JPH04307682A - 画像位置合わせ方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、パタ−ン照合，パタ−
ン検査等の画像処理工程において、画像間の位置合わせ
を正確で、かつ高速に行う画像位置合わせ方法に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】画像間の位置合わせ方法として、局所相
関法がよく知られている。この方法は、画像間の相関度
を最大にする場所を検索するものである。基準画像、す
なわちテンプレ−ト画像Ｗ（ｉ，ｊ）の大きさをＬ×Ｌ
とし、また対象画像Ｓ（ｉ，ｊ）の大きさをＭ×Ｍとす
ると、局所相関関数は、

【０００３】

【数１】 と与えられる。但し、ｍ，ｎは対象画像上のテンプレ−
ト画像の位置である。

【０００４】局所相関関数として前記の式をもう少し簡
単にしたものも使われることがある。ｍ，ｎを変えなが
ら相関値が最大となる位置を求める。式から分かるよう
に、計算量が大きいことは自明である。

【０００５】一方、比較的単純なパタ−ンに対し、位置
合わせをもっと容易に行う方法として、比較する２枚の
２値画像についてＸ軸およびこのＸ軸に直交するＹ軸方
向に、濃度値を累積加算した４つの１次元投影パタ−ン
を算出し、相対応する１次元投影パタ−ンのうち一方を
ずらしながら１次元相関値を求め、相関度の最も高い位
置を求めて位置合わせを行う投影分布パタ−ン照合法が
考えられる。しかしこの方法は、ずれ量が大きい時には
パタ−ンによっては位置合わせ精度が低い。図４（ａ）
，（ｂ）はその例を示したものである。図４（ａ）は２
値基準画像であり、１は画像の外枠、２は窓で、投影パ
タ−ンを得る対象領域である。３はパタ−ン領域（“１
”）、４は背景領域（“０”）、５はＸ軸方向の濃度値
の累積を表す投影パタ−ン、６はＹ軸方向の濃度値の累
積を表す投影パタ−ンである。一方、図４（ｂ）は対象
画像であり、７はその外枠、８は窓で、投影パタ−ンを
得る対象領域である。９はパタ−ン領域（“１”）、１
０は背景領域（“０”）、１１はＸ軸方向の濃度値の累
積を表す投影パタ−ン、１２はＹ軸方向の濃度値の累積
を表す投影パタ−ンである。Ｘ方向のずれは投影パタ−
ン６と１２、Ｙ軸方向のずれは投影パタ−ン５と１１を
比較して求めるが、比較するパタ−ンが大きく異なって
おり、１次元相関値が最も高くなる位置は必ずしも正し
い値に一致するとは限らない。換言すれば、位置ずれ検
出精度がパタ−ンの分布に依存し、最悪では大きな誤差
を生じる危険性がある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】このように、２次元パ
タ−ンマッチングは計算量が多い欠点があり、また、１
次元投影パタ−ンのマッチングによる方法は精度に難が
ある。これに対し、特願平２−１８８９９号「画像位置
合わせ方法」では、１次元投影パタ−ンのマッチングに
より粗位置合わせを行った後、２次元パタ−ンマッチン
グにより微小位置合わせを行う方法を提案しているが、
２次元パタ−ンマッチングの処理量は依然として大きい
。このため、処理量の小さい画像位置合わせ方法が望ま
れていた。

【０００７】本発明は、上述した画像間の位置合わせ方
法の問題点を解決し、類似性を持ち、かつパタ−ンの方
向成分がある程度特定される画像間の画素レベルでのパ
タ−ン位置合わせにおいて、正確で、かつ高速に位置合
わせを実現する画像位置合わせ方法を提供することを目
的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明にかかる画像位置
合わせ方法は、対象画像と基準画像のそれぞれにＸ軸，
Ｙ軸を定め、４つの座標軸毎に同一座標軸上の画素値の
累積値を１次元投影パタ−ンとして算出し、両画像の相
対応する１次元投影パタ−ンについて一方の投影パタ−
ンを移動させながら残差が最小になる位置を粗位置ずれ
量として求め、対象画像を粗位置ずれ量に基づいて平行
移動して粗い位置合わせを行い粗位置補正画像を得、次
に、粗位置補正画像と基準画像の画像内の共通窓領域を
設定もしくは予め定め補正画像と基準画像のそれぞれの
共通窓領域のＸ軸とＹ軸方向について４つの座標軸毎に
同一座標軸上の画素値の累積値を１次元投影パタ−ンと
して算出し、各画像の相対応する１次元投影パタ−ンに
ついて、一方の投影パタ−ンを移動させながら残差が最
小になる位置を微小位置ずれ量として求め、粗位置補正
画像を微小位置ずれ量に基づいて平行移動して微細な位
置合わせを行うものである。

