JPH06295337A

JPH06295337A - 高速画像データ処理回路

Info

Publication number: JPH06295337A
Application number: JP5313093A
Authority: JP
Inventors: Donald C Forslund; ドナルド・チャールズ・フォルスルンド
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1992-12-31
Filing date: 1993-12-14
Publication date: 1994-10-21
Anticipated expiration: 2012-12-03
Also published as: JP2685068B2; US5455899A

Abstract

(57)【要約】（修正有）【目的】記憶域の大きな削減をもたらし、後続処理用
のデータを改善すると同時に、画像データ内に元々存在
する完全な分解能の情報を維持し、又、分解能の喪失な
しにデータを削減し、より高速のデータ圧縮またはアン
チ・エイリアスを提供する。【構成】画像データ処理回路が、正規化段、放物線近
似段、アービトレーション段、選択段およびアンチ・エ
イリアス段の各段で入力の対またはグループの組合せご
とに、事前計算された値を記憶することによって、高速
度を達成する。第１段としての、おそらくはデータ切捨
と共に行われる入力値の正規化によって、プロセッサの
各段で同一の内容を有する小型のメモリの使用が可能に
なる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、全般的に専用データ処
理回路に関し、具体的には、自動検査システム内の画像
データ用データ処理回路に関する。

【０００２】

【従来の技術】表示の生成もしくは特徴の測定、抽出ま
たは認識のための画像処理は、おそらく、現在最も普通
に見られる、最も計算量および記憶量の大きな範疇のデ
ータ処理問題である。生物学の分野での細胞特徴の測定
と、被覆処理や層生成処理の監視などの際の特徴測定
が、高精度の特徴測定データの高速計算を必要とする自
動特徴測定の応用分野の２例である。実際の処理が非常
に簡単な場合もあるにはあるが、このような問題は、通
常は比較的大量のデータを使用する。たとえば、処理す
べき画像の最小単位を画素と称し、これを用いて、画像
の表面をしばしば行列の形にタイル分割することを考慮
されたい。画像の解像度が、１辺１０００画素の行列で
ある場合、その画像全体では１００００００画素を含む
ことになる。各画素は、さらに、色、色相、彩度などの
画像値を表すデータと、物体番号や３次元空間内での位
置など他の画素に対する関係を表す他のデータを含むこ
とがある。画像を表すのに必要なビット数を得るには、
このような画像値情報のビット数に、その画像内の画素
の数をかける必要がある。この画像データのどれかまた
はすべてに対してある動作が必要なことがあり得るの
で、空間解像度と画像値の分解能が低目であっても、数
百万回のデータ処理動作が必要であることが理解でき
る。

【０００３】したがって、近年、画像処理装置から所望
の水準のスループットを達成するため、処理しなければ
ならないデータの量を減少させるために多くの手法が試
みられてきた。それにもかかわらず、専用補助プロセッ
サやパイプライン・アーキテクチャを含めて高速コンピ
ュータを使用しても、単一画像の処理を完了するのに数
時間要することもまれではない。自動検査システムの分
野では、このような処理時間が、製造工程のスループッ
トに対する主な制約となる。しかし、高集積密度での電
子回路デバイスの製造など一部の製造分野では、自動検
査に代わる有望な代替案がない。

【０００４】したがって、画像特徴の測定、抽出または
認識の技術は、一般的に、特定の種類の画像特徴に特に
適応させた専用の画像変換器および処理装置の開発によ
って進歩してきた。たとえば、米国特許第４４２４５８
８号明細書には、対称形物体の位置を検出するための処
理が記載されている。米国特許第４４９９５９７号明細
書には、小型物体検出用の重心累計が記載されている。
米国特許第４６２５３３０号明細書では、隣接画素間で
画素値を比較して、特徴断片内の最大画像値の画素を決
定する。米国特許第４７０３５１３号明細書にも、同様
の近傍比較が開示されている。この２つの特許は、ビデ
オ信号の機能強化を対象としたものである。リード・フ
レーム・アセンブリに付着された３次元デバイスを結像
するための配置が、米国特許第５０３０００８号明細書
に開示されている。距離測定用の光学系が、米国特許第
５０５４９２６号明細書に開示されている。画像処理シ
ステムで使用するためのデータ処理装置の例は、米国特
許第５０１６１７３号明細書、米国特許第４９１８６３
６号明細書、米国特許第４９６３０１８号明細書、米国
特許第４９７９２２１号明細書、米国特許第４９２５３
０２号明細書、米国特許第４８４５３５６号明細書、米
国特許第４８１８１１０号明細書および米国特許第４７
０７６１０号明細書にも開示されている。

【０００５】この米国特許第４７０７６１０号明細書
は、集積回路デバイスの製造に関連する表面輪郭の測定
と線幅測定を対象とするものである。測定するウェハを
振動するように取り付け、光学系で、その表面上の小さ
な点にビームを合焦させる。ウェハに沿ってこの点を走
査すると同時に、焦点を漸進的に変更して、一連の表面
輪郭のサンプルを得る。

【０００６】しかし、さらに最近になって、半導体構造
の複数の層によって提示されるものなど、材料本体内部
の複数の反射輪郭を測定することが望ましくなってき
た。このような結像では、たとえば、各輪郭を別々に追
従することができない可能性があり、輪郭の区別が困難
になる可能性がある。また、多重走査は比較的低速であ
り、結像される異なる表面に関連する位置誤差を生ずる
可能性があるので、結像しようとする物体の１回の走査
ですべての輪郭を感知することが望ましい。

