(57)【要約】  多波長照明を用いてモノクロカメラによって取得された画像中の画像品質を改善する方法および装置である。コントラストを最適化するアルゴリズムは、これら利用可能な波長の中でどの特定波長がコントラストを最大にするのに最も適しているかを決定する。画像品質が、アクティブノイズ消去を通して更に改善可能であって、ターゲットと背景の間で最大および最小コントラストを与える照明方式を決定することによる。次いで、画像テクスチャデータ（つまりノイズ）の除去は、画素毎に最大コントラスト画像を最小コントラスト画像で除算することを通して達成できる。代替的に、少なくとも２つの波長を用いて取得された画像が、ノイズ低減のために代数的に結合されてよい。その結果の合成画像は、任意の既知のターゲット識別アルゴリズムに送り込むことができる。
2009535705.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
モノクロカメラによって取得された、ターゲットおよび背景を含む表面の画像の画像品質を改善する方法であって、
複数の画像を取得するために多波長照明を使用するステップと、
前記複数の画像に基づいて前記表面の部分の間でコントラストを最適化するステップとを備えたことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記多波長照明を使用するステップは、
複数波長の間で前記多波長照明を変化させるステップを更に備え、
前記コントラストを最適化するステップは、
前記複数の波長の間でどの波長が最適化コントラストを有する画像をもたらすかを決定するステップを更に含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記多波長照明の各波長に対して前記ターゲットおよび前記背景についてのそれぞれのカメラ出力を決定するステップと、
コントラストを最適化する場合に、前記ターゲットおよび前記背景についてのそれぞれのカメラ出力を使用するステップとを更に備えたことを特徴とする請求項１又は２記載の方法。
【請求項４】
前記多波長照明の波長に対して画像を取得するステップと、
ターゲットのみの領域内で少なくとも２つのターゲット領域を識別するステップと、
背景のみの領域内で少なくとも２つの背景領域を識別するステップと、
前記少なくとも２つのターゲット領域についての画素値を平均するステップと、
前記少なくとも２つの背面領域についての画素値を平均するステップと、
前記画像を取得しながら使用した強度レベルを除外するステップと、
コントラストを最適化する場合に、前記ターゲットおよび前記背景についての前記それぞれのカメラ出力を使用するステップとを更に備えたことを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記表面の部分の間でコントラストを最適化するステップは、
前記多波長照明の前記複数の利用可能な波長毎に前記表面についての単一光源コントラストを計算するステップと、
最大単一光源コントラスト値に対応する波長を選択するステップとを更に備えたことを特徴とする請求項１乃至４のうちいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
減少させた信号対雑音比を有する合成画像を生成するために、画素毎に最大コントラスト画像の最小コントラスト画像による除算を実行するステップを更に備えたことを特徴とする請求項１乃至５のうちいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記多波長照明のコントラストを最適化するときに、取得した前記コントラストを用いて第１画像を取得するステップであって、前記第１画像が前記最大コントラスト画像であるステップと、
前記複数の画像を用いて前記多波長照明のコントラストを最小化するステップと、
前記多波長照明のコントラストを最小化するときに、取得した前記コントラストを用いて第２画像を取得するステップであって、前記第２画像が前記最小コントラスト画像であるステップとを更に備えたことを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項８】
高コントラスト合成画像を合成するために少なくとも２つの画像を代数的に結合するステップを更に備えたことを特徴とする請求項１乃至７のうちいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
前記少なくとも２つの画像を代数的に結合するステップは、
前記画像中の第１画像を選択するステップと、
