(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像処理対象物表面の所定領域毎に配列され、上記所定領域毎の画像データを取り込んで処理する複数の画像処理ユニットと、
上記複数の画像処理ユニットを最下位層として上位に多段のツリー構造を構成するようにネットワーク接続された複数のデータ転送ユニットとを備え、
上記各データ転送ユニットは、上記ツリー構造に沿って下位層側から上位層側および上位層側から下位層側にデータを転送することを特徴とする高速並列画像処理装置。
【請求項２】
請求項１に記載の高速並列画像処理装置において、
上記各画像処理ユニットは、上記所定領域毎に取り込んだ上記画像データを分析し、その分析結果を表すデータを上記各画像処理ユニットに対応する上位層の上記データ転送ユニットに転送し、
上記各データ転送ユニットのうちの中間層のデータ転送ユニットは、下位層側の分析結果を表すデータを分析して、その分析結果を表すデータをさらに上位層側のデータ転送ユニットに転送し、
上記各データ転送ユニットのうちの最上位層のデータ転送ユニットは、下位層からの分析結果を表すデータに基づいて上記画像処理対象物表面のパターンの特徴抽出を行うことを特徴とする高速並列画像処理装置。
【請求項３】
請求項１に記載の高速並列画像処理装置において、
上記ツリー構造に沿って上位層の上記データ転送ユニットから最下位層である上記各画像処理ユニットに上記画像処理対象物表面のパターンの特徴を表す基準データを転送することを特徴とする高速並列画像処理装置。
【請求項４】
請求項１に記載の高速並列画像処理装置において、
上記各画像処理ユニットが取り込んだ上記所定領域毎の上記画像データから得られた複数の特徴データに基づいて、上位層の上記データ転送ユニットにより上記画像処理対象物表面のパターンの特徴を表す基準データを特定し、
上位層の上記データ転送ユニットにより特定された上記基準データを上記ツリー構造に沿って上位層の上記データ転送ユニットから最下位層である上記各画像処理ユニットに転送し、
上記各画像処理ユニットが上記基準データを参照しながら並列に画像処理を行うことを特徴とする高速並列画像処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、半導体マクロ検査装置、フラットパネルディスプレイ外観検査装置、鋼板検査装置および塗装検査装置等に使用される高速並列画像処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】
従来の広範囲の画像処理は、ラインセンサーを用いて処理する場合が多く、さらに高速に処理する必要がある場合は、複数のラインセンサーを並列に並べてスキャンする方法がとられる。また、ラインセンサーを使う場合は、ラインセンサーのスキャンに同期して対象物を移動させる高性能なステージが必要となる。また、画像入力できる対象物は、ラインセンサーの特徴上、スキャン方向に形状が一定のもの例えば平面や一定の型から押し出された直線状の形状である必要がある。また、入力分解能を向上させるためにラインセンサーを複数個使用する場合、各センサーを１つの画像処理ユニットに取り込んで、１つのプロセッサで処理させている。これは、ラインセンサーの画像処理プロセッサがエリアセンサーほど普及しておらず、高価なハードウェアになることに起因している。
【０００３】
一方、エリアセンサーにより広範囲の画像処理を行う場合、取り込んだ画像データを連続したデータとして利用することが多いために１つのエリアセンサーを使う場合が最も多い。ただし、ラインセンサーに比べ分解能が落ちることが多く、視野範囲を狭めて分解能を上げ、ステージ等の動作により画像処理対象物全面を処理する場合がある。また、エリアセンサー（またはラインセンサー）を複数個使用する場合でも、入カセンサー間の画像データの不連続性を高速に処理できないために複数のセンサーの画像データを１つの画像処理ユニットに取り込んで処理する。また、各センサーが取り込んだ画像データに対する処理が独立していて特に画像データ間の相関関係がない場合は、エリアセンサー（またはラインセンサー）を複数個使用して広範囲の画像処理を行う。
