JPH0642260B2

JPH0642260B2 - ２値化方式

Info

Publication number: JPH0642260B2
Application number: JP30028287A
Authority: JP
Inventors: 隆典二宮; 和士吉村
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1987-11-30
Filing date: 1987-11-30
Publication date: 1994-06-01
Anticipated expiration: 2009-06-01
Also published as: JPH01142988A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、回路基板板印刷パターンの自動検査方式に係
り、特に微細な短絡や断線を検出するうえで好適とされ
た２次元パターンの２値化方式に関するものである。

〔従来の技術〕

第10図は２次元パターンの例を示すが、このような２次
元パターンを２値化する方式としては、これまでに固定
閾値方式や浮動閾値方式が知られている。このうち、固
定閾値方式とは第８図にＣ−Ｃ′線（第10図参照）に係
る画像信号に対する処理例を示すが、一定の閾値Thによ
って全画像を２値化処理しようというものである。即
ち、背景が明るく検出対象パターンが暗いものとして画
像信号が得られる場合に、背景を“１”、パターンを
“０”として２値化処理する固定閾値方式は以下のよう
に定式化されるものとなっている。

但し、Ｂ_ｃ（ｘ，ｙ）は座標（ｘ，ｙ）での固定閾値に
よる２値化の値を、Ｉ（ｘ，ｙ）はその座標（ｘ，ｙ）
における被２値化画像の明るさを、Thは２値化閾値をそ
れぞれ示す。

一方、浮動閾値方式とは第９図に示すように、入力画像
信号の１次遅れ信号を閾値として２値化処理する方法で
あり、入力信号をＩ（ｘ，ｙ）、そのｘ方向での１次遅
れ信号を_ｘ（ｘ，ｙ）とした場合、浮動閾値による２
値化出力Ｂ_ｆ（ｘ，ｙ）は以下のように定式化される。

このように固定閾値方式ではその処理の簡便さ故に、ま
た、浮動閾値方式においては入力信号Ｉ（ｘ，ｙ）の微
小な変化もを２値化し得る点から、ともに広く実用され
ているが、これらの方式については多くの画像処理の参
考書、例えば奥村編「コンピュータ・エイデッド・テク
ノロジ」（頁158〜159，共立出版（1983））において論
じられているところである。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところで、固定閾値方式、浮動閾値方式にはそれぞれ特
有な不具合があるものとなっている。固定閾値方式では
背景、またはパターン上に微小な明るさの変化がある場
合、その変化を検出し得ないというものである。例えば
２次元パターン中に微細なショート（短絡）部分（例え
ば第10図においては部分Ａに相当）や、微細な断線部分
（例えば第10図においては部分Ｂに相当）が存在する場
合、これらの部分では明るさが微小に変化するが、これ
ら明るさの微小変化を検出し得ないというわけである。
勿論微細なショート部分や断線部分は必ず検出されるべ
きであるが、これらを安定に検出することは信頼性の高
い回路基板印刷パターンの自動外観検査を実現する上で
不可欠であるにも拘わらず、これまでの固定閾値２値化
方式による場合は、結果的にそれら欠陥部分を見逃す可
能性があり、確実な自動外観検査を期待し得ないという
ものである。

一方、これまでの浮動閾値２値化方式による場合は、上
記微小欠陥部分は正しく検出されるものの、むしろ、背
景あるいはパターンの明るさむらをも明さ変化としてと
らえてしまい、これら正常な部分を欠陥として誤って検
出してしまうという不具合がある。

本発明の目的は、背景あるいはパターンの明るさむらを
許容しつつも、２次元パターン中に含まれる微細な断線
やショートをも精度良好にして検出可とされた２値化方
式を供するにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的は、固定閾値による２値化結果Ｂ_ｃ（ｘ，ｙ）
と、空間２次微分、即ちラプラシアンに対する２種類の固定閾値Th_＋，Th₋による２値化結果とを所定に組合せ、合成することによって達成される。