前記画像中の第２画像を選択するステップと、
スケールした画像を取得するために前記画像中の前記第１画像をスケーリングするステップと、
第３画像を取得するために前記画像中の前記第２画像から前記スケールした画像を減算するステップであって、前記第３画像の前記背景および前記ターゲットのコントラストの１つが約ゼロであるステップと、
最大平均画素値を取得するために前記第３画像の各画素をスケーリングするステップであって、その結果の画像が前記高コントラスト合成画像であるステップとを備えたことを特徴とする請求項８記載の方法。
【請求項１０】
請求項１乃至９のいずれかによる前記方法を実行するための装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般にモノクロカメラによって取得された画像中の画像品質を改善する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
主として平面的で、鏡面である（平坦で、光沢のある）半導体製品の種類があり、平面および鏡面からのわずかな偏差でも適切なコントラスト付きで結像させるような方法で、これらのデバイスの画像を撮ることがしばしば必要である。このような種類の製品の１つは、特にウェーハ番号、製造業者を表示するしるしを備えることがある半導体ウェーハを含む。これらのしるしはウェーハ表面の欠陥であり、通常レーザエッチピットの字母である。これらは、普通、「ソフトマーク(ｓｏｆｔ  ｍａｒｋｓ)」または「基準マーカー（ｆｉｄｕｃｉａｌ  ｍａｒｋｓ）」として当業者には知られている。製造プロセスに沿う種々のステップでコードを読み取るために、これらのマークの画像を撮ることが必要である。
【０００３】
レーザパワーの材料除去方式を用いて日常的に処理される他の種類の製品には、半導体デバイス用のチップキャリアまたは電子デバイス用のプリント配線板として使用される誘電体被覆の導電性金属基板を含む。これらもまた主として平面的で、鏡面であり（平坦で、光沢があり）、表面および／またはサブ表面のフィーチャが、適切なコントラスト付きで結像できるような方法で、これらのデバイスの画像を撮ることがしばしば必要である。このような種類の製品の１つは、特にプロセスデータを表示するしるしを備えることがある半導体チップキャリアを含む。これらしるしは、一般に加工物表面上または表面下の導電性金属（普通、銅または銅合金）であり、先行の処理ステップの間に金属導電層を化学エッチングすることによって形成された通常、円形、正方形または他の幾何学形状である。しかし、これらのしるしは、加工物全体を貫いて機械的に穿孔され、または打ち抜かれた穴も含んでよい。これらは、一般的に、「基準穴（ｔｏｏｌｉｎｇ  ｈｏｌｅｓ）」、「基準マーク（ｆｉｄｕｃｉａｌ  ｍａｒｋｓ）」または単純に「アライメントターゲット（ａｌｉｇｎｍｅｎｔ  ｔａｒｇｅｒｔｓ）」として当業者には知られている。製造プロセスに沿う種々のステップで機械に対して加工物を位置合わせし、サイズ合わせするためにこれらのマークの画像を撮ることが必要である。
【０００４】
デバイスは、処理された（一般にソーによって個々の矩形のデバイスに切断された）後、時間とともに伝播し、早期のデバイス故障を引き起こす小さなチッピングやクラックについて端部を検査し、あるいは外見的または機能的な理由によってレーザ処理後のフィーチャを検査することが必要である場合がある。これらの検査プロセスは自動化されており、電子撮像カメラをデジタル電子計算機と組み合わせて使用して、必要な検査、測定および識別を実行するようにプログラム化される。
【０００５】
これら物体の画像を適切に撮るために、これらの非常に小さいフィーチャを特に明るくすることを含めて、複数の照明システムおよびカメラが使用されている。例えば、「Ｉｌｌｕｍｉｎａｔｉｏｎ  Ｓｙｓｔｅｍ  ｆｏｒ  ＯＣＲ  ｏｆ  Ｉｎｄｉｃｉａ  ｏｎ  ａ  Ｓｕｂｓｔｒａｔｅ」と言う名称の本願と同一譲受人に譲渡された米国特許第５，７３７，１２２号は、参照により全体として本明細書に組み込まれる。この‘１２２号の特許は、カメラの軸と照明モジュールの軸が、正反射する物体の法線に関して対称な相補的（ｃｏｍｐｌｉｍｅｎｔａｒｙ）鋭角であるシステムを説明している。狭い角度の暗視野ライトが、光軸に近接して配置され、カメラによって直接結像されないように、これを防ぐのに結像経路中にバッフルが置かれる。バッフルの配置は撮像装置の視野を制限するが、これは容認し得る妥協と考えられる。
【０００６】