【０００７】光学式変換器（たとえば電子カメラ）の現
況技術では、デバイスの表面での空間解像度（たとえば
ｘ方向とｙ方向）とデバイス内部の空間解像度（たとえ
ばｚ方向）は、１／４μｍ程度である。したがって、チ
ップの表面などの小さな表面でも、数百万個の画素を必
要とする可能性があり、輪郭情報は、たとえば８ビット
の次元精度で８つの表面を解像できることが望ましい。
各表面からのデータのビット・ストリームは、本質的
に、画素ごとに同時に並列に得られる。したがって、現
在使用可能な変換器の能力を利用し、所望の結像を達成
するためには、極めて大量のデータを取り込み、記憶
し、処理しなければならないことがわかる。

【０００８】また、処理速度を増大させようとするある
種の試みでは、データの切捨てが用いられてきたことを
考慮されたい。しかし、このような切捨ては、変換器デ
バイスからの原信号中に存在する情報を結果的に破棄す
る。切捨てさえ、データ削減において非常に限られた価
値しかない。というのは、現在、数百万個の構成要素を
有する集積回路を製造するのは普通のことであり、これ
ら構成要素のそれぞれを、意味のある検査に十分な解像
度で結像させなければならず、そのためには、構成要素
ごとにまたは構成要素の特徴ごとに、数画素が必要にな
るからである。したがって、データ切捨ては、１画素あ
たり１ビットにする場合でも、所望の検査機能を達成す
るのに必要なデータの最少量によって大きく制限され
る。

【０００９】要約すると、データ処理技術の現状では、
現在可能な光学変換器の能力を完全に利用できず、ま
た、所望の光学解像度に必要な大量のデータを、高密度
集積電子構成要素用の現在の製造システムに適した自動
リアル・タイム検査システムを提供するのに十分なスル
ープットでリアル・タイムに処理することができない。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】したがって、本発明の
１目的は、記憶域の大きな削減をもたらし、後続処理用
のデータを改善すると同時に、画像データ内に元々存在
する完全な分解能の情報を維持する、画像データ用のプ
ロセッサを提供することである。

【００１１】本発明のもう１つの目的は、原データの分
解能の喪失を引き起こさない、データ削減の技法を提供
することである。

【００１２】本発明のもう１つの目的は、変換器出力の
周期的変動など時間的に変動する誤差を、特にデータ圧
縮との組合せで補正するためのアンチ・エイリアス機能
を提供することである。

【００１３】本発明のもう１つの目的は、分解能の喪失
なしに、より高速のデータ圧縮またはアンチ・エイリア
スを提供することである。

【００１４】本発明の具体的な１目的は、表面または界
面の位置のサンプルから、表面上または界面上の特徴の
位置を表すデータを提供する、視野内の各画素位置で視
線方向に複数の表面または物体を結像するための距離プ
ロセッサまたは高さプロセッサを提供することである。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明の上記その他の目
的を達成するために、複数の並列入力を受け取る手段
と、前記複数の並列入力のうちの少なくとも１つを、前
記複数の並列入力のうちの隣接する入力によって正規化
するための正規化手段とを含む、データ・プロセッサが
提供される。

【００１６】本発明のもう１つの態様によれば、複数の
入力を並列に受け取り、これに応答して、それぞれ当該
の入力対に対応する複数の第１出力を生成するための第
１手段と、第１手段の第１出力を並列に受け取り、これ
に応答して、それぞれ当該の第１入力対に対応する複数
の第２出力を生成するための第２手段と、第２手段の出
力を並列に受け取り、これに応答して、その各出力が第
２出力の当該のグループに対応する、複数の第３出力を
生成するための第３手段とを含む、データ・プロセッサ
が提供される。

【００１７】本発明のもう１つの態様によれば、複数の
並列入力のそれぞれの対を用いて、事前計算された値に
アクセスすることにより、複数の入力をそれぞれ正規化
するステップと、正規化ステップの結果のそれぞれの対
を用いて、事前計算された値にアクセスすることによ
り、放物線近似によって少なくとも１つの位置を決定す
るステップとを含む、データ処理方法が提供される。

【００１８】

【実施例】ここで図面、具体的には図１を参照すると、
本発明と共に使用される共焦光学深さ測定システム１０
が、概略的な形で示されている。共焦深さ測定の基本原
理は、単レンズまたはレンズ系１１が、前焦点面と後焦
点面を有することである。すなわち、レンズ中心から所
与の距離にある物体の像は、レンズの反対側でそのレン
ズの焦点距離に関連する、レンズの中心から既知の距離
の所で、最も焦点の合った状態になる。たとえば、平面
１２上の物体は、平面１３で最もよく焦点が合い、平面
１４上の物体は、平面１５で最もよく焦点が合う。した
がって、単レンズまたはレンズ系１１の中心から共焦点
と称するある距離の所に、平面の対が生成される。

【００１９】物体１６の、高さが変化する表面１６'上
の点の高さを測定するには、光源１８からの放射エネル
ギー照明の合焦点を、表面１６'上またはその付近の点
に形成させる。これは通常、ピンホール・アパーチャ１
９の位置を変化させて、光の合焦点の位置を、平面１２
と平面１４'によって示される範囲でｚ方向に変化させ
ることによって行う。これを行うのは、測定中の表面上
で最適焦点を感知する必要をなくすためである。

