JPH052647A - パターン検査方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 信頼性が高く，簡単な手法でプリント基板な
どに印刷された図形，文字などのパターンを自動検査す
るパターン検査方法を提供する。 【構成】 本発明のパターン検査方法は，基準パターン
の画像データについて方向別微分を行ない，方向別微分
結果について第１の低いしきい値で２値化しこの２値化
結果をラベリングし，上記方向別微分結果を高い第２の
しきい値で２値化し，上記ラベリング結果のそれぞれの
ラベルが第２のしきい値で２値化した有効部分にあると
きそのラベルを確定してラベリング数を算出しておく。
検査対象とするパターンについても上記同様の信号処理
を行って得られたラベリング数と基準パターンについて
のラベリング数とを比較し，一致しているときは「良」
とし，不一致のときは「否」としてパターンの良否を判
定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は画像処理を行って図形パ
ターンを検査するパターン検査方法に関するものであ
り，特に，簡単な手法でかつ短時間で図形パターンを自
動検査可能なパターン検査方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】プリント基板における配線パターンの欠
陥の検出，ＣＤ印刷面の検査などについて高い信頼性で
リアルタイムで自動的に検査が可能な方法が要望されて
いる。かかる自動検査では画像処理方法を用いており，
たとえば，配線パターンを画像データとして入力してそ
の図形について画像処理を行ってその結果に基づいて配
線パターンの良否を自動的に決定する。かかる検査の前
提として，簡単な手法でその処理が実時間性をもち，信
頼性の高い画像処理方法が要望されている。画像処理方
法で高い信頼性の処理結果が得られれば，その結果を用
いる検査の信頼性も高くなる。

【０００３】従来の画像処理方法としては図形を撮像装
置で２次元状画像データとして入力し，これらの画像デ
ータを単純に１つのしきい値を用いて２値化し，画像の
濃淡（強度）情報を「１」か「０」として２値化画像処
理する方法が知られている。また方向別微分を適用して
方向別境界を強調した後，２値化する画像処理方法が知
られている。これらの画像処理方法で得られた結果を基
準のデータと比較してパターンの良否を判定する。

【０００４】さらに濃淡画像データを用いる方法も知ら
れている。この濃淡画像データを用いる方法の１つの方
法としては，検査対象の画像データについての微分結果
を２値化し，基準図形の画像データについて予め処理し
た微分結果について２値化した結果と比較する方法が知
られている。また濃淡画像データを用いる他の方法とし
ては，相関演算によるマッチング方法が知られている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記２値化画像処理方
法は，特徴量として，面積，重心，周長さなどを用いる
方法もあるが，照明条件の変動により上記面積，周囲長
さは数１０％も変動し，小さい欠陥を検出できない。ま
た重心位置も小さい欠陥に対しては特徴量とはなりえな
い。したがって，かかる画像処理方法を適用しても精度
が高く，信頼性の高い不良パターンの検出はできない。
上記方向別微分による画像処理方法は，微分マスク（マ
トリクス）が方向に対してディスクリート（離散的）で
あるため，たとえば，４５度きざみのマスクを用いた場
合，その中間の２２．５度付近の境界情報が中間階調を
持つため，特定の１つのしきい値では境界が出たり出な
かったりして，微分化のノイズとなり画像処理の信頼性
に欠けるという問題がある。濃淡画像データを微分処理
して２値化する方法は，基準パターンと検査対象の位置
がずれると正確な検査をすることができない。さらに，
相関演算を行う方法は処理が複雑な上，小さい不良に対
しては相関係数が変動ないから，パターンの欠陥を検出
することには適用できない。したがって，本発明は上記
問題を解決し，比較的簡単な手法で処理の実時間性を持
ち，信頼性の高いパターン検査方法を提供することを目
的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記問題を解決するた
め，本発明のパターン検査方法は，検査対象とする図
形，文字などのパターンの２次元状画像データを複数の
方向から方向別微分し，該方向別微分した結果について
第１のしきい値で２値化し，該第２値化した結果につい
てラベリングを行い，上記方向別微分した結果に上記第
１のしきい値より大きい第２のしきい値で２値化して有
効画素を決定し，上記ラベリングによって規定されたラ
ベルが上記有効画素の位置に存在するときそのラベルを
有効であると確定し，該確定したラベル数を基準のラベ
ル数と比較して一致しているときその検査対象のパター
ンに欠陥がないと判定する。

【０００６】

【作用】上記画像データについて方向別微分を行い，先
ず方向別境界を強調する。この方向別微分された結果に
ついて，第１の低いしきい値で２値化を行い，その２値
化結果をラベリングする。この処理と並行して方向別微
分結果について第１のしきい値よりも高い第２のしきい
値で２値化して有効画素を決定する。ラベリングに基づ
くそれぞれのラベルが有効画素の位置に存在する場合そ
のラベルは有効であると確定する。このラベル数を基準
のパターンについて上記同様に処理した結果得られたラ
ベル数と比較して一致していれば，欠陥はないと判断す
る。このように方向別微分を低いしきい値で２値化した
結果をラベリングし，高いしきい値で２値化した有効画
素と照合することにより信頼性の高い画像処理結果が得
られる。そして，このようにして得られたラベル数を基
準パターンについてのラベル数と比較することでパター
ン欠陥の有無を判定する。