別の例で、本願と同一譲受人に譲渡された米国特許第６，８７０，９４９号は、同軸対称の狭い角度の暗視野照明を用いて物体を照射する、テレセントリックレンズを使用する同軸の狭い角度の暗視野撮像システムを開示している。照明技法は、特に平面の正反射物体上の小さなフィーチャまたは欠陥を強調するのに適する。特に、同軸光源がテレセントリックレンズの方に光線を導き、テレセントリックレンズは、実質的に平面の正反射物体の方に再び光線を導く。この光線は反射され、テレセントリックレンズを通ってカメラに向かう。この光線が物体の中の平面の正反射部分から反射される程度まで、光線はテレセントリックストップによってブロックされる。平面の正反射物体中の欠陥またはフィーチャから反射した光線がストップ内の開口を通過してカメラに向かうことになる。米国特許第６，８７０，９４９号も参照により全体として本明細書に組み込まれる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
これらのおよび他のシステムと同じで、画像は通常グレースケールで表示されるモノクロカメラを用いて取得される。使用される光源は、白色または単一波長ＬＥＤ等の白色またはモノクロ光源である。これらの画像を用いた、検査および部分のアライメント目的のための加工物上の基準マークの自動識別は、機械加工業界では十分に確立した業務である。種々のアルゴリズムが、既に開発され、直ちに使用されて、この識別のために画像を処理している。しかしながら、アルゴリズムがいかに高度であっても、ターゲットと周囲の背景の間に高いレベルのコントラストを有する「良好な」画像は、依然としてその成功にとって重要である。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本明細書で開示される方法と装置は、モノクロカメラによって取得された画像中の画像コントラストを改善することによって画像品質を改善する。これらの改善された画像は、しるしを含むがそれに限らない表面上のマークの識別を決定するターゲット識別ルーチンまたはアルゴリズムに送り込まれてよい。
本明細書で教示されるモノクロカメラによって取得された表面の画像中の画像品質を改善する方法は、例えば、複数の画像を取得するために多波長照明を使用すること、および複数の画像に基づいて表面の部分の間のコントラストを最適化することを含む。
【０００９】
本明細書で教示されるモノクロカメラによって取得された表面の画像中の画像品質を改善する装置は、例えば、複数の画像を取得するために多波長照明を使用する手段と、複数の画像に基づいて表面の部分の間のコントラストを最適化する手段とを含む。
本発明のこれらのおよび他の固有の特徴が、更に以下で詳述される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
モノクロカメラによって取得された画像において、画像コントラストおよびターゲットの識別性の改善が本発明によって達成される。全体的に、複数波長の照明を用いるコントラスト最適化のアルゴリズムが実行される。最大コントラストは、単一波長を使用することによって、照明システムにおいて利用可能な波長の中で、どの特定波長が最も適するものになるかを決定する手順を用いて獲得できる。第２に、ターゲットの識別ルーチンに送り込まれることになる画像品質は、アクティブノイズ消去を通して更に改善可能であって、ターゲットと背景の間で最大および最小コントラストを与える照明方式を決定するコントラスト最適化アルゴリズムを利用することによる。次いで、画像テクスチャデータ（つまりノイズ）の望ましい除去は、画素毎に最大コントラスト画像を最小コントラスト画像で除算することを通して、達成できる。第３に、ターゲットと背景の間で高いコントラストを有する合成画像は、２つ以上の個別の波長によって照射された着目領域の画像を減算することによって生成し得る。次いで、その結果の合成画像は、複数の既知のターゲット識別アルゴリズムの任意の１つに送り込むことができる。
【００１１】
一般に制御器、カメラおよび照明システムを含む任意の既知の画像取得システムが、本明細書の説明に従って使用できる。本明細書で説明されるアルゴリズムは、標準のコントローラ中でプログラムでき、それによって実行することもできる。あるいは、このアルゴリズムは、アルゴリズムを記憶するメモリと連結した汎用のマイクロプロセッサ、または当業者には既知であるオンボードメモリ付きマイクロコントローラによって実行することもできる。
【００１２】
