CN114764180B - 待测物的聚焦方法及聚焦***、设备和存储介质 - Google Patents

待测物的聚焦方法及聚焦***、设备和存储介质 Download PDF

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Abstract

一种待测物的聚焦方法及聚焦***、设备和存储介质，聚焦方法包括：获取待测物在不同聚焦高度下的标定图像；根据标定图像获取每层标定图形的第一聚焦度参数与聚焦高度的分布关系，分布关系为高斯分布；分别对多层标定图形的分布关系求对数后进行加权处理，获取与聚焦高度呈线性关系的标定曲线；获取最佳聚焦高度参考值；拍摄获取待测物的待测图像；根据待测图像获取每层标定图形的第二聚焦度参数；将待测图像中每层标定图形的第二聚焦度参数分别求对数后进行加权处理，获取测试差值；利用标定曲线确定测试差值所对应的实际高度，并计算最佳聚焦高度参考值与实际高度的差值作为待测图像的离焦量。本发明在保证聚焦精度的同时，提高聚焦速度。

Description

待测物的聚焦方法及聚焦***、设备和存储介质
技术领域
本发明实施例涉及量测领域，尤其涉及一种待测物的聚焦方法及聚焦***、设备和存储介质。
背景技术
在基于大倍率显微成像进行量测的应用中，聚焦的准确性往往直接影响了量测的精度，例如在套刻误差量测中，不同的高度下即使只差几十纳米，测得的套刻误差都会存在差异性。另一方面，聚焦速度又直接影响了量测的效率，聚焦时间过长将导致量测效率的变低。
传统的聚焦算法通常有两种，一种是采用成像的方式基于不同高度下拍摄的图像，利用图像聚焦度(例如，图像锐度)对于高度的响应来确定最佳聚焦高度，但是这种做法为了达到较高的量测精度，往往需要在较小的步长下拍摄多张图像，数据采集时间长，量测效率低下。另一种是采用非成像的方式(例如利用干涉的方式)，测量获得物体距离镜头的距离，但是这种方式需要配备额外的光学***(例如干涉***)，成本较高，且整体的***较复杂。
发明内容
本发明实施例解决的问题是提供一种待测物的聚焦方法及聚焦***、设备和存储介质，在保证聚焦精度的同时，提高聚焦速度。
为解决上述问题，本发明实施例提供一种待测物的聚焦方法，所述待测物包括多层标定图形，所述多层标定图形沿聚焦方向上具有不同高度，所述聚焦方法包括：沿所述聚焦方向获取所述待测物在不同聚焦高度下的标定图像；根据所述标定图像获取每一层所述标定图形的第一聚焦度参数与所述聚焦高度的分布关系，所述分布关系为高斯分布；分别对所述多层标定图形所对应的分布关系求对数后进行加权处理，获取标定曲线，所述标定曲线与所述聚焦高度呈线性关系；获取所述多层标定图形的最佳聚焦高度参考值；拍摄获取所述待测物的待测图像；根据所述待测图像获取所述待测图像中每一层标定图形的第二聚焦度参数；将所述待测图像中每一层标定图形的第二聚焦度参数分别求对数后进行所述加权处理，获取测试差值；利用所述标定曲线确定所述测试差值所对应的实际高度，并计算所述最佳聚焦高度参考值与所述实际高度的差值，作为所述待测图像的离焦量。
相应的，本发明实施例还提供一种待测物的聚焦***，所述待测物包括多层标定图形，所述多层标定图形沿聚焦方向上具有不同高度，所述聚焦***包括：图像获取模块，用于沿所述聚焦方向获取所述待测物在不同聚焦高度下的标定图像，还用于拍摄获取所述待测物的待测图像；第一图像处理模块，用于根据所述标定图像获取每一层所述标定图形的第一聚焦度参数与所述聚焦高度的分布关系，所述分布关系为高斯分布；第一数据处理模块，用于根据所述标定图像获取每一层所述标定图形的第一聚焦度参数与所述聚焦高度的分布关系，所述分布关系为高斯分布；第二数据处理模块，用于获取所述多层标定图形的最佳聚焦高度参考值；第二图像处理模块，用于根据所述待测图像获取所述待测图像中每一层标定图形的第二聚焦度参数；第三数据处理模块，用于将所述待测图像中每一层标定图形的第二聚焦度参数分别求对数后进行所述加权处理，获取测试差值；第四数据处理模块，用于利用所述标定曲线确定所述测试差值所对应的实际高度，并计算所述最佳聚焦高度参考值与所述实际高度的差值，作为所述待测图像的离焦量。
相应地，本发明实施例还提供一种设备，包括至少一个存储器和至少一个处理器，所述存储器存储有一条或多条计算机指令，其中，所述一条或多条计算机指令被所述处理器执行以实现本发明实施例所述的待测物的聚焦方法。
相应地，本发明实施例还提供一种存储介质，所述存储介质存储有一条或多条计算机指令，所述一条或多条计算机指令用于实现本发明实施例所述的待测物的聚焦方法。
与现有技术相比，本发明实施例的技术方案具有以下优点：
本发明实施例提供的聚焦方法中，沿所述聚焦方向获取所述待测物在不同聚焦高度下的标定图像后，根据所述标定图像获取每一层所述标定图形的第一聚焦度参数与聚焦高度的分布关系，所述分布关系为高斯分布，随后分别对所述多层标定图形所对应的分布关系求对数后进行加权处理，获取具有线性关系的标定曲线，所述标定曲线即为第一聚焦度参数在对数坐标系下的差分响应曲线，因此，通过预先获取在对数坐标系下的第一聚焦度参数差值与聚焦高度的关系，在拍摄获取待测图像后，通过将所述待测图像中每一层标定图形的第二聚焦度参数分别求对数后进行所述加权处理，获取测试差值，将所述已知的测试差值代入所述标定曲线，即可获得所述待测图像的实际高度，从而通过计算所述最佳聚焦高度参考值与所述实际高度的差值，即可获得所述待测图像的离焦(focus shift)量，与在较小的步长下拍摄多张图像以确定最佳聚焦高度参考值的方案和采用非成像方式(例如利用干涉的方式)确定最佳聚焦高度参考值的方案相比，本发明实施例能够在不增加额外硬件(例如干涉***)成本的情况下，在保证聚焦精度的同时，提高聚焦速度。
本发明实施例提供的聚焦***中，利用图像获取模块沿所述聚焦方向获取所述待测物在不同聚焦高度下的标定图像后，第一图像处理模块根据所述标定图像获取每一层所述标定图形的第一聚焦度参数与聚焦高度的分布关系，所述分布关系为高斯分布，随后利用第一数据处理模块分别对所述多层标定图形所对应的分布关系求对数后进行加权处理，获取具有线性关系的标定曲线，所述标定曲线即为第一聚焦度参数在对数坐标系下的差分响应曲线，因此，利用图像获取模块拍摄获取待测图像后，通过第二图像处理模块获取所述待测图像中每一层标定图形的第二聚焦度参数，并通过第三数据处理模块将所述待测图像中每一层标定图形的第二聚焦度参数分别求对数后进行所述加权处理，获取测试差值后，通过第四数据处理模块将所述已知的测试差值代入所述标定曲线，即可获得所述待测图像的实际高度，从而通过计算所述最佳聚焦高度参考值与所述实际高度的差值，即可获得所述待测图像的离焦量，与在较小的步长下拍摄多张图像以确定最佳聚焦高度参考值的方案和采用非成像方式(例如利用干涉的方式)确定最佳聚焦高度参考值的方案相比，本发明实施例能够在不增加额外硬件(例如干涉***)成本的情况下，在保证聚焦精度的同时，提高聚焦速度，例如，聚焦精度能够满足倍显微成像要求。