【０００９】

【作用】本発明は、投影パタ−ンの位置ずれ算出を２ス
テップまたはそれ以上の繰り返しで行うことを最も主要
な特徴とする。すなわち、第１ステップでは比較する２
枚の画像の１次元投影パタ−ンの類似度が最も高くなる
位置ずれ量を求めて、それを粗位置ずれ量として対象画
像を補正し、第２ステップでは補正した画像と基準画像
の同じ位置，サイズの窓領域の１次元投影パタ−ンを比
較し、最も相関度が高くなる位置ずれ量を微小位置ずれ
量として求める。従来は、このような１次元投影パタ−
ンの２ステップ位置合わせについても提案がなされたこ
とがない。

【００１０】

【実施例】図１は本発明の第１の実施例を説明するフロ
−チャ−トであり、（２１）〜（３５）は各ステップを
示す。まず、基準画像上で窓を設定し（２１）、投影パ
タ−ンを算出する（２２）。窓は位置ずれ最大許容量分
を画像枠から切り取った領域とする。ステップ２３では
ずれ量ｄｘ，ｄｙを初期化する。次に、対象画像上で窓
を設定する（２４）。但し、ずれ量ｄｘ，ｄｙだけ窓の
設定位置をシフトしておく。この窓内の投影パタ−ンを
算出する（２５）。続いて、ステップ（２５）で求めた
投影パタ−ンＰ１　ｘをシフトし（２６）、類似度を算
出（２７）する。ずれ許容範囲内でステップ（２６），
（２７）を繰り返す（２８）。そして、類似度が最大と
なるずれ量ｄｘを算出する（２９）。全く同様に、ステ
ップ（２５）で求めた投影パタ−ンＰ１　ｙをシフトし
ながら（３０）、類似度を算出し（３１）、ずれ許容範
囲内出繰り返し（３２）、類似度が最大となるずれ量ｄ
ｙを算出する（３３）。ステップ（３４）ではステップ
（２９），（３３）で得られたずれ量ｄｘ，ｄｙがステ
ップ２４の時点におけるずれ量ｄｘ，ｄｙに比べ十分小
さければずれ量はｄｘ，ｄｙと決定して、ステップ（３
５）において対象画像をｄｘ，ｄｙずらして位置ずれ補
正画像とする。さもなければステップ（２４）に戻って
ステップ（３４）まで再度実行する。ずれ量ｄｘ，ｄｙ
がステップ（２４）の時点におけるずれ量ｄｘ，ｄｙに
比べ十分小さくなるまで、すなわちずれ量ｄｘ，ｄｙが
収束するまでステップ（２４）から（３４）までを繰り
返す。

【００１１】図４（ｂ）において、投影パタ−ン対照と
する窓の左上端は、はじめＰ点であったが、図１の処理
によりＱ点に収束し、最終的に求められるずれ量はＰと
Ｑの位置の差に相当する。Ｑ点を左上端とする窓内画像
は、基準画像上に設定した窓２における画像と一致する
。

【００１２】図２と図３は図１の処理を実現するための
位置合せ装置の実例を示したものである。対象画像信号
発生器１０１のアナログ画像信号はＡ／Ｄ変換器１０２
でディジタル信号に変換され、さらに、２値化回路１０
３により２値化された後、対象画像フレ−ムメモリ１０
４に格納される。一方、基準ディジタル画像信号１０５
は基準画像フレ−ムメモリ１０６に格納される。両フレ
−ムメモリ１０４，１０６の画像は、投影パタ−ン回路
１０７，１０８に入力され、共にＸ，Ｙ方向の投影パタ
−ンが計算され、結果は相関器１１１に入力される。投
影パタ−ン算出のための窓の位置サイズを表すパラメ−
タｄｘ（Ｘ方向のずれ量），ｄｙ（Ｙ方向のずれ量），
Ｓｘ（Ｘ方向の窓サイズ），Ｓｙ（Ｙ方向の窓サイズ）
はレジスタ装置１０９の中のレジスタ１１０により与え
られる。相関器１１１の算出値からヒストグラム器１１
２により最も高い相関値を持つずれ量差分Δｄｘ，Δｄ
ｙが出力され、加算器１１３に入力される。加算器１１
３では、レジスタ１１０のｄｘ，ｄｙとヒストグラム器
１１２の出力値であるずれ量差分Δｄｘ，Δｄｙに基づ
きｄｘ，ｄｙを更新する。これらの一連の処理は、レジ
スタ１１０のΔｄｘ，Δｄｙについて｜Δｄｘ｜，｜Δ
ｄｙ｜が設定以下になるまで繰り返される。設定値以下
になると画像比較ＡＬＵ１１４は対象画像フレ−ムメモ
リ１０４の画像をｄｘ，ｄｙだけシフトし、基準画像フ
レ−ムメモリ１０６の画像と照合し、結果が差画像フレ
−ムメモリ１１５に格納され、デ−タ記録装置１１９に
記録される。また、ラベリングプロセッサ１１６で不一
致部の位置，面積，形状が識別され、デ−タ記録装置１
１９に記録される。また、Ｄ／Ａ変換器１１７で差画像
がアナログ信号に変換され、表示装置１１８で表示され
る。