詳細は画像上のターゲット、例えばしるしと背景の間のコントラストについての数学モデルの第１展開によって最もよく記述される。以下の定義が使用される。モノクロカメラの分光感度Ｇ（λ）は、入射光の波長の関数としてのカメラの量子効率で定義される。第２に、平坦表面の反射スペクトルＨ（λ）は、表面が平坦なスペクトルの光源（つまり、カメラ／レンズ系が適切に応答し、集光する波長範囲にわたり安定したレベルの照明を提供する光源）によって照射される場合に表面からの正規化された反射スペクトルとして定義される。
【００１３】
図１は、一般的なモノクロ電荷結合素子（ＣＣＤ）カメラの分光感度の一例である。図２および図３は、それぞれ例示のターゲットおよび背景領域の反射率（ＨＴ（λ）およびＨＢ（λ））の例である。前述したように銅は一般的なターゲットなので、図２は銅の垂直入射反射率対波長を示すことに留意されたい。例示の背景はＲＣＦ樹脂であり、そこで図３にはＲＣＦ樹脂の垂直入射反射率対波長が示される。
【００１４】
波長λｋに一致するＮ個の異なる光源があると仮定し、ここでｋ＝１，．．，Ｎである。ｋ番目の光源の分光感度Ｆｋ（λ）は以下の式（１）によって与えられる。
Ｆｋ（λ）＝αｋδ（λ−λｋ）      （１）
ここで、αｋはｋ番目の光源の強度を表し、δはＤｉｒａｃ−Ｄｅｌｔａ関数を表す。空間的に均一なターゲットを仮定すると、ターゲット領域内の画素についてのカメラ出力（ＣｏｕｔＴ）は次式によって与えられる。
【００１５】
【数１】
2009535705.tif 000003
【００１６】
式（２）は、カメラ出力が飽和しないと仮定していることに留意されたい。同様に、背景領域のカメラ出力（ＣｏｕｔＢ）は、以下で与えられる。
【００１７】
【数２】
2009535705.tif 000004
【００１８】
これもカメラ出力は飽和しないと仮定する。
今、「コントラスト指標」（ＣＭ）は次式により定義することができる。
【００１９】
【数３】
2009535705.tif 000005
【００２０】
上で定義したコントラスト指標ＣＭについて多くの重要な特徴がある。第１に、この指標は全体の強度の広範囲の変化に対して不変である。一般に、同じ要因による全光源の相対的強度変化は画像コントラストを変えないことになる。これは、誰もそれぞれの画素値に単に定数を掛けることによってグレースケール画像の実際のコントラストが改善されると期待しない共通感覚と一致する。この定義は、ターゲット識別について当業者には既知の正規化補正などの「正規化」アルゴリズムを使用すべきであるということを含意することも留意されたい。選択のターゲット識別方法を利用する前に、取得された全ての画像にヒストグラム均等化を適用することもできる。
【００２１】
第２の重要な特徴は、コントラスト指標ＣＭはターゲットおよび背景に関して対称であることである。それは、「ターゲット」と考えたものと「背景」と考えたものを取り替えてもコントラスト指標ＣＭは不変のままであることになる。これも、表現「ターゲットと背景の間のコントラスト」が普通に当業者には理解されるように、共通感覚と完全に一致する。「背景」に対して高いコントラストを有する「ターゲット」は自動的にターゲットに対して高いコントラストを有する背景を含意する。
【００２２】
コントラスト指標ＣＭの第３の重要な特徴はその最大値が１であることである。これは、ターゲットまたは背景のどれかに対してカメラ応答が同じくゼロである場合に達成される。全体強度を適切にスケーリングした状態で、この事は白色背景に対する完全な黒色ターゲット、またはその逆に相当する。この特別な場合に指標が最高のコントラストをもたらすという事実は、再度共通感覚と一致する。
【００２３】
上記の所見から、上式（４）で定義したコントラスト指標ＣＭは本明細書で説明する解析にとって適したツールである。
次いで、式（２）および式（３）からのＣｏｕｔＴとＣｏｕｔＢの表現を式（４）に代入すると、コントラスト指標ＣＭについて以下の式（５）を得る。
【００２４】
【数４】
2009535705.tif 000006
【００２５】
ここで、
【００２６】
【数５】
2009535705.tif 000007
および、
【００２７】
【数６】
2009535705.tif 000008
である。
ＣｏｕｔＭＡＸでカメラの飽和レベルを定義すると、これで、直ぐ正確な数学用語でのコントラスト最適化問題が出てくる。
【００２８】
【数７】
2009535705.tif 000009
の所与の集合に対して、以下の制限条件、
αｋ≧０、
【００２９】
【数８】
2009535705.tif 000010
および
【００３０】
【数９】
2009535705.tif 000011
【００３１】
に従って式（５）を最大化するということが分かる。
一見、このコントラスト最適化問題を解くことは難しく見える。しかし、少ない所見が問題に取り掛かるための簡単なアルゴリズムをもたらす。第１に、αｋに関する制約条件、
