通过把含图案物品的图像与一个计算机产生的参考图像进行比 较来自动地检验和分析图像的设备和方法在本技术领域是众知的。
作为一个例子，通常可以购买到能自动用光学方法检验印刷电路 板的系统，其中的检验是通过把被检印刷电路板的图像与一个由一个 计算机辅助制造(CAM)文件产生的图像相比较来实现的。这种系 统的一种典型结构包括：Xpert 1700TM计算机辅助制造系统、CDR 300TM 和Ref-Manager 300TM软件、以及Inspire 9000TM AOI系统，所有 这些都可以从以色列Yavne市的Orbotech Ltd.(公司名)购得。
典型地，由普通AOI系统检验的图案是由淀积在一个非导电基 底上的一些铜导线形成的。由于这种被检图案在本质上是二值的，所 以只需考虑铜导线和基底这两种可光学识别的分布。
这里列出下述两个待审批专利申请作为参考，这两个申请的权益 接受人与本申请的相同，它们都描述了适用于自动光学检验诸如电路 这样的含图案物品的设备和方法：
以色列专利申请131092，1999年7月25日备档；和
以色列专利申请131282，1999年8月5日备档。
在待审批以色列专利申请131092和131282中，描述了能检验非 二值图案的一种自动光学检验系统的硬件部分和软件部分。这种非二 值图案例如可能出现在以下这些情形中：成品印刷电路板的外层上， 球珊阵列基底上，胶带自动粘结基底上，或者其他类似的载体和芯片 封装上。除了电路之外，非二值图案还包括镀制在导线一些选择部分 上的各种异质金属以及覆盖在电路的选择部分上的半透明焊接掩模。
普通的计算机生成的二值图像参考，例如典型地用于检验印刷电 路板上电路的参考，不能提供关于可光学多级识别的分布或二值、多 级混合分布的位置的信息。于是，举例来说，在对成品球栅阵列基体 的表面进行自动光学检验时，由于在这种基底上通常至少淀积了铜导 线、部分地覆盖了铜导线的半透明焊接掩模、以及铜导线某些焊露部 分上的金镀层，而用于电路的自动光学检验的普通二值参考则未能包 含关于导线上金镀层的存在、位置和总体信息，也未能包含关于焊接 掩模的存在和相对于导线或基底的位置及整体的信息。
而且，对于普通的计算机生成参考，例如典型地用于印刷电路板 电路检验的参考来说，它们典型地只提供了关于一个被检图像或被检 电路中各个像元的像元素信息，或者提供了关于电路中一些特征的存 在和位置的信息。但关于轮廓和边缘的存在或位置的信息都没有提 供。
虽然可以通过对一个完善的或“金牌”图案的实际检测来制备能 用于检验包含了可光学多级识别的分布和/或轮廓及边缘的图案的参 考图像，但是真正使用这种通过实际检测得到的参考图像仍是有问题 的。容易看出，从检测被认为是完善的图案的物品到制备出一个参考 图像的过程是耗时的，而且必须有大的计算机存储器等资源来支持。 况且，例如借助于计算机辅助设计(CAD)文件或者计算机辅助制造 (CAM)文件来制备的参考却可以提供无法从实际检验中导出的参 考图像直接获得的信息。例如，在CAD或CAM文件中可能得到不 需要检验的电路外部区域、通道、台阶和重复数据。而且，我们永远 无法肯定用于通过对任何物品的检测来导出金牌参考图像的图案是 否真正是完善的。
上面以及整个本说明书中提及的所有参考文献均在此引用作为 参考。

本发明致力于提供一种用于物品的光学检验及它们的图像分析 (尤其是彩色图像，但不局限于彩色图像的分析)的改进的设备和方 法。相信本发明的设备和方法特别适用于检验和分析带图案物品的图 像，更适用于分析含有多种具有特征性光学属性的元素的图案物品的 图像。
特别适合于用本发明设备和方法来检验的物品包括：球栅阵列 (BGA)基底表面、印刷电路板基底表面、含有多种导电材料的特种 印刷电路板基底表面、多层印刷电路板表面、导线框表面、平板显示 器表面、混合芯片封装基底表面、自动胶带粘结基底表面、以及其他 类似的多材料图案物品表面。为了说明的简单和不限制其一般性，在 整个说明书和权利要求书中也把这些物品称作为“电路”以及它的其 他语法形式。
本发明的一个一般性方面涉及对诸如电路这样的物品的表面的 光学检验，其中被检验的表面包含了一个非二值的图案，并通过参考 一个计算机文件参考来分析。计算机文件参考例如可以通过产生多个 不同的计算机文件的组合或叠加来构建，其中每个计算机文件都代表 被检验电路的一个不同部分。例如，计算机文件可以代表多种材料的 各种淀积或重叠，这种淀积或重叠的结果组成了一个电路或电路的一 个层。对于单层电路的情形，这个单层就是适合于被自动光学检验的 顶层或可检验表面。为了说明的简单，“层”这个词在本说明书和权 利要求书中也被用来指一个淀积层或叠层，它们与另外一些淀积层或 叠层一起将形成一个可检验表面。
本发明的另一个一般性方面涉及对诸如电路这样的物品的表面 的光学检验，其中被检验表面包含了一个图案，并且通过参考一个含 有代表该图案的边缘轮廓的计算机文件参考来分析。
本发明的再一个一般性方面涉及一种计算机文件参考，它包含了 关于被检物品表面图案中多种分布的信息，每种分布具有一个不同的 基本上均匀的光学特性。计算机文件参考最好通过重叠各种叠层来构 建，其中每个叠层最好都是二值的，用于代表叠层材料出现的位置。 一个像元的光学特性取决于该像元位置处出现的各种叠层的材料。
本发明的另一个一般性方面涉及一种计算机文件参考，它包含了 关于一个图案中出现的边缘轮廓元素的信息，这个图案例如是被检物 品表面上的图案。轮廓元素，这里称为CEL，可以是二值的或彩色的。 二值CEL是代表任意两个不同的基本均匀光学特性分布之间的边缘 的CEL。颜色CEL是代表任意两个不同的基本均匀光学特性分布之 间的边缘的CEL，同时它还指明了边缘两侧的分布。CEL最好以亚 像元的精度来定义。
