CN114697531A - 聚焦方法及系统、设备和存储介质 - Google Patents
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Abstract
一种聚焦方法及系统、设备和存储介质，聚焦方法包括：在第一预设拍摄高度区域内，以第一预设步长对待测物在不同的第一拍摄高度位置处进行拍摄，获取多张第一图像；根据多张第一图像获取多个与第一拍摄高度一一对应的聚焦度参数，用于表征第一图像的聚焦质量；从多个聚焦度参数中提取至少三个聚焦度参数值最大的聚焦度参数，并获取由聚焦度参数值最大的聚焦度参数与相对应的第一拍摄高度构成的多个数据点；利用预设高斯宽度对多个数据点进行高斯拟合获取第一高斯拟合曲线，并根据第一高斯拟合曲线获取最佳聚焦高度。本发明通过提取聚焦度参数值最大的若干个聚焦度参数以及对应的第一拍摄高度进行拟合，提高聚焦速度和聚焦精度。
Description
技术领域
本发明实施例涉及量测领域，尤其涉及一种聚焦方法及系统、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系统(例如干涉系统)，成本较高，且整体的系统较复杂。
发明内容
本发明实施例解决的问题是提供一种聚焦方法及系统、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聚焦方法，包括：在第一预设拍摄高度区域内，以第一预设步长对待测物在不同的第一拍摄高度位置处进行拍摄，获取多张第一图像；根据所述多张第一图像，获取多个与所述第一拍摄高度一一对应的聚焦度参数，所述聚焦度参数用于表征所述第一图像的聚焦质量；从所述多个聚焦度参数中提取至少三个聚焦度参数值最大的聚焦度参数，并获取由所述聚焦度参数值最大的聚焦度参数与相对应的所述第一拍摄高度构成的多个数据点；利用预设高斯宽度对所述多个数据点进行高斯拟合获取第一高斯拟合曲线，并根据所述第一高斯拟合曲线获取最佳聚焦高度。
相应的，本发明实施例还提供一种聚焦系统，包括：图像获取模块，用于在第一预设拍摄高度区域内，以第一预设步长对待测物在不同的第一拍摄高度位置处进行拍摄，获取多张第一图像；聚焦度参数获取模块，用于根据所述多张第一图像，获取多个与所述第一拍摄高度一一对应的聚焦度参数，所述聚焦度参数用于表征所述第一图像的聚焦质量；数据提取模块，用于从所述多个聚焦度参数中提取至少三个聚焦度参数值最大的聚焦度参数，并获取由所述聚焦度参数值最大的聚焦度参数与相对应的所述第一拍摄高度构成的多个数据点；数据处理模块，用于利用预设高斯宽度对所述多个数据点进行高斯拟合获取第一高斯拟合曲线，并根据所述第一高斯拟合曲线获取最佳聚焦高度。
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，在第一预设拍摄高度区域内，以第一预设步长对待测物在不同的第一拍摄高度位置处进行拍摄，获取多张第一图像后，根据所述多张第一图像获取多个与所述第一拍摄高度一一对应的聚焦度参数，并从所述多个聚焦度参数中提取至少三个聚焦度参数值最大的聚焦度参数，并获取由所述聚焦度参数值最大的聚焦度参数与相对应的第一拍摄高度构成的多个数据点，随后利用预设高斯宽度对所述多个数据点进行高斯拟合获取第一高斯拟合曲线，并根据所述第一高斯拟合曲线获取最佳聚焦高度；其中，本发明实施例仅提取聚焦度参数值最大的多个聚焦度参数，并利用多个数据点以及预设高斯宽度进行拟合，因此能够减少拍摄的图像数量，从而能够提高聚焦速度，而且，通过提取聚焦度参数值最大的多个聚焦度参数进行拟合，易于获得最佳聚焦高度，从而能够提高聚焦精度；综上，本发明实施例能够在不增加额外硬件(例如干涉系统)成本的情况下，在保证聚焦精度的同时，提高聚焦速度。
可选方案中，根据所述第一高斯拟合曲线获取最佳聚焦高度的步骤包括：进行一次或多次的聚焦高度提取处理，所述聚焦高度提取处理包括：获取待提取高斯拟合曲线的峰值对应的高度位置，作为基准高度位置；获取所述基准高度位置后，在第二预设拍摄高度区域内，以第二预设步长对所述待测物在不同的第二拍摄高度位置处进行拍摄，获取多张第二图像，所述基准高度位置位于所述第二预设拍摄高度区域内，且所述第二预设步长小于所述第一预设步长；获取多张第二图像后，根据所述多张第二图像，获取多个与所述第二拍摄高度一一对应的聚焦度参数，所述聚焦度参数用于表征所述第二图像的聚焦质量；获取多个与所述第二拍摄高度一一对应的聚焦度参数后，对获取的所述多个聚焦度参数和第二拍摄高度进行高斯拟合，获取第二高斯拟合曲线；在完成最后一次所述聚焦高度提取处理后，提取所述最后一次聚焦高度提取处理获取的第二高斯拟合曲线的峰值对应的高度位置作为最佳聚焦高度，因此，本发明实施例在第一高斯拟合曲线的基础上，采用更小的第二预设步长对所述待测物在不同高度位置处再次进行拍摄，从而不断精确聚焦度参数值最大的聚焦度参数所对应的高度位置区域，以进一步提高所获取的最佳聚焦高度的精准度，进而进一步提高聚焦精度。
