準パターンが位置する際その粗基準パターンの外
   側に前記間引き数分広げた領域を設定する第２ステップ
   と、前記第２ステップで設定した各領域内にて前記粗基
   準パターンを１画素毎にＸおよびＹ方向に移動させ、前
   記粗基準パターンと前記領域内の前記検査画面との相関
   値が最大となる座標を求め、この座標により前記被検査
   パターンの位置を特定する第３ステップとを有すること
   を特徴とするパターンマッチング方法。
2. 【請求項２】被検査パターンを含む検査画面と基準パタ
   ーンを間引いた粗基準パターンとの相関値が最大となる
   ＸＹ座標により、被検査パターンの位置を求める画像処
   理装置であって、前記粗基準パターンを前記検査画面内
   にてＸおよびＹ方向に移動させる手段と、前記粗基準パ
   ターンの移動のスキップ幅を設定する手段と、前記粗基
   準パターンの移動の度毎に前記粗基準パターンと前記検
   査画面との相関値を求める手段と、前記相関値と粗基準
   パターンの検査画面上の座標位置とを保持する手段と、
   前記座標位置とその位置の前記相関値を保持する数を設
   定する手段と、前記保持された座標位置において前記粗
   基準パターンの外側に前記間引き数分広げた領域を設定
   する手段と、前記領域内にて前記粗基準パターンを移動
   させる手段とを有することを特徴とする画像処理装置。
3. 【請求項３】粗基準パターンと検査画面との相関値を求
   める手段が、粗基準パターンの画素データおよび検査画
   面の画素データのいずれか一方のデータに所定値を加算
   する加算回路と、前記所定値を減算する減算回路と、前
   記加算回路および前記減算回路により得たそれぞれのデ
   ータと他方の画素データとを比較する比較回路と、前記
   比較回路により得た他方の画素データが前記加算したデ
   ータと前記減算したデータとの間に位置する画素データ
   数を計数する計数回路とからなることを特徴とする請求
   項２記載の画像処理装置。