【００３２】
【数１０】
2009535705.tif 000012
および
【００３３】
【数１１】
2009535705.tif 000013
【００３４】
が、Ｎ＋２個の超平面によって制限された凸集合の実現可能な解をもたらす。直ぐ前のこれら２つの超平面は本明細書では「飽和超平面」と呼ばれる。
第２に、最適な解は、実現可能な解の集合の境界を形成するＮ＋２超平面の中の１つに一致する表面上に存在する。これは、前述したコントラスト指標ＣＭが全体の強度の変化に不変であるという事実の直接的な結果である。例えば、境界面上にない最適解
【００３５】
【数１２】
2009535705.tif 000014
【００３６】
が在ると仮定する。したがって、この場合、全ての最適解
【００３７】
【数１３】
2009535705.tif 000015
【００３８】
を適切なゲインファクタγによって単純にスケーリングして、その結果
【００３９】
【数１４】
2009535705.tif 000016
【００４０】
が境界面上に位置するようにできる。強度のこのような全体のスケーリングはコントラスト指標ＣＭを変えないので、この解
【００４１】
【数１５】
2009535705.tif 000017
【００４２】
も最初の解と同じ最適コントラスト指標ＣＭをもたらし、したがってそれ自体が最適解であることになる。
最適解は境界面上にあることになるという結論と同時に、追加的所見を述べることができる。第３の所見は、この解は飽和超平面の間の交線を形成するハイパーラインに沿っていないことになるということだ。理由は、このラインに沿ってコントラスト指標はゼロであることになり、最適（最大）解のであるはずはない。第４に、最適解は、飽和超平面によって形成される境界面のどれか１つの中央に位置するはずはないことが示される。任意のこのような実現可能な解について、その面上にとどまりながら適した方向に解の点を移動することで、より良い解があることを数学的に示すことができる。このより良い解の存在は、最初の解が最適解でなかった可能性があることを含意する。
【００４３】
これらの所見の全てをひとまとめにすると、最適解は、Ｎ−１個のαｋ＝０、ｋ＝１，．．，Ｎ超平面と、２つの飽和超平面の１つとの交線によって形成される「コーナ」の１つでなければならない。これは、最適解が以下の式（６）の形を有するものであることを意味する。
【００４４】
【数１６】
2009535705.tif 000018
【００４５】
この式は最適コントラストをもたらすことになる照明構成を決定する簡単なアルゴリズムを与えるだけでなく、この問題について重要な洞察も与える。すなわち、最大コントラストはアクティブであるＮ光源の中のただ１つで獲得される。この所見の含意は後で、更に詳細に説明される。
次は、式（４）のコントラスト指標ＣＭによって定義されているとして、最大コントラストが達成される照明条件を決定するためのアルゴリズムである。それぞれのｋ＝１，．．，Ｎについて、相当する単一光源のコントラストＣＭ，ｋは
【００４６】
【数１７】
2009535705.tif 000019
【００４７】
で求められる。
したがって、前のステップで計算した最大ＣＭ，ｋに一致する波長λｋが選択され、表面を照射するために使用される。
上記アルゴリズムは、最大コントラスト用に使用されることになる強度αｋの絶対値を特定しないことに留意されたい。これもまた、全体的強度レベルに対して不変であるコントラスト指標ＣＭの数学的定義と一致する。しかし実際の実行にあたっては、αｋをその最大許容値：
【００４８】
【数１８】
2009535705.tif 000020
【００４９】
に設定することが、未加工の画像、つまりモノクロカメラによって取得された最適化前の画像中の信号対量子化雑音を改善することになる。
実際に上記アルゴリズムの例示のために、ターゲットおよび背景の表面が、赤色、緑色および青色（ＲＧＢ）照明によって照射され、以下のΓ値が実測されたと仮定する。
【００５０】
【数１９】
2009535705.tif 000021
および
【００５１】
【数２０】
2009535705.tif 000022
【００５２】
本明細書の教示を利用すると、個別（赤色のみ、緑色のみ、および青色のみ）の照明方式について以下のコントラスト指標値を得る。
ＣＭ，Ｒ＝｜５−２｜／（５＋２）＝３／７、
ＣＭ，Ｇ＝｜３−５｜／（３＋５）＝２／８、および
ＣＭ，Ｇ＝｜８−５｜／（８＋５）＝３／１３
この特定の例では、赤色のみの照明が背景とターゲットの間で最高のコントラストもたらすことになる。ＣｏｕｔＭＡＸが２５５である場合、相当する強度ファクタαＲは、αＲ＝２５５／５＝５１に設定されるべきだ。
