JPS58117773A - 画像信号の２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】 本発明は、撮像管や撮曹累子（ＣＣＤ＄）によって撮像
された原１ｉＩｌ儂を、２値画像に生成するための２値
化装置に関する。

一般に、画像の明暗を撮像管（ＩＴＶ）や電荷結合素子
（ＣＯＤ　）等によって九′＃１．変換すると、ＩＴＶ
やＣＣＤからは画像の走査に応じた時系列的なアナログ
画像信号が得られる。

近年、この画像信号に基づいて原ｌ１１ｇ１Ｉ中の所定
パターンを検出したり、物体の形状を認識したりするこ
とか要求されてきた。このパターンの検出や紹歇はほと
んどデジタルで処理されるので、アナログの画像信号を
２値化して、原１ｉｊＩ像の明暗に応じた２値−儂に変
換する必要がある。ところで、アナログの画像信号を２
値化する際、単に画像信号を、輝度に応じた変調範囲内
（振１１．ＦＥ３）の所定レベルでスライスしただけで
は以下に示すような欠点が生じる。

即ち、第１図に示すように、原画像中に例えば周囲と孤
立した微小な暗パターン１や、大きな矩形状の暗パター
ン２中に孤立した微小な明パターン３が存在したものと
する。そして、この原画像中をＩＴＶによって走査した
とき、微小暗パターン１や微小例パターン３上を走査＊
４が通ると、このときの画像信号は、信号５のようにな
る。この信号５を変調範咄、すなわち、信号５の振幅の
中心に設定したスライスレベル（基準電圧）６で２値化
すると、デジタル信号７が得られる。このデジタル信号
７は、走査＠４上の矩形状の暗パターン２については正
しく２値化されているものの、微小暗パターン１や微小
側パターン３についての情報が欠落している。これは信
号ｓ中の微小暗パターン１に対応したピーク５息や、微
小側パターン３に対応したピーク５ｂの変化が小さいた
めである。すなわち微小なパターンの大きさが、ＩＴＶ
の検出分解能に近いために、画像信号として十分な変調
度が得られないからである。そこで、微小な明暗パター
ンをも正確に２値化するためＫ、第２図に示すような２
値化画路が考えられている。この回路は、入力端子１０
に印加された画像信号Ａと、可変抵抗１１によって設定
されたオフセット電圧とを加算するアナログ加算器１２
と、加算器１２の出力信号を一定量減衰するポテンショ
メータ１３と、減衰した信号を一定時間遅らせるアナロ
グ遅延器１４と、遅延を受けた信号Ｂと入力端子１０か
らの画像信号とを比較して２値化するコンパレータ１５
とから構成されている。

このような回路に、今、第３図に示すようなりｋ像信号
Ａか入力したものとする。画像信号Ａは加算器１２、遅
延器１４によって信号Ｂのような波形になる。これは、
信号Ｂの最低値、最高値がそれぞれ、画像信号Ａの最低
値よりもわずかに大きく、最高値よりもわずかに小°さ
くなるように可変抵抗１１、ポテンショメータ１３によ
り調節されていることＫよる。従って、コンパレータ１
５の出力信号は、第３図の信号Ｃのようになり、画像信
号Ａ中のわずかなピーク成分も正確に２値化される。

ところが、この回路においては、原画像中の本来のパタ
ーンエツジ（明暗のエツジ）に対して、２値化された信
号か遅延器１４の遅燵時間に依存して、時間的にシフト
してしまうという大きな欠点が生じる。このことを、第
４図により説明する。第４図において、例えば時間的に
会形状のｊｉｌ１ｇＩ信号ムｌが第２図の回路に入力す
ると、遅延器１４の出力は信号Ｂ／のようＫなる。従っ
て、コンパレータ１ｓの出力は信−＠−Ｃ／のようにな
る。ところが、第１図に示したように、画像信号の変調
範囲の中間レベルで２値化し・た方が正確に本来のパタ
ーンエツジと対応する。そこで、画像信号Ａ′に対して
、中間レベルＶｒで２値化した信号りを考えてみると、
信号Ｃ′と信号りとが時間的にシフトしていることがわ
かる。このシフトの量は、遅延器１４の遅廻時間のはか
に、画像信号の立上り、立下りＫも依存してしまう、画
像信号を正確に２僅化しているとはいえない。