附图说明
图1是本发明待测物的聚焦方法一实施例的流程图；
图2是图1中步骤S1一实施例的标定图像的示意图；
图3是图1中步骤S2一实施例的流程图；
图4是图1中步骤S3一实施例中，在对数坐标系下，第一聚焦度参数与聚焦高度的分布关系和标定曲线的示意图；
图5是图1中步骤S4一实施例的流程图；
图6是本发明待测物的聚焦***一实施例的功能框图；
图7为本发明一实施例所提供的设备的硬件结构图。
具体实施方式
由背景技术可知，在目前的聚焦方法中，难以在保证聚焦精度的同时，提高聚焦速度。
为了解决所述技术问题，本发明实施例提供一种待测物的聚焦方法，所述待测物包括多层标定图形，所述多层标定图形沿聚焦方向上具有不同高度，所述聚焦方法包括：沿所述聚焦方向获取所述待测物在不同聚焦高度下的标定图像；根据所述标定图像获取每一层所述标定图形的第一聚焦度参数与所述聚焦高度的分布关系，所述分布关系为高斯分布；分别对所述多层标定图形所对应的分布关系求对数后进行加权处理，获取标定曲线，所述标定曲线与所述聚焦高度呈线性关系；获取所述多层标定图形的最佳聚焦高度参考值；拍摄获取所述待测物的待测图像；根据所述待测图像获取所述待测图像中每一层标定图形的第二聚焦度参数；将所述待测图像中每一层标定图形的第二聚焦度参数分别求对数后进行所述加权处理，获取测试差值；利用所述标定曲线确定所述测试差值所对应的实际高度，并计算所述最佳聚焦高度参考值与所述实际高度的差值，作为所述待测图像的离焦量。
本发明实施例提供的聚焦方法中，通过预先获取在对数坐标系下的第一聚焦度参数差值与聚焦高度的关系，在拍摄获取待测图像后，通过将待测图像中每一层标定图形的第二聚焦度参数分别求对数后进行所述加权处理，获取测试差值，将已知的测试差值代入所述标定曲线，即可获得待测图像的实际高度，从而通过计算最佳聚焦高度参考值与所述实际高度的差值，即可获得所述待测图像的离焦量，与在较小的步长下拍摄多张图像以确定最佳聚焦高度参考值的方案和采用非成像方式确定最佳聚焦高度参考值的方案相比，本发明实施例能够在不增加额外硬件成本的情况下，在保证聚焦精度的同时，提高聚焦速度。
参考图1，示出了本发明待测物的聚焦方法一实施例的流程图。
本实施例中，所述待测物包括多层标定图形，所述多层标定图形沿聚焦方向上具有不同高度。本实施例中，所述聚焦方法包括以下基本步骤：
步骤S1：沿所述聚焦方向获取所述待测物在不同聚焦高度下的标定图像；
步骤S2：根据所述标定图像获取每一层所述标定图形的第一聚焦度参数与所述聚焦高度的分布关系，所述分布关系为高斯分布；
步骤S3：分别对所述多层标定图形所对应的分布关系求对数后进行加权处理，获取标定曲线，所述标定曲线与所述聚焦高度呈线性关系；
步骤S4：获取所述多层标定图形的最佳聚焦高度参考值；
步骤S5：拍摄获取所述待测物的待测图像；
步骤S6：根据所述待测图像获取所述待测图像中每一层标定图形的第二聚焦度参数；
步骤S7：将所述待测图像中每一层标定图形的第二聚焦度参数分别求对数后进行所述加权处理，获取测试差值；
步骤S8：利用所述标定曲线确定所述测试差值所对应的实际高度，并计算所述最佳聚焦高度参考值与所述实际高度的差值，作为所述待测图像的离焦量。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。
结合参考图1和图2，图2是图1中步骤S1一实施例的标定图像的示意图。
具体地，执行步骤S1，沿所述聚焦方向获取所述待测物在不同聚焦高度下的标定图像110。
本实施例中，所述待测物(图未示)包括多层标定图形100，所述多层标定图形100沿聚焦方向上具有不同高度，通过先获取所述待测物在不同聚焦高度下的标定图像110，从而为后续获取每一层标定图形100所对应的第一聚焦度参数与聚焦高度的分布关系做准备。
具体地，在聚焦方向上，在不同聚焦高度下对待测物进行拍摄，获取待测物的图像作为标定图像110，所述待测物包括多层标定图形100，所述标定图像110含有标定图形100的图像。需要说明的是，所述多层标定图形100沿聚焦方向上具有不同高度指的是：沿聚焦方向上，所述多层标定图形100位于待测物上的不同高度位置处。也就是说，所述多层标定图形100位于同一待测物上，且沿所述待测物表面法线方向上，所述多层标定图形100在空间上位于不同层。
还需要说明的是，对于同一张标定图像110，位于不同层的标定图形100的聚焦高度具有差异，因此，所述多层标定图形100的聚焦高度具有差异。作为一种示例，所述待测物为晶圆(wafer)，所述标定图形100为套刻标记(overlay mark)图形，套刻标记图形在空间上位于晶圆上的不同层。
作为一种示例，所述标定图形100的数量为两个，即所述待测物包括两层标定图形100。具体地，所述两层标定图形100分别为第一层标定图形101和第二层标定图形102，所述第一层标定图形101和第二层标定图形102沿聚焦方向上具有不同高度。需要说明的是，所述第一层标定图形101和第二层标定图形102可以为相邻近的两层标定图形100，也可以通过一层或多层其他标定图形相间隔。还需要说明的是，在其他实施例中，所述标定图形的数量也可以为三个或四个，所述标定图形的数量还可以多于四个。
具体地，沿所述聚焦方向获取所述待测物在不同聚焦高度下的标定图像110的步骤包括：在不同聚焦高度下对待测物进行拍摄，获得多张标定图像110，每一张所述标定图像110均含有所述多层标定图形100的图像。也就是说，每拍摄一张标定图像110时，同时拍摄所述多层标定图形100，即所述多层标定图形100的图像显示在同一张标定图像110中。
本实施例中，第一层标定图形101和第二层标定图形102的图像显示在同一张标定图像110中。一方面，拍摄一张标定图像110，即可同时获取所述多层标定图形100的第一聚焦度参数，获取第一聚焦度参数的效率更高，同时，对于同一张标定图像110，在同一聚焦高度下拍摄所述多层标定图形100，获取聚焦高度的效率也更高，且更易于获取聚焦高度。因此，通过使每一张所述标定图像110均含有所述多层标定图形100，提高了获取标定图像110中每一层所述标定图形100的第一聚焦度参数和聚焦高度的效率。