附图说明
图1是本发明聚焦方法一实施例的流程图；
图2是图1的步骤S4中一实施例的第一高斯拟合曲线的曲线图；
图3是图1的步骤S4中一实施例的流程图；
图4是图3的步骤S41中一实施例的流程图；
图5是图4的步骤S414中一实施例的第二高斯拟合曲线的曲线图；
图6是本发明聚焦系统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聚焦方法，包括：在第一预设拍摄高度区域内，以第一预设步长对待测物在不同的第一拍摄高度位置处进行拍摄，获取多张第一图像；根据所述多张第一图像，获取多个与所述第一拍摄高度一一对应的聚焦度参数，所述聚焦度参数用于表征所述第一图像的聚焦质量；从所述多个聚焦度参数中提取至少三个聚焦度参数值最大的聚焦度参数，并获取由所述聚焦度参数值最大的聚焦度参数与相对应的所述第一拍摄高度构成的多个数据点；利用预设高斯宽度对所述多个数据点进行高斯拟合获取第一高斯拟合曲线，并根据所述第一高斯拟合曲线获取最佳聚焦高度。
本发明实施例提供的聚焦方法中，提取聚焦度参数值最大的多个聚焦度参数，并利用多个数据点以及预设高斯宽度进行拟合，因此能够减少拍摄的图像数量，从而能够提高聚焦速度，而且，通过提取聚焦度参数值最大的多个聚焦度参数进行拟合，易于获得最佳聚焦高度，从而能够提高聚焦精度；综上，本发明实施例能够在不增加额外硬件(例如干涉系统)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，示出了本发明聚焦方法一实施例的流程图。本实施例所述聚焦方法包括以下基本步骤：
步骤S1：在第一预设拍摄高度区域内，以第一预设步长对待测物在不同的第一拍摄高度位置处进行拍摄，获取多张第一图像；
步骤S2：根据所述多张第一图像，获取多个与所述第一拍摄高度一一对应的聚焦度参数，所述聚焦度参数用于表征所述第一图像的聚焦质量；
步骤S3：从所述多个聚焦度参数中提取至少三个聚焦度参数值最大的聚焦度参数，并获取由所述聚焦度参数值最大的聚焦度参数与相对应的所述第一拍摄高度构成的多个数据点；
步骤S4：利用预设高斯宽度对所述多个数据点进行高斯拟合获取第一高斯拟合曲线，并根据所述第一高斯拟合曲线获取最佳聚焦高度。
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。
参考图1，执行步骤S1，在第一预设拍摄高度区域内，以第一预设步长对待测物在不同的第一拍摄高度位置处进行拍摄，获取多张第一图像。
通过在第一预设拍摄高度区域内，以第一预设步长对待测物在不同的第一拍摄高度位置处进行拍摄，实现数据的收集，以便后续从所述第一图像中提取聚焦度参数，从而能够选取所需的聚焦度参数及其对应的第一拍摄高度，构成数据点。
本实施例中，所述待测物可以为具有图形的晶圆或芯片。
具体地，对待测物在不同的第一拍摄高度位置处进行拍摄时，可以对所述待测物中的待测目标进行拍摄。作为一种示例，所述待测目标可以为标记(mark)图形，例如，所述待测目标为套刻标记(overlay mark)图形。
本实施例中，利用成像装置，以第一预设步长对待测物在不同的第一拍摄高度位置处进行拍摄，获取多张第一图像。具体地，所述成像装置可以为显微成像装置。
本实施例中，所述第一预设拍摄高度区域即为沿聚焦方向的纵向高度范围。其中，所述聚焦方向指的是垂直于所述待测物顶面的方向。
在所述第一预设拍摄高度区域一定的情况下，所述第一预设步长决定了获取的图像数量，所述第一预设步长越大，则第一图像的数量越少。
后续还需根据所述多张第一图像，获取多个与所述第一拍摄高度一一对应的聚焦度参数，并所述多个聚焦度参数中，提取聚焦度参数值最大的若干个聚焦度参数、以及与提取的聚焦度参数相对应的第一拍摄高度，构成多个数据点，随后利用预设高斯宽度对所述多个数据点进行高斯拟合获取第一高斯拟合曲线，并根据所述第一高斯拟合曲线获取最佳聚焦高度，如果第一图像的数量过少，则容易导致获取最佳聚焦高度的精度下降，例如，即使被提取的聚焦度参数相比于其他聚焦度参数的数值更大，但所述被提取的聚焦度参数自身的数值仍较大，因此，所述第一预设步长不宜过大。