【００５３】
最大コントラストについて最適照明条件を決定するアルゴリズムは、多波長照明構成で利用可能な全ての波長に関してターゲットおよび背景についてカメラ出力を知る必要がある。これらの条件は以下の図４に関して説明されるアルゴリズムを実行することによって満たすことができる。
照明構成において利用可能なそれぞれの波長について、１０でターゲットと背景を含めて画像が取得される。これらの画像内で２つの小さな「ターゲットのみ」または「背景のみ」の領域が、１２で識別される。実際には、それを実行する最も容易な方法は、それぞれの領域に対して２つの境界ボックスを描くことである。次に、１４では、１２で識別された相当する領域に対して各波長のところで画像を取得しながら画素値を平均し、使用した特定の強度レベル（α）を除外（ｆａｃｔｏｒｉｎｇ  ｏｕｔ）することによって、カメラ出力が背景およびターゲットについて計算される。１６でカメラ出力が、データ集合の中のどれかで飽和する場合、１８でその画像に対して照明強度を低下させ、２０で画像が再取得される。次にアルゴリズムは、新しい画像について１２で領域の識別に戻り、１４でそのまま計算を継続するか、状況に応じて直接１４での計算に戻る。２２では、コントラスト最適化アルゴリズムが、最大のコントラストをもたらすことになる照明波長、ならびに背景またはターゲット領域どれについても飽和限界までのカメラ出力で駆動することになる適切な強度レベルを決定するのに利用される。前述したように、これは未加工画像の信号対雑音比を改善するのに役立つものであることに留意されたい。
【００５４】
２２で実行されるコントラスト最適化アルゴリズムは、前に説明さたもので、図５に示したように要約できる。更に具体的には２４で、単一光源について単一光源コントラストＣＭ，ｋが計算される。２６で、単一光源コントラストＣＭ，ｋが各光源について計算されたかどうか照会される。２４で、全ての計算が為されるまで計算が反復される。２８で、最大の単一光源コントラストＣＭ，ｋが選択される。３０で、最大の単一光源コントラストＣＭ，ｋに相当する波長λｋが選択されて、追加の処置について画像を獲得するためにこの表面を照射する。
【００５５】
これまでの開示ではターゲットと背景の間で最高のコントラストを有する単一画像をもたらすことになる照明方式を決定することに注目してきた。追加的利点が、複数画像を使用して、異なる照明方式の下で収集されたデータに基づいて「合成画像」を生成することによって獲得でき、後続のターゲット識別アルゴリズム、すなわちターゲット例えばしるしを識別するために本明細書で説明した最適化画像、または合成画像などの画像を使用する、従来技術で既知のアルゴリズムの性能を改善できる。次に、これら複数画像を使用する方法が説明される。
【００５６】
第１に、空間的に完全に均一であるターゲットおよび背景を有していれば事実上、任意の照明条件の下で完全なコントラストを有する画像を生成できる。ターゲットおよび背景についてカメラ出力の間に入る閾値が決定され、次いで２値化閾値が未加工画像に適用されて完全なコントラストを有するブラックアンドホワイト画像を生成することになる。実際に、この過度に単純化した手法が、たびたび失敗する２つの主要な理由がある。１つの理由は、背景かターゲットのどれか１つまたは両方が空間的に完全に均一であることはめったにないことである。多くの場合、これらはテクスチャ面／スペックル面であり、このことが、背景とターゲットを正確に「分離」する閾値の決定をかなり困難にしている。もう１つの理由は、光学的な制限か、ターゲットを生成するために背景に対して使用したプロセスの空間分解能のどれかに起因して、常にいくらかぼけのある端部があることである。
【００５７】
これらの問題に対する対応の１つは、このような不完全な画像の信号対雑音比（ＳＮＲ）を改善することである。こうするための１つの方法は、ターゲットと背景が別個に応答する照明波長を選択することによってターゲットと背景の画像の間の差異を最大化する照明方式を厳選することである。これは、コントラスト最適化方法で前述したことである。
ＳＮＲを改善する別の手法はアクティブノイズ消去である。画像からターゲットを識別する文脈の中では、これは未加工画像からテクスチャ情報を除去して、最終的に「スムース」なターゲットおよび背景になることに相当するものである。単一波長照明の下で、これが何を課することになるかを理解するために、前述からのカメラ出力モデルは、一般化されて、以下のようにテクスチャ情報を含む。
【００５８】
【数２１】
2009535705.tif 000023
【００５９】