相应的，本实施例中，以预设步长在不同聚焦高度下拍摄所述待测物，获取所述标定图像110。所述预设步长不宜过小，也不宜过大。如果所述预设步长过小，相应需要拍摄数量较多的标定图像110，导致数据采集时间长，从而导致所述聚焦方法的聚焦效率低下；如果所述预设步长过大，相应导致数据量过少，后续根据所述标定图像获取每一层所述标定图形的第一聚焦度参数与所述聚焦高度的分布关系时，所获得的分布关系的精准度较低，从而容易降低聚焦精度。为此，本实施例中，所述预设步长为30纳米至200纳米。例如，所述预设步长为50纳米、100纳米或150纳米。
在其他实施例中，当无法将多层标定图形拍摄至同一张标定图像中时，也可以分别拍摄获取各层标定图形在不同聚焦高度下的标定图像，同样也能够获取每一层标定图形的聚焦高度以及与所述聚焦高度相对应的第一聚焦度参数。
本实施例中，所述聚焦方法还包括：提供成像***。相应的，通过所述成像***，沿所述聚焦方向获取所述待测物在不同聚焦高度下的标定图像110。作为一种示例，所述成像***为显微成像设备
继续参考图1和图2，执行步骤S2，根据标定图像110获取每一层标定图形100的第一聚焦度参数与聚焦高度的分布关系，所述分布关系为高斯分布。
在不同聚焦高度下拍摄标定图形100(即拍摄待测物)的过程中，拍摄时的聚焦高度是可以确定的，且通过标定图像110能够获取第一聚焦度参数，从而能够获取聚焦高度以及与所述聚焦高度相对应的第一聚焦度参数。通过获取每一层所述标定图形100所对应的第一聚焦度参数与聚焦高度的分布关系，以便后续获取第一聚焦度参数在对数坐标系下的差分响应曲线。而且，所述分布关系为高斯分布，因此，将所述分布关系求对数后再进行加权处理，能够使获得的曲线与所述聚焦高度呈线性关系。
需要说明的是，此处的聚焦高度为拍摄高度。例如，所述聚焦高度为待测物与成像***的物镜之间的距离。还需要说明的是，对于同一张标定图像110，位于不同层的标定图形100的聚焦高度具有差异，因此，每一层标定图形100具有相对应的第一聚焦度参数与聚焦高度的函数。
所述第一聚焦度参数包括图像锐度、图像对比度、图像中心距、图像曲率、图像自相关性或图像的高斯导数。通过采用上述几种类型的第一聚焦度参数，使得第一聚焦度参数与聚焦高度的分布关系为高斯分布。作为一种示例，所述第一聚焦度参数为图像锐度。
结合参考图3，图3是步骤S2一实施例的流程图。本实施例中，根据所述标定图像110获取每一层所述标定图形100的第一聚焦度参数与聚焦高度的分布关系的步骤包括：执行步骤S21，将每一张所述标定图像110划分成多个区域130(如图2所示)，每个区域130包括一层标定图形100的图像。
每一个区域130包括一层标定图形100的图像，位于同一区域130中的标定图形100具有相同的高度。
如图2所示，本实施例以所述待测物包括两层标定图形100为例，所述多个区域130分别为第一区域130a(如图2中虚线框所示)和第二区域130b(如图2中点划线线框所示)，所述第一区域130a和第二区域130b中的标定图形100位于不同层，即所述第一区域130a和第二区域130b中的标定图形100沿聚焦方向上具有不同的高度。
本实施例中，根据所述标定图像110获取每一层所述标定图形100的第一聚焦度参数与聚焦高度的分布关系的步骤还包括：执行步骤S22，分别计算每个区域130在不同聚焦高度下的第一聚焦度参数，获取所述第一聚焦度参数与所述聚焦高度的分布关系。
具体地，采用公式(1)和公式(2)分别表示所述第一区域130a和第二区域130b中的标定图形100对应的图像锐度，
其中，G1(z)为第一区域130a的图像锐度，G2(z)为第二区域130b的图像锐度，z为待测物与成像设备之间的距离，a1、a2、b1、b2、C1和C2均为常数系数，且a1和a2均为高斯宽度，C1和C2均为与成像设备的景深相关的系数。
需要说明的是，由于通过同一成像***获取所述待测物在不同聚焦高度下的标定图像110，因此，C1＝C2。
继续参考图1，并结合参考图4，执行步骤S3，分别对所述多层标定图形100所对应的分布关系求对数后进行加权处理，获取标定曲线140，所述标定曲线140与所述聚焦高度呈线性关系。
其中，图4是步骤S3一实施例中，在对数坐标系下，第一聚焦度参数与聚焦高度的分布关系和标定曲线140的示意图，横坐标表示聚焦高度，纵坐标表示聚焦度参数(例如，图像锐度)。
标定曲线140与聚焦高度呈线性关系，因此后续拍摄获取待测物的待测图像后，通过将待测图像中每一层标定图形100的第二聚焦度参数分别求对数后进行所述加权处理，获取测试差值，将所述已知的测试差值代入所述标定曲线140后，即可获得待测图像的实际高度，从而通过计算最佳聚焦高度参考值与实际高度的差值，即可获得待测图像的离焦量，与在较小的步长下拍摄多张图像以确定最佳聚焦高度参考值的方案和采用非成像方式确定最佳聚焦高度参考值的方案相比，本实施例能够在不增加额外硬件成本的情况下，在保证聚焦精度的同时，提高聚焦速度，例如，能够聚焦精度能够满足100倍显微成像要求。
每一层标定图形100具有相对应的第一聚焦度参数与聚焦高度的分布关系，因此，分别对所述多层标定图形100所对应的分布关系求对数后，每一层标定图形100对应一条曲线。例如，如图3所示，与第一区域130a相对应的曲线为第一曲线131，与第二区域130b相对应的曲线为第二曲线132。
具体地，所述加权处理的步骤包括：提供多个加权值；利用各个加权值与所述多个第一聚焦度参数进行加权，获取标定曲线140，并通过所述加权值使所述标定曲线140与所述聚焦高度呈线性关系。
本实施例中，所述标定图形100的数量为两层，因此，所述多个加权值分别为1和-1，也就是说，对所述两层标定图形100所对应的分布关系求对数后相减，以获取所述标定曲线140。在另一些实施例中，当所述标定图形的数量为三个时，所述多个加权值分别为1、-1/2和-1/2。在其他实施例中，当所述标定图形的数量为四个时，所述多个加权值分别为1、-1、1和-1。
本实施例中，获取标定曲线140的步骤中，在分别对多层标定图形100所对应的分布关系求对数之前，还包括：以高斯宽度作为归一化系数，分别对所述多层标定图形100所对应的分布关系进行第一归一化处理。其中，归一化是对数据的数值范围按照特定系数进行缩放，但不改变其数据分布的一种线性特征变换，通过进行归一化处理，以消除该系数的影响，便于进行数据的处理。
本实施例中，将公式(1)中的a1和公式(2)中的a2归一化。
因此，采用公式(3)表示所述标定曲线140的函数S(z)，
由公式(3)可知，在对数坐标系下，所述标定曲线140与所述聚焦高度呈线性关系。
继续参考图1，执行步骤S4，获取所述多层标定图形100的最佳聚焦高度参考值。