于是，根据本发明的一个优选实施例提供了一种电路检验系统， 它包括：一个光学子系统，用于光学检验一个电路并提供一个指明了 多于2个的不同类型区域的检验输出；以及一个分析子系统，用于分 析上述检验输出，上述分析包括把上述检验输出与一个指明了多于2 个的不同类型区域的计算机文件参考进行比较。
根据本发明的另一个优选实施例，光学子系统能够光学检验多于 1个的电路层，并且2个不同类型的区域位于电路的多于一个的层中。
根据本发明的又一个优选实施例，2个不同类型的区域包括下列 区域中的一个或几个：裸露的金属区域、被半透明材料覆盖的金属区 域、裸露的基底区域、和被上述半透明材料覆盖的基底区域。
根据本发明的再一个优选实施例，半透明材料是焊接掩模。同时 和或者，半透明材料是聚酰胺层。
根据本发明的又一个优选实施例，多于2个的不同类型区域包 括：第一裸露金属区域、第一被半透明材料覆盖的金属区域、第二裸 露金属区域、第二被半透明材料覆盖的金属区域、裸露的基底区域和 被上述半透明材料覆盖的基底区域。
根据本发明的再一个优选实施例，半透明材料是焊接掩模。同时 和或者，半透明材料是聚酰胺层。
根据本发明的另一个优选实施例，指明了多于2个的不同类型区 域的计算机文件参考包括多个计算机文件的组合，其中每个计算机文 件代表上述电路的一个不同的层。
或者，根据本发明的另一个优选实施例，指明了多于2个的不同 类型区域的计算机文件参考包括多个计算机文件的重叠，其中每个计 算机文件代表上述电路的一个不同的层。
或者，根据本发明的另一个优选实施例，指明了多于2个的不同 类型区域的计算机文件参考包括多个互相对准地重叠的计算机文件， 其中每个计算机文件代表上述电路的一个不同的层。
根据本发明的另一个优选实施例，上述计算机文件参考包括一个 代表至少一个金属层和至少一个与上述至少一个金属层互相对准地 重叠的半透明材料层的计算机文件。
根据本发明的另一个优选实施例，计算机文件参考是一个多色参 考。
根据本发明的另一个优选实施例，检验输出是一个多色输出。
再有，根据本发明的另一个优选实施例，计算机文件参考包括至 少一个CAM文件。
于是，根据本发明的一个实施例提供了一种用于构建一个指明了 电路中多于2个的不同类型区域的计算机文件参考的设备，该设备包 括一个叠加器，用于互相对准地叠加至少2个计算机文件，其中每个 计算机文件代表上述电路的一个不同部分。
根据本发明的另一个优选实施例，不同类型的区域是光学可区分 的。
根据本发明的另一个优选实施例，上述部分是电路的一个层，多 个层形成了电路的可检验表面。
根据本发明的另一个优选实施例，多于2个的不同类型区域包 括：裸露的金属区域、被半透明材料覆盖的金属区域、裸露的基底区 域、和被上述半透明材料覆盖的基底区域。
再有，根据本发明的另一个优选实施例，半透明材料是焊接掩模。 或者，半透明材料是一个聚酰胺层。
根据本发明的另一个优选实施例，多于2个的不同类型区域包 括：第一裸露金属区域、第一被半透明材料覆盖的金属区域、第二裸 露金属区域、第二被半透明材料覆盖的金属区域、裸露基底区域、和 被上述半透明材料覆盖的基底区域。
再有，根据本发明的又一个优选实施例，半透明材料是焊接掩模。 或者，半透明材料是聚酰胺层。
根据本发明的另一个优选实施例，指明了多于2个的不同类型区 域的计算机文件参考包括多个计算机文件的组合，其中每个计算机文 件代表上述电路的一个不同的层。
根据本发明的另一个优选实施例，上述指明了多于2个的不同类 型区域的计算机文件参考包括多个计算机文件的重叠，其中每个计算 机文件代表上述电路的一个不同的层。
或者，根据本发明的一个优选实施例，上述指明了多于2个不同 类型区域的计算机文件参考包括多个互相对准地重叠的计算机文件， 其中每个计算机文件代表上述电路的一个不同的层。
又或者，根据本发明的一个优选实施例，上述计算机文件参考包 括一个代表至少一个金属层和至少一个互相对准地覆盖于上述至少 一个金属层上的半透明材料层的计算机文件。
根据本发明的又一个优选实施例，上述计算机文件参考包括至少 一个CAM文件。
于是，根据本发明的另一个优选实施例提供了一种适用于电路检 验系统的计算机文件参考，它包括至少一个由计算机从代表上述电路 中的多于2个不同类型区域的计算机文件产生的计算机文件。
根据本发明的另一个优选实施例，上述各个区域是光学可区分 的。
根据本发明的又一个优选实施例，至少一个由计算机产生的计算 机文件代表了上述电路中的多于2个的不同类型区域，其中每个区域 是下述两种区域中的一种：构成电路一部分的材料区域，和构成电路 一部分的至少两种材料的组合区域。
或者，根据本发明的一个优选实施例，至少一个计算机文件包括 多个计算机文件的结合，其中每个文件代表电路的一个不同的层，并 且其中上述计算机文件参考指明了多于2个的不同类型区域。
根据本发明的又一个优选实施例，至少一个计算机文件是从多个 计算机文件导出的，其中每个计算机文件代表电路的一个不同的层， 并且其中上述计算机文件参考指明了多于2个的不同类型区域。
根据本发明的再一个优选实施例，上述参考包括多个计算机文件 的重叠，每个叠层代表上述电路一个不同的层。
根据本发明的又一个优选实施例，指明了多于2个的不同类型区 域的计算机文件参考包括多个计算机文件，其中每个计算机文件代表 上述电路一个不同的层，并且各个计算机文件互相对准地重叠。
再有，根据本发明的另一个优选实施例，计算机文件参考包括一 个代表至少一个金属层和至少一个互相对准地重叠在上述至少一个 金属层上的半透明材料层的计算机文件。
根据本发明的又一个优选实施例，计算机文件参考是一个多色参 考。
根据本发明的再一个优选实施例，检验输出是一个多色输出。
于是根据本发明的一个优选实施例提供了一种用于确定多个形 成一个图像的大像元中每个大像元的轮廓元素(CEL)的方法，其中 每个大像元包括一个小像元阵列，该方法包括：
对每个大像元指定一个小像元阵列；对每个大像元执行以下步 骤：