但是，如果所述第一预设步长过小，相应需要拍摄数量较多的第一图像，从而导致数据采集时间长，进而导致所述聚焦方法的聚焦效率低下。
综上，本实施例中，为了在提高聚焦精度的同时，提高聚焦效率，所述第一预设步长为所述成像装置的景深的2倍至3倍。作为一种示例，所述第一预设步长为1.5微米。
需要说明的是，在实际拍摄的过程中，可以根据所述第一预设步长，合理调整所述第一预设拍摄高度区域，从而获得足够数量的第一图像。
参考图1，执行步骤S2，根据所述多张第一图像，获取多个与所述所述第一拍摄高度一一对应的聚焦度参数，所述聚焦度参数用于表征所述第一图像的聚焦质量。
所述聚焦度参数用于表征所述第一图像的聚焦质量，也就是说，所述聚焦度参数能够表征在特定高度位置处拍摄待测物后所获得图像的离焦(focus shift)量，通过先收集多个聚焦度参数，从而为后续提取聚焦度参数值最大的多个聚焦度参数做准备。
需要说明的是，后续提取聚焦度参数值最大的多个聚焦度参数、以及相对应的第一拍摄高度，构成多个数据点后，还会对所述多个数据点进行高斯拟合获取第一高斯拟合曲线，因此，所选取的聚焦度参数应当满足：聚焦度参数和拍摄高度能够实现高斯拟合。
为此，本实施例中，所述聚焦度参数包括锐度、对比度、清晰度、图像中心距、图像曲率或图像自相关性。作为一种示例，所述聚焦度参数为锐度。
还需要说明的是，每一张第一图像是在特定高度位置处拍摄获得的，因此，聚焦度参数与所述第一拍摄高度一一对应。
参考图1，执行步骤S3，从所述多个聚焦度参数中提取至少三个聚焦度参数值最大的聚焦度参数，并获取由所述聚焦度参数值最大的聚焦度参数与相对应的所述第一拍摄高度构成的多个数据点。
所述多个数据点用于作为后续进行高斯拟合的源数据。
具体地，从所述多个聚焦度参数中提取至少三个聚焦度参数值最大的聚焦度参数的步骤包括：从所述多个聚焦度参数中，提取聚焦度参数值为最大值(即离焦量为最小值)的聚焦度参数、以及与所述聚焦度参数值为最大值的聚焦度参数最接近的若干个邻近的聚焦度参数。
本实施例中，以提取三个聚焦度参数值最大的聚焦度参数为例，则提取聚焦度参数值为最大值的聚焦度参数、及其附近的另外两个聚焦度参数，相应的，数据点的数量为三个。
由于聚焦度参数与拍摄高度一一对应，因此，被提取的聚焦度参数有相对应的第一拍摄高度，任一个被提取的聚焦度参数与相对应的第一拍摄高度构成一个数据点，从而获得了多个数据点。其中，所述数据点指的是在二维坐标系上的点，例如，在每一个数据点中，横坐标为第一拍摄高度，纵坐标为聚焦度参数。
本实施例中，为了后续能够利用预设高斯宽度对所述多个数据点进行高斯拟合，所提取的所述聚焦度参数的数量至少为三个。
需要说明的是，所提取的所述聚焦度参数的数量也不宜过多。如果所提取的所述聚焦度参数的数量过多，则相应会增加数据处理量，从而导致所述聚焦方法的聚焦效率低下。为此，本实施例中，所提取的所述聚焦度参数的数量为三个至七个。
参考图1，执行步骤S3，利用预设高斯宽度对所述多个数据点进行高斯拟合获取第一高斯拟合曲线，并根据所述第一高斯拟合曲线获取最佳聚焦高度。
本实施例中，由于仅提取了聚焦度参数值最大的多个聚焦度参数，并利用多个数据点以及预设高斯宽度进行拟合，因此能够减少拍摄的图像数量，从而能够提高聚焦速度，而且，通过提取聚焦度参数值最大的多个聚焦度参数进行拟合，易于获得最佳聚焦高度，从而能够提高聚焦精度；综上，本实施例能够在不增加额外硬件(例如干涉系统)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，利用预设高斯宽度对所述多个数据点进行高斯拟合获取第一高斯拟合曲线的步骤中，所述预设高斯宽度大于所述第一预设步长，从而使得所述多个数据点均能够位于第一高斯拟合曲线上，即能够利用所述多个数据点进行高斯拟合。
其中，所述预设高斯宽度与所述第一预设步长的比值不宜过小，也不宜过大。如果所述预设高斯宽度与所述第一预设步长的比值过小，则容易导致用于获取第一高斯拟合曲线所需的数据点数量不足，从而难以获取第一高斯拟合曲线；如果所述预设高斯宽度与所述第一预设步长的比值过大，则相应需要更多的数据点才能得到第一高斯拟合曲线，从而导致前述获取多张第一图像的步骤中，需要采集更多数量的第一图像，进而导致所述聚焦方法的聚焦效率低下。为此，本实施例中，所述预设高斯宽度为所述第一预设步长的3倍至5倍。
