CN116600201B - 一种基于扫描电镜的自动聚焦方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种基于扫描电镜的自动聚焦方法及装置，其中，方法，按照三点趋势法在目标聚焦位置的预设方向上逐步多次调节聚焦焦距并拍摄每次调节聚焦焦距形成的聚焦图像，直到多次调节聚焦焦距形成聚焦图像对应的图像清晰度满足预设条件为止，并记录最佳图像清晰度对应的最佳聚焦焦距，可自定义搜索焦距的预设方向，不但可以在一定程度上提高聚焦准确性及效率，而且还可以帮助新手用户快速聚焦找到清晰图像，提升用户体验。
Description
技术领域
本发明涉及扫描电镜的自动聚焦技术领域，具体涉及一种基于扫描电镜的自动聚焦方法及装置。
背景技术
扫描电镜是一种电子光学仪器，在材料、生物、物理、化学等领域发挥着重要的作用。其原理是从电子枪阴极发出的电子束，在栅极的作用下将电子束汇聚成交叉斑，在阳极加速的作用下，经三个电磁透镜聚焦后汇聚成一束很细的电子探针入射束到达试样表面，其中，在物镜上方扫描线圈的驱动下，使入射束能在试样表面作有序的光栅扫描，从而激发出二次电子，背散射电子和X射线等多种信息，并通过相应探测器检测、信号处理放大系统放大，传送到显像管上成像。
扫描电子显微镜成像清晰与否，与聚焦的焦距息息相关。物镜是一块强磁透镜，焦距很短，通过改变聚焦的电流可以起到调节焦距的作用，从而获取对焦准确的电流值，呈现清晰的图像。
扫描电镜的自动聚焦方法是应用“爬山法”以一定步进不断改变焦距，采集图像并计算图像的清晰度，根据清晰度变化趋势，来指导焦距逼近最优值。
然而，现有自动聚焦方法虽也遵循粗焦定位，细焦定点的策略，但该方式初始聚焦搜索位置焦距从零开始按照逐渐增大的趋势盲目遍历搜索聚焦焦距，且在搜索过程中无法自定义搜索方向，一定程度影响聚焦准确性及聚焦效率。并且，该方式通过改变放大倍数进行粗、细焦，且在自动聚焦过程中进行显示，影响用户体验。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中聚焦方式的准确性及聚焦效率低以及影响用户体验的问题，从而提供一种基于扫描电镜的自动聚焦方法及装置。
根据第一方面，本发明实施例提供一种基于扫描电镜的自动聚焦方法，包括如下步骤：
基于扫描电镜的各工作高度参数和各聚焦位置预设系数，计算搜索目标聚焦位置对应的初始聚焦焦距；
基于预设图像清晰度阈值、第一聚焦焦距步长、所述目标聚焦位置对应的初始聚焦焦距和聚焦焦距预设调节次数，按照三点趋势法在所述目标聚焦位置的预设方向上逐步多次调节聚焦焦距并拍摄每次调节聚焦焦距形成的聚焦图像，直到所述多次调节聚焦焦距形成聚焦图像对应的图像清晰度满足预设条件为止，并记录最佳图像清晰度对应的最佳聚焦焦距；
按照所述最佳图像清晰度对应的最佳聚焦焦距，对所述目标聚焦位置进行自动聚焦。
可选地，基于预设图像清晰度阈值、第一聚焦焦距步长、所述目标聚焦位置对应的初始聚焦焦距和聚焦焦距预设调节次数，按照三点趋势法在所述目标聚焦位置的预设方向上逐步多次调节聚焦焦距并拍摄每次调节聚焦焦距形成的聚焦图像，直到所述多次调节聚焦焦距形成聚焦图像对应的图像清晰度满足预设条件为止，并记录最佳图像清晰度对应的最佳聚焦焦距，包括：
基于所述第一聚焦焦距步长、所述目标聚焦位置对应的初始聚焦焦距和所述聚焦焦距预设调节次数，在每次调节聚焦焦距中均按照三点趋势法记录所述目标聚焦位置的预设方向上连续拍摄的三张聚焦图像的图像清晰度；
基于所述连续拍摄的三张聚焦图像的图像清晰度，计算第二张聚焦图像对应的图像清晰度减去第一张聚焦图像对应的图像清晰度得到第一差值；和，计算所述第二张聚焦图像对应的图像清晰度减去第三张聚焦图像对应的图像清晰度得到第二差值；
基于所述聚焦焦距预设调节次数，在每次调节聚焦焦距中均按照三点趋势法记录所述目标聚焦位置的预设方向上连续拍摄的三张聚焦图像的图像清晰度，直到所述第一差值大于所述预设图像清晰度阈值，且所述第二差值大于所述预设图像清晰度阈值时为止，并将所述第二张聚焦图像对应的图像清晰度作为最佳聚焦清晰度；