ここで、関数Ｔ（ｘ，ｙ）は全画像にわたりテクスチャ情報を表し、ＵＴ（ｘ，ｙ）およびＵＢ（ｘ，ｙ）は、それぞれターゲット領域および背景領域上を除いてどこでもゼロであるマスク関数である。
この手法を用いるには、１つではなく２つの画像を獲得する。図６に示したように４０で、最適照明条件を決定する方法において詳述したコントラストを最大にする波長を用いて第１画像が取得される。４２で、第２画像は、コントラストを最小にする波長を有する照明方式を使用して取得されて、上記コントラスト最大化問題を解くのに使用されたものと同じ手続きを使用している。
【００６０】
定義によって、ターゲット（または基準）と背景の間のコントラストを最小にする照明方式によって取得された画像中に最小のターゲット−背景間微分情報がある。その結果、最小のコントラスト画像は、この方法が除去しようとしているテクスチャデータを主として含む。したがって、４４で最大コントラストを有する画像が、最小コントラストを有する１つによって「除算」されて、式（７）、式（８）からＴ（ｘ，ｙ）項を効果的に打ち消す。すなわち、この画像の各画素に対する輝度値が、最小コントラストを有する画像中の対応する画素に対する輝度値によって除算される。これは、背景およびターゲットのかなりスムースな、つまり比較的雑音のない画像をもたらす。次いで、このいわゆる「合成」画像は、前述した処理のために４６で下流のターゲット識別アルゴリズムに送り込まれてよい。
【００６１】
画像のＳＮＲを改善する第３の手法は、ターゲットおよび背景が、２以上のそれぞれの波長によって照射される場合、取得された複数の画像から着目領域の合成画像を形成することである。この例では、１つの画像が他の画像から減算されて、ターゲットと背景の間で改善されたコントラストを有する合成画像を生成する。
更に具体的に、以下の実測されたΓ値を用いるＲＧＢ照明に関して上述した事を考察する。
【００６２】
【数２２】
2009535705.tif 000024
【００６３】
前の説明によれば、赤色照明だけが最高のコントラストの未加工画像を与えることである。しかし、青色照明の下で獲得された画像から緑色照明の下で獲得された画像を減算することによって獲得される合成画像を考える。これは、強度をαＲ＝０、αＧ＝−１、およびαＢ＝＋１に設定することと同等である。式（５）に、これらの値を代入すると、合成画像についてコントラスト指標は１であることが分かり、これは赤色のみの照明で獲得された最適未加工画像で達成できたものよりかなり高い。
【００６４】
上述の例の２つの重要な態様は強調されるだけの価値がある。第１に、１つの未加工画像を別の画像から減算して生じた画像は、まさに「合成」である。このような画像を照明の修正を通して物理的に生成しようとするには、「負の」強度を必要とすることになり、物理的に可能性はない。第２に、未加工画像のスケーリングと減算を通して唯一のコントラスト指標を有する合成画像を獲得することが常に可能であることになる。つまり為すべきことの全ては、個々の画像をスケールすることであり、そこで、これらの画像のどれかがターゲット領域または背景領域に「マッチ」させ、次いで１つの（スケールした）画像を他の画像から減算する。
【００６５】
上記教示の実例が、図７乃至図１１を参照して示される。この例では、ＰＣＢ基板上のアライメントターゲットが青色、緑色、赤色および赤外ＬＥＤを用いて照射され、対応する４つの「未加工」画像が４８で、モノクロカメラによって取得される。図８は説明した多色ＬＥＤのスペクトル出力を示す。その結果の未加工画像は図９Ａ乃至図９Ｄによって分かり、ここで図９Ａは青色ＬＥＤ照明の下でのターゲットおよび背景を示し、図９Ｂ〜図９Ｄは、それぞれ緑色ＬＥＤ照明、赤色ＬＥＤ照明および赤外（ＩＲ）ＬＥＤ照明の下での同じターゲットおよび背景を示す。
【００６６】
次に画像の「ターゲット」および「背景」領域について境界ボックスが、５０で、それぞれの未加工画像に対して決定される。これらの境界ボックスの例は図９Ａに示される。これら境界ボックス内の平均画素値が、４つの全画像について計算され、相当するコントラスト指標が５２で決定される。これらの計算結果は図１０に要約される。これらの結果により青色ＬＥＤ照明の下で獲得された未加工画像が、ターゲットおよび背景の間で最高のコントラストを有する。これは４つの画像の目視による比較と一致する。
【００６７】
