JPS62115636A - 走査型電子顕微鏡の画像補正装置 - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明は、走査型電子顕微鏡の画像補正装置に係り、特
に走査の振動に伴う画像の乱れを補正するに好適な走査
型電子顕微鏡の画像補正装置に関する。

〔発明の背景〕

第２図に電子線走査に振動が重畳した場合に電子顕微鏡
画像が乱れるようすを模式的に示す。同図（ａ）は、撮
像対象のパターンと走査位置を示す。

各走査は、水平方向にランダムに位置ずれを起こすと同
時に、垂直方向にもランダムに位置偏差を持つ。走査位
置が垂直方向に入り換わることも生ずる。図の走査振動
の最高周波数は、走査周波数と比べ低い場合であり、走
査線の移動・伸縮・傾きはあるものの直線的走査となる
。同図（ｂ）は走査画像であり、パターンの周辺が水平
方向に振動的に乱れるとともに、垂直方向にはパターン
が断続する乱れを持つ様子を示す。

従来、走査型画像撮像システムの走査振動を原因とする
画像の乱れは、人工衛星による地表観測においても生じ
ており、「衛星画像の歪補正処理方式」　（特願昭５７
−１６８３５４号）による補正方式が実現されている。

ところが、該方式では、走査振動の要因である衛星姿勢
の振動を精密な姿勢角検出器で計測し、走査の位置ずれ
を幾何学的なモデルにより求め、求めた走査位置ずれに
より画像データを並べかえ補正を行っていた。ところが
、走査型電子顕微鏡では走査振動の要因は、機械振動ば
かりでなく、磁場の振動、電源電圧のゆらぎなどもあり
、すべての要因を充分な精度で測定し、走査ずれのモデ
ルから１画像の位置ずれ量を正確に求めることは困難で
あった。

〔発明の目的〕

本発明は上記欠点を取り除くためになされたもので、そ
の目的とするところは、画像の乱れを補正するに、乱れ
の要因となる機械振動、磁場の振動などを正確に測定す
る必要のない、走査型電子顕微鏡の画像補正装置を提供
することにある。

〔発明の概要〕

上記目的を達成するため本発明においては、走査画像ラ
イン片に関する相互相関関数計算から走査方向のライン
間相対位置ずれ量を検出する。走査垂直方向のライン間
位置入れ換わりの検出は。

複数ライン間にまたがる走査画像ライン片間の相互相関
値計算と相関値に対する弛緩法計算を用いて行う。

以下、本発明の詳細な説明する。第３図（ａ）は連続番
号の走査画像の画像強度分布を示す。走査速度９位置が
ゆらぐが、面走査画像ともある水平直線に近い位置を走
査するため、画像強度パターンは位置のシフトを除いて
近いものとなる。画像強度パターンの該シフト量は、画
像ライン片間の相互相関関数のピーク位置で求まる。こ
のようすを第３図（ｂ）に示す。相互相関関数のピーク
位置すなわち２ライン間の画像の相対ずれ量はライン上
の位置に応じて変化する。

いまディジタル画像データをＸ（ＩＩＪ）で表す。１は
走査方向画素番号、ｊは走査ライン番号である６ｊライ
ン目のｉ画素目から長さＮの画像ライン片と、（ｊｒｉ
）ライン上の画像片との相互相関関数をＲ（ｉ、ｊｒ　
Ｑ）と表すと。

α＝−Ｐ、・・・、Ｐ により求まる。Ｑは画像ライン片のラインｊからライン
（ｊｒ１）への相対位置である。相互相関関数のピーク
位置をＱｌｌ（ｉ＋ｊ）とすると、Ｒ（１，ｒＪ、１１
ｍ　（１，Ｊ））＞Ｒ（１＋　　ｊｒ　　Ｑ）　　（２
）である。各走査ライン番号ｊについて、直後ライン（
ｊｒｉ）との相対位置ずれ関数ｆｌｊｌ＋Ｊ）は、一般
にノイズを含むため、ノイズを除去する目的で、下式に
よりＭ次多項式近似を行うとよい。

各走査ラインｊ（＞２）の全体位置ずれ量Ｌ（ｉ、ｊ）
は、第１ライン絶対位置ずれ量をＬｏ（ｉ）として、で
表せ、その多項式近似係数Ａｔ（ｊ）も、る。走査方向
の画像の乱れの補正は各走査画像ラインｊごとに、正し
い画素位置ｉに対応する次の走査画像上の画素位置、 を求め、その位置あるいは最も近い所にある画像データ
を並べていけばよい。