需要说明的是，利用预设高斯宽度对所述多个数据点进行高斯拟合获取第一高斯拟合曲线的步骤中，为了便于收敛，可以根据成像装置的景深设置所述预设高斯宽度。
本实施例中，以提取三个聚焦度参数值最大的聚焦度参数为例，因此，数据点的数量为三个，相应的，利用预设高斯宽度对所述三个数据点进行高斯拟合。
结合参考图2，图2是所述第一高斯拟合曲线的一实施例的曲线图，图2中的数据点A、数据点B和数据点C即为所述三个数据点。
所述第一高斯拟合曲线具有峰值，所述峰值具有对应的高度z0，因此，在所述高度z0位置处拍摄的图像的聚焦度参数值较大(即离焦量较小)。
结合参考图3，图3是图1的步骤S4中一实施例的流程图，本实施例中，为了进一步提高所获取的最佳聚焦高度的精准度，进而进一步提高聚焦精度，根据所述第一高斯拟合曲线获取最佳聚焦高度的步骤包括：执行步骤S41，进行一次或多次的聚焦高度提取处理；执行步骤S42，在完成最后一次所述聚焦高度提取处理后，提取所述最后一次聚焦高度提取处理获取的第二高斯拟合曲线的峰值对应的高度位置作为最佳聚焦高度。
通过进行一次或多次的聚焦高度提取处理，从而不断提高第二高斯拟合曲线的精度，进而不断精确聚焦度参数值最大的聚焦度参数所对应的高度位置区域。
结合参考图4，图4是聚焦高度提取处理一实施例的流程图，本实施例所述聚焦高度提取处理包括以下基本步骤：
步骤S411：获取待提取高斯拟合曲线的峰值对应的高度位置，作为基准高度位置；
步骤S412：获取所述基准高度位置后，在第二预设拍摄高度区域内，以第二预设步长对所述待测物在不同的第二拍摄高度位置处进行拍摄，获取多张第二图像，所述基准高度位置位于所述第二预设拍摄高度区域内，且所述第二预设步长小于所述第一预设步长；
步骤S413：获取所述多张第二图像后，根据所述多张第二图像，获取多个与所述第二拍摄高度一一对应的聚焦度参数，所述聚焦度参数用于表征所述第二图像的聚焦质量；
步骤S414：获取多个与所述第二拍摄高度一一对应的聚焦度参数后，对获取的所述多个聚焦度参数和第二拍摄高度进行高斯拟合，获取第二高斯拟合曲线。
其中，在第一次的所述聚焦高度提取处理的过程中，所述待提取高斯拟合曲线即为所述第一高斯拟合曲线；当所述聚焦高度提取处理的次数为多次时，前一次聚焦高度提取处理获取的所述第二高斯拟合曲线作为后一次聚焦高度提取处理中的待提取高斯拟合曲线，且后一次聚焦高度提取处理中的第二预设步长小于前一次聚焦高度提取处理获取处理中的第二预设步长。
本实施例在第一高斯拟合曲线的基础上，采用更小的第二预设步长对所述待测物在不同高度位置处再次进行拍摄，且当所述聚焦高度提取处理的次数为多次时，前一次聚焦高度提取处理获取的所述第二高斯拟合曲线作为后一次聚焦高度提取处理中的待提取高斯拟合曲线，从而不断精确聚焦度参数值最大的聚焦度参数所对应的高度位置区域，以进一步提高所获取的最佳聚焦高度的精准度，进而进一步提高聚焦精度。
而且，当所述聚焦高度提取处理的次数为多次时，后一次聚焦高度提取处理中的第二预设步长小于前一次聚焦高度提取处理获取处理中的第二预设步长，从而不断提高精度。
相应的，所述聚焦高度提取处理的次数越多，精度则越高。
需要说明的是，当聚焦高度提取处理的次数过多时，容易引入噪声信息。
本实施例中，为了提高聚焦速度，仅进行一次聚焦高度提取处理。
其中，由于前述从所述第一图像的聚焦度参数中提取了聚焦度参数值最大的多个聚焦度参数，并利用多个数据点以及预设高斯宽度进行拟合，因此，所述第一高斯拟合曲线的峰值对应的高度z0与最佳聚焦高度的差距已经较小，仅进行一次聚焦高度提取处理，也能获得较高的聚焦精度。
以下结合附图，对所述聚焦高度提取处理的步骤做详细说明。
参考图4，执行步骤S411，获取待提取高斯拟合曲线的峰值对应的高度位置，作为基准高度位置。
本实施例中，在第一次的所述聚焦高度提取处理的过程中，所述待提取高斯拟合曲线为所述第一高斯拟合曲线。相应的，所述基准高度位置为高度z0。
继续参考图4，执行步骤S412，获取所述基准高度位置后，在第二预设拍摄高度区域内，以第二预设步长对所述待测物在不同的第二拍摄高度位置处进行拍摄，获取多张第二图像，其中，所述基准高度位置位于所述第二预设拍摄高度区域内，且所述第二预设步长小于所述第一预设步长。
所述第二预设步长小于所述第一预设步长，因此，与前述以第一预设步长对待测物在不同的第一拍摄高度位置处进行拍摄的步骤相比，该步骤中相邻两次拍摄的高度变化量更小，从而提高后续获取的最佳聚焦高度的精准度。