【００２０】表面１６'からの反射光は、物体１６上の
現在照らされている位置に焦点が合っているｚ方向の位
置の共焦点に合焦される。ピンホール・アパーチャ２１
も、ピンホール・アパーチャ１９の像の最適焦点の高さ
の共焦点に対応する平面の範囲内で移動する場合、表面
１６'の高さの小さな変化が、ピンホール・アパーチャ
２１を通って変換器平面１７に達する光の量の大きな変
化をもたらす。というのは、ピンホール・アパーチャ２
１の平面がレンズ中心から表面１６'までの距離と共焦
である時に限って、ピンホール・アパーチャ２１を通る
光の透過が最大になるからである。たとえば、平面１４
から反射された光は、平面１５で最もよく焦点が合った
状態になり、図１に示す特定のピンホール平面１３上の
像は、ピンホールより大きくなる。したがって、このピ
ンホールは、反射光の焦点がずれ、そのために、表面１
６'とピンホール・アパーチャ２１の両方でより大きな
像を生じる場合に、変換器平面１７へ通過する光を実質
的に減衰させる。表面１６'またはピンホール・アパー
チャ２１のどちらかでピンホール・アパーチャ１９の像
の焦点がずれると、変換器平面１７にある変換器に達す
る光がさらに減衰する。

【００２１】本発明と共に好ましく使用されるカメラの
実用的な実施例で変換速度を増大させるため、表面１
６'の画素位置のアレイが本発明の実施には重要でない
形で異なる深さまたは異なる高さで同時に結像されるよ
うにして、画素から画素へと高速シーケンスで共焦結像
の原理を実施することができる。ただし、カメラの出力
の性質を視覚化するため、ピンホールと変換器平面１７
上の複数の変換器の各対ごとに異なる共焦距離を生じる
ように、複数のピンホール・アパーチャ１９および２１
を設けることによってこれを行う。変換器平面１７上の
複数の変換器は、電荷結合素子（ＣＣＤ）として形成さ
れるセンサの隔置されたアレイであることが好ましい。
しかし、どのサンプリング・サイクルでも、たとえば、
それぞれ８ビットの精度の１６個の（すなわち、１６個
の画素のそれぞれでの）高さに対応する強度データ・サ
ンプルが、実質的に１０ＭＨｚを越えるビット速度でカ
メラから出力される。これら１６個のサンプルは、同時
出願の関連米国特許出願第０７／＿＿＿、＿＿＿号明細
書（整理番号ＦＩ９−９２−０１０号）に記載の方式
で、表面１６'の同一画素の１６個の高さに対応するよ
うに再編成され、匹敵するビット速度で出力される。そ
の後、画素ごとにこれらの強度値を検査して、反射面ま
たは界面を表す共焦応答曲線のピークの位置を決定す
る。この検査は、本発明による双曲線近似によって行わ
れることが好ましい。

【００２２】説明を簡単にするために、連続的な共焦結
像によって生成される共焦応答曲線２２のサンプリング
として、８つのサンプルｚ１−ｚ８だけを図２に示す。
棒２３の高さは、特定の画素位置におけるｚ方向の特定
の位置の反射光サンプルの強度を示す。所望の数の高さ
サンプルを用意すると、所望の度合の高さ分解能が得ら
れることを理解されたい。また、共焦結像処理に付随し
て、強度は、各サンプル位置の近傍にある領域内のｚ方
向の位置の尺度でもあり、強度とｚ方向の距離の関係が
予測可能とみなせることを認識されたい。また、異なる
部分反射強度を生じる複数の反射界面からのデータを取
り込むために、複数ビットの強度分解能を提供する必要
がある。したがって、強度分解能とｚ距離が比例するこ
とが、１／４μｍの分解能で意図された観察を行うのに
好ましいと考えられる。

【００２３】放物線近似によるピーク位置推定はそれ自
体は周知である。放物線近似には、基本的前提として、
ピークと放物線の両方が３点で定義できること、また共
焦応答曲線２２の一部を拡大した図３に示されるよう
に、放物線が、その範囲にわたって任意の関数のピーク
に非常に近似していることが必要である。位置ｚ２、ｚ
３、ｚ４のＩ値（強度値）に近似された放物線２４は、
この範囲の外では共焦応答曲線２２からすぐに離れる
が、この範囲内ではこの曲線に非常に近似し、放物線の
軸Ａは、ピーク位置Ｐに非常に近似しているとみなされ
る。これはもちろん、提供されるサンプリングの空間周
波数から暗示されるように、２つの分解可能なピークが
同一の範囲内に存在しないことを前提とする。任意の３
つの点を介する放物線近似は、下記の一般的な（強度Ｉ
と位置ｚに関して）二次形式の式によって記述できる。Ｉ_i ＝Ａｚ_i ² ＋Ｂｚ_i ＋Ｃただし、Ａ、Ｂ、Ｃは、放物線の軸に対する相対位置ｚ
_i-1、ｚ_i、ｚ_i+1での強度値の関数である。言い換える
と、この二次方程式の一般解を再構成して、下記の形で
任意の３点のグループ内での相対ピーク位置（ＲＰＰ）
の推定を得ることができる。