后续进行实际检测的过程中，在拍摄所述待测物的待测图像时，所述最佳聚焦高度参考值作为调焦的基准位置。具体地，后续将所述待测图像中每一层标定图形的第二聚焦度参数分别求对数后进行所述加权处理，获取测试差值后，利用所述标定曲线确定所述测试差值所对应的实际高度，并计算所述最佳聚焦高度参考值与所述实际高度的差值，作为所述待测图像的离焦量，从而能够根据所述离焦量实现聚焦，且所述离焦量是通过计算获得的，从而提高了聚焦精度，进而满足检测精度的要求。
结合参考图5，图5是步骤S4一实施例的流程图。本实施例中，获取所述多层标定图形100的最佳聚焦高度参考值的步骤包括：执行步骤S41，根据每一层所述标定图形100所对应的分布关系，分别获取每一层所述标定图形100的第一聚焦度参数的最大值所对应的聚焦高度。
第一聚焦度参数与聚焦高度的分布关系为高斯分布，因此，第一聚焦度参数的最大值所对应的聚焦高度即为最佳聚焦高度参考值，也就是说，在第一聚焦度参数与聚焦高度的分布关系中，曲线的峰值处即为最佳聚焦高度参考值。其中，对于同一张标定图像110，位于不同层的标定图形100的聚焦高度具有差异，因此，每一层标定图形100具有相对应的第一聚焦度参数的最大值。
因此，本实施例中，获取多层标定图形100的最佳聚焦高度参考值的步骤还包括：执行步骤S42，计算每一层标定图形100的第一聚焦度参数的最大值所对应聚焦高度的平均值，作为最佳聚焦高度参考值。通过计算每一层标定图形100的第一聚焦度参数的最大值所对应聚焦高度的平均值，作为最佳聚焦高度参考值，降低了获取最佳聚焦高度参考值的复杂度，且使得所获得的最佳聚焦高度参考值更精准。在另一些实施例中，获取多层标定图形的最佳聚焦高度参考值的步骤包括：获取不同聚焦高度下的标定图像的第三聚焦度参数；获取多个第三聚焦度参数的最大值对应的聚焦高度，作为最佳聚焦高度参考值。在该实施例中，所述第三聚焦度参数用于表征所述标定图像的整体聚焦质量。在其他实施例中，也可以通过经验值或者实验数据定义所述最佳聚焦高度参考值。
继续参考图1，执行步骤S5，拍摄获取所述待测物的待测图像。
通过拍摄获取所述待测物的待测图像，为后续获取所述待测图像中每一层标定图形100的第二聚焦度参数做准备，以便后续计算获得所述待测图像的离焦量后，根据离焦量将所述待测图像的聚焦高度调整至最佳聚焦高度参考值。具体地，通过所述成像***，拍摄获取所述待测物的待测图像。对所述待测图像中的标定图形100的描述，可结合参考前述步骤的相关描述，在此不再赘述。
继续参考图1，执行步骤S6，根据所述待测图像获取所述待测图像中每一层标定图形100的第二聚焦度参数。
通过获取所述待测图像中每一层标定图形100的第二聚焦度参数，以便后续将所述待测图像中每一层标定图形100的第二聚焦度参数分别求对数后进行所述加权处理，获取测试差值。具体地，根据所述待测图像获取所述待测图像中每一层标定图形100的第二聚焦度参数的步骤包括：将所述待测图像与所述标定图像110进行配准，获得所述待测图像中与所述多层标定图形100相对应的感兴趣区域(regions of interest，ROI)；获取与所述多层标定图形100相对应的所述感兴趣区域的第二聚焦度参数。通过获取与所述多层标定图形100相对应的所述感兴趣区域的第二聚焦度参数，可以加快并简化聚焦过程。
所述第二聚焦度参数包括图像锐度、图像对比度、图像中心距、图像曲率、图像自相关性或图像的高斯导数，且所述第一聚焦度参数和第二聚焦度参数的类型相同。所述标定图像110和待测图像的聚焦度参数的类型相同，从而能够利用通过所述标定图像110获得的标定曲线130，获取待测图像的离焦量。
本实施例中，获取第一聚焦度参数时，所述第一聚焦度参数为图像锐度，因此，获取第二聚焦度参数的步骤中，所述第二聚焦度参数也为图像锐度。
继续参考图1，执行步骤S7，将所述待测图像中每一层标定图形100的第二聚焦度参数分别求对数后进行所述加权处理，获取测试差值。
在步骤S3中，分别对所述多层标定图形100所对应的分布关系求对数后进行加权处理，获取标定曲线140，所述标定曲线140与所述聚焦高度呈线性关系，因此，后续通过将所述测试差值代入所述标定曲线140所对应函数中的方式，即可获得与所述测试差值对应的实际高度，相应的，计算所述最佳聚焦高度参考值与所述实际高度的差值，即可获得所述待测图像的离焦量。
具体地，获取所述测试差值的步骤包括：将所述感兴趣区域的第二聚焦度参数分别求对数后进行所述加权处理。对所述加权处理的具体描述，可参考前述步骤中的相应描述，在此不再赘述。
本实施例中，获取所述测试差值的步骤中，在对所述待测图像中每一层标定图形100的第二聚焦度参数求对数之前，还包括：采用与所述第一归一化处理相同的归一化系数，对所述待测图像中每一层标定图形100的第二聚焦度参数进行第二归一化处理。由于获取所述标定曲线140的步骤中，在分别对所述多层标定图形100所对应的分布关系求对数之前，先以高斯宽度作为归一化系数，分别对多层标定图形100所对应的分布关系进行了第一归一化处理，因此，通过采用与所述第一归一化处理相同的归一化系数对所述待测图像中每一层标定图形100的第二聚焦度参数进行第二归一化处理，从而使得测试差值能够与标定曲线140相匹配，以提高数据计算的精准度，进而提高聚焦精度。
继续参考图1，执行步骤S8，利用所述标定曲线130确定所述测试差值所对应的实际高度，并计算所述最佳聚焦高度参考值与所述实际高度的差值，作为所述待测图像的离焦量。
所述离焦量通过计算获得，所述离焦量的精度较高，且与在较小的步长下拍摄多张图像以确定最佳聚焦高度参考值的方案和采用非成像方式(例如利用干涉的方式)确定最佳聚焦高度参考值的方案相比，本实施例能够在不增加额外硬件成本的情况下，在保证聚焦精度的同时，提高聚焦速度。
本实施例中，所述聚焦方法还包括：根据所述离焦量使成像***对待测物进行聚焦。具体地，根据所述离焦量使成像***对待测物进行聚焦包括：通过所述成像***和待测物在聚焦高度上相对移动聚焦量。
相应的，本发明实施例还提供一种聚焦***。参考图6，示出了本发明待测物的聚焦***一实施例的功能框图。