计算大像元一个顶点处的梯度差符号(称作DOG符号)；
沿着大像元的2条边确定2个转变点，其中每个转变点代表具有 第一值的像元与具有第二值的像元之间出现了值的转变；
根据指定给大像元的各个相邻像元的DOG值确定大像元其余顶 点处的DOG符号；以及
如果大像元至少一个顶点处的DOG符号不同于大像元至少另一 个顶点处的DOG符号，则：
沿着大像元其余的边确定其余的转变点；以及
根据确定其余转变点步骤的结果，指定一个CEL。
于是，根据本发明的一个优选实施例提供了一种用于确定多个形 成一个图像的大像元中的每个大像元的颜色轮廓元素(CEL)的方法， 其中每个大像元包括一个小像元阵列，该方法包括：
给每个大像元指定一个小像元阵列；
对每个大像元执行以下步骤：
确定含在大像元中的各个小像元的颜色的数目；
如果颜色的数目等于1，则该方法结束；
如果颜色的数目大于2，则指明在该大像元中存在一个交会点 (junction)，并结束该方法；
否则，颜色数目等于2，执行以下步骤：
计算大像元一个顶点处的梯度差符号(DOG符号)；
沿着大像元的2条边确定2个转变点，每个转变点代表具有第一 值的像元与具有第二值的像元之间出现了值的转变；
根据指定给大像元的各相邻像元的DOG值确定大像元其余顶点 处的DOG符号；以及
如果大像元至少一个顶点处的DOG符号不同于大像元至少另一 个顶点处的DOG符号，则：
沿着大像元其余的边确定其余的转变点；以及
根据确定其余转变点步骤的结果和含在大像元内的小像元的颜 色指定一个颜色CEL。
根据本发明的又一个优选实施例，每个颜色CEL定义了两个均 匀光学特性分布之间的边界，并指明了颜色CEL两侧的分布。
于是根据本发明的一个优选实施例提供了一种电路检验方法，该 方法包括对一个电路进行光学检验并提供指明了多于2个的不同类 型区域的检验输出；以及分析上述检验输出，上述分析包括把上述检 验输出与一个指明了多于2个的不同类型区域的计算机文件参考相 比较。
根据本发明的另一个实施例，该方法包括把至少两个各自代表上 述电路的一个不同的层的计算机文件互相对准地重叠。
于是根据本发明的一个优选实施例提供了一种用来确定一个图 像的多个大像元中的每个大像元的轮廓元素(CEL)的设备，其中每 个大像元包括一个小像元阵列，该设备包括：
像元指定器，用于给每个大像元指定一个小像元阵列；
CEL确定器，用于对每个大像元：
计算大像元的一个顶点处的梯度差符号(DOG符号)；
沿着大像元的2个边界确定2个转变点，每个转变点代表具有第 一值的像元与具有第二值的像元之间出现了值的转变；
根据指定给大像元的各相邻像元的DOG来确定大像元的各其余 顶点的DOG符号；以及
如果大像元至少一个顶点处的DOG符号不同于该大像元至少另 一个顶点处的DOG符号，则：
沿着大像元的其余边界确定其余的转变点；以及
根据确定其余转变点步骤的结果指定CEL。
于是根据本发明的一个优选实施例提供了一种用来确定一个图 像的多个大像元的每个大像元的颜色轮廓元素(颜色CEL)的设备， 其中每个大像元包括一个小像元阵列，该设备包括：
指定器，用于给每个大像元指定一个小像元阵列；
颜色CEL确定器，用于对每个大像元；
确定包含在大像元中的各个小像元的颜色的数目；
如果颜色的数目等于1，则该方法结束；
如果颜色的数目大于2，则指明在大像元中存在交会点，方法结 束；
否则，颜色的数目为2，则：
计算大像元一个顶点处的梯度差符号(DOG符号)；
沿着大像元的2条边界确定2个转变点，每个转变点代表具有第 一值的像元与具有第二值的像元之间出现了值的转变；
根据指定给大像元的各相邻像元的DOG值确定大像元其余各顶 点处的DOG符号；以及
如果大像元的顶点处的至少一个DOG符号不同于大像元的另一 个顶点处的至少一个DOG符号，则：
沿着大像元其余的边界确定其余的转变点；以及
根据确定其余转变点步骤的结果和含在大像元中的各小像元的 颜色，指定颜色CEL。
于是根据本发明的一个优选实施例提供了一种电路检验系统，它 包括一个光学子系统，用于对一个电路进行光学学检验并提供一个指 明了电路中至少两个不同区域之间的边界的检验输出；以及一个分析 子系统，用于分析上述检验输出，其中上述分析包括把上述检验输出 与一个指明了至少两个不同区域之间的边界的计算机文件参考相比 较。
根据本发明的另一个优选实施例，上述光学子系统能够光学检验 一个电路的多于一个的层，并且上述多于2个的不同区域包括上述电 路的多于一个的层上的区域。
根据本发明的又一个优选实施例，多于2个的不同区域包括裸露 金属区域、被半透明材料覆盖的金属区域、裸露基底区域、和被上述 半透明材料覆盖的基底区域中的两个或更多个区域。
根据本发明的再一个优选实施例，半透明材料是焊接掩模。或者 半透明材料是聚酰胺层。
根据本发明的又一个优选实施例，多于2个的不同区域包括第一 裸露金属区域、第一被半透明材料覆盖的金属区域、第二裸露金属区 域、第二被半透明材料覆盖的金属区域、裸露基底区域和被上述半透 明材料覆盖的基底区域。
根据本发明的另一个优选实施例，半透明材料是焊接掩模。或者 半透明材料是聚酰胺层。
根据本发明的另一个优选实施例，指明了多于2个的不同区域的 计算机文件参考包括多个计算机文件的组合，其中每个计算机文件代 表电路的一个不同的层。
同时或者，上述计算机文件参考包括多个计算机文件的重叠，其 中每个计算机文件代表上述电路的一个不同的层。
指明了多于2个的不同区域的计算机文件参考最好包括多个互 相对准地重叠的计算机文件，其中每个计算机文件代表电路的一个不 同的层。
根据本发明的又一个优选实施例，计算机文件参考包括一个代表 互相对准地重叠的至少一个金属层和至少一个覆盖在金属层上的半 透明层的计算机文件。
根据本发明的又一个优选实施例，计算机文件参考是一个多色参 考。
并且，根据本发明的又一个优选实施例，检验输出是一个多色输 出。