【数１】ただし、分子の乗数"４"は、各サンプル点の両側に設け
た分解副区間の数に対応する。また、このＲ_ppの式は、
Ｉ_iで割ることによって正規化できる。正規化は、本発
明を含むハードウェアに重要である。というのは、正規
化によって、３つではなく２つの量すなわちＩ_i-1／Ｉ_i
とＩ_i+1／Ｉ_iだけで相対ピーク位置を記述できるように
なるからである。絶対位置は、３点のうちのどれか１つ
の位置とそれらの間の既知の空間距離として保存され、
したがって後で回復することができる。これに関して、
本発明によるプロセッサは、正規化機能のため、強度入
力の絶対値に感応しないことにも留意されたい。

【００２４】ここで図４を参照すると、本発明によるプ
リプロセッサが、概略的に示されている。このプリプロ
セッサは、本質的に、高度に並列な４段パイプライン・
プロセッサを形成する。その４つの段を、順に説明す
る。プリプロセッサ３０の第１段は、好ましくは図５に
示す複数の索引テーブル（ＬＵＴ）によって、正規化機
能を提供する。これらのＬＵＴは、それぞれの８ビット
・グレイ・スケール強度値によってアドレスされる。こ
れらの入力は、量子化された測定値を反映するので、商
も量子化され、商の可能なすべての値をメモリに記憶し
単に検索することができ、データのセットごとに除算を
実行する必要はない。こうすると、ハードウェアの実質
的な節約が得られ、動作速度が大幅に向上する。要求さ
れる出力は、完全な分解能で正規化された値の特徴を表
すだけでよい。というのは、後で説明するように、いく
らかの分解能は回復できるからである。したがって、ア
ドレスされるどの位置についても、３ビット、４ビッ
ト、または５ビットと、出力の「位相」用の追加ビット
だけが必要である。図５には別々のメモリ・プレーン５
１として示した４ビットまたは５ビットを使用すること
が、ＬＵＴメモリ５０にとって好ましい。というのは、
下記で説明するＲＰＰＬＵＴに関するメモリ構造の対
応する選択が、大きな影響を受けないからである。すな
わち、４ビットは１Ｋ容量のメモリを必要とし、５ビッ
トは４Ｋメモリを必要とするが、どちらも簡単に提供で
きる。いずれにせよ、６４Ｋのアドレス可能メモリ空間
が、本発明の実施に一般的に適している。次に、正規化
ＬＵＴの動作について、図６を参照して論ずる。

【００２５】上で示したように、正規化ＬＵＴは、カメ
ラからプロセッサへ入力される強度値のうちの２つの値
の商を含む。これらの商は、アドレス可能空間内で、単
位値を表す４５°線（たとえば、１１１１と任意の位相
ビットとしてコーディングされる）に関して対称に配置
され、その商をもたらす除数が、大きい方の値になるこ
とが好ましい。したがって、位相は、強度値の間の直線
の傾きが正負のいずれであるかを示す。単位線上のアド
レスは、一般に、高アドレス値でのピークと低アドレス
値での谷を暗示し、単位線の上側のアドレスは、点の右
にある谷を暗示し、単位線の下側のアドレスは、点の間
または点の右にあるピークを暗示する。所与のアドレス
では、２つの値だけが表されるので、これらの暗示は必
然的に曖昧である。しかし、相対ピーク位置ＬＵＴ（Ｒ
ＰＰＬＵＴ）にある第３の値と比較すると、ピークの
存在とその位置が見つかる。

【００２６】正規化によって失われると考えられるデー
タは、実際には、サンプル位置に対応する正規化ＬＵＴ
の識別によって保存されることを想起されたい。したが
って、正規化ＬＵＴは、正確に同一の商と位相をすべて
含むことができ、同一の形でプログラミングされる同一
の読取り専用メモリ（ＲＯＭ）またはプログラマブル読
取り専用メモリ（ＰＲＯＭ）であることが好ましく、そ
うすると、本発明を実行するためのハードウェアまたは
その準備が実質的に簡単になる。

【００２７】再度図４を参照すると、プリプロセッサの
次の段は、相対ピーク位置（ＲＰＰ）ＬＵＴのアレイを
含むことが好ましい。これらのＬＵＴの機能は、放物線
近似によるピークの位置の推定を提供することである。
正規化ＬＵＴと同じく、入力アドレスは量子化された値
（正規化された強度値）であるので、すべての可能な値
の計算を前もって行うことができ、その結果が、単にＲ
ＰＰＬＵＴに入力される。正規化ＬＵＴに記憶された
値を対称に配置し、位相出力値でＩ_iとＩ_i+1のどちらが
除数になるかを示すことができるのも、このためであ
る。この値は実際の強度値を表すが、正規化ＬＵＴの出
力は、ＲＰＰＬＵＴにとって、位相ビットの値によっ
て対称な形で区別されるアドレスとしてのみ意味があ
る。実際の事前計算された値はＲＰＰＬＵＴに記憶さ
れるので、正規化処理の逆転は、ＲＰＰＬＵＴから出
力される値にとって本質的でない。さらに、特定の値を
計算することに比べて、除数値が小さいことに起因する
精度の非線形性がない。