【０００７】

【実施例】本発明のパターン検査方法を実施するパター
ン検査装置を図１に示す。この画像処理装置は，画像入
力手段１，方向別微分手段２，第１の２値化処理手段
３，ラベリング手段４，第２の２値化処理手段５，ラベ
リング確定手段６，および，判定手段７からなる。画像
入力手段１はＣＣＤ撮像装置などで実現されており，画
像処理すべき図形，文字などのパターンを，たとえば８
ビットの階調を持つ２次元状の画像データとして入力す
る。このパターン検査装置は，まず，検査対象のパター
ンの基準となるパターンについて良好な条件で画像処理
およびその結果としてのラベル数を算出する。パターン
検査装置は次いで，基準パターンと同様な信号処理を検
査対象について行い，そのラベル数と基準パターンのラ
ベル数とを比較して，欠陥の有無を判定する。方向別微
分手段２，第１の２値化処理手段３，ラベリング手段
４，第２の２値化処理手段５，ラベリング確定手段６，
および，判定手段７は本実施例ではマイクロコンピュー
タを用いて実現されている。これらの処理機能を図２の
フローチャート，および，図３〜図８に示した図形例を
参照して述べる。

【０００８】まず，検査対象のパターンの基準となるパ
ターンについて良好な条件で画像処理およびその結果と
してのラベル数を算出する処理について述べる。 ステップＳ０１：画像データ入力 画像入力手段１は，画像処理対象となる図形を，たとえ
ば，各ピクセルが８ビットの階調を持ち２次元状に配列
された画像データとして入力し，画像メモリ（図示せ
ず）に記憶する。このようにして画像メモリに記憶され
た画像データを表示装置（図示せず）に表示した結果を
図３に示す。この図形例は全体が黒地のパネルに白い図
形が印刷されているものをパネルの正面から照明を当
て，その反射光をＣＣＤ撮像装置で入力したものであ
る。白い図形部分は各ピクセルは８ビットの階調（「２
５５」）を示すはずであるが，実際には「２５５」の値
を示すものは少なく０〜２５５の範囲で大きくばらつ
く。 ステップＳ０２：方向別微分処理 方向別微分手段２は画像メモリに記憶された画像データ
について方向別微分処理を行う。この方向別微分処理は
図３に示した画像データについて図４に示したように直
交する４方向，Ｎ，Ｅ，Ｓ，Ｗ，さらにこれらの間の４
５度方向から，合計８方向についてから順次，公知の微
分マトリクス（マスク）を用いて微分処理を行う。方向
別微分の内，Ｎ方向からの方向別微分結果を図４に示
す。この結果からＮ方向に沿った方向において図形の境
界が強調されていることが判る。

【０００９】ステップＳ０３：低い第１のしきい値で２
値化処理 第１の２値化処理手段３は上記方向別微分結果につい
て，第１のしきい値で２値化を行う。図５（Ａ）は第１
のしきい値として最大階調「２５５」に対して「５０」
で２値化をした結果を示す。 ステップＳ０４：ラベリング処理 ラベリング手段４は上記２値化結果についてラベリング
処理を行う。このラベリングは上記２値化した結果で
「５０」より大きいとして「１」と判断されたピクセル
（画素）の連続性を検査し，連続する画素の固まりを１
つのラベルとするものである。図５（Ａ）は第１のしき
い値＝５０で２値化した結果が１２個のラベル：ラベル
Ｌ１〜ラベルＬ１２にラベルづけされていることを示
す。 ステップＳ０５：高いしきい値で２値化 第２の２値化処理手段５は上記第１の２値化処理手段３
およびラベリング手段４との処理に並行して，第１のし
きい値よりも高い第２のしきい値＝７０で方向別微分結
果について２値化処理を行ない有効画素を決定する。図
５（Ｂ）は第２のしきい値で２値化した結果を示す。高
いしきい値で２値化すると，低いしきい値で「１」とさ
れた部分が消滅する部分が出てくる。この例ではＮ方向
からの方向別微分においてノイズ成分として現れた図５
（Ａ）のラベルＬ９〜Ｌ１２に対応する部分が第２のし
きい値で「０」とされている。