根据本发明的再一个优选实施例，计算机文件参考包括至少一个 CAM文件。同时或或者，计算机文件参考包括多个CAM文件。
根据本发明的又一个优选实施例还提供了一种用于电路检验的 方法。该方法包括光学检验一个电路并提供一个指明了电路中至少2 个不同区域之间的边界的检验输出，以及分析该检验输出。其中的分 析包括把检验输出与一个指明了至少2个不同区域之间的边界的计 算机文件参考相比较。
根据本发明的另一个优选实施例，光学检验包括光学检验电路的 多于一个的层和多于2个的不同区域，包括多于一个的电路层上的区 域。
根据本发明的又一个优选实施例，多于2个的不同区域包括裸露 金属区域、被半透明材料覆盖的金属区域、裸露基底区域、和被半透 明材料覆盖的基底区域。
并且，根据本发明的又一个优选实施例，半透明材料是焊接掩模。 或者半透明材料是聚酰胺层。
根据本发明的再一个优选实施例，多于2个的不同区域包括第一 裸露金属区域、第一被半透明材料覆盖的金属区域、第二裸露金属区 域、第二被半透明材料覆盖的金属区域、裸露基底区域、和被半透明 材料覆盖的基底区域。
根据本发明的又一个优选实施例，指明了多于2个的不同区域的 计算机文件参考包括多个计算机文件的组合，其中每个计算机文件代 表电路的一个不同的层。
根据本发明的又一个优选实施例，指明了多于2个的不同区域的 计算机文件参考包括多个计算机文件的重叠，其中每个计算机文件代 表一个不同的电路层。
根据本发明的又一个优选实施例，指明了多于2个的不同区域的 计算机文件参考包括多个互相对准地重叠的计算机文件，其中每个计 算机文件代表上述电路的一个不同的层。
根据本发明的又一个优选实施例，计算机文件参考包括一个代表 至少一个金属层和至少一个互相对准地覆盖在至少一个金属层上的 半透明层的计算机文件。
此外，根据本发明的再一个优选实施例，计算机文件参考是一个 多色参考。或者，检验输出是一个多色输出。
根据本发明的又一个优选实施例，计算机文件参考包括至少一个 CAM文件。同时或者，计算机文件参考包括多个CAM文件。
附图说明
通过下面结合附图的详细说明，将可更充分地理解和承认本发 明。在附图中：
图1A是一个根据本发明一个优选实施例构建和操作的电路检验 系统的简化方框图说明；
图1B是有助于理解本发明的一个电路的简化图示；
图2是说明一个计算机文件参考的图1系统一部分的优选实现的 简化方框图；
图3是说明图1系统的一种优选操作方法的简化流程图；
图4是说明已示于涉及到计算机文件参考的生成的图2中的图1 系统的一部分的操作的简化流程图；
图5A-5C是说明一些叠层的例子的简化图示，它们可结合在一 起组成一个电路的可检验表面；
图5D是说明电路的可检验表面的一个例子的简化图示，它可由 图5A-5C的叠层组成；
图6是说明通过结合图5A-5C的叠层来构成图5D可检验表面 的简化图示；
图7是说明图2的一部分设备的一种优选操作方法的简化流程 图，其中涉及二值CEL的生成；
图8是有助于理解图7方法的说明一个由多个小像元构成的大像 元的简化图示；
图9是有助于理解图7方法的说明一个大像元及其邻域的简化图 示；以及
图10是说明图2的一部分设备的一种优选操作方法的简化流程 图，其中涉及颜色CEL的生成。

现在参见图1A，这是一个说明根据本发明一个优选实施例构建 和操作的电路检验系统的简化方框图。图1A系统最好包含一个适用 于检验例如电路这样的物品的光学检验子系统100。该光学检验子系 统100最好能提供一个指明了被检电路中的多于2个的不同类型区域 的检验输出。同时，光学检验子系统100最好还能提供一个指明了被 检电路中至少2个不同类型区域之间的边界或轮廓的检验输出。
在整个本说明书和权利要求书中，“不同类型区域”一词例如可 以用来指下述各种或类似类型的区域中的任何一种：
1、多种具有不同颜色特性的区域。
2、多种具有不同材料或一般地具有不同材料层的区域。
3、多种区域，例如包括裸露的金属区域、裸露的镀有另一种金 属的金属区域、覆盖了一种半透明材料的金属区域、裸露的基底区域， 和覆盖了一种半透明材料的基底区域；其中半透明材料例如可以是聚 酰胺层或焊接掩模。
现在再参见图1B，这是有助于理解本发明的一个电路的简化图 示。下面对图1B的说明将有助于理解上述“不同类型区域”一词。 图1B的目的是为可利用本发明进行光学检验和分析的物品提供一个 具体的例子。图1B所示的例子没有限制性的意义。
图1B的例子包括一个含有一个球栅阵列(BGA)基底的电路101。 如本技术领域所众知的，BGA101典型地包括：被例如焊接掩模这样 的半透明或透明涂层所覆盖的铜导线区域102、裸基底区域103、被 半透明或透明焊接掩模覆盖的基底区域104、镀有例如金这样的金属 镀层的例如铜导电球区域105、和功率线106。此外，某些镀层区域 也可以被半透明或透明的焊接掩膜所覆盖，如被覆盖的球107。
应该指出，上述每种不同材料和不同材料组合的区域都可由可区 分的颜色分布来表征。例如，裸铜与镀金铜区域可用颜色区分。焊接 掩模典型地是绿色的，被焊接掩模覆盖的铜典型地呈浅绿色，被焊接 掩模覆盖的镀金铜典型地呈现十分浅的绿色，而被焊接掩模覆盖的基 底则典型地呈深绿色。可以设想，出现在一个电路上的焊接掩模、其 他材料和几种材料的组合可能具有其他的颜色。
如被这里引用作为参考的于1999年7月25日备档的特审批以色 列专利申请131092中所说明的，与材料或材料组合相关的每种不同 的颜色分布都是可识别的，并且可以产生下列表示中的一个或多个表 示来代表一个均匀颜色分布区域：代表任何两个颜色分布之间的边界 或边缘的“二值轮廓元素”(这里把轮廓元素称为“CEL”)；代表任 何两个颜色分布之间的边界或边缘并且指明了其中各自的颜色分布 的“颜色形态特征”。
