(57)【要約】【課題】非破壊検査などでは、物体の透過データを測定して、画像処理により物体の２次元もしくは３次元の画像を作成、画像から物体上での対象物の位置、あるいは大きさなどの計測を行う。透過データを検出する検出面には幾何学歪がある場合、透過データに幾何学歪が内在する。従来の手法はこの検出面の幾何学歪を測定する手段と物体座標―画像座標を関連づける測定を個別に行っていたため、測定が煩雑でより誤差を含む課題があった。【解決手段】本発明では、物体座標を測定する物体基準治具と、検出面幾何学歪および検出座標と物体座標を同時に関連図ける検出面基準治具との組み合わせで、検出面の幾何学歪の計測と物体座標―画像座標との関連づけを同時に測定することを実現するため、より簡便で高精度な補正パラメータの測定とその補正パラメータを用いた幾何学補正を達成する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
テレビカメラなどの２次元検出器を単数もしくは複数用いて２次元データを収集、コンピュータを用いて２次元データ処理を行う画像処理装置において、２次元データ幾何学歪量ならびに幾何学基準点を同時に計測するキャリブレーション治具。
【請求項２】
請求項１記載のキャリブレーション治具で収集した２次元データからデータ収集系の２次元幾何学歪を幾何学基準点を用いてパラメータ化する手法。
【請求項３】
請求項１記載のキャリブレーション治具を用い、請求項２記載の手法で得られたパラメータを用いて収集したデータを幾何学歪がなく幾何学基準点に正規化された２次元データに補正する手法。
【請求項４】
エックス線を用いて２次元透過データを収集、請求項３で得られた補正２次元データを用いて幾何学歪のなく基準点に正規化された２次元透過データを作成する手法。
【請求項５】
請求項２から請求項５記載の処理を行うコンピュータプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、カメラなどを使って２次元データを収集、画像処理を行って２次元画像もしくは再構成処理などを行って３次元画像を得る断層装置において、収集した２次元データに幾何学歪がある場合に、データ収集装置の歪を計測するとともに、データ収集を行う座標を画像処理を行う正規化座標に変換するための計測を同時に行える補正データ治具、それを用いた補正パラメータを求める手法とそのパラメータを用いて補正を行う補正法ならびにそのコンピュータプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
物体の２次元、３次元内部構造を非破壊で観測、計測する技術としては、エックス線を用いた透視装置、断層撮像装置が知られている。透過エックス線データを用いて画像処理を行い、検査体形状の計測、あるいは欠陥位置を測定する。検査体は複数の軸を持った移動可能な駆動ステージで保持される。
【０００３】
透過エックス線を測定する２次元検出器としては、エックス線を光に変えた後、ＣＣＤ、ＣＭＯＳなどの２次元検出面を持った撮像素子を使う方法、大型の半導体などを用いて直接検出する方法が知られている。
【０００４】
エックス線を光に変換、２次元データを収集する方法ではイメージインテンィファイヤと呼ばれる電子管が使われるが、電子管、光を撮像素子へ導くための光学レンズなどにより、２次元データに含まれる幾何学歪が避けられない。
【０００５】
半導体などの検出器を用いて直接、あるいは間接に検出する場合、これらの電子管あるいは光学系に起因する幾何学歪を避けることはできるが、大型の欠陥のない半導体を作るのは高価となるため、小型の検出パネルを張り合わせて大型検出面を作る方法が一般的である。
【０００６】
このような小型の検出パネルを複数張り合わせて大きな検出面を作る場合、張り合わせずれにより幾何学歪が発生する。
【０００７】
２次元幾何学歪を含むデータ収集系の補正を行う手法としては、幾何学形状が既知の補正治具を用いてデータ収集を行い、その幾何学歪を事前に測定しておき、検査体測定時に補正を行う手法が知られている。
【０００８】
画像処理により作成された２次元もしくは３次元画像と検査体との位置関係を知るには、位置が既知の基準物体のデータ収集、画像処理を行い、事前に検査体位置を規定する物体座標と画像位置を規定する画像座標との関係を測定しておき、検査体測定時にこの座標間の変換を用いて、画像上での位置を検査体にマッピングする方法が知られている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