「合成」画像は以下の方法で獲得し得る。第１に、代数的操作を用いて合成される画像のために使用される画像が、５４で、選択される。この例では、選択された第１画像は、青色ＬＥＤ照明の下で獲得された未加工画像であり、選択された第２画像は、赤外ＬＥＤ照明の下で獲得された未加工画像である。これらの未加工画像は、互いに対して、それぞれの背景平均画素値とターゲットの平均画素値の間で逆転（ｉｎｖｅｒｔｅｄ）した比を有する。次に画像の１つが、背景かターゲットのどれかについて平均画素値が、５６で、「消去（ｚｅｒｏｅｄ）」できるようにスケーリングされる。この場合、例えば、赤外ＬＥＤ照明の下で獲得された未加工画像の全ての画素が、青色ＬＥＤ照明の下で獲得された未加工画像のターゲット平均画素値の、赤外ＬＥＤ照明の下で獲得された未加工画像のターゲット平均画素値による比、つまり１４４．１３００／１２５．７６３９で乗算される。
【００６８】
スケールされた画像は、５８で、画素毎に他の選択された画像、ここでは青色ＬＥＤ照明の下で獲得された未加工画像から減算される。これはターゲット領域について、事実上ゼロ（０）の平均画素値を有する画像をもたらす。このもたらされた画像について、次に、６０で、消去されていない領域の平均画素値が計算される。この例示の画像について、平均背景画素値が計算される。次いで、６２で、画像のそれぞれの画素が適切なファクタによってスケールされて、２５５などの最大画素値までの、平均画素値、ここでは背面領域について平均画素値をもたらす。
【００６９】
これらのステップを実行した後の合成画像が図１１に示される。この画像についてコントラスト指標は０．９６２４と計算されており、理論的最大値１に極めて近い。このコントラスト指標は図１０に示した４つの未加工画像と比べて、コントラストに関して著しい改善を示す。この改善も図１１に示した画像の目視によって容易に確認される。
前述した実施形態は、本発明の容易な理解を可能にするために説明され、本発明を限定するものでない。反対に、本発明は、添付の特許請求の範囲の精神と範囲に含まれる様々な修正および同等の配置を含むものとし、その範囲は、適法であるこのような修正および同等の構成全てを包含するように広義に解釈することを許されるものである。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】一般的なモノクロＣＣＤカメラの分光感度の一例のグラフである。
【図２】ターゲット領域ＨＴ（λ）の反射率の一例のグラフである。
【図３】背景領域ＨＢ（λ）の反射率の一例のグラフである。
【図４】本発明の一態様によるコントラスト最適化のフローチャートである。
【図５】図４に示したコントラスト最適化のブロック５０の細部のフローチャートである。
【図６】本発明の別の態様によるアクティブノイズ消去のフローチャートである。
【図７】２つの画像の合成を示すフローチャートである。
【図８】本明細書で説明した多色ＬＥＤの典型的なスペクトル出力を示すグラフである。
【図９Ａ】青色ＬＥＤ照明の下でモノクロカメラによって取得された実際のアライメントターゲットの未加工の画像ならびに、この画像の「ターゲット」領域および「背景」領域のための境界ボックスの図である。
【図９Ｂ】緑色ＬＥＤ照明の下で同じモノクロカメラによって取得された同じアライメントターゲットの未加工の画像の図である。
【図９Ｃ】赤色ＬＥＤ照明の下で同じモノクロカメラによって取得された同じアライメントターゲットの未加工の画像の図である。
【図９Ｄ】赤外（ＩＲ）ＬＥＤ照明の下で同じモノクロカメラによって取得された同じアライメントターゲットの未加工の画像の図である。
【図１０】図８Ａ〜図８Ｄで与えられた４つの未加工の画像について平均の背景画素値、ターゲット画素値およびコントラスト指標を比較している表である。
【図１１】図７のフローチャートによる青色および赤外ＬＥＤ照明の下で獲得された図９Ａおよび図９Ｄの未加工の画像を代数的に結合することによって獲得された合成コントラスト画像の図である。
【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】
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【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【図９Ｄ】
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【図１０】
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【図１１】
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【国際調査報告】
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