そこで、本発明はこれらの欠点を解決し、変調度の小さ
な画像信号、すなわち倣／Ｊ％な明暗パターンに対して
、正確な２＠化を行なうと共に、明暗のエツジをも正１
１に２値化する２値化装置を得ることを目的とする。そ
のために、本発明による画像信号の２値化装置は、原画
像信号を異なる３つのレベルで２値化して、３つの画像
２値信号を発生する２僅化回路と；該３つの画像２値信
号のうち、中間のレベルで２債化した画像２値信号から
、原画像中の着目１１Ｘの周りをとり囲むｍｓの画素に
対応した２値情報を順次切り出す切出回路と；該２値情
報中の論理値の状態を検出して、その検出結果に基づい
て前記３つの画像２値信号のうち、いずれか１つを２値
画像の生成用に出力する検出回路とを備える。

次に、本発明の実施例を図面を参照して説明する。第５
図、第６図は、本発明の実施例による画像信号の２籠化
装置の回路接続図である。アナログの画像信号は、第５
図に示した入力端子２０を介して、３つの２値化回路２
１．２２．２３に入力する。２値化回路２２は、画像信
号の振幅の中間値に設定された第１の基準電圧で２値化
し、２値化回路２１は、第１の基準電圧よりも高い第２
の基準電圧で２値化し、２値化回路２３は、第１の基準
電圧よりも低い第３の基準電圧で２＠に化する。

そして、各２値化回路２１，２２．２３はそれぞれ画像
信号の明暗に応じた画像２値信号としての信号Ｈ，Ｍ、
Ｌを出力する。

この信号Ｈ，Ｍ、Ｌは第６図に示す回路に入力する。第
６図において、信号Ｍは、７ビツトの直列シフトレジス
タ１００に入力する。

直列シフトレジスタ１００の後には、直列シフトレジス
タ１０Ｇと合わせて、−走査線分り遅鷺を行なうための
シフトレジスタ１０１が直列に接続されている。そして
、直列シフトレジスタ１００とシフトレジスタ１０１と
の直列回路が合計６段、直列に接続され、最後に７ビツ
トの直列シフトレジスタが接続されている。このシフト
レジスタ群は、クロック信号により信号Ｍを入力するビ
ットから最後のビットまで、記憶した論理値「０」。

「１　」を順次シフトしていく。従って、原画像中の一
走査線は、［列シフトレジスタ１００とシフトレジスタ
１０１０合計ビット数と同じ画票数になり、ＩＴＶ岬の
水平の一走査期間内に、その合計ビット数と等しいクロ
ックパルスでシフトレジスタ群をシフトする。このシフ
トレジスタ群のうち、７ビツトの直列シフトレジスタの
７段分が切出部Ｗを構成する。

一方、信号Ｈは、７ビツトの直列シフトレジスタ１０２
と、シフトレジスタ１０３との直列回路を３段、直列接
続し、最後に４ビツトの直列シフトレジスタ１０４が接
続されたシフトレジスタ群に入力する。このシフトレジ
スタ群も、クロック信号と同期して記憶した論理値「０
」、「１」を順次シフトする。

また、信号りも、７ビツトの直列シフトレジスタ１０５
とシフトレジスタ１０６との直列回路を３段、直列接続
し、最後に４ビツトの直列シフトレジスタ１０７が接続
されたシフトレジスタ群に入力する。このシフトレジス
タ群も、前述のようにクロック信号に同期して記憶した
論理値「ＯＪ、「ｌ」を順次シフトする。