次に走査垂直方向の画像の順序入れ換わり検出の原理を
第４図に示す。走査方向補正後の画像デ−夕をＸ’（Ｉ
ＴＪ）と表すと、走査方向補正後の複数ラインにまたが
る１画素位［ｉでの画像ライン片間相互相関値ｒＪｔＪ
十１（ｉ）は、０≦ｍ で求まる。第４図（ａ）は走査方向に補正した後の各走
査ラインが対応する実際の対象パターン上での位置であ
る。画素番号ｉから（ｉ＋Ｎ−１）のライン片について
、第３ライン目と第２ライン目の走査位置が走査垂直方
向に逆転している。ところで、一般に画像上の２点間の
強度値の相関は、２点間の距離に関し単調に減少する。

同様に、ライン片間の相互相関値も実際のパターン上で
の距離に応じて単調に減少する。したがって、複数ライ
ン片間にまたがるライン片相互相関値ｒＪｔｊ＋ｓ＋（
ｉ）を調べれば、走査垂直方向順序入れ換わりを検出で
きる。第４図（ｂ）は、画素位置土におけるライン片相
互相関値をライン番号間の有向グラフ上に示したもので
ある。相関値の小さいアークは省略しである。なお、本
来相関値は対称性ｒｐｇ＝ｒｇｐを満すものであるが、
順方向の関係を強めるため、下記修正を行っである。

ｐ＜ｇ　　　　　　　　ｒｐｇ＝ｒｐ、ｇ＋ｄいま、求
めたいものは、第４図（ｂ）の＃１のノードから始めて
有向グラフをったい、全ノードを１回ずつ通る径路でか
つ、関連する相関値の総和が最大となるものである。第
４図（ｃ）はそのような径路に合わせてノードすなわち
ライン番号を並べかえたグラフである。このような径路
は、従来、組合わせ問題を解くことにより見出されてき
たが時間がかかるため、ここでは第４図（ｄ）に示す相
関値ｒ□のテーブルに対する弛緩性計算により、該最適
経路が求まる。すなわち、次の演算を繰り返す。

ｏｒｖ：ざ　　ａｎ−ｖ〜ｇ 該繰返し演算において、比較的大きい相関値ｒｐｇは同
一行、同一列の相関値を押さえることになる。

これに反し、同一行、同一列にない相関値に対しては増
加させる作用を持つ、したがって（ａ）式の繰返し演算
の後には、どの行９列をとっても１つ大きい相関値があ
り、しかもただ１つの突出した相関値となる。閾値処理
により該相関値を見出せばすなわちその位置の行と列の
値から、第４図（ｃ）に示す正しいライン順序がわかる
。あとはこれに従い補正を行えばよい。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図により説明する。走査
型電子顕微値１からの走査画像信号は、Ａ／Ｄ変換器２
によりディジタル信号とし、画像データバッファ３にい
ったん格納される。画像データバッファ３の中の前後す
る２ラインの画像データは、相関演算装置４に入力され
、（１）式で表される画像ライン片間の相互相関関数が
計算される。第５図は、相関演算装置４の処理内容であ
る。

２ラインの画像データｘ　（ｊ、、　ｊ）とｘ　（ｉ、
　ｊ＋１）。

（ｉ＝１．・・・２画素数）はアドレス制御装置１８に
より、一方が念画素だけ遅れて読み出され、乗算器１９
によりかけ合わされ、乗算画像バッファ２ｏのＱ番目に
格納される。ずらじ読み出し量Ｑを変え読み出し乗算を
終える。バッファ中の乗算画像ｘ　（ｘ　ｔ　ｊ）　・
ｘ　（ｉ＋　ｊ＋　Ｑ　）から（１）式の相互相関関数
Ｒ（１＋　ｊ＋　Ｑ）の演算は、演算量の大幅な低減を
目的とし、下記逐次式にて行う。

Ｒ（ｉ＋ｌ−ｊ＋Ｑ）＝Ｒ（ｉ、ＬＵ←（ｘ（ｉ＋Ｎ、
ｊ）ｘ（ｉ＋Ｎ＋Ｑ、、ｊ＋１）−ｘ（ｉ、ｊ）ｘ（ｉ
＋Ｑ、ｊ＋１））（１０））すなわち、乗算画像バッフ
ァ２０から、２つの画素位置ｉ、（ｉ＋Ｎ）のデータを
読み出し加算器２１．２２により（１０）式の結果Ｒ（
ｉ　＋１．ｊ　、　（りを求める。該結果である相関値
は相関値レジスタ２３にいったん記憶され、次の位置（
ｉ＋１）での逐次計算（１０）式に用いられる。第１画
素目に関するレジスタ２３中の相関関数は、最大値検出
器５によりピーク位置Ｑｌｌｌ（１１，５）が検出され
、最小２乗法を用いた近似多項式検出器６により、該ラ
インｊに関する走査方向相対ラインずれを表す多項式の
係数に変換される。加算器７は、（５）式を逐次的に計
算する。すなわち、走査方向絶対ずれ多項式係数レジス
タ８の内容を読み出し、相対ずれ多項式係数と加算し、
該ラインｊに関する絶対ずれ多項式係数とする。走査方
向画像補正用アドレス計算装置９は、ｉ画素目の補正画
像を出力するにあたり、（６）式を計算し、画像データ
バッファ３中の読み出し画素番号を求める。