应该指出，有各种各样的适当图像处理和分析系统可被用作光学 检验子系统100。下列2个待审批申请说明了适当的图像处理和分析 系统的一个具体例子中的软件和硬件部分，这两个申请的受权人与本 申请的相同，其公开的内容已在此引用作为参考，它们是：
以色列专利申请131092，1999年7月25日备档；和
以色列专利申请131282，1999年8月5日备档。
回到图1A，光学检验子系统100接纳电路110，例如图1B中的 BGA 101，以进行检验。虽然图1A中把电路110画成为一个BGA， 但这仅是作为例子，应该看到，任何适当的电路或其他适当的含图案 物品都可以被检验。
图1A的系统最好还包含一个分析子系统120，典型地它可用软 件和通用性硬件的适当结合来实现。为了优化性能，分析子系统120 中还至少可以部分地含有专用硬件。
分析子系统120最好从光学检验子系统100接收关于被检电路 110的检验输出(称为“在线”检验输出)，并最好能借助一个计算 机文件参考130来分析在线检验输出。计算机文件参考130最好如前 所述，能识别多于2个的不同类型区域，例如多于2个的均匀颜色分 布区域和各个区域之间的边缘轮廓。也就是说，分析子系统120最好 能识别CEL、特征和多于2个的不同类型区域。
由分析子系统120产生的结果最好包含关于其各个输入之间的 差别的指示。在本发明的一个优选实现中，计算机文件参考130代表 了电路110的理想形式，而分析子系统120所产生的结果则代表了关 于电路110的在线检验输出相对于理想形式的偏差或误差。
计算机文件参考130最好包括一个由计算机产生的计算机文件。 这里所用的“由计算机产生的计算机文件”是指诸如计算机辅助制造 (CAM)文件、计算机辅助设计(CAD)文件、以及可以在计算机 与其用户的互动下在计算机中产生的任何其他合适类型的计算机文 件。“计算机产生的计算机文件”这个词希望能排除那种通过对一个 被认为是毫无缺陷的或“金牌”物品的检验而导出的参考文件，例如 排除那种利用上面参考光学检验子系统100所描述的类型的光学检 验系统所导出的计算机文件。
计算机文件参考130的至少一部分最好具有类似于光学检验子 系统100的至少一部分的检验输出格式的格式，这样能使分析子系统 120在例如通过比较相应数据来执行上述分析时较为有效。或者，应 该指出，分析子系统120能够把计算机文件参考130和光学检验子系 统110的输出中的一个或两者转换成相似的或相同的格式。再或者， 可以单独地提供一个兼容的转换单元(未示出)来执行这种转换。
应该指出，分析子系统120最好能对准计算机文件参考与在线检 验输出。把在线检验输出动态地对准于参考的方法是本技术领域所众 知的。动态地对准在线检验输出与计算机文件参考的一个优选方法在 授予Harel等人的美国专利No.5,495,535中有所说明，该专利公 开的内容在此引用作为参考。
计算机文件参考130最好用一个计算机文件参考构建器140产 生。计算机文件参考构建器140最好能根据多个输入来产生计算机文 件参考130。这多个输入最好包括多个文件，例如多个CAM文件， 每个CAM文件描述一个对应于电路110的一个层设计的一部分的叠 层。这个层设计中的层例如可以是一个单层，如一个多层电路的外层。 图中示出的分别代表第一、第二、第三叠层的第一、第二、第三计算 机文件144、146、148只是作为举例。计算机文件参考构建器130可 以用任何适当的方法来产生计算机文件参考130，例如通过产生计算 机文件144、146、148的一个组合或重叠，特别是产生一个互相对准 的重叠来产生。
现在参见图2，这是说明制备计算机文件参考的图1A系统的一 部分的一个优选实现的简化方框图。图2的设备包括图1A中计算机 文件参考构建器140的一个优选实现。应该指出，其他的优选实现也 是可能的，而图2的实现仅是一个举例，没有限制的意义。
如本技术领域所众知的，计算机文件参考构建器140的各个部件 典型地是以硬件与软件相结合的形式实现的。
图2的设备最好包括一个CAM工作站150。CAM工作站150可 以包括任何合适的计算机工作站，它最好能运行可购得的电路制造 CAM软件包，例如可从Orbotech Ltd.(公司名)购得的XpertTM 1700 CAM软件。如本技术领域所众知的。典型地CAM工作站150能接 收输入的CAD数据并由此产生CAM数据，该数据的格式典型地是 用于电路制造设备操作的矢量格式。
输入的CAD数据可以具有任何适当的格式，例如在PCB(印刷 电路板)制造领域中众知的用于成像系统的计算机辅助制造文件的 Gerber(盖博)格式。矢量格式的CAM数据可以具有任何适当的格 式，例如广泛使用于PCB制造的CAM格式即aoiimg或opf格式。 在本发明中，所使用的CAM数据或CAD数据最好包括定义了组成 电路的一个层的多个叠层的数据，这里的电路层例如是BGA的顶层 或外层。举例来说，而不是对前述内容广义性的限制，CAM数据可 以包括图1A中的计算机文件144、146和148。
图2的设备最好还包括一个矢量/扫描栅转换单元160。矢量/扫 描栅转换单元160可以包括任何适当的单元，它能接收矢量格式的输 入并产生扫描栅格式的输出，该输出将形成一个具有多个像元位置的 图像，并最好能规定每个像元的状态，例如指明了每个系统像元是黑 还是白的二值状态。或者也可以指明非二值的状态。从矢量到扫描栅 的转换是本技术领域所众知的。
应该指出，由检验子系统100(图1A)所执行的图像分析所用的 实际分辨力最好比获取被检物品的图像时所用的光学分辨力高。因此 有必要把计算机文件参考130构建得具有图像检验子系统100在执行 图像分析时所用的较高的分辨率。
应该指出，作为对CAM工作站150，矢量/扫描栅转换器160和 下面将说明的叠加器170的一种取代，也可以使用其他设备和/或其 他手段来为每个层或叠层直接产生扫描栅格式的数据。例如，可以在 CAM处理器(未示出)中直接产生扫描栅格式的数据，然后把它们 提供给图2的其他部件。