そして、切出部Ｗで切り出された７×７ピツト（７×７
画素）のうち複数の特定ビットの２値情報は、アンド回
路１１０に入力すると共に各ビット毎にインバータを介
してアンド回路１１１に入力するｃｖＩＪ、このアンド
回路１１Ｇ、１１１及びインバータによりテンプレート
回路が構成される。ここで、切出部Ｗ中の特定ビットは
、第７図のように定められている。すなわち、切出部Ｗ
中の中心ビットＭ′　（着目する中心ｉ！Ｉｉ素）の周
辺に、はは一定の半径で円状に分布する複数のビット、
すなわち第７図中、斜一部で示したビットに定められる
。そして、第６図において、アンド回路１１０の出力信
号は、負論理入力のアンドゲートすなわちノアゲート１
１２の一方の入力に印加されると共に、アンドゲート１
１３の一方の入力に印加される。またアンド回路１１１
の出力信号は、ノアゲート１１２（以下、ＮＯＲゲート
１１２とする。）の他方の入力と、アンドゲート１１５
の一方の入力とに印加される。さらＫＮＯＲゲート１１
２の出力信号は、アンドゲート１１４の一方の入力に印
加されると共に、他方の入力には、切出部Ｗ中の中心ビ
ットＭ′の信号ＭＳが印加される。また、アンドゲート
１１３の他方の入力には、信号Ｈな入力するシフトレジ
スタ群の最終ビットＨ′の信号Ｈａが印加され、アンド
ゲート１１５の他方の入力には、信号りを入力するシフ
トレジスタ群の最終ビットＬ′の信号Ｌ８が印加される
。そして、アンドゲート１１３，１１４，１１５の各出
力信号は共にオアゲート１１６の入力に印加される。こ
のオアゲート１１６のめ力信号ＢＳが、最終的に２値画
像の生成用として得られる画像２値信号となる。

肖、切出部Ｗ中の最初のビットから中心ビットＭ′まで
のビット数（画集数）と、直列シフトレジスタ１０２の
最初のビットから最終ビットａ／　までのビット数及び
、直列シフトレジスタ１０５の最初のビットから最終ビ
ットＬ／までのビット数とは共に等しく定められている
。従って、各ビットＭ’　　、Ｈ’　　。

Ｌ′は原画像中の１つの着目画素に対応すると共に、全
てのシフトレジスタ群を同一のクロックパルスでシフト
動作させると、その着目画素は原画像中を走査に同期し
て１画素ずつ移動する。

次に、この画像信号の２値化装置の動作について、さら
に第８図を参照して説明する。

今、ｗＸｇ図に示すように、第３図と同様の明暗パター
ン１，２．３が原ｉｋｉ像中に存在したものとし、切出
部Ｗの中心ビットＭ′がＩＴＶの走査線４上を移動した
ものとする。

そして、このとき得られるアナログのｉｉＩ像信号を信
号Ａとし、前述の３つの２値化回路２１．２２．２３の
第１〜第３の基準電圧を夫々ｖ、ｌ　ｖ、ｔ　Ｖａとす
る。この信号ムは２値化回路２１．２２．２３によって
それぞれ第８図の信号Ｈ，Ｍ、Ｌのように２値化される
。尚、２値化において、パターンの暗部は論理値「０」
に、明部は論理値「１」Ｋ応対するものとする。今、切
出部Ｗの中心ビットＭ′が、微小暗パターン１上に位置
したとする。このとき、中心ビットＭ′の信号Ｍ８は論
理値「ｌ」（以下、単に「１」とする。）最終ビットＨ
′の信号Ｈａは論理値「０」（以下、単に「０」とする
。）、最終ビットＬ′の信号Ｌ８は「１」となる。とこ
ろが、黴小暗パターン１の周囲は全て明部分であるから
、第６図に示したアンド回路１１０の入力は、全て「１
」となり、またアンド回路１１１０入力は全て「０」と
なる。このためアンド回路１１０は「ｌ」を、アンド回
路１１１は［０」を出力する。従って、ＮＯＲゲート１
１２は「０」を出力し、アンドゲート１１４は信号Ｍ８
の論理値にかかわらず「０」を出力する。またアンドゲ
ート１１３は、アンド回路１１０が「１」を出力してい
るため、信号Ｈ８の論理値に応じて、「０」　。

「ｌ」を出力する。この場合、信号Ｈａは「０」である
から、アンドゲート１１３も「０」を出力する。一方、
アンドゲート１１５は、アンド回路１１１が「０」を出
力しているため、信号Ｌ８の論理値にかかわらず「０」
＼を出力する。従って、オアゲート１１６は、このとき
「０」を出力する。

このように、微小暗パターン１が切出部Ｗ中で、第７図
に示したｆＰｒ１１部のビットの内部に位置する間は、
アンドゲート１１３のみが開き、信号Ｈ８がオアゲート
１１６から信号ＢＳとして出力される。