〔作用〕

即ち、座標（ｘ，ｙ）に対する所望の２値化結果Ｂ。
（ｘ，ｙ）を以下の式(3)によって得ようというもので
ある。

但し、の値はTh_＋＞０，Th₋＜０として以下のように求められ
るものとなっている。

ところで、ｘｙ直交座標系において、座標（ｘ，ｙ）で
の明るさＩ（ｘ，ｙ）に対するラプラシアンは以下のように定義される。

よって、ｘ方向直線に沿ったラプラシアンは以下のよう
に表わされることになる。

即ち、ｘ方向の２次全微分に等しくなるものである。式
(4)，(5)でのはそれぞれ明るさの変化率大の部分で“１”となること
から、例えば第10図における部分Ａ，Ｂも検出され得る
ことになる。しかもTh_＋，Th₋の値を適当に設定するこ
とによっては、明るさむらの部分を除去し得るから、結
果的に式(3)による合成処理を行なえば、部分Ａ，Ｂ形
状も正しく２値化し得るものである。

以上は１次元波形についてのものであるが、ラプラシア
ンの定義により２次元画像パターンに対しても同様に適用
可能であり、既述の微細なショートや断線も明るさむら
に影響されることなく精度良好にして検出され得るもの
である。

〔実施例〕

以下、本発明を第１図から第７図により説明するが、そ
の具体的説明に入る前に本発明に係る処理を理論的に説
明すれば以下のようである。

即ち、本発明では式(3)に示す処理を離散的にサンプリ
ングされたディジタル画像について行なうが、ラプラシ
アンの処理を行なう場合には、等方的なラプラシアンだけで
なくある特定のパターンのみを顕在化する処理を行なう
ようにすれば、その部分を容易に２値化検出し得ること
になる。

即ち、ディジタル画像における準等方的なラプラシアン
の１つは、座標（ｉ，ｊ）に対し以下のように表わされ
る。

また、第10図に示したようなｙ方向（ｊ方向）の断線や
ショートを特に選択的に検出したければ、例えば以下の
ようなラプラシアンを選択すればよい。

更にｘ方向（ｉ方向）の断線、ショートも検出したけれ
ば、例えば以下のようなラプラシアンを選択すればよい
ものである。

よって、式(9)，(9)に対するは以下のようにして求められるものである。

但し、Th₊₁，Th₊₂はそれぞれに対するTh_＋を、また、Th_-1，Th_-2はそれぞれに対するTh₋を示す。

が求められたならば、式(3)を用いＢ_０（ｉ，ｊ）を求
めればよいものである。

以上からも判るように、Ｉのラプラシアンとしては検出すべきパターンに応じて数種類の（ｋ＝１，２，３…，ｋ_０）を予め用意しておき、次式
(13)，(14)によってを求めたうえ式(3)によってＢ_０を求めるようにすれ
ば、検出すべきパターンを選択的に検出しつつ正確な２
値画像パターンを得ることが可能となるものである。

但し、はその（）内の条件式についてｋ＝１，２，３…，ｋ
_０の場合の何れかが成立したことを示す。また、Th_+k，
Th_-k に対するTh₊₁，Th_-である。

さて、以降の説明ではラプラシアンの演算を簡便に表記するため、第２図に示すような局所
オペレータＭ_ｋを導入する。即ち、局所オペレータの中
央の座標を（ｉ_０，ｊ_０）としたとき、の値はその座標（ｉ_０，ｊ_０）その周辺の画素各々に対
し予め設定されたおもみ値を掛け、その総和をとったも
のとなる。因みに同図(a)，(b)，(c)はそれぞれ式(8)，
(9)，(10)に対応したものとなっている。

ところで、第３図は第10図におけるＣ−Ｃ′線に係る画
像信号に対する本発明による処理例を示すが、部分Ａ相
当のショートや、部分Ｂ相当の断線が良好に検出されて
いることが判る。