走査方向に補正された画像データは、走査垂直方向補正
用画像データバッファ１０に格納される。

画像データバッファには、画像走査の走査垂直方向の乱
れに応じたライン数ｍを蓄積する。相関計算器１１は、
（７）式の画像ライン片間相互相関値’　Ｊ　＋Ｊ　＋
ｊｉ）を、現段階のラインｊに関し、数点の代表面素位
置で求める。相関値バッファ１２にはｍライン分の相互
相関値が格納されており、先入先出の方式により相関計
算器１１から相関値が入力される。相関値バッファ中の
相関値テーブルは、第４図（ｄ）に例を示すものであり
、最適順序入り換え算出手段１３による（９）式の弛緩
法演算が加えられ、代表面素位置における最適順序入れ
換えが求められる。内挿処理装置〕、４は、該最適順序
入れ換えを画素位置に関する低次式で近似し、係数を走
査垂直方向画像補正装置１５に出力する。補正装置１５
は、該係数にもとづき、第６図に示すように、出力画像
ライン（破線で示す）に最も近い画像データを、画像バ
ッファ１０の中から選ぶようアドレスを計算して補正画
像を出力する。走査垂直方向にも補正された画像データ
は、Ｄ／Ａ変換器１６により通常のビデオ信号に変換さ
れ、画像ディスプレイ１７に表示される。

本実施例によれば、走査型電子顕微鏡１が走査を開始し
、走査垂直方向の補正用画像バッファ１０が満されると
、画像ディスプレイ上で補正画像の表示が始まる。した
がって、本実施例による画像補正は、リアルタイム処理
であるといえる。

〔発明の効果〕

以上述べた如く、本発明によれば、走査型電子顕微鏡の
走査振動に起因する乱れを有する出力画像に対し、走査
方向には走査画像ライン片間の相互相関関数のピーク位
置算出からライン間の相対ずれ量検出し乱れを補正し、
走査垂直方向には複数ライン間にまたがる走査画像ライ
ン片間の相関値に対する弛緩法計算によりライン位置入
れ換わりを検出し乱れを補正することができるため、従
来のごとく走査乱れの要因となる機械振動、磁場振動な
どを精密に測定し、走査乱れモデルにより走査乱れの量
を正確に推定するといった手段の不要な、走査型電子顕
微鏡の画像補正装置を提供できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による走査型電子顕微鏡画像補正装置の
全体構成図、第２図は走査に振動が重畳した場合に画像
が乱れる様子を示す説明図、第３図は隣接走査画像デー
タ間のライン片相互相関関数とそのピーク位置による走
査方向相対走査ずれ検出の原理を示す図、第４図はライ
ン片間の相関値をもとにした弛緩法による走査垂直方向
順序入り換え検出の原理を示す図、第５図は走査方向相
関器の構成図、第６図は走査垂直方向画像補正の一例を
示す図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、走査型電子顕微鏡装置において、Ａ／Ｄ変換器と、
   Ａ／Ｄ変換された走査画像データを一時貯える画像デー
   タバツフアと、画像データバツフア中の画像ライン片間
   の相互相関関数を走査方向相対位置に関して求めそのピ
   ーク位置から画像片相対位置ずれ量を求める相関演算装
   置と、該相対位置ずれ量を前ステツプで求めた絶対位置
   ずれ量と加算した値を現ステツプの絶対位置ずれ量とす
   る絶対位置ずれ量算出装置と、該絶対位置ずれ量をもと
   に画像データバツフア中の画像データの読み出しアドレ
   スを制御し走査方向の画像位置ずれを補正する走査方向
   画像補正用アドレス計算装置を設けたことを特徴とする
   走査型電子顕微鏡の画像補正装置。 ２、上記相関演算装置においてピーク位置における相関
   値すなわち絶対補正後の画像片間の相間値を複数ライン
   にまたがつて求め、該相関値を一時記憶する相関値バツ
   フアと、バツフア中の相関値をもとに隣接ライン間の相
   関値の総和が最大となるような画像ラインの順序入れ換
   えを求める最適順序入れ換え算出手段と、該手段による
   最適順序入り換えにしたがつて画像データバツフア中の
   画像データを読み出す走査垂直方向画像補正装置を設け
   たことを特徴とする第１項の走査型電子顕微鏡の画像補
   正装置。