次に、切出部Ｗが第８図中、右方向へ移動していくと、
切出ｓＷ中に矩形状め晰パターン２が現われてくる。こ
のときは第７図の斜線部のビット中に「０」と「１」が
混在することになる。このため、アンド回路１１ｏ。

１１１は共に１０」を出力するから、７ンドゲート１１
４のみか開き、信号ＭＳがオフゲート１１６から信号Ｂ
Ｓとして出力される。

従って、第７図の斜線部のビット中に１０」。

「１」が混在する限り、すなわち、暗パターン２のエツ
ジ部が第７図の斜ａｍのビット内を通過する間は、信号
ＢＳとして信号ＭＳが出力される。

切出ｓＷがさらに移動して、切出部Ｗが暗パターン２中
に位置している間、すなわち。

第７図のｆＩ＋一部のビットが全てｒＯＪＱ間は、アン
ド回路１１０の出力は「０」、アンド回路１１１の出力
は「１」となる。従って、７ンドゲート１１５のみが開
いて、信号Ｌ８がオフゲート１１６から信号ＢＳとして
出力される、 肖、上述ノ信号Ｈ８、ＭＳ　、Ｌ８は、走査線４の走査
に応じた時系列的な２電信号であり、それぞれ信号Ｅ、
Ｍ、Ｌとは３走査線と４ｉ＆素分遅延しているものの、
まったく同一の信号である。

以下、この２値化装置の動作をまとめてみると、最終的
に出力される信号ＢＳとして、（１）　　着目画素（中
心ビットＭ／）を中心とする一定半径上の複数のＩＩｌ
素（以下、この画素を環状画素群と呼ぶ。）中に、パタ
ーンの明部と暗部が混在するときは、信−＠ＭＳ、すな
わち信号Ｍを出方する；（２）塊状画素群か全てパター
ンの明部を捉えているときは、信号Ｈａすなわち信号Ｈ
な出力する； （３）　　塊状画素群か全てパターンの暗部を捉えてい
るときは、信号Ｌ８すなわち信号りを出力する、という
ことになる。

尚、本実施例で環状画素群は着目画素を中心とした一定
半径上に位置するが、この半径は画像信号のＥＡ暗パタ
ーンのエツジでの立上りや立下りに応じて決定される。

例えば、ＩＴＶ（撮像管）を用いて、ＩＣ，％にＬ８Ｉ
の如き半導体装置製造用のフォトマスクやレチクル等の
回路パターンの欠陥を検査する場合、ＩＴＶは光学願黴
鏡等で回路パターンの一部を拡大して煙會する。一般に
顯ｇＩＩ鏡の拡大倍率を高くすればする程顕微鏡の対物
レンズ自体の解嘗力、さらにはＩＴＶの解像力が開館と
なる。すなわち、双方の解惨力には自ずと限界があり、
例えば回路パターンのコーナ（９０°の角）か鮮明な儂
として祷られず、丸味な伶びた像として得られる。従っ
てコーナの画像信号が立上り、立下りとも極めてだれた
ものになってしまう。そこで、このだれを考慮して環状
画素群の半径を決める。具体的には例えば１４９図のよ
うに画像信号の両肩ａ、ｂの間隔が環状１ｉｉｉ素群の
直径ｄと碌は同じになるように定めればよい。肖、この
直径ｄの大きさに応じて切出部Ｗを７×７画素以外の大
きさに定めればよいことはいうまでもない。

また実施例においては、環状画素群の各画素は互いＫｌ
ｌ接しているものとして示したが、かならずしもその必
要はない。すなわち、この環状ｉ＆累群は着目画素の周
辺に何らかの明暗パターンのエツジがあるか否がを判別
するために設けられたものであるから、そのｆｌｉｉ状
画素群の２元的な形状は、円形以外に矩形としてもよく
、さらに各画素が互いにＩｌ接していなくてもよい。