本实施例中，在第二预设拍摄高度区域内，以第二预设步长对所述待测物在不同的第二拍摄高度位置处进行拍摄，所述基准高度位置位于所述第二预设拍摄高度区域内。也就是说，沿聚焦方向，在所述高度z0之上和之下的预设范围内，以所述第二预设步长拍摄多张第二图像。其中，在所述高度z0之上指的是高于所述高度z0的位置，在所述高度z0之下指的是低于所述高度z0的位置。
在第一次的所述聚焦高度提取处理的过程中，所述第二预设步长不宜过小，也不宜过大。如果所述第二预设步长过小，则需要拍摄数量较多的第二图像，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；如果所述第二预设步长过大，则容易导致进一步提高最佳聚焦高度的精度的效果不佳。为此，在第一次的所述聚焦高度提取处理的过程中，所述第二预设步长为50纳米至70纳米。
本实施例中，在第二预设拍摄高度区域内，以第二预设步长对所述待测物在不同的第二拍摄高度位置处进行拍摄，因此，所述第二预设拍摄高度区域具有最低位置和最高位置。
需要说明的是，所述基准高度位置(即高度z0)位于所述第二预设拍摄高度区域内，如果所述基准高度位置(即高度z0)至所述最低位置或最高位置的距离与所述第一预设步长的比值过小，则容易导致所述聚焦高度提取处理用于进一步提高精度的效果不佳；如果所述基准高度位置(即高度z0)至所述最低位置或最高位置的距离与所述第一预设步长的比值过大，则容易导致所述聚焦方法的聚焦效率低下，且容易引入较多的噪声信息。为此，本实施例中，在第一次的所述聚焦高度提取处理的过程中，所述基准高度位置(即高度z0)至所述最低位置或最高位置的距离为所述第一预设步长的1/10至1/7。
还需要说明的是，所述最高位置和最低位置的高度差与所述第二预设步长的比值也不宜过小，也不宜过大。如果所述最高位置和最低位置的高度差与所述第二预设步长的比值过小，则容易导致所述第二预设步长过大，从而容易导致所述聚焦高度提取处理用于进一步提高精度的效果不佳；如果所述最高位置和最低位置的高度差与所述第二预设步长的比值过大，则在聚焦高度提取处理的过程中，相应需要拍摄数量较多的第二图像，从而导致所述聚焦方法的聚焦效率低下。为此，本实施例中，所述最高位置和最低位置的高度差为所述第二预设步长的5倍至8倍。
继续参考图4，执行步骤S413，获取所述多张第二图像后，根据所述多张第二图像，获取多个与所述第二拍摄高度一一对应的聚焦度参数，所述聚焦度参数用于表征所述第二图像的聚焦质量。
通过获取多张第二图像，并获取多个与所述第二拍摄高度一一对应的聚焦度参数，从而为后续对获取的所述多个聚焦度参数和第二拍摄高度进行高斯拟合做准备。
本实施例中，在所述聚焦高度提取处理的过程中，所提取的聚焦度参数类型，与前述从第一图像中提取的聚焦度参数类型相同，有利于进一步提高精度。
聚焦度参数与拍摄高度一一对应，因此，以所述第二预设步长对所述待测物在不同的第二拍摄高度位置处进行拍摄，并获取多个与所述第二拍摄高度一一对应的聚焦度参数后，任一张第二图像的聚焦度参数与相对应的第二拍摄高度构成一个数据点。
作为一种示例，在第二预设拍摄高度区域内，共拍摄六张第二图像，因此，共获得六个数据点。
继续参考图4，执行步骤S414，获取多个与所述第二拍摄高度一一对应的聚焦度参数后，对获取的所述多个聚焦度参数和第二拍摄高度进行高斯拟合，获取第二高斯拟合曲线。
具体地，对以所述第二预设步长进行拍摄获得的六个数据点进行高斯拟合。
结合参考图5，图5是第二高斯拟合曲线一实施例的曲线图，图5中的数据点D、数据点E、数据点F、数据点G、数据点H和数据点I为此次以第二预设步长进行拍摄获得的六个数据点。
所述第二高斯拟合曲线具有峰值，所述峰值具有对应的高度z1，因此，在所述高度z1位置处拍摄的图像的聚焦度参数值较大。
本实施例中，提取所述第二高斯拟合曲线的峰值对应的高度z1位置作为最佳聚焦高度。
相应的，本发明实施例还提供一种聚焦系统。参考图6，示出了本发明聚焦系统一实施例的功能框图。
所述聚焦系统包括：图像获取模块50，用于在第一预设拍摄高度区域内，以第一预设步长对待测物在不同的第一拍摄高度位置处进行拍摄，获取多张第一图像；聚焦度参数获取模块60，用于根据所述多张第一图像，获取多个与所述第一拍摄高度一一对应的聚焦度参数，所述聚焦度参数用于表征所述第一图像的聚焦质量；数据提取模块70，用于从所述多个聚焦度参数中提取至少三个聚焦度参数值最大的聚焦度参数，并获取由所述聚焦度参数值最大的聚焦度参数与相对应的所述第一拍摄高度构成的多个数据点；数据处理模块80，用于利用预设高斯宽度对所述多个数据点进行高斯拟合获取第一高斯拟合曲线，并根据所述第一高斯拟合曲线获取最佳聚焦高度。