【０００４】
このように複数の画像入力センサーを１つの複数の画像処理プロセッサで処理させる理由は、複数の画像処理プロセッサ間にデータを高速に分配する良い手段が無かったためである。
【０００５】
図５に示すように、バス結合により画像処理プロセッサ１１を結合させた画像処理装置の場合、画像処理プロセッサ１１間のデータ転送は高速であるが、バス１０上のメモリ１２にアクセスする場合にバス１０を占有するため、他の画像処理プロセッサ１１が動作できなかったり、電気特性上の問題からバス１０に結合できるプロセッサ数が限られたりするという欠点がある。また、このような画像処理装置は、専用のハードウェア設計を必要とするため、比較的高価なものとなる。
【０００６】
また、他の画像処理装置としては、並列に画像処理プロセッサに処理を行わせる最も簡単な方法にイーサネットやＵＳＢ（ユニバーサル・シリアル・バス）などの疎結合によるスター結合などの方法で複数の画像処理プロセッサを結合するものがある。
【０００７】
図６はスター結合型の画像処理装置の概略ブロック図を示しており、この画像処理装置は、複数の画像処理プロセッサ１１と、各画像処理プロセッサ１１が接続された１つのＨＵＢ（集線装置）１３とを備えている。この画像処理装置は、特定のセンサー（図示せず）でとらえた事象を他の画像処理プロセッサ１１に転送するとき、画像処理プロセッサ１１の数に比例して通信時間が増大することになり、並列処理の利点が生かしきれない。つまり、この画像処理装置の並列画像処理では、分散したデータヘの均等なアクセスを効率よく行うことが難しいという問題がある。したがって、局所的な画像データを用いてデータを加工し、その加工されたデータを、入力された画像データ全面に対して局所的な範囲で順次適用して、全面処理するようなフィードバックをともなう操作には、画像メモリ全体に対して均等にデータアクセスできる並列処理の仕組みが必要である。
【０００８】
そこで、この発明の目的は、画像処理ユニット間のデータ転送を高速化でき、画像処理プロセッサ数を増やすことができ、飛躍的に並列性を高めて高速に画像処理できる高速並列画像処理装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、この発明の高速並列画像処理装置は、画像処理対象物表面の所定領域毎に配列され、上記所定領域毎の画像データを取り込んで処理する複数の画像処理ユニットと、上記複数の画像処理ユニットを最下位層として上位に多段のツリー構造を構成するようにネットワーク接続され、下位層側から転送されたデータを処理する複数のデータ転送ユニットとを備え、上記各データ転送ユニットは、上記ツリー構造に沿って下位層側から上位層側および上位層側から下位層側にデータを転送することを特徴としている。
【００１０】
上記構成の高速並列画像処理装置によれば、上記複数の画像処理ユニットを画像処理対象物表面の所定領域毎に例えば格子状や直線状に配置して、各画像処理ユニットにより所定領域毎に取り込んだ画像データを処理する。そして、上記複数の画像処理ユニットを最下位層として上位に多段のツリー構造を構成するようにネットワーク接続された複数のデータ転送ユニットは、そのツリー構造に沿って下位層側から上位層側にデータを転送する。そうして、上記複数の画像処理ユニットから得られたデータを上位層側のデータ転送ユニットで加工，抽出などの処理を行って、その処理結果（たとえば画像処理対象物表面のパターンの特徴）を再び各画像処理ユニットに効率よく高速に分配し、上記処理結果に従って各画像処理ユニットにより並列処理を行うことが可能となる。したがって、画像処理ユニット間のデータ転送を高速化でき、画像処理プロセッサ数の制約を抑えて、飛躍的に並列性を高めて高速に画像処理できる。
【００１１】
また、一実施形態の高速並列画像処理装置では、上記各画像処理ユニットは、上記所定領域毎に取り込んだ上記画像データを分析し、その分析結果を表すデータを上記各画像処理ユニットに対応する上位層の上記データ転送ユニットに転送し、上記各データ転送ユニットのうちの中間層のデータ転送ユニットは、下位層側の分析結果を表すデータを分析して、その分析結果を表すデータをさらに上位層のデータ転送ユニットに転送し、上記各データ転送ユニットのうちの最上位層のデータ転送ユニットは、下位層からの分析結果を表すデータに基づいて上記画像処理対象物表面のパターンの特徴抽出を行うことを特徴とする。