本实施例中，所述待测物(图未示)包括多层标定图形，所述多层标定图形沿聚焦方向上具有不同高度。所述聚焦***包括：图像获取模块50，用于沿所述聚焦方向获取所述待测物在不同聚焦高度下的标定图像110，还用于拍摄获取所述待测物的待测图像(图未示)；第一图像处理模块61，用于根据所述标定图像110获取每一层所述标定图形100的第一聚焦度参数与聚焦高度的分布关系，所述分布关系为高斯分布；第一数据处理模块71，用于分别对所述多层标定图形100所对应的分布关系求对数后进行加权处理，获取标定曲线140(如图4所示)，所述标定曲线130与所述聚焦高度呈线性关系；第二数据处理模块72，用于获取所述多层标定图形100的最佳聚焦高度参考值；第二图像处理模块62，用于根据所述待测图像获取所述待测图像中每一层标定图形100的第二聚焦度参数；第三数据处理模块73，用于将所述待测图像中每一层标定图形100的第二聚焦度参数分别求对数后进行所述加权处理，获取测试差值；第四数据处理模块80，用于利用所述标定曲线130确定所述测试差值所对应的实际高度，并计算所述最佳聚焦高度参考值与所述实际高度的差值，作为所述待测图像的离焦量。
在所述聚焦***中，利用图像获取模块50沿聚焦方向获取待测物在不同聚焦高度下的标定图像110后，第一图像处理模块61根据所述标定图像110获取每一层标定图形100的第一聚焦度参数与聚焦高度的分布关系，所述分布关系为高斯分布，随后利用第一数据处理模块71分别对多层标定图形100所对应的分布关系求对数后进行加权处理，获取具有线性关系的标定曲线130140标定曲线140即为第一聚焦度参数在对数坐标系下的差分响应曲线，因此，利用图像获取模块50拍摄获取待测图像后，通过第二图像处理模块62获取所述待测图像中每一层标定图形100的第二聚焦度参数，并通过第三数据处理模块73将所述待测图像中每一层标定图形100的第二聚焦度参数分别求对数后进行所述加权处理，获取测试差值后，通过第四数据处理模块80将所述已知的测试差值代入标定曲线140，即可获得待测图像的实际高度，从而通过计算最佳聚焦高度参考值与实际高度的差值，即可获得待测图像的离焦量，与在较小的步长下拍摄多张图像以确定最佳聚焦高度参考值的方案和采用非成像方式确定最佳聚焦高度参考值的方案相比，本实施例能够在不增加额外硬件成本的情况下，在保证聚焦精度的同时，提高聚焦速度。
所述待测物(图未示)包括多层标定图形100，多层标定图形100沿聚焦方向上具有不同高度，所述图像获取模块50用于沿聚焦方向获取待测物在不同聚焦高度下的标定图像110，从而为后续获取每一层所述标定图形100所对应的第一聚焦度参数与聚焦高度的分布关系做准备。具体地，所述图像获取模块50用于在聚焦方向上，在不同聚焦高度下对待测物进行拍摄，获取所述待测物的图像作为标定图像110，所述待测物包括多层标定图形100，所述标定图像110含有所述标定图形100的图像。本实施例中，所述图像获取模块50为成像***。具体地，所述成像***包括显微成像设备。
作为一种示例，所述待测物为晶圆，所述标定图形100为套刻标记图形，套刻标记图形在空间上位于晶圆上的不同层。
本实施例中，标定图形100的数量为两个，即待测物包括两层标定图形100。具体地，所述两层标定图形100分别为第一层标定图形101和第二层标定图形102，第一层标定图形101和第二层标定图形102沿聚焦方向上具有不同高度。
本实施例中，所述图像获取模块50在不同聚焦高度下拍摄多张标定图像110，每一张标定图像110均含有多层形标定图形100的图像。也就是说，每拍摄一张标定图像110时，同时拍摄多层标定图形100，即多层标定图形100的图像显示在同一张标定图像110中。本实施例中，第一层标定图形101和第二层标定图形102的图形显示在同一张标定图像110中。
本实施例中，所述图像获取模块50以预设步长在不同聚焦高度下拍摄所述待测物，获取标定图像110。其中，预设步长不宜过小，也不宜过大。如果所述预设步长过小，相应需要拍摄数量较多的标定图像110，相应导致数据采集时间长，从而导致所述聚焦方法的聚焦效率低下；如果所述预设步长过大，相应导致数据量过少，后续根据所述标定图像获取每一层所述标定图形的第一聚焦度参数与所述聚焦高度的分布关系时，所获得的分布关系的精准度较低，从而容易降低聚焦精度。为此，本实施例中，所述预设步长为30纳米至200纳米。
本实施例中，图像获取模块50还用于在实际检测过程中拍摄获取待测物的待测图像。通过拍摄获取待测图像，为后续根据待测图像获取所述待测图像中每一层标定图形100的第二聚焦度参数做准备，以便计算获得所述待测图像的离焦量后，根据离焦量将所述待测图像的聚焦高度调整至最佳聚焦高度参考值。
所述第一图像处理模块61用于根据标定图像110获取每一层所述标定图形100的第一聚焦度参数与聚焦高度的分布关系，所述分布关系为高斯分布。所述图像获取模块50在不同聚焦高度下拍摄标定图形100的过程中，聚焦高度是可以确定的，且通过标定图像110，能够获取第一聚焦度参数，从而能够获取聚焦高度以及与聚焦高度相对应的第一聚焦度参数。因此，通过第一图像处理模块61获取每一层标定图形100的第一聚焦度参数与聚焦高度的分布关系，以便将获取的数据传输至第一数据处理模块71中，从而利用第一数据处理模块71获取第一聚焦度参数在对数坐标系下的差分响应曲线。而且，所述分布关系为高斯分布，因此，将所述分布关系求对数后再进行加权处理，易于获得与聚焦高度呈线性关的标定曲线140。
第一聚焦度参数包括图像锐度、图像对比度、图像中心距、图像曲率、图像自相关性或图像的高斯导数。作为一种示例，第一聚焦度参数为图像锐度。
具体地，第一图像处理模块61将每一张标定图像110划分成多个区域130(如图2所示)，每个区域130包括一层标定图形100的图像，还用于分别计算每个区域130在不同聚焦高度下的第一聚焦度参数，获取第一聚焦度参数与聚焦高度的分布关系。每一个区域130包括一层标定图形100的图像，位于同一区域130中的标定图形100具有相同的高度。如图2所示，本实施例以所述待测物包括两层标定图形100为例，所述多个区域130分别为第一区域130a(如图2中虚线框所示)和第二区域130b(如图2中点划线线框所示)，所述第一区域130a和第二区域130b中的标定图形100位于不同层，即所述第一区域130a和第二区域130b中的标定图形100沿聚焦方向上具有不同的高度。
具体地，采用公式(1)和公式(2)分别表示所述第一区域130a和第二区域130b中的标定图形100对应的图像锐度，
其中，G1(z)为第一区域130a的图像锐度，G2(z)为第二区域130b的图像锐度，z为待测物与成像设备之间的距离，a1、a2、b1、b2、C1和C2均为常数系数，且a1和a2均为高斯宽度，C1和C2均为与景深相关的系数。需要说明的是，由于通过同一图像获取模块50获取待测物在不同聚焦高度下的标定图像110，因此，C1＝C2。