在所述聚焦系统中，图像获取模块50在第一预设高度位置区域内，以第一预设步长对待测物在不同的第一拍摄高度位置处进行拍摄，获取多张第一图像，并获取多个与第一拍摄高度一一对应的聚焦度参数后，数据提取模块70仅从所述多个聚焦度参数中提取至少三个聚焦度参数值最大的聚焦度参数，并获取由所述聚焦度参数值最大的聚焦度参数与相对应的所述第一拍摄高度构成的多个数据点，随后数据处理模块80利用多个数据点以及预设高斯宽度进行拟合，由于提取的是聚焦度参数值最大的多个聚焦度参数，因此不仅能够减少拍摄的图像数量，从而能够提高聚焦速度，而且易于获得最佳聚焦高度，从而能够提高聚焦精度；综上，本实施例所述聚焦系统能够在不增加额外硬件(例如干涉系统)成本的情况下，在保证聚焦精度的同时，提高聚焦速度。
所述图像获取模块50用于在第一预设拍摄高度区域内，以第一预设步长对待测物在不同的第一拍摄高度位置处进行拍摄，获取多张第一图像。
通过在第一预设拍摄高度区域内，以第一预设步长对待测物在不同的第一拍摄高度位置处进行拍摄，实现数据的收集，以便后续从所述第一图像中提取聚焦度参数，从而能够选取所需的聚焦度参数及其对应的第一拍摄高度，构成数据点。
本实施例中，所述图像获取模块50为成像装置。具体地，所述成像装置可以为显微成像装置。
本实施例中，所述第一预设拍摄高度区域即为沿聚焦方向的纵向高度范围。其中，所述聚焦方向指的是垂直于所述待测物顶面的方向。
在所述第一预设拍摄高度区域一定的情况下，所述第一预设步长决定了获取的图像数量，所述第一预设步长越大，则第一图像的数量越少。
所述聚焦度参数获取模块60用于根据所述多张第一图像，获取多个与所述第一拍摄高度一一对应的聚焦度参数，所述聚焦度参数用于表征所述第一图像的聚焦质量。
所述聚焦度参数用于表征所述第一图像的聚焦质量，也就是说，所述聚焦度参数能够表征在特定高度位置处拍摄待测物后所获得图像的离焦量，通过先收集多个聚焦度参数，从而为后续提取聚焦度参数值最大的多个聚焦度参数做准备。
需要说明的是，所选取的聚焦度参数应当满足：聚焦度参数和拍摄高度能够实现高斯拟合。为此，本实施例中，所述聚焦度参数包括锐度、对比度、清晰度、图像中心距、图像曲率或图像自相关性。作为一种示例，所述聚焦度参数为锐度。
还需要说明的是，每一张第一图像是在特定高度位置处拍摄获得的，因此，聚焦度参数与所述第一拍摄高度一一对应。
所述数据提取模块70用于从所述多个聚焦度参数中提取至少三个聚焦度参数值最大的聚焦度参数，并获取由所述聚焦度参数值最大的聚焦度参数与相对应的所述第一拍摄高度构成的多个数据点。
所述多个数据点用于作为高斯拟合的源数据。
具体地，所述数据提取模块70用于从所述多个聚焦度参数中，提取聚焦度参数值为最大值(即离焦量为最小值)的聚焦度参数、以及与所述聚焦度参数值为最大值的聚焦度参数最接近的若干个邻近的聚焦度参数。
本实施例中，以提取三个聚焦度参数值最大的聚焦度参数为例，所述数据提取模块70用于提取聚焦度参数值为最大值的聚焦度参数、及其附近的另外两个聚焦度参数，相应的，数据点的数量为三个。
本实施例中，为了能够利用预设高斯宽度对所述多个数据点进行高斯拟合，所提取的所述聚焦度参数的数量至少为三个。
所述数据处理模块80用于利用预设高斯宽度对所述多个数据点进行高斯拟合获取第一高斯拟合曲线，并根据所述第一高斯拟合曲线获取最佳聚焦高度。
本实施例中，以数据提取模块70提取三个聚焦度参数值最大的聚焦度参数为例，因此，数据点的数量为三个，相应的，所述数据处理模块80利用预设高斯宽度对所述三个数据点进行高斯拟合。
结合参考图2，图2是所述第一高斯拟合曲线的一实施例的曲线图，图2中的数据点A、数据点B和数据点C即为所述三个数据点。
所述第一高斯拟合曲线具有峰值，所述峰值具有对应的高度z0，因此，在所述高度z0位置处拍摄的图像的聚焦度参数值较大(即离焦量较小)。
本实施例中，为了进一步提高所述聚焦系统检测最佳聚焦高度的精准度，所述图像获取模块50、聚焦度参数获取模块60、数据提取模块70和数据处理模块80还可以用于进行一次或多次的聚焦高度提取处理，其中，每一次聚焦高度提取处理均需采用所述图像获取模块50、聚焦度参数获取模块60、数据提取模块70和数据处理模块80。