【００２８】次に図７を参照して、ＲＰＰＬＵＴ６０
について論ずる。この場合も、好ましい構造は、複数の
メモリ・プレーンとして示されている。ＲＰＰＬＵＴ
の数は、正規化ＬＵＴの数より１つ少なくすることがで
き、正規化ＬＵＴの数は、設計分解能で入力される強度
値の数（たとえば、値ｚ１−ｚＮの数）より１つ少な
い。別法として、追加のＲＰＰＬＵＴを、図４のＲＰ
Ｐ０とＲＰＰＮに示すように、ＲＰＰＬＵＴアレイの
一方または両方の端に追加することができ、この追加Ｒ
ＰＰＬＵＴに、単位入力または、深さまたは高さの結
像範囲を超える共焦応答曲線２２の仮定された挙動に対
応する他の固定入力を与えることができる。単位値は、
一定値を表し、非単位値は、一定の傾きを表すことにな
る。それぞれのアドレス可能空間は、隣接する正規化Ｌ
ＵＴによって出力されるビットの可能な組合せの数、こ
の場合は各正規化ＬＵＴによって出力される５ビットに
対して３２×３２個のアドレスに等しければよく、した
がって、本発明は、非常に少ない（たとえば１Ｋの）メ
モリを使用して実施できる。それに比べて、これに関し
て、正規化ＬＵＴを設けない場合、ＲＰＰＬＵＴごと
に少なくとも１６Ｍバイトのメモリが必要になることに
留意されたい。プレーンの数は、やはり所望の度合の分
解能に必要な出力コードの数に依存する。図８に示すよ
うに、８つの副区間に好ましいコーディングを採用する
場合、４ビットの出力だけが必要である。以下の議論で
は、正規化ＬＵＴが２つの値の商を供給したのと同様
に、ＲＰＰＬＵＴは、２つの値に基づく結果を供給する
ことに留意されたい。原Ｉ値のうちの１つが、２つの隣
接する正規化ＬＵＴに入力され、その出力が、今度は単
一のＲＰＰＬＵＴに供給されるので、この３つの隣接
する正規化された強度値を、Ｉ'_j-1、Ｉ'_j、Ｉ'_j+1で示
す（プライム記号は、その値が、強度値自体ではなく、
それによって強度値が参照される、特別に正規化された
値に基づくアドレスであることを示す）。ここで、Ｉ'_i
は、Ｉ_iを中心とする３つの値のグループのそれぞれの
中央値であり、Ｉ_iは、同じ番号または添字の強度値で
ある。

【００２９】図８では、相対ピーク位置の値が、ａ＝ｂ
＝ｃ＝ｄ＝０に対応する位置ｚ_iからの正規化された入
力サンプル値Ｉ'_iに関して対称に配置されるように、コ
ードを、オフセットに関して値ａ、ｂ、ｃ、ｄの数の順
に配置することが好ましい。このようにすると、サンプ
ル距離間隔の半分にわたって、中央サンプル値位置の左
右に４つの副分割が設けられる。

【００３０】本発明によるプロセッサ内のこの点で、原
データ中で表現される各ピークの相対位置が、好ましい
実施態様のこの例では、１つのＲＰＰＬＵＴの４ビッ
トの９つの可能な値のうちの１つによって表現されるこ
とに留意されたい。絶対位置も、ＲＰＰＬＵＴの識別
とその出力からわかる。原入力データは、それぞれ８ビ
ット分解能の１６個のサンプルを含んでいたことを想起
すると、これは、それ以降の処理が実行されるデータの
非常に実質的で大きな減少を表す。図４に示した本発明
の好ましい実施例のその後の段は、したがって、幅広い
ピークから生じる可能性のある削減されたデータの曖昧
さの解決、および本発明で使用することが好ましい特定
のカメラによって生じる量子化誤差の補正を対象とす
る。この２つのうちの最初の補正処理は、図４に示し
た、次のピーク・アービトレーション・プロセッサの段
によって実行される。このピーク・アービトレーション
・プロセッサはそれぞれ、ＲＰＰＬＵＴのうち４つの
隣接するＲＰＰＬＵＴの出力を受け取る。

【００３１】ピーク・アービトレーションＬＵＴの好ま
しい形態の編成を図９に示す。入力は、それぞれＲＰＰ
ＬＵＴから来る４組（たとえば（ａ、ｂ、ｃ、ｄ）
_j+1）の４つの２進値（ａ、ｂ、ｃ、ｄ）であるので、
この１６ビットの独自の組合せに対応する、６４Ｋのア
ドレス可能空間が必要である。出力されるビットの数
は、４ビットと１ビットの追加の有効ピーク・ビットで
あることが好ましい。この４ビットは、図１０に示す二
重範囲内の原分解能に対応し、どれか１つのアービトレ
ーションＬＵＴについてカバーされる範囲に関してアー
ビトレーションが発生し得る。具体的にいうと、原サン
プルは、サンプル範囲と記した括弧で示す重なり合うサ
ンプル範囲内でＲＰＰＬＵＴによって評価される。し
たがって、ＲＰＰＬＵＴの範囲は、サンプル範囲（た
とえば、相対ピーク位置の決定に使用されるサンプルの
位置範囲）の半分である。また、図８から、ＲＰＰＬ
ＵＴ出力における位置分解能は、原強度サンプル値の位
置にその中心があり、そのような各サンプル位置のそれ
ぞれの側の４つの分解可能位置に伸びていたことも想起
されたい。ピーク・アービトレーションＬＵＴ段では、
４つのＲＰＰＬＵＴの出力も重なり合うグループ内で
評価され、この図ではアービトレーションＬＵＴ内で表
現されたデータの中心Ｃの近くにあるピークＰ２を突き
止めるためのアービトレーションが、各アービトレーシ
ョンＬＵＴによって入力される。したがって、アービト
レーションＬＵＴが機能するこの範囲を、二重範囲と称
し、これも、原データ・サンプルのうちの２つのサンプ
ルの中間にくるＣに中心がある。４つのサンプル範囲が
重なり合い、各アービトレーションＬＵＴによって評価
される範囲のグループも重なり合うので、各アービトレ
ーションＬＵＴは、二重範囲内の１５個の位置のどれか
でピークを分解することができる。ピーク・アービトレ
ーションＬＵＴの数は、原データ・サンプルの数の半分
より１つ少ないことが好ましい。というのは、サンプリ
ングから暗示されるように、２つの隣接する原サンプル
から複数のピークを分解することは不可能だからであ
る。図４に示したように、ピーク・アービトレーション
ＬＵＴは、ｚＮ個のサンプルを連続的に包含するため、
ＲＰＰＬＵＴの重なり合う範囲に接続される。次に図
１０に関して論ずるように、各ピーク・アービトレーシ
ョンＬＵＴを複数（たとえば４つ）のＲＰＰＬＵＴに
接続すると、サンプル範囲の重なりも包含される。