矢量/扫描栅转换单元160的输出最好被一个二值CEL产生器和 骨架产生器174以及下述的叠加器170接收。二值CEL产生器和骨 架产生器174最好能根据接收到的输入来产生二值CEL和骨架信息。 二值CEL最好是一个定义了一个图像中任何两个不同均匀颜色分布 之间的边界的CEL。均匀颜色分布是一个具有一种明显可区分的光学 属性的区域，这种属性例如是反射率或颜色，并且一般可以与一种材 料或材料组合关联起来。骨架是例如通过腐蚀、扩张技术所产生的区 域的形态骨架。
根据图像的像元产生二值CEL和骨架信息的方法在1999年7月 25日备档的待审批以色列专利申请131092中有所说明，该申请已在 此引用作为参考。根据扫描栅格式信息产生二值CEL的另一种优选 方法将在下面参考图7作较详细的说明。
图2的设备还包括一个叠加器170。叠加器170最好能把从几个 源接收到的扫描栅格式数据重叠起来。数据是从矢量/扫描栅转换单 元160接收的。每一个源，例如一个计算机文件叠层144、146、148 (图1A)，最好能代表各种材料的分开的淀积或叠层中的一个，再加 上一些附加信息，例如描述铅孔和不准备检验的遮挡区域等等的位置 的ASCII信息，以及描述被检物品的单层或可检验表面，例如已加工 好的BGA的顶层或外层的ASCII信息。这样，如下面将参考图5A -5D作详细说明的例子那样，一个源描述了焊接掩模叠层的区域。 各个淀积或叠层最好是互相对准地重叠的。
叠加器170还最好能产生至少包括电路的一个多色图像的输出， 这种图像在这里也称作彩色图像或全色扫描栅图像。在多色图像中， 扫描栅中的每个像元被指定预先选择数目的颜色之一，这样作的一个 功能是层或者层的组合在给定的像元处提供数据。多色图像最好被一 个遮挡掩模产生器182接收，后者最好还接收CAM工作站150输出 的ASCII格式数据和关于一个或多个层或叠层的CEL格式信息，并 且最好能据此产生规定了不准备检验区域遮挡掩模。
叠加器170在产生例如彩色扫描栅图像这样的输出时，最好能考 虑到一些规定了以不同方式进行各个叠层的叠加的结果的预定规则， 并给由各个叠层代表的每种材料结合指定一个专门的可识别颜色分 布。这些规则最好还包含关于各个叠层之间关系的信息。例如，如果 各个叠层分别是规定了铜导线区域、焊接掩模区域和镀金导体区域的 输入，则在预定的规则中最好包括下述用来确定准备指定给一个像元 的颜色分布的规则：
导线+无焊接掩模+无镀金＝铜
无导线+无焊接掩模+无镀金＝裸基底
导线+焊接掩模+无镀金＝覆盖在铜上的焊接掩模
导线+焊接掩模+镀金＝覆盖在金上的焊接掩模
无导线+焊接掩模+无镀金＝覆盖在基底上的焊接掩模
多色图像最好还被颜色CEL/颜色骨架产生器178接收，后者最 好能执行类似于二值CEL产生器和骨架产生器174的操作，下面将 参考图10给出较详细的说明。
叠加器170还能产生代表被检图像的一个“金牌”或完善样本的 例如二值CEL数据这样的二值数据，也就是规定了任何两个不同的 均匀颜色分布之间的轮廓或边界的二值数据。该二值的金牌数据最好 被二值CEL产生器和骨架产生器174接收，后者的优选功能已在前 面说明。
二值CEL产生器和骨架产生器174、颜色CEL/颜色骨架产生器 178和遮挡掩模产生器182的输出最好能仿真出一个如同由光学检验 子系统100所产生那样的被检物品的表示。这些输出被输入给一个学 习处理器186，后者最好能由此产生计算机文件参考130，这种文件 参考例如包含了适合于作为检验系统中的一个参考的关于CEL或电 路的其他适当的特征表示的集合的适当矢量表示。学习处理器186的 一个优选实现在1999年8月5日备档的待审批以色列专利申请 131282中有详细说明，该申请已在此引用作为参考。
现在参见图3，这是一个说明图1A系统的一个优选操作方法的 简化流程图。图3的方法最好包括以下步骤：
根据一些代表一个电路设计的一些层的计算机文件，构建一个计 算机文件参考(步骤190)，并且最好把它离线地存储在一个存储器 中。利用光学检验来分析电路(步骤200)，并产生在线检验输出。 如前面参考图1A所说明的，步骤200的输出与由步骤190所产生的 计算机文件参考最好具有相兼容的格式。
分析光学检验的结果，其中典型地包括与计算机文件参考的比 较，其方法例如是把被检电路中的相应二值CEL和颜色CEL匹配于 计算机文件参考中的二值CEL和颜色CEL(步骤210)。典型地，分 析和比较是与光学检验同时在线进行的。最好产生这样一个检验结果 215，典型地其中指明了步骤190输出中可能存在的相对于步骤200 输出的一个或多个缺陷。
现在参见图4，这是一个说明图2所示的图1系统的一部分的操 作的简化流程图，这一操作涉及骤及计算机文件参考的生成。图4的 方法最好包括以下步骤：
接收代表各个其总体构成了电路的一个层的叠层的CAD数据 (步骤220)，并把该数据转换成CAM数据，典型地转换成矢量格式 的CAM数据(步骤230)。把每个叠层的矢量格式CAM数据转换成 扫描栅格式(步骤240)。如果一开始提供的就是每个叠层的扫描栅 格式数据，则步骤220、230和240可以略去。
通过互相重叠代表每个叠层的扫描栅格式数据，产生被检电路的 一个层的表示(步骤250)，该表示最好包括一个彩色扫描栅图像， 其中示出了由各个叠层的结合所得到的各种均匀颜色分布。均匀颜色 分布最好根据前面参考图2中的叠加器170所说明的预定规则来指 定。通过分析包括步骤250和步骤230的输出在内的数据，产生CEL 和骨架信息和遮挡掩模信息(步骤260)，其中CEL和骨架信息最好 都是二值的和具有颜色的。利用步骤260的结果，其中最好包括一个 或多个二值CEL、骨架、颜色CEL和颜色骨架，进行学习处理，进 而产生一个代表理想被检电路的计算机文件参考(步骤270)。