具体地，所述数据处理模块80还用于获取待提取高斯拟合曲线的峰值对应的高度位置，作为基准高度位置，所述图像获取模块50还用于在获取所述基准高度位置后，在第二预设拍摄高度区域内，以第二预设步长对所述待测物在不同的第二拍摄高度位置处进行拍摄，获取多张第二图像，所述基准高度位置位于所述第二预设拍摄高度区域内，且所述第二预设步长小于所述第一预设步长；所述数据提取模块70还用于根据所述多张第二图像，获取多个与所述第二拍摄高度一一对应的聚焦度参数，所述聚焦度参数用于表征所述第二图像的聚焦质量；所述数据处理模块80还用于在获取多个与所述第二拍摄高度一一对应的聚焦度参数后，对获取的所述多个聚焦度参数和第二拍摄高度进行高斯拟合，获取第二高斯拟合曲线。
其中，所述聚焦系统在完成最后一次所述聚焦高度提取处理后，所述数据处理模块80提取所述最后一次聚焦高度提取处理获取的第二高斯拟合曲线的峰值对应的高度位置作为最佳聚焦高度。
也就是说，所述聚焦系统是一个可以进行数据迭代的系统，所述聚焦系统在第一高斯拟合曲线的基础上，采用更小的第二预设步长对所述待测物在不同的第二拍摄高度位置处再次进行拍摄，且当所述聚焦高度提取处理的次数为多次时，前一次聚焦高度提取处理获取的所述第二高斯拟合曲线作为后一次聚焦高度提取处理中的待提取高斯拟合曲线，从而不断精确聚焦度参数值最大的聚焦度参数所对应的高度位置区域，以进一步提高所获取的最佳聚焦高度的精准度，进而进一步提高聚焦精度。而且，当所述聚焦高度提取处理的次数为多次时，后一次聚焦高度提取处理中的第二预设步长小于前一次聚焦高度提取处理获取处理中的第二预设步长，从而不断提高精度。
本实施例中，在第一次的所述聚焦高度提取处理的过程中，所述数据处理模块80获取所述第一高斯拟合曲线的峰值对应的高度位置，作为基准高度位置。相应的，所述基准高度位置为高度z0。
本实施例中，所述图像获取模块50在第二预设拍摄高度区域内，以第二预设步长对所述待测物在不同的第二拍摄高度位置处进行拍摄，所述基准高度位置位于所述第二预设拍摄高度区域内。也就是说，所述图像获取模块50在所述高度z0之上和之下的预设范围内，以所述第二预设步长拍摄获取多张第二图像。
所述图像获取模块50在第二预设拍摄高度区域内，以第二预设步长对所述待测物在不同的第二拍摄高度位置处进行拍摄后，所述数据提取模块70获取多个与所述第二拍摄高度一一对应的聚焦度参数，从而为后续对获取的所述多个聚焦度参数和第二拍摄高度进行高斯拟合做准备。
聚焦度参数与拍摄高度一一对应，因此，以所述第二预设步长对所述待测物在不同的第二拍摄高度位置处进行拍摄，并获取多个与所述第二拍摄高度一一对应的聚焦度参数后，任一张第二图像的聚焦度参数与相对应的第二拍摄高度构成一个数据点。
作为一种示例，在第二预设拍摄高度区域内，所述图像获取模块50共拍摄六张图像，因此，共获得六个数据点。
相应的，所述数据处理模块80对以所述第二预设步长进行拍摄获得的六个数据点进行高斯拟合。
结合参考图5，图5是第二高斯拟合曲线一实施例的曲线图，图5中的数据点D、数据点E、数据点F、数据点G、数据点H和数据点I为以第二预设步长进行拍摄获得的六个数据点。
所述第二高斯拟合曲线具有峰值，所述峰值具有对应的高度z1，因此，在所述高度z1位置处拍摄的图像的聚焦度参数值较大。
本实施例中，获得所述第二拟合曲线后，所述数据处理模块80提取所述第二高斯拟合曲线的峰值对应的高度z1位置作为最佳聚焦高度。
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聚焦方法，以实现本发明实施例提供的聚焦方法。
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聚焦方法。
本发明实施例的聚焦方法中，在第一预设拍摄高度区域内，以第一预设步长对待测物在不同的第一拍摄高度位置处进行拍摄，获取多张第一图像后，根据所述多张第一图像获取多个与所述第一拍摄高度一一对应的聚焦度参数，并从所述多个聚焦度参数中提取至少三个聚焦度参数值最大的聚焦度参数，并获取由所述聚焦度参数值最大的聚焦度参数与相对应的第一拍摄高度构成的多个数据点，随后利用预设高斯宽度对所述多个数据点进行高斯拟合获取第一高斯拟合曲线，并根据所述第一高斯拟合曲线获取最佳聚焦高度；其中，本发明实施例仅提取聚焦度参数值最大的多个聚焦度参数，并利用多个数据点以及预设高斯宽度进行拟合，因此能够减少拍摄的图像数量，从而能够提高聚焦速度，而且，通过提取聚焦度参数值最大的多个聚焦度参数进行拟合，易于获得最佳聚焦高度，从而能够提高聚焦精度；综上，本发明实施例能够在不增加额外硬件(例如干涉系统)成本的情况下，在保证聚焦精度的同时，提高聚焦速度。
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)