以上、本発明に係る処理を理論的に説明したが、より具
体的に説明すれば以下のようである。

即ち、第１図は第２図(a)に示す局所オペレータ、した
がって、式(8)対応のラプラシアンを用いた場合（ｋ_０
＝１）での本発明に係る２値化装置の一例での構成を示
したものである。本例では第４図に示すように、左から
右方向に、かつ上から下方向に被試験パターンを走査す
ることによって、主走査線当りｎ画素分として順次得ら
れる画像信号１はＡ／Ｄ変換器６によって一定周期のク
ロックによってサンプリングされたうえ多値ディジタル
画像信号に変換されるようになっている。多値ディジタ
ル画像信号に変換された画像信号１はその後ｎビット容
量のシフトレジスタ７ａ，７ｂを順次介されるが、その
際Ａ／Ｄ変換器６の出力をラッチ８ａ，８ｂに、また、
シフトレジスタ７ａのシフト出力をラッチ８ｃ〜８ｅ
に、更にシフトレジスタ７ｂのシフト出力をラッチ８
ｆ，８ｇにシフトせしめることによって、式(8)の演算
に必要とされる５画素分の多値ディジタル信号が容易に
得られるものである。即ち、ラッチ８ｄにおける多値デ
ィジタル画像信号がＩ（ｉ，ｊ）に相当するものとし
て、これとラッチ８ｂ，８ｃ，８ｅ，８ｇ各々における
多値ディジタル信号とが式(8)にしたがって演算される
ようになっているものである。加算器９ａ〜９ｃは〔Ｉ
（ｉ＋ｌ，ｊ）＋Ｉ（ｉ−ｌ，ｊ）＋Ｉ（ｉ，ｊ＋ｌ）
＋Ｉ（ｉ，ｊ−ｌ）〕を得るためのものであり、４倍器
10からは４Ｉ（ｉ，ｊ）が得られ、減算器11からはが得られているわけである。このはコンパレータ12a，12bでそれぞれ固定閾値（Th_＋，Th
₋）４，５と比較されることでコンパレータ12a，12bか
らはそれぞれが得られるものである。一方、ラッチ８ｄからの多値デ
ィジタル信号はコンパレータ12cで固定閾値（Th）３と
比較されることによってＢ_ｃ（ｘ，ｙ）が得られること
から、これとをオアゲート14で論理和したうえアンドゲート15でイン
バータ13を介されたとを論理積することによって、所望の２値化変化Ｂ
_０（ｘ，ｙ）が得られるようになっているものである。

以上等方的な局所オペレータと通常の２値化結果との組
合せに係る構成を示したが、これにより微細な明るさ変
化に十分感応した２値化結果が得られるものである。し
かしながら、ショートや断線の方向は様々であり、様々
な方向のショートや断線を精度良好に検出しようとすれ
ば、それら方向に応じた局所オペレータを複数種類組合
せる必要があることは明らかである。

第５図は第６図(a)〜(d)に示す局所オペレータＭ_１〜Ｍ
_４をラプラシアンとして用いる場合（ｋ_０＝４）での本
発明に係る２値化装置の一例での構成を示したものであ
る。因みに局所オペレータＭ_１〜Ｍ_４はそれぞれｘ方
向、ｙ方向、＋45゜斜め方向、＋135゜（−45゜）斜め
方向のショートや断線を精度良好にして検出するために
設けられたものである。これら局所オペレータＭ_１〜Ｍ
_４にも式(9)，(10)などで示されているような式が存在
し、局所オペレータＭ_１〜Ｍ_２対応の演算はそれれぞれ
演算部17a〜17dにて所定に行なわれるようになってい
る。

第６図(a)〜(d)に示すように局所オペレータＭ_１〜Ｍ_４
には最小限５×５画素分の多値ディジタル信号が必要と
されるから、本例では４個のｎビット容量のシフトレジ
スタ７ａ〜７ｄと、25個のラッチ８ａ〜８ｙとが必要と
なっている。これらラッチ８ａ〜８ｙにおける多値ディ
ジタル信号より局所オペレータＭ_１〜Ｍ_４毎に必要とさ
れるものを演算部17a〜17dに取込んで演算すればよいも
のである。

因みに局所オペレータＭ_１に関しては第６図(a)に示す
ようにラッチ８ｂ〜８ｄ，８ｌ〜８ｎ，８ｖ〜８ｘにお
ける多値ディジタル信号が要されており、演算部17aで
は加算器９ａ〜９ｅや２倍器16a〜16c、減算器111a〜11
cによって局所オペレータＭ_１対応の演算が行なわれる
ようになっている。他の演算部17b〜17dでも事情は同様
となっているものである。