第一数据处理模块71用于分别对多层标定图形100所对应的分布关系求对数后进行加权处理，获取标定曲线140(如图4所示)，标定曲线130与聚焦高度呈线性关系。结合参考图4，图4是在对数坐标系下，第一聚焦度参数与聚焦高度的分布关系和标定曲线140的示意图，横坐标表示聚焦高度，纵坐标表示聚焦度参数(例如，图像锐度)。
所述标定曲线140与所述聚焦高度呈线性关系，因此，后续拍摄获取所述待测物的待测图像后，通过将所述待测图像中每一层标定图形的第二聚焦度参数分别求对数后进行所述加权处理，获取测试差值，将已知的测试差值代入所述标定曲线140所对应的函数中后，即可获得待测图像的实际高度，从而通过计算最佳聚焦高度参考值与所述实际高度的差值，即可获得待测图像的离焦量。
每一层标定图形100具有相对应的第一聚焦度参数与聚焦高度的分布关系，因此第一数据处理模块71分别对多层标定图形100所对应的分布关系求对数后，每一层标定图形100对应一条曲线。例如，如图4所示，与第一区域130a相对应的曲线为第一曲线131，与第二区域130b相对应的曲线为第二曲线132。
具体地，第一数据处理模块71用于提供多个加权值，利用各个加权值与多个第一聚焦度参数进行加权，获取标定曲线140，并通过加权值使标定曲线140与聚焦高度呈线性关系。本实施例中，标定图形100的数量为两层，因此，所述多个加权值分别为1和-1，也就是说，对所述两层标定图形100所对应的分布关系求对数后相减，以获取所述标定曲线140。在另一些实施例中，当所述标定图形的数量为三个时，所述多个加权值分别为1、-1/2和-1/2。在其他实施例中，当所述标定图形的数量为四个时，所述多个加权值分别为1、-1、1和-1。
本实施例中，所述第一数据处理模块71还用于在分别对多层标定图形100所对应的分布关系求对数之前，以高斯宽度作为归一化系数，分别对多层标定图形100所对应的分布关系进行第一归一化处理。
本实施例中，所述第一数据处理模块71将公式(1)中的a1和公式(2)中的a2归一化。因此，采用公式(3)表示所述标定曲线140的函数S(z)，
由公式(3)可知，在对数坐标系下，所述标定曲线140与所述聚焦高度呈线性关系。
第二数据处理模块72用于获取多层标定图形100的最佳聚焦高度参考值。
在进行实际检测的过程中，在拍摄待测物的待测图像时，所述最佳聚焦高度参考值作为调焦的基准位置。
具体地，将所述待测图像中每一层标定图形100的第二聚焦度参数分别求对数后进行所述加权处理，获取测试差值后，利用所述标定曲线确定所述测试差值所对应的实际高度，并计算所述最佳聚焦高度参考值与所述实际高度的差值，作为所述待测图像的离焦量，从而能够根据所述离焦量实现聚焦，且所述离焦量是通过计算获得的，从而提高了聚焦精度，进而满足检测精度的要求。
具体地，所述第二数据处理模块72用于根据每一层标定图形100所对应的分布关系，分别获取每一层所述标定图形100的第一聚焦度参数的最大值所对应的聚焦高度，还用于计算每一层所述标定图形100的第一聚焦度参数的最大值所对应聚焦高度的平均值，作为最佳聚焦高度参考值。第一聚焦度参数与聚焦高度的分布关系为高斯分布，因此，第一聚焦度参数的最大值所对应的聚焦高度即为最佳聚焦高度参考值，也就是说，在第一聚焦度参数与聚焦高度的分布关系中，曲线的峰值处即为最佳聚焦高度参考值。通过计算多层标定图形100的第一聚焦度参数的最大值所对应高度的平均值作为最佳聚焦高度参考值，降低了获取最佳聚焦高度参考值的复杂度，且使得所获得的最佳聚焦高度参考值更精准。
在另一些实施例中，第二数据处理模块也可以用于获取不同聚焦高度下的标定图像的第三聚焦度参数，还用于获取多个所述第三聚焦度参数的最大值对应的聚焦高度，作为最佳聚焦高度参考值，在所述实施例中，所述第三聚焦度参数用于表征所述标定图像的整体聚焦质量。在其他实施例中，所述聚焦***也可以不设置所述第二数据处理模块，通过经验值或实验数据自定义所述最佳聚焦高度参考值。
图像获取模块50拍摄获取待测物的待测图像后，第二图像处理模块62用于获取待测图像中每一层标定图形100的第二聚焦度参数。通过获取待测图像中每一层标定图形100的第二聚焦度参数，以便计算将待测图像中每一层标定图形100的第二聚焦度参数分别求对数后进行所述加权处理，获取测试差值。
具体地，所述第二图像处理模块62用于将待测图像与标定图像110进行配准，获得待测图像中与多层标定图形100相对应的感兴趣区域，还用于获取与多层标定图形100相对应的感兴趣区域的第二聚焦度参数。通过获取与多层标定图形100相对应的感兴趣区域的第二聚焦度参数，可以加快并简化聚焦过程。
本实施例中，第一聚焦度参数和第二聚焦度参数的类型相同，从而能够利用通过所述标定图像110获得的标定曲线130，获取待测图像的离焦量。本实施例中，获取第一聚焦度参数时，第一聚焦度参数为图像锐度，因此，获取第二聚焦度参数时，所述第二聚焦度参数也为图像锐度。
所述第三数据处理模块73用于计算每一层标定图形100的第二聚焦度参数分别求对数后进行所述加权处理，获取测试差值。所述标定曲线140为线性函数曲线，因此，通过第三数据处理模块73获取测试差值，后续通过将测试差值代入标定曲线140的方式，即可获得与测试差值对应的实际高度，相应的，计算最佳聚焦高度参考值与所述实际高度的差值，即可获得待测图像的离焦量。
具体地，所述第三数据处理模块73用于将所述感兴趣区域的第二聚焦度参数分别求对数后进行所述加权处理，获得测试差值。
本实施例中，第三数据处理模块73还用于在对待测图像中每一层标定图形100的第二聚焦度参数求对数之前，采用与第一归一化处理相同的归一化系数对待测图像中每一层标定图形100的第二聚焦度参数进行第二归一化处理。
第四数据处理模块80用于利用标定曲线140确定测试差值所对应的实际高度，并计算最佳聚焦高度参考值与实际高度的差值，作为待测图像的离焦量
通过图像获取模块50、第一图像处理模块61、第一数据处理模块71、第二数据处理模块72、第二图像处理模块62和第三数据处理模块73，使得离焦量通过计算获得，离焦量的精度较高，且与在较小的步长下拍摄多张图像以确定最佳聚焦高度参考值的方案和采用非成像方式确定最佳聚焦高度参考值的方案相比，本实施例能够在不增加额外硬件成本的情况下，在保证聚焦精度的同时，提高聚焦速度，例如，聚焦精度能够满足100倍显微成像要求。
本实施例中，所述图像获取模块50还用于根据所述离焦量使成像***对待测物进行聚焦。具体地，通过成像***和待测物在聚焦高度上相对移动聚焦量。
本发明实施例还提供一种设备，该设备可以通过装载程序形式的上述待测物的聚焦方法，以实现本发明实施例提供的待测物的聚焦方法。
参考图7，示出了本发明一实施例所提供的设备的硬件结构图。本实施例所述设备包括：至少一个处理器01、至少一个通信接口02、至少一个存储器03和至少一个通信总线04。