【００１２】
上記実施形態の高速並列画像処理装置によれば、上記各画像処理ユニットは、上記所定領域毎に取り込んだ画像データを分析し、その分析結果を表すデータを上記各画像処理ユニットに対応する上位層のデータ転送ユニットに転送する。そして、上記中間層のデータ転送ユニットは、下位層側の分析結果を表すデータを分析し、その分析結果を表すデータをさらに上位層のデータ転送ユニットに転送して、最上位層のデータ転送ユニットで上記画像処理対象物表面のパターンの特徴抽出を行うので、データの集中を緩和して、画像データの特徴抽出を高速に行うことができる。
【００１３】
また、一実施形態の高速並列画像処理装置は、上記ツリー構造に沿って上位層の上記データ転送ユニットから最下位層である上記各画像処理ユニットに上記画像処理対象物表面のパターンの特徴を表す基準データを転送することを特徴とする。
【００１４】
上記実施形態の高速並列画像処理装置によれば、上記ツリー構造のネットワークを利用し、上記画像処理対象物表面のパターンの特徴を表す基準データを効果的に分散させて、上記各画像処理ユニットに上記基準データを転送でき、データ転送時間を短縮できる。
【００１５】
また、一実施形態の高速並列画像処理装置は、上記各画像処理ユニットが取り込んだ上記所定領域毎の上記画像データから得られた複数の特徴データに基づいて、上位層の上記データ転送ユニットにより上記画像処理対象物表面のパターンの特徴を表す基準データを特定し、上位層の上記データ転送ユニットにより特定された上記基準データを上記ツリー構造に沿って上位層の上記データ転送ユニットから最下位層である上記各画像処理ユニットに転送し、上記各画像処理ユニットが上記基準データを参照しながら並列に画像処理を行うことを特徴とする。
【００１６】
上記実施形態の高速並列画像処理装置によれば、上記画像処理ユニットが取り込んだ所定領域毎の画像データから得られた複数の特徴データに基づいて、上位層のデータ転送ユニットにより上記画像処理対象物表面のパターンの特徴を表す基準データを特定し、上位層の上記データ転送ユニットにより特定された上記基準データを上記ツリー構造に沿って上位層の上記データ転送ユニットから最下位層である上記各画像処理ユニットに転送して、転送された上記基準データを参照しながら各画像処理ユニットは並列に画像処理を行う。したがって、画像処理対象物毎にその対象物のパターンの特徴を表す基準データを特定することによって、画像処理対象物毎のワークの状態や明るさのばらつき等による変動成分の影響を受けることなく、高精度の画像処理ができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の高速並列画像処理装置を図示の実施の形態により詳細に説明する。
【００１８】
図１はこの発明の実施の一形態の高速並列画像処理装置の画像処理ユニットの概略ブロック図であり、図２は上記高速並列画像処理装置の３段構成のツリー構造を示すブロック図である。図１において、１はセンサー、２は上記センサー１からの画像データを処理する画像処理プロセッサ、３は通信インターフェイスである。上記センサー１，画像処理プロセッサ２および通信インターフェイス３で画像処理ユニット２２を構成している。そして、図２に示すように、上記複数の画像処理ユニット２２を５つ毎のグループに分け、各グループを複数の中間層のデータ転送ユニット２１に夫々接続し、さらに中間層のデータ転送ユニット２１を最上位のデータ転送ユニット２０に接続して、ツリー構造のネットワークを形成している。なお、上記画像処理ユニット２２は、画像処理の対象物３０表面の所定領域毎に格子状に配列されている。また、画像処理プロセッサ２は、画像データを記憶するための画像メモリ（図示せず）を有している。
【００１９】