【００３２】強度値の広いピークを図１０に示す。３つ
の隣接するＩサンプルを表すｊ番目のＲＰＰＬＵＴの
出力は、単調に増加する強度を示す。ｊ＋１番目のＲＰ
ＰＬＵＴは、ｊ＋１番目の範囲内にピークがあるなら
ば、そのピークがその範囲の右寄りにあることを示す。
同様に、ｊ＋３番目のＲＰＰＬＵＴは、単調に減少す
るＩ値によってピークがないことを示し、ｊ＋２番目の
範囲は、ピークがあるならば、それがｊ＋２番目の範囲
の左寄りにあることを示す。ピーク・アービトレーショ
ンＬＵＴに置かれる値は、本発明の好ましい実施例の他
のＬＵＴと同様に、どの重なり合うサンプル範囲が二重
範囲内にあると報告されるピークＰ２を含むと思われる
かを解決するために、事前計算される。したがって、二
重範囲の間でのこれ以上のアービトレーションは不要で
ある。この衝突を解決するための基礎は、比較的任意で
あり、たとえば、ＲＰＰ出力の比較（たとえば±３ない
し４範囲での）、高原または谷の近さ、あるいはこれら
の判断基準の組合せに基づいて行うことができる。ピー
ク・アービトレーションＬＵＴの内容は、すべてのピー
ク・アービトレーションＬＵＴに関して同一であること
が好ましいが、ＲＰＰＬＵＴのＲＰＰ０またはＲＰＰ
Ｎまたはその両方が設けられていない場合には、１２ビ
ット入力のアービトレーションＬＵＴを使用することが
できる。別法として、１６ビット入力のアービトレーシ
ョンＬＵＴに省略時値を供給することもできる。いずれ
にせよ、重要な機能は、単一の幅広ピークから複数のピ
ークが得られないようにすること、およびＲＰＰ範囲を
二重幅のＲＰＰ範囲に有効に変換することである。した
がって、ピーク・アービトレーションＬＵＴの内容の基
本的なガイドラインとしては、未変更の位置を、二重幅
の範囲に関して反映する、たとえば−２から＋２まで
の、ＲＰＰＬＵＴ出力の値を再生成しなければならな
い。

【００３３】図４に示したプロセッサの好ましい実施例
の最終段は、図１１に示した、多重化ＬＵＴまたはピー
ク・ゲートＬＵＴである。これの個数は、ピーク・アー
ビトレーションＬＵＴの数と同一である。各ピーク・ゲ
ートＬＵＴは、対応するピーク・アービトレーションＬ
ＵＴの出力と、閾値ビットまたはチップ選択ビットとを
受け取る。さらに、各ピーク・ゲートＬＵＴは、使用す
るカメラの周期的に繰り返す量子化誤差（たとえばエイ
リアス）に対応するいくつかのビット（たとえば３ビッ
ト）を受け取る。これらは、限られた数のビットを表す
ので、そのアドレス可能空間は非常に小さく、おそらく
５１２バイトだけであり、アンチ・エイリアスが不要な
場合にはそれ以下になる。これに関して、エイリアス
は、二重範囲の間でピークをシフトさせる可能性がある
が、原データから分解可能なすべての副分割されたピー
ク位置を識別するため、７ビットの出力を供給すること
に留意されたい。

【００３４】アービトレーションＬＵＴの機能が、二重
になっていることを理解されたい。第１に、隣接するＲ
ＰＰＬＵＴ範囲の隣接する端部の近くでピーク位置が
突き止められる可能性のある時、アービトレーションＬ
ＵＴは、ピークが１つしか存在しないのに別々の２つの
ピークが報告される結果を引き起こす可能性のある曖昧
さを解決する。第２に、二重範囲の数を減らすことによ
って、「下流」側処理回路を最小にすることができる。
これに関して、各ＲＰＰＬＵＴはそれぞれ、隣接する
ＲＰＰＬＵＴによって検査される入力データの重なり
合う範囲から、隣接するＲＰＰＬＵＴが同時にピーク
を報告してはならないことが暗示される場合でも、その
範囲内でピークを報告できる可能性がある。したがっ
て、ＲＰＰＬＵＴの数の約半数に等しい最大数のピーク
だけが有効になり得る。さらに、実際には、発見される
と予想されるピークの数は、この最大数よりはるかに減
り、下記で論ずるように、予想される各ピーク用の選択
回路だけが必要である。