现在参见图5A-5D和图6，它们可以帮助理解本发明：
图5A-5C是三个叠层的例子的简化图示，它们可以结合在一起 组成电路的一个可检验表面的表示，例如一个BGA。在所示的例子 中，图5A是一个指明了铜导线区域280和基底区域282的叠层的简 化图示。图5B是一个指明了被半透明焊接掩模覆盖(284)和未被 其覆盖(286)的区域的叠层的简化图示。图5C是一个指明了镀金 (288)和非镀金(290)的区域的叠层的简化图示。
图5D是电路的可检验表面的一个例子的简化图示，该表面例如 是一个BGA的外层，该表面可由图5A-5C的叠层组成，其中示出 了以下这些区域：被焊接掩模覆盖的铜导线区域292，被焊接掩模覆 盖的基底区域294，镀金的铜导体区域296，以及裸露基底区域298 和裸露铜区域299。
图6是说明通过结合图5A-5C的叠层来构成图5D的可检验表 面表示的处理的简化图示。
通过上面的说明，特别是对图2的说明，图5A-5D和图6一般 可以不言自明。
现在参见图7，这是一个说明图2中的二值CEL产生器和骨架产 生器174的一种优选操作方法的简化流程图。图7的方法包括了根据 输入的CAM数据来产生CEL的一个优选实现，该方法既可对如图 5A、5B、5C所示的任何一个单叠层执行，也可对如图5D所示的重 叠图像执行，从而产生在生成计算机文件参考130时可能需要的关于 电路层中的各种材料结合之间的边界的CEL。1999年7月25日备档 的待审批以色列专利申请131092中所说明的一些方法可以用来从扫 描栅数据输入产生骨架，该申请已在此引用作为参考。
图7的方法最好包括以下步骤：
把组成输入扫描栅图像的各小像元组群成一些大像元(步骤 300)，其中每个大像元的尺寸最好对应于光学检验子系统100(图1A) 的光学像元尺寸。每个大像元最好是一个矩形的小像元阵列。小像元 的尺寸最好对应于光学检验子系统100在在线检验和电路的图像处 理时所用的亚像元分辨力。典型地，关于产生一个物品，例如被检电 路的亚像元分辨力图像，一般可以用授予Caspi等人的美国专利No. 5,774,572和No.5,774,573中所说明的方法来实现。
现在再参见图8，这是一个有助于理解图7方法的说明一个由多 个小像元组成的大像元的简化图示。在图8中示出了单个大像元375。 大像元375包含多个排列成一个矩形阵列的小像元377。大像元375 最好是一个4×4或16×16的小像元阵列；图示的10×10阵列只是 为了简化说明，没有限制的意义。一般，阵列的大小将对应于前面参 考图2所说明的矢量/扫描栅转换单元160(图2)所使用的阵列大小， 它最好对应于光学检验子系统100所用的亚光学像元分辨力。
图7中的其余步骤最好对每个大像元各执行一次，并且最好按照 本技术领域熟知的某个预定扫描模式来执行。
在每个大像元375的一个顶点处确定一个高斯差(DOG)符号(步 骤310)。DOG符号是当前点处光学像元的强度的二次导数的正负号， 它是光学像元强度的函数，并且最好规定当当前大像元的光学强度比 较暗时该符号为正，否则为负。DOG符号是对被检物品图案的边界 所穿过的一个光学像元的边缘的指示。这样，一条边界穿过具有相反 的符号的正/负DOG符号的光学像元375的各个顶点之间，而在具有 相同的DOG符号的顶点之间没有边界穿过。
可以对图8中的4个顶点380、390、400和410中的任何一个顶 点确定DOG符号。不过如下面将说明的，由于各相邻大像元之间的 相连性质，对于每个大像元375只需确定一个顶点的DOG符号，而 其他顶点的DOG符号可从相邻的大像元获得。
对4个顶点确定的DOG符号这里分别用DOG符号0、DOG符 号1、DOG符号2、DOG符号3表示，它们分别对应于顶点380、390、 400、410。为了说明简单，在图7步骤的说明中假定使用了顶点400 处的DOG符号2，但应指出，本领域技术人员也可选择另外一个DOG 符号，并对图7方法的其余部分作出相应的改变。
计算电路检验中所获得的像元图像中的DOG的方法是本技术领 域所众知的，例如在1999年7月25日备档的待审批以色列专利申请 131092中就有所说明，该申请已在此引用作为参考。计算DOG的方 法在下述已在此引用作为参考的美国专利No.5,774,572(Caspi) 和No.5,774,573(Caspi等人)中也有说明。应该指出，熟悉本技 术的人也可用其他方法来计算扫描栅图像中的DOG符号，即简单地 基于含在一个大像元中的两个颜色分布之间的关系来计算。如果一个 分布比另一个分布亮，则最好取较亮分布的DOG符号为负，取较暗 分布的DOG符号为正。DOG值的确定最好通过计数当前大像元中的 暗小像元数目并与当前大像元的相邻大像元比较来进行。这样就不再 需要执行前面所引用的参考文献所说明的完全DOG计算。
由当前大像元边界上的小像元数目来确定两个转变点的值(步骤 320)。转变点的值是指，作为大像元375的边界420、430、444、和 450上的一个发生了亮/暗小像元之间的转变的点的函数，为大像元 375的边界420、430、444、450所分配的一个值。转变的存在由各 相邻顶点处出现相反的DOG符号指明。
应该指出，通过识别边界上的小像元在何处发生了0至1或1到 0的转变，便可以简单地确定一个转变点。在图8中，其值发生了转 变的转变点出现在边界440和450上。应该注意，在边界420或430 上都没有从亮到暗(0到1)的小像元值的转变。为了跟踪，最好给 边界420和430指定一个转变点值，例如-1，以表明沿着这种边界 不发生小像元值的转变。边界440和450都可以指定一个转变点值， 以表明已发现在相应的边界上有小像元值的转变。用来代表CEL的 一种优选数据结构在已在此引用作为参考的以色列专利申请131282 中有所说明。