【００１０】ステップＳ０６〜Ｓ０９：ラベリング確定
処理 ラベリング確定手段６は上記図５（Ａ）に示すラベルＬ
１〜ラベルＬ１２について，そのラベルが位置する部分
に第２の２値化処理手段５による第２のしきい値で２値
化処理で「１」とされた有効画素の部分か否かを判別す
る（ステップＳ０６）。もし，そのラベルに高いしきい
値で２値化した結果「１」とされた有効画素部分が存在
すれば，そのラベルは正しいものとして確定する（ステ
ップＳ０７）。一方，そのラベルに高いしきい値で２値
化した結果「０」とされた部分であれば，そのラベルは
ノイズ成分の高いものとしてラベルを消去する（ステッ
プＳ０８）。上記ラベリング確定処理を全てのラベルＬ
１〜Ｌ１２について行う（ステップＳ０９）。この例で
はラベルＬ１〜ＬＬ８が確定され，ラベルＬ９〜Ｌ１２
が消去された。 ステップＳ１０：ラベル整理 ラベリング確定手段６はラベリング確定後，途中のラベ
ルで消去されたラベルなどがあるとき次の番号のラベル
を繰り上げてラベルづけをしてラベルの整理を行う。

【００１１】上述した方向別微分結果についての第１し
きい値での２値化，そのラベリング処理，第２しきい値
での２値化による有効画素の決定，そして，ラベリング
確定処理をその他の方向についても行う。以上の処理に
よって，基準パターンについて，各方向についてのラベ
ル数が得られる。

【００１２】次に，実際に検査する検査対象のパターン
についても上記ステップＳ０１〜Ｓ１０と同様な処理を
行う。例として，図６に示したように，図３に示した基
準パターンに対してＡ，Ｂ部分に突起がある欠陥のある
図形パターンを例示して述べる。図７はＮ方向からの方
向別微分結果を示す。この方向別微分によって，欠陥部
分Ａ，Ｂも強調されている。そして，欠陥部分Ａ，Ｂの
方向別微分結果は連続性がない。この方向別微分結果を
第１のしきい値＝５０で２値化し，さらにラベリング処
理した結果と第２しきい値＝７０で２値化して有効画素
を決定したものを用いてラベリング確定した結果を図８
に示す。図８の結果は，欠陥Ａ，Ｂの存在により，図５
（Ｃ）で示した確定ラベルＬ４の部分がラベルＬ４１，
Ｌ４２，Ｌ４３の３つのラベルに分割されており，その
ラベル数が１０に増加している。

【００１３】ステップＳ１１〜Ｓ１３：ラベル数一致判
定 判定手段７は基準パターンについて得られたラベル数＝
８と，上記検査対象について得られたラベルＬ１〜Ｌ
８，Ｌ４１，Ｌ４２のラベル数＝１０とを比較して一致
していないから，検査対象に欠陥があると判定する。こ
の判定はラベル数の比較であるから非常に簡単である。
また上述した画像処理方法は簡単で短時間で処理でき，
しかも，信頼性が高い。

【００１４】本発明の実施に際しては上述したものの
他，種々の変形態様をとることができる。たとえば，上
述した本発明の実施例は図形パターンの正面から照明し
てその反射光を画像データとして入力した場合について
述べたが，図形パターンの裏面から照明してその透過光
を入力した画像データを処理してもよい。また本発明は
図形に限らず文字などのパターン検査にも適用できる。

【００１５】

【発明の効果】以上に述べたように，本発明によれば，
比較的簡単な手法で信頼性の高い画像処理を適用したパ
ターン検査方法を実現できる。上述した本発明の画像処
理方法および検査方法は簡単な手法によっているので，
簡単な構成で実現でき，短時間で結果を得ることができ
実時間性を有する。したがって，たとえば，プリント基
板，ＣＤなどのオンラインパターン自動検査などに有効
に適用できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例のパターン検査方法を実施する
パターン検査装置の構成図である。

【図２】図１に示したパターン検査装置の処理フローチ
ャートである。

【図３】図１のパターン検査装置で画像処理を行った基
準パターンの画像表示図である。

【図４】図３に示した画像データを方向別微分処理した
結果を示す図である。

【図５】図４に示した結果をさらに図１のパターン検査
装置で２値化処理結果を示す図である。

【図６】図１のパターン検査装置で画像処理を行った欠
陥ある検査対象パターンの画像表示図である。

【図７】図６に示した画像データを方向別微分処理した
結果を示す図である。

【図８】図７に示した結果をさらに図１のパターン検査
装置で２値化処理しラベリングした結果を示す図であ
る。

【符号の説明】

１・・画像入力手段，２・・方向別微分手段，３・・第
１の２値化処理手段，４・・ラベリング手段，５・・第
２の２値化処理手段，６・・ラベリング確定手段，７・
・判定手段。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】 検査対象とする図形，文字などのパター
   ンの２次元状画像データを複数の方向から方向別微分
   し，該方向別微分した結果について第１のしきい値で２
   値化し，該２値化した結果についてラベリングを行い，
   上記方向別微分した結果を上記第１のしきい値より大き
   い第２のしきい値で２値化して有効画素を決定し，上記
   ラベリングによって規定されたラベルが上記有効画素の
   位置に存在するときそのラベルを確定し，該確定したラ
   ベル数を基準のラベル数と比較して一致しているときそ
   の検査対象のパターンに欠陥がないと判定するパターン
   検査方法。