获取所述最佳聚焦清晰度对应的最佳聚焦焦距。
可选地，若基于所述多次调节聚焦焦距，在每次调节聚焦焦距中均按照三点趋势法记录所述目标聚焦位置的预设方向上连续拍摄的三张聚焦图像的图像清晰度，一直不满足所述第一差值大于所述预设图像清晰度阈值，且所述第二差值大于所述预设图像清晰度阈值的预设条件，从所述多次调节聚焦焦距的记录结果中选取最佳聚焦清晰度，并获取该所述最佳聚焦清晰度对应的最佳聚焦焦距。
可选地，在所述每次调节聚焦焦距的过程中，基于所述目标聚焦位置的预设方向粗焦搜索或细焦搜索所述目标聚焦位置的聚焦焦距至所述最佳聚焦焦距。
可选地，所述预设方向包括基于所述目标聚焦位置逐步增大方向，或，基于所述目标聚焦位置逐步减小方向。
可选地，在所述每次调节聚焦焦距的过程中，若基于所述目标聚焦位置的预设方向细焦搜索所述目标聚焦位置的聚焦焦距至所述最佳聚焦焦距，包括：
获取所述粗焦搜索所述目标聚焦位置的所述最佳聚焦焦距；
获取第二聚焦焦距步长，所述第二聚焦焦距步长小于所述第一聚焦焦距步长；
计算所述最佳聚焦焦距减去所述第一聚焦焦距步长得到第三差值；
将所述第三差值作为所述细焦搜索所述目标聚焦位置对应的初始聚焦焦距。
可选地，基于扫描电镜的各工作高度参数和各聚焦位置预设系数，计算搜索目标聚焦位置对应的初始聚焦焦距，包括：
获取扫描电镜样品台的标定高度范围参数、Z轴当前高度参数和样品杯与样品的高度参数；
基于所述所述标定高度范围参数、所述Z轴当前高度参数和所述样品杯与样品的高度参数，计算搜索目标聚焦位置对应的目标高度参数；
基于所述目标高度参数和所述各聚焦位置预设系数，计算搜索目标聚焦位置对应的初始聚焦焦距。
可选地，所述聚焦图像的图像清晰度通过图像清晰度算法计算得到。
根据第二方面，本发明实施例还提供一种基于扫描电镜的自动聚焦装置，包括如下模块：
初始聚焦焦距计算模块，用于基于扫描电镜的各工作高度参数和各聚焦位置预设系数，计算搜索目标聚焦位置对应的初始聚焦焦距；
最佳聚焦焦距确定模块，用于基于预设图像清晰度阈值、第一预设聚焦焦距步长、所述目标聚焦位置对应的初始聚焦焦距和聚焦焦距预设调节次数，按照三点趋势法在所述目标聚焦位置的预设方向上逐步多次调节聚焦焦距并拍摄每次调节聚焦焦距形成的聚焦图像，直到所述多次调节聚焦焦距形成聚焦图像对应的图像清晰度满足预设条件为止，并记录最佳图像清晰度对应的最佳聚焦焦距；
自动聚焦模块，用于按照所述最佳图像清晰度对应的最佳聚焦焦距，对所述目标聚焦位置进行自动聚焦。
根据第三方面，本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，所述计算机指令用于使所述计算机执行第一方面或第一方面任一实施方式中所述的基于扫描电镜的自动聚焦方法。
根据第四方面，本发明实施例还提供一种电子设备，包括：存储器和处理器，所述存储器和所述处理器之间互相通信连接，所述存储器中存储有计算机指令，所述处理器通过执行所述计算机指令，从而执行执行第一方面或第一方面任一实施方式中所述的基于扫描电镜的自动聚焦方法。
本发明技术方案，具有如下优点：
本发明公开一种基于扫描电镜的自动聚焦方法及装置，其中，方法，按照三点趋势法在目标聚焦位置的预设方向上逐步多次调节聚焦焦距并拍摄每次调节聚焦焦距形成的聚焦图像，直到多次调节聚焦焦距形成聚焦图像对应的图像清晰度满足预设条件为止，并记录最佳图像清晰度对应的最佳聚焦焦距，可自定义搜索焦距的预设方向，不但可以在一定程度上提高聚焦准确性及效率，而且还可以帮助新手用户快速聚焦找到清晰图像，提升用户体验。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例中基于扫描电镜的自动聚焦方法的一个具体示例的流程图；
图2为本发明实施例中基于扫描电镜的自动聚焦方法的另一个具体示例的流程图；