さて、演算器17a〜17dで得られた演算結果各々は固定閾
値（Th_＋，Th₋、４，５とコンパレータ12a〜12hで比較
され、比較結果はオアゲート14a，14bで論理和されるも
のとなっている。一方、中心画素に対応するラッチ８ｍ
での多値ディジタル信号はコンパレータ12iで固定閾値
（Th）３と比較されることで、通常の２値化結果が得ら
れるようになっている。この２値化結果はオアゲート14
bからの論理和出力とともにオアゲート14cを介しアンド
ゲート15で、インバータ13を介するオアゲート14aから
の論理和出力と論理積されることによって、所望とする
ところの２値化結果Ｂ_０（ｘ，ｙ）が得られるものであ
る。第７図(a)〜(d)は第10図に示すパターンに対する処
理例を示すが、これについて特に説明は要さない。

以上のように本例によれば、ラプラシアンとして直線状
の成分を選択する局所オペレータが各種用いられている
ので、画像の微小ノイズ成分に影響されずに、特にヘア
ライン状の断線やショートが良好に検出され得るもので
ある。

なお、以上の説明では、背景が明るくパターンが暗い場
合で、かつ背景を“１”、パターンを“０”として出力
する場合について述べたが、背景が暗く、パターンが明
るい場合、あるいは背景を“０”、パターンを“１”と
して出力する場合についても全く同様の原理にもとづい
て、本発明が適用可であることは勿論である。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、パターンや背景の
明るさむらの影響をうけることなく微小な断線やショー
トなどが検出され得るので、信頼性の高い自動外観検査
を行ない得るという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係る２値化装置の一例での基本的構
成を示す図、第２図(a)〜(c)は、それぞれ本発明に係る
局所オペレータの例を示す図、第３図は、本発明による
処理の例を示す図、第４図は、被試験パターンに対する
走査方法を説明するための図、第５図は、本発明に係る
２値化装置の他の例での構成を示す図、第６図(a)〜(d)
は、その装置で採用されている局所オペレータを示す
図、第７図(a)〜(d)は、その装置での処理例を示す図、
第８図は、固定閾値による２値化処理例を示す図、第９
図は、浮動閾値による２値化処理例を示す図、第10図
は、被試験パターンとしての２次元パターンの例を示す
図である。６……Ａ／Ｄ変換器、７（７ａ〜７ｄ）……シフトレジ
スタ、８（８ａ〜８ｙ）……ラッチ、９（９ａ〜９ｅ）
……加算器、10……４倍器、11，11a〜11c……減算器、
12（12a〜12i）……コンパレータ、13……インバータ、
14，14a，14b……オアゲート、15……アンドゲート、16
（16a〜16c）……２倍器、17（17a〜17d）……演算部。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】２次元画像を撮像、走査してアナログ電気
信号に変換し、アナログーデジタル変換することによっ
て得られる多値デジタル画像信号を２値化する方式であ
って、多値デジタル画像信号の注目画素を第１の固定閾
値（＞０）によって２値化し、該注目画素の値が第１の
固定閾値以上の場合１、第１の固定閾値未満の場合０と
して第１の中間信号値とし、上記注目画素を中心画素と
して含む局所的な２次元画像の空間２次微分値を計算し
て第２の中間信号値とし、第２の中間信号値を第２の固
定閾値（＞０）によって２値化し、第２の固定閾値以上
の場合１、第２の固定閾値未満の場合０として第３の中
間信号値とし、第２の中間信号値を第３の固定閾値（＜
０）によって２値化し、第３の固定閾値以下の場合１、
第３の固定閾値より大の場合０として第４の中間信号値
とし、第１の中間信号値が１であって、第３の中間信号
値が１の場合０、第１の中間信号値が１であって、第３
の中間信号値が０の場合１、第１の中間信号値が０であ
って、第４の中間信号値が１の場合１、第１の中間信号
値が０であって、第４の中間信号値が０の場合０となる
ように出力値を決定することを特徴とする２値化方式。
【請求項２】特許請求の範囲第１項において、局所的な
２次元画像の空間２次微分値の計算は、複数の計算式に
より複数の第２の中間信号値とするものであって、第２
および第３の固定閾値による２値化は、上記複数の第２
の中間信号値各々に対して行い、少なくとも何れか１つ
の第２の中間信号値に対する２値化結果が１の場合は
１、複数の第２の中間信号値各々に対する２値化結果が
全て０の場合は０として、それぞれ第３、第４の中間信
号値とすることを特徴とする２値化方式。