ところで、説明は相前後するが、本実施例において、３
つの異なるレベル、すなわち基準電圧Ｖ、、Ｖ、、Ｖ、
の実際の負を述べる。

基準電圧■１は、先にも述べたように１画像信号の振幅
の中心、すなわち変調度５０嘩の＠ｋＫ定メル。基準ｔ
　圧Ｖ　ｔ　ハｍｊ　ＩＩ！信号ノｆＩＩ！１度８０〜
７０％に１基準電圧Ｖ、は変調度の２０〜３０チに定め
られる。これは、ＦｊｉＪ像信号に電気的な雑音が入る
ためであり、例えば基準電圧■、を変調度が２０％より
も小さくなる値にすると、画ｇＩＩ信号の暗パターンに
相当する部分か雑音によって、あたかも微小な明パター
ン（１画素程度の大きさ）として２値化されてしまうか
らである。

尚、上記基準電圧ｖ、、ｖ、、ｖ、は、説明上０■に対
して一定値とした。ところが画像信号は走査に応じて振
幅がＯＶＫ対して変動（いわゆるシエイディング）した
り、２饅化する対象画像の明部、暗部の輝度等が照明の
むら等によって、微妙Ｋｆ動したりする。

この場合には、画像信号の振幅量のみを検出して、その
蚕幅量の大きさに応じて各基準電圧Ｖｌ　　、Ｖ宜、ｖ
’、の絶対値やバランスを可変すれば、上記実施例と同
様の効果が得られる。

また、本発明によれば、走査線が明暗パターンのエツジ
付近を平行に通った際に生じるｉｉｒ＊信号の変動に対
しても影響を受けず、極めて正確な２値化が達成される
。すなわち、纂１０図に示すように、暗パターン２のエ
ツジＥｇの付近の明部を走査線ＳＩが通ると、理想的な
１ｋｉｆＩＩ信号は信号ｓｈのようになる。

ところが、暗パターン２の影響によって実際には、わず
かに落ち込んだ信号Ｓｈ′のようＫなる。このことは、
エツジＥｇ付近の暗部を走査ｉ１８　ｍが過ったときも
同様で、理想的なｊＩ像信号としての信号Ｓ／に対して
、わずかに浮き上った信号Ｓノ′となる。ところがエツ
ジＥｇの付近を走査線が通るときは、切出部Ｗｆ）＠状
画累群に対応する各ビット中にはかならず「１」と「０
」とが存在する。従つて、エツジＥｇの付近を平行に走
査線か通るとき、最終的に出力される信号ＢＳとしては
、信号Ｍが選択される。

このように、本発明によれば明暗パターンのエツジ部を
正確に２値化すると共に、画像信号中の微小パターンに
ついても正確に２値化することができ、生成される２値
ｍｉｎは極めて原ｊｌ儂に近い正確なものとなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、原ｉｌｌ像信号を示す囚、 第２図は、２値化回路を示す図、 第３図は、画像信号を示す図、 第４図は、従来技術の欠点を説明するためのｍ＊＊号を
示す図、 第５図及び第６図は、本発明の！ｌ！施例の画像信号の
２僅化装置を示す図、 第７図は、切出部の特定ビットパターンを示す図、 第８図は、本発明の詳細な説明する図、第９図は、画像
信号とＲ状１ｉｋｌ木群とを比較して示す図、及び 第１０図は、本発明の画像信号を示す図である。 〔生景部分の符号の説明〕 ２値化回路・・・・・・・・・　２１，２２．２３切出
回路　・・・・・・・・・Ｗ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　アナログの原画像信号を２値化する装置において、
   鉄属画像信号を異なる３つのレベルで２値化して、３つ
   のｉｉｉ＊２値信号を発信号る２値化回路と；該３つの
   画像２値信号のうち、中間のレベルで２僅化した画ＩＩ
   ２復信号から、原画像中の着目画素の周りをとり囲む複
   数のＷＩＪＡ累に対応した２値情報を順次切り出す切出
   口路と；該２値情報中の論理値の状態を検出して、その
   検出結果に基づいて前記３つの画像２値信号のうち、い
   ずれか１つを２値画像の生成用に出力する検出回路とを
   備えたことを待機とするｉｉ僚傷信号２値化装置。 ２　前記検出回路は、前記切出回路によって切り出され
   た２値情報が、異なる論理値を含む第１状態と、全て一
   方の論理値からなる第２状態と、全て他方の論理値から
   なる第３状態とを検出するテンプレート回路を含むこと
   を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の画像信号の２
   値化装置。