非破壊検査では物体の透過データから画像処理を行って２次元もしくは３次元画像を得る処理を行うが生成された画像から正しく対象物の位置を得るためには、物体位置を規定する物体座標（駆動ステージ座標）、透過データ位置を規定する検出座標、その画像処理を行う画像処理座標との関係を知り補正処理を行う必要がある。
【００１０】
従来、この座標間の関係を知るためには異なる複数の基準データ収集を行い、処理を行って座標間の関連を得ていたが、複数のデータ収集を行うため、手順が煩雑で、またデータ収集時の誤差が重積して精度が劣化する課題がある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、駆動ステージに用意した治具と同時データ収集可能な検出面に用意した治具を用いてデータ収集を行い、透過データの画像処理を行うことで物体座標、検出座標、画像処理座標の関係を同時に求め、求めたパラメータを用いて透過データの位置補正を行うことで物体座標と画像座標が一致し、計測歪の少ない測定を実現する。
【００１２】
テレビカメラなどの２次元検出器を単数もしくは複数用いて２次元データを収集、コンピュータを用いて２次元もしくは３次元の画像を生成する画像処理装置において、２次元データ幾何学歪量ならびに幾何学基準点を同時に計測するキャリブレーション治具を用い、収集した２次元透過データからデータ収集系の２次元歪を幾何学基準点を用いてパラメータ化する手法で物体座標、検出座標、データ処理座標間の関係を求め、この関係から２次元透過データの幾何学歪補正ならびに座標変換を行い、画像処理により、歪の少ない２次元透過画像、もしくは３次元断層画像を得る。
【発明の効果】
【００１３】
本発明により、物体位置を規定する物体座標と画像処理により得られた画像位置を規定する画像座標との関係簡便にかつ精度良く求めることができ、同時にデータ収集系に内在する幾何学歪を補正することで、生成された画像を用いて、物体の欠陥位置、あるいは寸法測定などの計測を正確に行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
図１は２次元透視画像、３次元断層画像を得る非破壊検査装置の概略図である。物体を検査する前に基準治具を用いて補正パラメータを計算、物体観測時、そのパラメータを用いて補正処理を行う。駆動ステージ１０１表面の垂直ベクトルに対して検出座標１０６面、画像座標１０８面は平行になるよう調整されているもとのとする。
【００１５】
補正パラメータは以下の様にして求める。エックス線発生器１００からエックス線が物体基準治具１０３に対して照射される。物体基準治具１０３は駆動ステージ１０１に乗せる。物体基準治具１０３には物体座標Ｘ−Ｙ平面（水平面）と平行なスリットが設けてある。１０２は物体座標（駆動ステージ座標と同じ）である。物体座標は検査体の位置を示す座標である。１０４は検出面基準治具である。検出面基準治具１０４は透過データ検出面１０５にとりつける。１０６は検出座標である。透過データは画像面１０８の座標を示す１０７の座標系で画像処理が行われる。
【００１６】
図２は検出面基準治具である。検出面基準治具２０１には水平・垂直を示すパターン２０２が等間隔で並んでいる。その他の位置を示すパターン２０３は同じ間隔ですべての格子点を埋めるように等間隔に並んでいる。検出面基準治具２０１はエックス線を十分透過する材料でできており、またパターン２０２，２０３はエックス線を十分さえぎる物質でできている。具体的には用いるエックス線強度によるが、プリント基板をエッチングすることで検出面基準治具を作ることができる。
【００１７】
まず、物体基準治具１０３、検出面基準治具１０４をおのおの駆動ステージ１０１、検出面１０５に取り付ける。
【００１８】
検出面で十分な強度を持つエックス線をだし、物体基準治具のスリット透過データ３０１を得る。透過データ例を図３に示す。黒い部分は透過データの値が低い部分（あまり透過していない部分）、白い部分は高い部分（よく透過している部分）をあらわす。
【００１９】
次に物体基準治具を駆動ステージより取り除き、再度エックス線透過データ４０１を得る。透過データは検出面基準治具のみの透過像となる。
【００２０】
図５に補正パラメータを求める計算フローを示す。ステップＳ５０１でＸ，Ｙ軸を示すパターン２０２の各位置とグリッド位置を示すパターン２０３の各位置を正規化相関などのパターンマッチング法で求める。
【００２１】