【００３５】これらの機能のうちの第１の機能は、互い
のある近傍内で報告されるピークの検出または補間を抑
制するなど、多くの方法で実行できる。しかし、この第
１の機能に対する最も実用的な手法は、特に、選択回路
の数を報告されるピークの数まで減らした時に、分解能
の多少の喪失または曖昧さの導入をもたらすはずであ
る。それにもかかわらず、本発明の方法および装置にア
ービトレーションを含めることは、本発明の本質的な特
徴ではなく、改善機能とみなすべきであり、選択機能お
よび補正（たとえばアンチ・エイリアス）機能は、設け
ることが好ましいとみなされるが、これらを設ける場合
には、ＲＰＰＬＵＴの出力に対して直接にこれらの機
能を実行することができる。次にこのピーク位置の選択
および補正の機能を、図１１に示すピーク・ゲートＬＵ
Ｔに関して説明する。

【００３６】ピーク・ゲートＬＵＴの出力は、２つのパ
ラメータ、すなわちピーク・アービトレーションＬＵＴ
からの有効ピーク出力と選択ビットとに基づいて制御す
ることが好ましい。もちろん、ある範囲内で有効なピー
クが検出されない場合に、有効ピーク・ビットが０の時
にアクセスされ得る位置に特定のコード（たとえばすべ
て０）を置くことにより、あるいは好ましくは、ＡＮＤ
ゲート・アレイを使用して単に出力を抑制することによ
って、出力を抑制すべきである。この出力の抑制は、ど
ちらも、選択信号と有効ピーク信号の両方を受け取る同
様のＡＮＤゲート・アレイを用いて行うこともできるは
ずである。選択ビットは、特定の範囲内にピーク値が存
在する場合に、ピーク・ゲートＬＵＴを順番に走査する
ことにより、そのピーク値の出力を走査または多重化す
るのに使用できる。別法として、入力強度値またはＲＰ
ＰＬＵＴ出力の出力の直接評価から、選択信号を導出
することもできる。いずれにせよ、選択信号は、プロセ
ッサによって導出された結果の読出しを制御するだけで
ある。したがって、選択信号の具体的な導出は、本発明
の一部とはみなされず、本発明によるプロセッサの出力
を制御するという機能を越えるものとはみなされない。
したがって、これらの多重化ＬＵＴを走査することによ
って、ｚの昇順または降順のどちらか所望の順序で、検
出されたどのピークの順次読出しも行われる。したがっ
て、多重化ＬＵＴへの入力を、選択的に出力に転送する
ことができる。

【００３７】また、図４から、ピーク・ゲートＬＵＴの
複数のバンクを設けるのが好ましいことに留意された
い。これらのバンクがあると、予想される各ピークごと
に別々のバンクを設ける場合、各画素位置での特定のピ
ークの選択が簡単になる。言い換えると、ピーク・ゲー
トのこれらのバンクは、並列に動作するが、画素から画
素へと表面を追従するのに有効に使用でき、選択信号が
位置閾値として使用できる。アービトレーションＬＵＴ
と同数のバンクを設けることができるが、通常は、２つ
ないし４つのバンクしか必要でない。ドットＯＲ回路
が、各バンクごとに選択された出力を有効にゲート出力
する。

【００３８】さらに、多重化ＬＵＴは、誤差が予測でき
る場合、さらに誤差補正を提供することができる。たと
えば、上記に指摘したように、本発明と共に使用される
特定のカメラ構造は、８データ読出しサイクル毎に繰り
返す階段状の誤差波形の形で周期的誤差オフセットを生
ずる。そのステップ増分は、高さ値の最小分解能に比例
する。この誤差は、量子化され、強度値の最小分解能よ
り大きくなる可能性があり、また強度サンプル値は高さ
または距離の情報を含むので、この誤差が、図４のプロ
セッサを介して伝播され得る。

【００３９】このエイリアス誤差を補償するため、多重
化ＬＵＴに２進位相信号を供給して、図１２に示される
ピーク・ゲートＬＵＴからの補正値またはエイリアス除
去された値にアクセスすると好都合である。説明を簡単
にするために、エイリアス誤差が、切捨前の強度分解能
または位置分解能の最下位ビットの値に等しい最小増分
を有し、それ以外は正常（たとえば、各ステップに同一
の誤差）であると仮定すると、ピーク・ゲートＬＵＴの
内容を、図１２に示すように配置することができる。容
易に理解できるように、特定の二重ＲＰＰ範囲に関し
て、位相（たとえばサンプルをとった時刻）の増分は、
値出力の減分に関連する。したがって、００１という位
相を有する時刻にとられた、特定の二重範囲に対して参
照される、０１００という真のＲＰＰを有するサンプル
は、そのアービトレーション・ゲートの出力がオフセッ
トされるか、またはエイリアスを含み、ピーク・ゲート
ＬＵＴに対しては０１０１として報告される。これは、
００１０００という出力をもたらすはずであるが、この
値は、位相０００で測定された真値０１００に関して報
告されるはずの値と同一である。これは、どの位相に関
しても正しいことに留意されたい。というのは、ＬＵＴ
上の値がオフセットされ、対応する出力値が左上から右
下へ対角線内で発生するようになっているからである。
これらの値を、エイリアスの増分と出力の増分が同一で
ある状況または階段状の繰返しパターンに限定する必要
はない。したがって、周期的に繰り返すどの量子化誤差
も、プロセッサの最大分解能まで正確に補償することが
できる。