上記構成の高速並列画像処理装置は、最上位層のデータ転送ユニット２０から画像取得指令が中間層のデータ転送ユニット２１に転送されると、その画像取得指令は、直ちに最下位層の画像処理ユニット２２に伝達される。そして、画像処理ユニット２２に画像取得指令が伝わると、各画像処理ユニット２２は並列に画像取得を行う。したがって、ラインセンサーを用いた場合のように、センサーと対象物との間の位置関係を変えて、何回も画像取得を行う必要がない。次に、画像取得がなされたら各画像処理ユニット２２内で画像データの加工，抽出を行って、画像データの情報量を圧縮する。例をあげると、必要な部分の切り出しや平均照度の算出や特徴抽出および帯域制限などのデータ処理を行う。次に、中間層のデータ転送ユニット２１では、下位構造の画像処理ユニット２２から転送された特徴データとしての複数の画像データをまとめて加工，抽出を行い、最上位層のデータ転送ユニット２０に転送する。このときの処理の例をあげると、その画像データをそのまま上位データ転送ユニットヘ転送したり、３σ（標準誤差）から外れるデータを除いたり、中央値のみを取り出すなどのフィルタをかける処理が考えられる。そして、上記最上位層のデータ転送ユニット２０では、多段の加工処理や特徴抽出フィルタにより処理された特徴データを使って、現在画像処理中の対象物３０に適した基準データ（対象物表面のパターンの特徴を表すデータ）を再構築する。そして、その基準データを複数の画像処理ユニット２２にツリー構造のネットワークを介して高速に分配する。その後、基準データが分配された各画像処理ユニット２２では、この基準データに基づいて再度画像処理を行う。
【００２０】
次に、上記高速並列画像処理装置を自動ウェハマクロ検査装置に応用した場合について説明する。
【００２１】
図３に示すように、最下層の画像処理ユニット２２のセンサー１（図１に示す）により取り込まれた画像データから得られた特徴データとしての基準データの１部分（図３の２３に示す）に基づいて、パターンマッチングと既知のカメラ間距離を利用して、中間層のデータ転送ユニット２１で基準パターン２４を合成する。そして、図４に示すように、最上位層のデータ転送ユニット２０では、各中間層のデータ転送ユニット２１で作成された基準パターン２４の平均をとり、全体を代表する基準データ２５を一つだけ作成する。
【００２２】
この自動ウェハマクロ検査装置では、全体を代表する新しい基準データ２５を最下層の各画像処理ユニット２２（図１，図２に示す）に分配し、各画像処理ユニット２２でパターンの論理アドレス（センサー１の座標）に基づいて理想的な入力画像データを作成し、実際の入力画像データに対してパターンデータを相殺することによって、傷やパターン不良などの抽出を行う。例えば、図７はＩＣウェハ上のＩＣパターンと各センサー１の視野範囲１５（図７では４つのみを示す）を示しており、ウェハ上のＩＣパターン１６は、一定の周期で同じパターンが繰り返され、この一部分のパターンを取り出して、基準データである基準パターン１４を作成する。そして、各視野範囲１５内に存在するパターンであって局部的に基準パターン１４と同じパターンを消去することによって、基準パターン以外の傷やパターン不良を抽出する。図８はこの傷やパターン不良の抽出を説明するための模式図を示しており、図８（ａ）に示す基準データの断面パターンに対して視野内データの断面パターンが図８（ｂ）に示すようにパターン不良を含む場合、基準データを相殺することにより、図８（ｃ）に示すようにパターン不良が抽出される。
【００２３】
このように、上記複数の画像処理ユニット２２から得られた特徴データに基づいて、上位層側のデータ転送ユニット２１，２０で画像処理対象物表面のパターンの特徴を表す基準データを求めて、その基準データを各画像処理ユニット２２に効率よく高速に分配し、分配された基準データに従って各画像処理ユニット２２により並列処理を行う。したがって、各画像処理ユニット２２間のデータ転送を高速にでき、画像処理プロセッサ数の制約を抑えて、飛躍的に並列性を高めて高速に画像処理することができる。
【００２４】