本实施例中，所述处理器01、通信接口02、存储器03和通信总线04的数量均为至少一个，且所述处理器01、通信接口02以及存储器03通过所述通信总线04完成相互间的通信。
所述通信接口02可以为用于进行网络通信的通信模块的接口，例如为GSM模块的接口。
所述处理器01可能是中央处理器CPU，或者是特定集成电路ASIC(ApplicationSpecific Integrated Circuit)，或者是被配置成实施本实施例所述聚焦方法的一个或多个集成电路。
所述存储器03可能包含高速RAM存储器，也可能还包括非易失性存储器(non-volatile memory)，例如至少一个磁盘存储器。
其中，所述存储器03存储有一条或多条计算机指令，所述一条或多条计算机指令被所述处理器01执行以实现前述实施例提供的待测物的聚焦方法。
需要说明的是，上述的实现终端设备还可以包括与本发明实施例公开内容可能并不是必需的其他器件(未示出)；鉴于这些其他器件对于理解本发明实施例公开内容可能并不是必需，本发明实施例对此不进行逐一介绍。
本发明实施例还提供一种存储介质，所述存储介质存储有一条或多条计算机指令，所述一条或多条计算机指令用于实现前述实施例提供的待测物的聚焦方法。
本发明实施例的聚焦方法中，通过预先获取在对数坐标系下的第一聚焦度参数的差值与聚焦高度的关系，在拍摄获取待测图像后，通过将所述待测图像中每一层标定图形的第二聚焦度参数分别求对数后进行所述加权处理，获取测试差值，将所述已知的测试差值代入所述标定曲线，即可获得所述待测图像的实际高度，从而通过计算所述最佳聚焦高度参考值与所述实际高度的差值，即可获得所述待测图像的离焦量，与在较小的步长下拍摄多张图像以确定最佳聚焦高度参考值的方案和采用非成像方式确定最佳聚焦高度参考值的方案相比，本发明实施例能够在不增加额外硬件成本的情况下，在保证聚焦精度的同时，提高聚焦速度，聚焦精度能够满足100倍显微成像要求。
上述本发明的实施方式是本发明的元件和特征的组合。除非另外提及，否则所述元件或特征可被视为选择性的。各个元件或特征可在不与其它元件或特征组合的情况下实践。另外，本发明的实施方式可通过组合部分元件和/或特征来构造。本发明的实施方式中所描述的操作顺序可重新排列。任一实施方式的一些构造可被包括在另一实施方式中，并且可用另一实施方式的对应构造代替。对于本领域技术人员而言明显的是，所附权利要求中彼此没有明确引用关系的权利要求可组合成本发明的实施方式，或者可在提交本申请之后的修改中作为新的权利要求包括。
本发明的实施方式可通过例如硬件、固件、软件或其组合的各种手段来实现。在硬件配置方式中，根据本发明示例性实施方式的方法可通过一个或更多个专用集成电路(ASIC)、数字信号处理器(DSP)、数字信号处理器件(DSPD)、可编程逻辑器件(PLD)、现场可编程门阵列(FPGA)、处理器、控制器、微控制器、微处理器等来实现。
在固件或软件配置方式中，本发明的实施方式可以模块、过程、功能等形式实现。软件代码可存储在存储器单元中并由处理器执行。存储器单元位于处理器的内部或外部，并可经由各种己知手段向处理器发送数据以及从处理器接收数据。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (13)

1.一种待测物的聚焦方法，其特征在于，所述待测物包括多层标定图形，所述多层标定图形沿聚焦方向上具有不同高度，所述聚焦方法包括：
沿所述聚焦方向获取所述待测物在不同聚焦高度下的标定图像；
根据所述标定图像获取每一层所述标定图形的第一聚焦度参数与所述聚焦高度的分布关系，所述分布关系为高斯分布；
分别对所述多层标定图形所对应的分布关系求对数后进行加权处理，获取标定曲线，所述标定曲线与所述聚焦高度呈线性关系；
获取所述多层标定图形的最佳聚焦高度参考值；
拍摄获取所述待测物的待测图像；
根据所述待测图像获取所述待测图像中每一层标定图形的第二聚焦度参数；
将所述待测图像中每一层标定图形的第二聚焦度参数分别求对数后进行所述加权处理，获取测试差值；
利用所述标定曲线确定所述测试差值所对应的实际高度，并计算所述最佳聚焦高度参考值与所述实际高度的差值，作为所述待测图像的离焦量。
2.如权利要求1所述的聚焦方法，其特征在于，沿所述聚焦方向获取所述待测物在不同聚焦高度下的标定图像的步骤包括：在不同聚焦高度下进行拍摄，获得多张标定图像，每一张所述标定图像均含有所述多层标定图形的图像；
根据所述标定图像获取每一层所述标定图形的第一聚焦度参数与所述聚焦高度的分布关系的步骤包括：将每一张所述标定图像划分成多个区域，每个区域包括一层标定图形的图像；分别计算每个区域在不同聚焦高度下的第一聚焦度参数，获取所述第一聚焦度参数与所述聚焦高度的分布关系。
3.如权利要求1或2所述的聚焦方法，其特征在于，以预设步长在不同聚焦高度下拍摄所述待测物，获取所述标定图像，所述预设步长为30纳米至200纳米。
4.如权利要求1所述的聚焦方法，其特征在于，获取所述多层标定图形的最佳聚焦高度参考值的步骤包括：根据每一层所述标定图形所对应的分布关系，分别获取每一层所述标定图形的第一聚焦度参数的最大值所对应的聚焦高度；计算每一层所述标定图形的第一聚焦度参数的最大值所对应聚焦高度的平均值，作为最佳聚焦高度参考值；
或者，
获取所述多层标定图形的最佳聚焦高度参考值的步骤包括：获取不同聚焦高度下的标定图像的第三聚焦度参数；获取多个所述第三聚焦度参数的最大值对应的聚焦高度，作为最佳聚焦高度参考值。
5.如权利要求1所述的聚焦方法，其特征在于，根据所述待测图像获取所述待测图像中每一层标定图形的第二聚焦度参数的步骤包括：将所述待测图像与所述标定图像进行配准，获得所述待测图像中与所述多层标定图形相对应的感兴趣区域；获取与所述多层标定图形相对应的所述感兴趣区域的第二聚焦度参数；
获取所述测试差值的步骤包括：将所述感兴趣区域的第二聚焦度参数分别求对数后进行所述加权处理。
6.如权利要求1所述的聚焦方法，其特征在于，获取所述标定曲线的步骤中，在分别对所述多层标定图形所对应的分布关系求对数之前，还包括：以高斯宽度作为归一化系数，分别对所述多层标定图形所对应的分布关系进行第一归一化处理；
获取所述测试差值的步骤中，在对所述待测图像中每一层标定图形的第二聚焦度参数求对数之前，还包括：采用与所述第一归一化处理相同的归一化系数，对所述待测图像中每一层标定图形的第二聚焦度参数进行第二归一化处理。