【００１３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は、両画像
の相対応する１次元投影パタ−ンについて一方の投影パ
タ−ンを移動させながら残差が最小になる位置を粗位置
ずれ量として求め、対象画像を粗位置ずれ量に基づいて
平行移動して粗い位置合わせを行い粗位置補正画像を得
、次に、粗位置補正画像と基準画像の画像内の共通窓領
域を設定もしくは予め定め補正画像と基準画像のそれぞ
れの共通窓領域のＸ軸とＹ軸方向について４つの座標軸
毎に同一座標軸上の画素値の累積値を１次元投影パタ−
ンとして算出し、各画像の相対応する１次元投影パタ−
ンについて、一方の投影パタ−ンを移動させながら残差
が最小になる位置を微小位置ずれ量として求め、粗位置
補正画像を微小位置ずれ量に基づいて平行移動して微細
な位置合わせを行うようにして、２枚の画像の位置合わ
せをするための投影パタ−ンの位置ずれ算出を２ステッ
プまたはそれ以上の繰り返しで行うこととしているため
、比較する投影パタ−ン間の形状の差が極めて小さくな
り、従来、この差により発生している位置ずれ算出誤差
をなくすことができ、高い精度で位置合わせを行うこと
が可能となった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の動作を説明するためのフロ
−チャ−トである。

【図２】本発明を実施するための位置合わせ装置の構成
を示すブロック図である。

【図３】図２と一体化して位置合わせ装置を構成するブ
ロック図である。

【図４】従来の投影分布パタ−ン照合法を説明するため
の図である。

【符号の説明】

１０１　　対象画像信号発生器 １０２　　Ａ／Ｄ変換器 １０３　　２値化回路 １０４　　対象画像フレ−ムメモリ １０５　　基準ディジタル画像信号 １０６　　基準画像フレ−ムメモリ １０７　　投影パタ−ン回路 １０８　　投影パタ−ン回路 １０９　　レジスタ装置 １１０　　レジスタ １１１　　相関器 １１２　　ヒストグラム器 １１３　　加算器 １１４　　画像比較ＡＬＵ １１５　　差画像フレ−ムメモリ １１６　　ラベリングプロセッサ １１７　　Ｄ／Ａ変換器 １１８　　表示装置 １１９　　デ−タ記録装置

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】２値または多値の対象画像および２値また
   は多値の基準画像間の水平および垂直方向の画像位置合
   わせ方法であって、前記両画像の水平または垂直方向に
   Ｘ軸を、また、垂直または水平方向にこのＸ軸に直交す
   るＹ軸を定め、４つの座標軸毎に同一座標軸上の画素値
   の累積値を１次元投影パタ−ンとして算出し、前記両画
   像の相対応する１次元投影パタ−ンについて一方の投影
   パタ−ンを移動させながら残差が最小になる位置を粗位
   置ずれ量として求め、前記対象画像を前記粗位置ずれ量
   に基づいて平行移動して粗い位置合わせを行い粗位置補
   正画像を得、次に、前記粗位置補正画像と基準画像の画
   像内の共通窓領域を設定もしくは予め定めた前記粗位置
   補正画像と基準画像のそれぞれの共通窓領域の前記Ｘ軸
   とＹ軸方向について４つの座標軸毎に同一座標軸上の画
   素値の累積値を１次元投影パタ−ンとして算出し、各画
   像の相対応する１次元投影パタ−ンについて、一方の投
   影パタ−ンを移動させながら残差が最小になる位置を微
   小位置ずれ量として求め、前記粗位置補正画像を前記微
   小位置ずれ量に基づいて平行移動して微細な位置合わせ
   を行うことを特徴とする画像位置合わせ方法。
2. 【請求項２】請求項１に記載の画像位置合わせ方法にお
   いて、微細な位置合わせを実行した後、この微細な位置
   合わせの結果に対し再度微細な位置合わせをし、その後
   さらに微細な位置合わせを繰り返し、位置ずれ補正量の
   変動が予め定めた値以内に収束したときまたは予め定め
   た繰返し回数を実行したときに位置合わせ処理を終了す
   ることを特徴とする画像位置合わせ方法。