如下面将说明的，对于每个大像元最好只确定其两条边界的转变 点值，而另外的转变点值可以从相邻的大像元获得。为了说明简单， 假定在步骤320中对边界440和450确定转变点值，应该指出，熟悉 本技术领域的人也可选择另外两条边界并相应地变动图7方法的其 余部分。
如果在一条给定边界上发现了小像元的多于一个的从亮到暗或 从暗到亮的转变，则对该边界最好只采用一个转变，例如第一个转变。 所谓第一个转变也是可以任意选取的，例如对于水平边界取最左端的 那个转变，对于垂直边界取最高的那个转变，或者相反地取也可以。 应该指出，如果采用第一个转变，则最好停止对该边界另外转变的搜 寻。此外，通过根据需要在下述的步骤360中从相邻大像元中取出两 条边界上的转变点值来保持转变点值在邻接大像元之间的连续性。
因此，只要对大像元的一个顶点计算出了DOG符号，当前大像 元其余3个顶点的DOG符号就可以从3个相邻大像元的顶点的DOG 值获得(步骤330)，应该指出，在执行步骤330之前需确定相邻大 像元的DOG值并予以缓存。
现在再参见图9，这是一个有助于理解图7方法的关于一个大像 元及其相邻大像元的简化图示。如图9所示，以(Xi，Yi)表示的当 前大像元470具有4个顶点472，474，476，478和5个相邻像元： (Xi+1，Yi)480；(Xi+1，Yi-1)482；(Xi，Yi-1)484；(Xi-1， Yi-1)486；和(Xi-1，Yi)488。应该看到，对于熟悉本技术的人， 如果对于像元470确定的是顶点472处的DOG值，则按逻辑其余3 个顶点474、476、478(对应于图8中的顶点380、390、410)处的 DOG符号可由相邻像元的DOG符号确定。例如，顶点474的DOG 符号可从像元484取得，顶点476的DOG符号可从像元486取得， 顶点478的DOG符号可从像元488取得。
判断当前大像元的4个DOG符号是否全部相同(步骤340)。如 果它们完全相同(正的或负的)，由此表明在当前大像元中没有从白 到黑的转变，于是没有边界穿过当前大像元375，所以不给当前大像 元375指定CEL(步骤350)。如果4个DOG符号不完全相同，则根 据在相邻大像元中找到的相应转变点值，获取其余边界的转变点值。 通过参考上面关于步骤330和图8、图9的讨论，从相邻像元确定其 余的转变点值是不言自明的。
如果4个DOG符号不全相同(正的或负的)，则根据前面确定的 转变点值来指定CEL(步骤370)。CEL的端点根据转变值确定，并 且最好还根据大像元375中的白、黑区域相对于CEL的取向来给CEL 指定一个矢量方向。再次参见图8，CEL 460是根据边界440和450 上的转变点确定的。在已在此引用作为参考的以色列专利申请131282 中的说明了一种关于包含矢量方向在内的CEL的优选数据结构。
现在参见图10，这是关于图2颜色CEL/颜色骨架产生器178的 一个优选操作方法的简化流程图。除了特别说明的内容之外，图10 的方法与图7的方法类似，应可通过参考上述对图7的讨论来理解。 应该指出，对图10的输入最好包括一个彩色扫描栅图像，其中扫描 栅的每个像元都被指定了一个颜色，该颜色最好是一些对应于与被检 物品表面上的各种材料叠层的结合相关的均匀颜色分布的一些预定 颜色中的一个颜色。颜色的指定最好根据前面参考叠加器170(图2) 说明的规则来执行。
图10的方法最好包括以下步骤：
在执行了前面参考图7所说明的步骤300之后，确定由组成当前 大像元的那些小像元所代表的不同颜色的数目，并根据大像元中出现 的颜色数目来作出决策(步骤490)：
1、如果当前大像元中的颜色数目为1，则当前大像元内不存在 边界，于是不给当前大像元指定CEL(步骤350)。
2、如果当前大像元中的颜色数目大于2，则给当前大像元指定 一个交会点(步骤500)。在已在此引用作为参考的待审批以色列专 利申请131092(1999年7月25日备档)中，对交会点有所说明。
3、如果当前大像元中的颜色数目为2，则该方法最好继以步骤 1310，进行类似于图7步骤310的操作。应该指出，在此情形下，需 确定颜色DOG或CDOG。CDOG中同时考虑了颜色和相对像元强度。 在步骤1370中指定的CEL最好是一个颜色CEL，其中包含了关于当 前大像元中的两个颜色的信息，其典型情况在前面引用的待审批以色 列专利申请131092中有所说明。
应该指出，由于给CDOG指定一个符号需考虑到颜色，在确定 符号的正、负时需采用自洽性逻辑。于是根据本发明的一个优选实施 例，最好按照下列的等级次序来根据颜色确定正负号：
1、金
2、铜
3、覆盖于金属的焊接掩模
4、覆盖于基底的焊接掩模
5、裸露基底
当一个大像元含有代表上述任何两种材料的颜色时，具有较高等 级的材料最好被指定负的CDOG值，较低等级的材料最好被指定正 的CDOG值。例如，如果一个大像元含有一些代表金和代表覆盖于 基底的焊接掩模的小像元，则当大像元某个顶点处是金的小像元时它 将被指定一个负的CDOG值，而当某个顶点处是覆盖于基底的焊接 掩模的小像元时它将被指定一个正的CDOG值。
应该指出，步骤1310、1320和1360分别类似于图7的步骤310、 320和360；而步骤1330、1340、1350和1370则分别对应于图7的 步骤330、340、350和370，只是其中用CDOG代替DOG。
应该指出，为了清晰起见而在一些分开的实施例中说明的本发明 的各种特征也可以被结合到单个实施例中。反之，为了简短起见而在 单个实施例中说明的本发明的各种特征也可以分别地或者以任何适 当的部分组合来提供。
熟悉本技术领域的人应可看到，本发明并不受到前面具体示出和 说明的内容的限制。本发明的范畴应该仅仅由下面的权利要求来定 义。
本申请是申请日为2000年12月22日、申请号为00819159.X、 发明名称为“用于检验多色和轮廓图像的CAM(计算机辅助制造) 参考”的中国专利申请的分案申请。