7.如权利要求1所述的聚焦方法，其特征在于，所述第一聚焦度参数和第二聚焦度参数均包括图像锐度、图像对比度、图像中心距、图像曲率、图像自相关性或图像的高斯导数，且所述第一聚焦度参数和第二聚焦度参数的类型相同。
8.如权利要求1所述的聚焦方法，其特征在于，所述加权处理的步骤包括：提供多个加权值；利用各个加权值与所述多个第一聚焦度参数进行加权，获取标定曲线，并通过所述加权值使所述标定曲线与所述聚焦高度呈线性关系。
9.如权利要求8所述的聚焦方法，特征在于，所述标定图形的数量为两个，所述多个加权值分别为1和-1；
或者，所述标定图形的数量为三个，所述多个加权值分别为1、-1/2和-1/2；
或者，所述标定图形的数量为四个，所述多个加权值分别为1、-1、1和-1。
10.如权利要求9所述的聚焦方法，其特征在于，所述聚焦方法还包括：提供成像***；
通过所述成像***，沿所述聚焦方向获取所述待测物在不同聚焦高度下的标定图像；
通过所述成像***，拍摄获取所述待测物的待测图像。
11.一种待测物的聚焦***，其特征在于，所述待测物包括多层标定图形，所述多层标定图形沿聚焦方向上具有不同高度，所述聚焦***包括：
图像获取模块，用于沿所述聚焦方向获取所述待测物在不同聚焦高度下的标定图像，还用于拍摄获取所述待测物的待测图像；
第一图像处理模块，用于根据所述标定图像获取每一层所述标定图形的第一聚焦度参数与所述聚焦高度的分布关系，所述分布关系为高斯分布；
第一数据处理模块，用于分别对所述多层标定图形所对应的分布关系求对数后进行加权处理，获取标定曲线，所述标定曲线与所述聚焦高度呈线性关系；
第二数据处理模块，用于获取所述多层标定图形的最佳聚焦高度参考值；
第二图像处理模块，用于根据所述待测图像获取所述待测图像中每一层标定图形的第二聚焦度参数；
第三数据处理模块，用于将所述待测图像中每一层标定图形的第二聚焦度参数分别求对数后进行所述加权处理，获取测试差值；
第四数据处理模块，用于利用所述标定曲线确定所述测试差值所对应的实际高度，并计算所述最佳聚焦高度参考值与所述实际高度的差值，作为所述待测图像的离焦量。
12.一种设备，其特征在于，包括至少一个存储器和至少一个处理器，所述存储器存储有一条或多条计算机指令，其中，所述一条或多条计算机指令被所述处理器执行以实现如权利要求1至10任一项所述的待测物的聚焦方法。
13.一种存储介质，其特征在于，所述存储介质存储有一条或多条计算机指令，所述一条或多条计算机指令用于实现如权利要求1至10任一项所述的待测物的聚焦方法。
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Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6438261B1 (en) * 1998-09-03 2002-08-20 Green Vision Systems Ltd. Method of in-situ focus-fusion multi-layer spectral imaging and analysis of particulate samples
JP2007249132A (ja) * 2006-03-20 2007-09-27 Casio Comput Co Ltd 撮像装置、自動焦点調整方法、およびプログラム
CN101558430A (zh) * 2006-12-11 2009-10-14 西泰克公司 评价图像聚焦质量的方法
JP4988057B1 (ja) * 2011-10-11 2012-08-01 アキュートロジック株式会社 全焦点画像生成方法、全焦点画像生成装置、全焦点画像生成プログラム、被写体高さ情報取得方法、被写体高さ情報取得装置及び被写体高さ情報取得プログラム
WO2016031214A1 (en) * 2014-08-29 2016-03-03 Canon Kabushiki Kaisha Image acquisition apparatus and control method thereof
CN112019751A (zh) * 2020-09-07 2020-12-01 江苏骠马智能工业设计研究有限公司 基于标定信息的自动聚焦方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9830694B2 (en) * 2015-08-31 2017-11-28 Mitutoyo Corporation Multi-level image focus using a tunable lens in a machine vision inspection system

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6438261B1 (en) * 1998-09-03 2002-08-20 Green Vision Systems Ltd. Method of in-situ focus-fusion multi-layer spectral imaging and analysis of particulate samples
JP2007249132A (ja) * 2006-03-20 2007-09-27 Casio Comput Co Ltd 撮像装置、自動焦点調整方法、およびプログラム
CN101558430A (zh) * 2006-12-11 2009-10-14 西泰克公司 评价图像聚焦质量的方法
JP4988057B1 (ja) * 2011-10-11 2012-08-01 アキュートロジック株式会社 全焦点画像生成方法、全焦点画像生成装置、全焦点画像生成プログラム、被写体高さ情報取得方法、被写体高さ情報取得装置及び被写体高さ情報取得プログラム
WO2016031214A1 (en) * 2014-08-29 2016-03-03 Canon Kabushiki Kaisha Image acquisition apparatus and control method thereof
CN112019751A (zh) * 2020-09-07 2020-12-01 江苏骠马智能工业设计研究有限公司 基于标定信息的自动聚焦方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
数码显微镜图像处理技术研究;李长阳;《中国优秀硕士学位论文全文数据库 信息科技辑》;第7-10 页 *

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