图3为本发明实施例中三点趋势法示意图；
图4为本发明实施例中基于扫描电镜的自动聚焦方法的另一个具体示例的流程图；
图5为本发明实施例中基于扫描电镜的自动聚焦方法的另一个具体示例的流程图；
图6为本发明实施例中粗焦定位搜素最佳聚焦焦距的示意图；
图7为本发明实施例中自动聚焦最佳聚焦焦距示意图；
图8A为本发明实施例中扫描电镜执行聚焦动作前的示意图；
图8B为本发明实施例中扫描电镜执行聚焦动作后的示意图；
图9为本发明实施例中基于扫描电镜的自动聚焦装置的结构框图；
图10为本发明实施例中电子设备的硬件示意图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
本发明实施例公开一种基于扫描电镜的自动聚焦方法，如图1所示，包括如下步骤：
步骤S11：基于扫描电镜的各工作高度参数和各聚焦位置预设系数，计算搜索目标聚焦位置对应的初始聚焦焦距。
具体地，扫描电镜的各工作高度参数包括：扫描电镜样品台的标定高度范围参数、Z轴当前高度参数和样品杯与样品的高度参数，其中，标定高度范围参数为扫描电镜样品台的Z轴量程值，Z轴当前高度参数为Z轴当前高度所属于Z轴量程值中的参数值，样品杯与样品的高度参数为二者相加的总高度值。
在一种具体的实施方式中，如图2所示，上述步骤S11在执行的过程中，计算搜索目标聚焦位置对应的初始聚焦焦距，包括：
步骤S21：获取扫描电镜样品台的标定高度范围参数、Z轴当前高度参数和样品杯与样品的高度参数。
示例性地，当上位机发送自动聚焦指令至控制器时，即响应于自动聚焦指令被触发时，获取标定高度范围参数、Z轴当前高度参数和样品杯与样品的高度参数，为自动聚焦作准备。
步骤S22：基于标定高度范围参数、Z轴当前高度参数和样品杯与样品的高度参数，计算搜索目标聚焦位置对应的目标高度参数。
示例性地，计算搜索目标聚焦位置对应的目标高度参数通过如下公式计算：
dWD = Z0WD-dZ –dhZ；
其中，dWD为目标聚焦位置对应的目标高度参数，Z0WD为标定高度范围参数，dZ为Z轴当前高度参数，dhZ为样品杯与样品的高度参数。可以通过计算标定焦距与当前焦距的差值得到，还可以通过量测人员用卡尺测量装入样品杯及样品的高度。
通过上述公式计算目标聚焦位置对应的目标高度参数，以便计算搜索目标聚焦位置对应的初始聚焦焦距，有利于提高自动聚焦效率。同时，通过该方式计算目标高度参数，可以解决传统方式不断逐次调节聚焦的实际高度参数影响用户体验的问题。
步骤S23：基于目标高度参数和各聚焦位置预设系数，计算搜索目标聚焦位置对应的初始聚焦焦距。
示例性地，计算搜索目标聚焦位置对应的初始聚焦焦距通过如下公式计算：
dWD = sqrt(a0+a1×dOL+a2×dOL2+……+an×dOLn)；
其中，dWD为目标聚焦位置对应的目标高度参数，a0、a1、a2……an为各聚焦位置预设系数，dOL为目标聚焦位置对应的初始聚焦焦距。在实际计算中，通过上述公式反推计算得到dOL。
通过该初始聚焦焦距，有利于在自动聚焦过程中对目标聚焦位置进行粗准聚焦，从而提高聚焦效率。
步骤S12：基于预设图像清晰度阈值、第一聚焦焦距步长、目标聚焦位置对应的初始聚焦焦距和聚焦焦距预设调节次数，按照三点趋势法在目标聚焦位置的预设方向上逐步多次调节聚焦焦距并拍摄每次调节聚焦焦距形成的聚焦图像，直到多次调节聚焦焦距形成聚焦图像对应的图像清晰度满足预设条件为止，并记录最佳图像清晰度对应的最佳聚焦焦距。
具体地，预设图像清晰度阈值可以用Scan表示，第一聚焦焦距步长可以用d表示，目标聚焦位置对应的初始聚焦焦距可以用f0表示，目标聚焦位置对应的初始聚焦焦距可以用dOL表示，聚焦焦距预设调节次数可以用n表示。
示例性地，如图3所示，为三点趋势法的示意图，按照逐步增大或逐步减少的趋势，每三点一组不断调节聚焦焦距。