【００４０】本発明を単一の好ましい実施例に関して説
明してきたが、当業者は、特許請求の範囲の趣旨および
範囲内で修正を加えて本発明を実施できることを理解す
るであろう。たとえば、再刻時のため、または、システ
ム中での伝播遅延からもたらされる誤差を防止するた
め、上で説明した動作の基本態様を変更することなく、
プロセッサの段のどれかまたはすべての段の間にレジス
タを設けることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】共焦深さ結像装置の概略図である。

【図２】共焦光学応答ピークの検出を示す図である。

【図３】共焦光学応答ピークの放物線近似を示す図であ
る。

【図４】本発明によるプロセッサ配置の概略図である。

【図５】図４の正規化索引テーブルの概略図である。

【図６】図５の正規化索引テーブルの関数のグラフを示
す図である。

【図７】図４の相対ピーク位置索引テーブルの概略図で
ある。

【図８】図７の相対ピーク位置索引テーブル内の項目の
好ましいコーディングを示す図である。

【図９】図４のピーク・アービトレーション索引テーブ
ルの概略図である。

【図１０】図９のピーク・アービトレーション索引テー
ブルの動作を示す図である。

【図１１】図４のピーク・ゲート索引テーブルの概略図
である。

【図１２】変換器の周期変動誤差を補正するためのデー
タを含む、図１１のピーク・ゲート索引テーブル内のデ
ータのコーディング例を示す図である。

【符号の説明】

１０共焦光学深さ測定システム１１単レンズまたはレンズ系１６物体１７変換器平面１８光源１９ピンホール・アパーチャ２１ピンホール・アパーチャ２２共焦応答曲線２４放物線３０プリプロセッサ５１メモリ・プレーン

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数の並列入力を受け取る手段と、前記複数の並列入力のうちの隣接する入力によって、前
記複数の並列入力のうちの少なくとも１つを正規化する
ための正規化手段とを含む、データ・プロセッサ。
【請求項２】前記複数の並列入力のうちの隣接する入力
によって、前記複数の並列入力のうちの少なくとも１つ
を正規化するための前記正規化手段が、前記複数の並列
入力のうちの前記少なくとも１つの入力と、前記複数の
並列入力のうちの前記隣接する入力とによってアドレス
可能な、事前計算される正規化された値を含むメモリを
具備することを特徴とする、請求項１に記載のデータ・
プロセッサ。
【請求項３】前記複数の並列入力のうちの少なくとも２
つの入力がそれぞれ、前記正規化手段によって正規化さ
れ、前記正規化手段が、対応するアドレスに同一の内容
を有する少なくとも２つのメモリを具備することを特徴
とする、請求項２に記載のデータ・プロセッサ。
【請求項４】さらに、前記複数の前記入力値のうちの、
第１の値と第３の値が第２の中央の値に隣接する３つの
値に対応する、前記正規化手段の前記メモリの少なくと
も第１の出力対を受け取り、メモリの前記第１の対のそ
れぞれの出力に対応する値を出力するための手段を含
む、請求項２に記載のデータ・プロセッサ。
【請求項５】前記正規化手段の前記メモリの前記第１の
出力対を受け取るための前記手段が、メモリの前記第１
の対のそれぞれの出力によってアドレス可能なもう１つ
のメモリを具備することを特徴とする、請求項４に記載
のデータ・プロセッサ。
【請求項６】さらに、前記複数の前記入力値のうちの、
第１の値と第３の値が第２の中央の値に隣接するもう１
つの３つの値に対応する、前記正規化手段の前記メモリ
の少なくとも第２の出力対を受け取り、メモリの前記第
２の対のそれぞれの出力に対応する値を出力するための
手段を含むことを特徴とする、請求項４に記載のデータ
・プロセッサ。
【請求項７】前記正規化手段の前記メモリの前記第２の
出力対を受け取るための前記手段が、メモリの前記第２
の対のそれぞれの出力によってアドレス可能なもう１つ
のメモリを具備することを特徴とする、請求項６に記載
のデータ・プロセッサ。
【請求項８】複数の入力を並列に受け取り、それに応答
して、それぞれ当該の前記入力対に対応する複数の第１
出力を生成するための第１手段と、前記第１手段の前記第１出力を並列に受け取り、それに
応答して、それぞれ当該の前記第１出力対に対応する複
数の第２出力を生成するための第２手段と、前記第２手段の前記第２出力を並列に受け取り、それに
応答して、それぞれ前記第２出力のうちの少なくとも３
つの出力からなる当該のグループに対応する複数の第３
出力を生成するための第３手段とを含む、データ・プロ
セッサ。
【請求項９】複数の並列入力のそれぞれの対を用いて、
事前計算された値にアクセスすることにより、複数の入
力のそれぞれを正規化するステップと、前記正規化ステップの結果の当該の対を用いて、事前計
算された値にアクセスすることにより、少なくとも１つ
の位置を放物線近似によって決定するステップとを含
む、データ処理方法。
【請求項１０】さらに、前記決定ステップの結果のグル
ープを用いて、メモリから事前計算された値にアクセス
することにより、前記決定ステップの結果の間のアービ
トレーションを行うステップを含む、請求項９に記載の
方法。