1.一种聚焦方法，其特征在于，包括：
在第一预设拍摄高度区域内，以第一预设步长对待测物在不同的第一拍摄高度位置处进行拍摄，获取多张第一图像；
根据所述多张第一图像，获取多个与所述第一拍摄高度一一对应的聚焦度参数，所述聚焦度参数用于表征所述第一图像的聚焦质量；
从所述多个聚焦度参数中提取至少三个聚焦度参数值最大的聚焦度参数，并获取由所述聚焦度参数值最大的聚焦度参数与相对应的所述第一拍摄高度构成的多个数据点；
利用预设高斯宽度对所述多个数据点进行高斯拟合获取第一高斯拟合曲线，并根据所述第一高斯拟合曲线获取最佳聚焦高度。
2.如权利要求1所述的聚焦方法，其特征在于，根据所述第一高斯拟合曲线获取最佳聚焦高度的步骤包括：
进行一次或多次的聚焦高度提取处理，所述聚焦高度提取处理包括：
获取待提取高斯拟合曲线的峰值对应的高度位置，作为基准高度位置；获取所述基准高度位置后，在第二预设拍摄高度区域内，以第二预设步长对所述待测物在不同的第二拍摄高度位置处进行拍摄，获取多张第二图像，所述基准高度位置位于所述第二预设拍摄高度区域内，且所述第二预设步长小于所述第一预设步长；获取所述多张第二图像后，根据所述多张第二图像，获取多个与所述第二拍摄高度一一对应的聚焦度参数，所述聚焦度参数用于表征所述第二图像的聚焦质量；获取多个与所述第二拍摄高度一一对应的聚焦度参数后，对获取的所述多个聚焦度参数和第二拍摄高度进行高斯拟合，获取第二高斯拟合曲线；
在完成最后一次所述聚焦高度提取处理后，提取所述最后一次聚焦高度提取处理获取的第二高斯拟合曲线的峰值对应的高度位置作为最佳聚焦高度；
其中，在第一次的所述聚焦高度提取处理的过程中，所述待提取高斯拟合曲线为所述第一高斯拟合曲线；当所述聚焦高度提取处理的次数为多次时，前一次聚焦高度提取处理获取的所述第二高斯拟合曲线作为后一次聚焦高度提取处理中的待提取高斯拟合曲线，且后一次聚焦高度提取处理中的第二预设步长小于前一次聚焦高度提取处理获取处理中的第二预设步长。
3.如权利要求1所述的聚焦方法，其特征在于，利用预设高斯宽度对所述多个数据点进行高斯拟合获取第一高斯拟合曲线的步骤中，所述预设高斯宽度大于所述第一预设步长。
4.如权利要求3所述的聚焦方法，其特征在于，所述预设高斯宽度为所述第一预设步长的3倍至5倍。
5.如权利要求1所述的聚焦方法，其特征在于，通过成像装置，以第一预设步长对待测物在不同的第一拍摄高度位置处进行拍摄，获取多张第一图像；
所述第一预设步长为所述成像装置的景深的2倍至3倍。
6.如权利要求1所述的聚焦方法，其特征在于，从所述多个聚焦度参数中提取至少三个聚焦度参数值最大的聚焦度参数，并获取由所述聚焦度参数值最大的聚焦度参数与相对应的所述第一拍摄高度构成的多个数据点的步骤中，提取的所述聚焦度参数的数量为三个至七个。
7.如权利要求2所述的聚焦方法，其特征在于，在第一次的所述聚焦高度提取处理的过程中，所述第二预设拍摄高度区域具有最低位置和最高位置，所述基准高度位置至所述最低位置或最高位置的距离为所述第一预设步长的1/10至1/7。
8.如权利要求2所述的聚焦方法，其特征在于，所述第二预设拍摄高度区域具有最低位置和最高位置，所述最高位置和最低位置的高度差为所述第二预设步长的5倍至8倍。
9.如权利要求2所述的聚焦方法，其特征在于，在第一次的所述聚焦高度提取处理的过程中，所述第二预设步长为50纳米至70纳米。
10.如权利要求1所述的聚焦方法，其特征在于，所述聚焦度参数包括锐度、对比度、清晰度、图像中心距、图像曲率或图像自相关性。
11.一种聚焦系统，其特征在于，包括：
图像获取模块，用于在第一预设拍摄高度区域内，以第一预设步长对待测物在不同的第一拍摄高度位置处进行拍摄，获取多张第一图像；
聚焦度参数获取模块，用于根据所述多张第一图像，获取多个与所述第一拍摄高度一一对应的聚焦度参数，所述聚焦度参数用于表征所述第一图像的聚焦质量；
数据提取模块，用于从所述多个聚焦度参数中提取至少三个聚焦度参数值最大的聚焦度参数，并获取由所述聚焦度参数值最大的聚焦度参数与相对应的所述第一拍摄高度构成的多个数据点；
数据处理模块，用于利用预设高斯宽度对所述多个数据点进行高斯拟合获取第一高斯拟合曲线，并根据所述第一高斯拟合曲线获取最佳聚焦高度。
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任一项所述的聚焦方法。
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