また、上記各画像処理ユニット２２は、所定領域毎に取り込んだ画像データを分析し、その分析結果を表すデータを中間層のデータ転送ユニット２１に転送して、中間層のデータ転送ユニット２１は、下位層側の分析結果を表すデータを分析し、その分析結果を表すデータをさらに最上位層のデータ転送ユニット２０に転送して、最上位層のデータ転送ユニット２０で画像処理対象物表面のパターンの特徴抽出を行うので、データの集中を緩和して、画像データの特徴抽出を高速に実行することができる。
【００２５】
また、上記ツリー構造のネットワークを利用し、対象物３０表面のパターンの特徴を表す基準データを効果的に分散させて、各画像処理ユニット２２に基準データを転送でき、データ転送時間を短縮することができる。
【００２６】
また、画像処理対象物毎にその対象物のパターンの特徴を表す基準データを特定することによって、画像処理対象物毎のワークの状態や明るさのばらつき等による変動成分の影響をなくした高精度の画像処理を行うことができる。
【００２７】
上記実施の形態では、５つの画像処理ユニット２２毎に中間層のデータ転送ユニット２１を接続し、４つの中間層のデータ転送ユニット２１を最上位層のデータ転送ユニット２０に接続した３段構成のツリー構造の高速並列画像処理装置について説明したが、画像処理ユニットとデータ転送ユニットのツリー構造はこれに限らず、画像処理対象物やセンサの構成等に応じて適宜設定すればよい。
【００２８】
また、上記実施の形態では、画像処理ユニット２２を格子状に配列したが、直線状に画像処理ユニットを配列した高速並列画像処理装置に適用してもよい。
【００２９】
【発明の効果】
以上より明らかなように、この発明の高速並列画像処理装置は、複数の画像処理ユニットから同時に取り込んだ画像データにフィルタ処理等を多段に並列に実行することを可能とすると共に、画像データの特徴抽出を高速に実行できる。また、抽出された画像処理対象物表面のパターンの特徴を表す基準データを高速に複数の画像処理ユニットに分配することができ、各々の画像処理ユニットでは、その基準データを用いて変動成分（ワークの状態や明るさのばらつき）を抑えた精度の高い画像処理を高速に実行することができる。また、バス結合の並列画像処理システムに比べ、格段に画像処理プロセッサの数を増やすことができると共に、スター結合による疎結合ネットワークに比ベデータ転送のボトルネックを緩和することで、並列動作可能な画像処理ユニットの数を大幅に増やすことができ、広範囲な画像を高速に処理できる高速並列画像処理装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１はこの発明の実施の一形態の高速並列画像処理装置の画像処理ユニットのブロック図である。
【図２】図２は上記高速並列画像処理装置の３段構成のツリー構造を示すブロック図である。
【図３】図３は最下層の画像処理ユニットから得られた画像データから中間層のデータ転送ユニットで基準データを作成する概念を示した図である。
【図４】図４は複数の中間層の基準データから全体で一つの基準データを作成する概念を示した図である。
【図５】図５は従来の画像処理装置のバス結合型の並列画像処理プロセッサ構成を示す概略ブロック図である。
【図６】図６は従来の画像処理装置のスター結合型の並列画像処理プロセッサ構成を示す概略ブロック図である。
【図７】図７はＩＣウェハ上のパターンと視野範囲を示す平面図である。
【図８】図８は基準データに基づいて抽出されるパターン不良を説明するための模式図である。
【符号の説明】
１…センサー、
２…画像処理プロセッサ、
３…通信インターフェイス、
１０…バス、
１１…画像処理プロセッサ
１２…メモリ、
１３…ＨＵＢ、
１４…基準パターン、
１５…視野範囲、
１６…ＩＣパターン、
２０…最上層のデータ転送ユニット、
２１…中間層のデータ転送ユニット、
２２…最下層の画像処理プロセッサ、
２３…基準データの１部分、
２４…中間層で合成された基準データ、
２５…最上位層で作成された基準データ、
３０…対象物。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
0003581807.tif 000008
【図８】
0003581807.tif 000009