パターン２０２の各検出位置を用い、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向でおのおの直線近似を行い、仮のＸ軸、Ｙ軸、Ｏ点（Ｘ軸、Ｙ軸の交点：原点）を求める。
【００２２】
これらのＸ、Ｙ軸、Ｏ点で定める座標で歪のない場合に観測されるべき理想パターン２０２，２０３位置を計算する。検出面基準治具は検出面１０５に密着しており、エックス線源１０９と検出面１０５の距離には依存は少ない。しかしながら、検出面基準治具には有限の厚さがあるため、検出面基準治具の透過画像が検出面座標１０６で観測された場合、もともとのパターン２０２、パターン２０３の間隔より大きくなる。幾何学歪は検出面中心近傍では少なく、外周にいくに従って大きくなることが知られているので、中心部分で検出されたパターン２０２、２０３の間隔を基準間隔とし、仮のＸ軸、Ｙ軸、Ｏ点で理想パターン位置を計算する。
【００２３】
検出パネルが一面しかなく、かつ検出面で生じる歪がＮ次関数で近似できるたとえば、イメージインテンシファイヤとテレビカメラで透過データを検出するような場合は、全検出面をひとつのものとして取り扱うため、処理フローＳ５０４、Ｓ５０５にしたがってＸ，Ｙに関するＮ次関数を最小二乗法を用いて求める。次数を多くすると計算量が増え、また観測点の数により計算結果が不安定になったりする場合があるので適切な次数を選ぶ。通常は３次ないし４次関数で十分な精度をもつ補正パラメータが得られる。このＮ次関数が検出座標と画像座標を関係づける検出座標―画像座標補正パラメータとなる。
【００２４】
検出面が複数のパネルの組み合わせで構成される半導体検出器のような場合は、複数パネル間での取り付けばらつきがあるのみで、一枚のパネル内部では幾何学歪がまったくないと考えられる。処理フローＳ５０６，Ｓ５０７にしたがって、Ｎ次関数でのフィッティングを行わず、パネル間での位置を検出座標―画像座標補正パラメータとする。各パネルで測定されたパターン２０２，２０３の位置から各パネルでのグリッド位置を仮のＸ、Ｙ軸、の座標で求めことで補正パラメータとする。
【００２５】
どちらの検出面構成でも、透過データ３０１に求めた検出座標―画像座標補正パラメータを用いた補正処理を行い、検出面で生じる幾何学歪を除去する。その補正処理されたデータを用いてステップ５０８で示すスリット位置検出を行い、スリットを示す直線を示すベクトルを物理座標と検出座標の関係を示す物理座標―検出座標補正パラメータとする。
【００２６】
物体透過データの補正処理は図５のフローで得られた物体座標―検出座標―画像座標補正パラメータを用いて補間処理により行う。具体的には複数の物体透過データを測定する場合が多く、それらの透過データに同じ補完処理が必要となるため、物体座標―画像座標変換インデックスを事前に計算しておき、このインデックステーブルを用いた近傍、ないしは４点直線補間で歪補正処理を行う。
【００２７】
２次元透視画像の場合、この補正処理により幾何学歪のない画像が得られるため、一枚の透視画像上での位置、寸法計測などが正確に行えるばかりでなく、たとえば駆動ステージ１０１を用いて検査体の異なる位置の透過データを複数組み合わせてより大きな範囲をカバーする透視画像を作成する場合でも、各透過データでの幾何学歪が除去されているので、容易に複数画像のタイリング処理を行うことができる。
【００２８】
ＣＴなどの３次元透視画像を得る画像処理においてはあらゆる方向からの透過データを収集するが、回転中心を補正する処理を別に行うだけで画像と物体の位置関係を補正することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】物体座標―検出座標―画像座標と基準治具・物体透過データ収集
【図２】検出面基準治具
【図３】物体基準治具・検出面基準治具透過データ
【図４】検出面基準治具透過データ
【図５】補正パラメータ計算フロー
【符号の説明】
【００３０】
１０１  駆動ステージ
１０２  物体座標
１０３  物体基準治具
１０４  検出面基準治具
１０５  検出面
１０６  検出座標
１０７  画像処理面
１０８  画像座標
１０９  エックス線発生器
２０１  検出面基準治具の詳細
２０２  ＸもしくはＹ軸パターン
２０３  グリッドパターン
３０１  物体基準治具・検出面基準治具透過データ
４０１  検出面基準治具透過データ
【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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