在一种具体的实施方式中，如图4所示，上述步骤S12，基于预设图像清晰度阈值、第一聚焦焦距步长、目标聚焦位置对应的初始聚焦焦距和聚焦焦距预设调节次数，按照三点趋势法在目标聚焦位置的预设方向上逐步多次调节聚焦焦距并拍摄每次调节聚焦焦距形成的聚焦图像，直到多次调节聚焦焦距形成聚焦图像对应的图像清晰度满足预设条件为止，并记录最佳图像清晰度对应的最佳聚焦焦距，包括：
步骤S41：基于第一聚焦焦距步长、目标聚焦位置对应的初始聚焦焦距和聚焦焦距预设调节次数，在每次调节聚焦焦距中均按照三点趋势法记录目标聚焦位置的预设方向上连续拍摄的三张聚焦图像的图像清晰度。
具体地，例如：确定初始聚焦位置后，基于目标聚焦位置对应的初始聚焦焦距f0，并以预设聚焦焦距步长d向目标聚焦位置的预设方向连续采集三张图像，分别记为A，B，C，并利用图像清晰度算法计算A，B，C三张图像各自对应的清晰度值分别为M1，M2，M3，在多次调节聚焦焦距n次中，每次调节聚焦焦距均按照第一聚焦焦距步长d在目标聚焦位置的预设方向上改变一次聚焦焦距，同时均对连续拍摄的三张图像组成一组聚焦图像，在每组连续拍摄的三张图像中，比较这三张图像清晰度M1，M2，M3的大小， 基于三点趋势法逐步通过第一聚焦焦距步长d调节聚焦焦距。最大调节次数为上述中的聚焦焦距预设调节次数n。
具体地，目标聚焦位置的预设方向可以为目标聚焦位置的递增方向（即为聚焦电流步进递增方向或聚焦焦距递增方向），也可以为目标聚焦位置的递减方向（即为聚焦电流步进递减方向或聚焦焦距递减方向）。
步骤S42：基于连续拍摄的三张聚焦图像的图像清晰度，计算第二张聚焦图像对应的图像清晰度减去第一张聚焦图像对应的图像清晰度得到第一差值；和，计算第二张聚焦图像对应的图像清晰度减去第三张聚焦图像对应的图像清晰度得到第二差值。
具体地，例如：三张图像清晰度为M1，M2，M3，则计算M2-M1的差值及M2-M3的差值。
步骤S43：基于聚焦焦距预设调节次数，在每次调节聚焦焦距中均按照三点趋势法记录目标聚焦位置的预设方向上连续拍摄的三张聚焦图像的图像清晰度，直到第一差值大于预设图像清晰度阈值，且第二差值大于预设图像清晰度阈值时为止，并将第二张聚焦图像对应的图像清晰度作为最佳聚焦清晰度。
具体地，例如：在图3中，基于聚焦焦距预设调节次数n，在每次调节聚焦焦距中，基于目标聚焦位置预设方向上的任意连续三点，均记录三张图像清晰度M1，M2，M3，不断迭代直到在总的聚焦焦距预设调节次数中，
当(M2-M1)>Scan&&(M2-M3)>Scan时，迭代结束，即自动聚焦结束。
具体地，由于预设方向可以为目标聚焦位置的递增方向，还可以为目标聚焦位置的递减方向，因此，可以在目标聚焦位置的递增方向或递减方向上，在每次调节聚焦焦距中均按照三点趋势法记录目标聚焦位置连续拍摄的三张聚焦图像的图像清晰度，基于预设条件(M2-M1)>Scan&&(M2-M3)>Scan，不断搜索最佳聚焦清晰度。在基于预设方向通过三点趋势法不断搜索最佳聚焦清晰度时会存在如下几种情形：
1、当在目标聚焦位置的递增方向上一直基于三点趋势法以预设d搜索最佳聚焦清晰度，若出现 (M2-M1)>Scan&&(M3-M2)>Scan，则认为聚焦焦距逐步增大，在n次中，最后一点的聚焦清晰度最大，对应的聚焦焦距也最大。
2、当在目标聚焦位置的递减方向上一直基于三点趋势法以预设d搜索最佳聚焦清晰度，若出现 (M1-M2)>Scan&&(M2-M3)>Scan，则认为聚焦焦距逐步增小，在n次中，最初一点的聚焦清晰度最大，对应的聚焦焦距也最大。
3、当在目标聚焦位置连续递增或连续递减的拐点处，基于三点趋势法搜索最佳聚焦清晰度，会出现(M2-M1)>Scan&&(M2-M3)>Scan，即满足迭代停止条件。即在图3中，峰值为预期的搜索结果。
步骤S44：获取最佳聚焦清晰度对应的最佳聚焦焦距。
本发明实施例通过上述三点趋势法不断迭代得到搜索目标聚焦位置的最佳清晰度，以实现搜索到最佳聚焦焦距，可以解决现有技术需从较小的焦距位置开始聚焦，且只支持从左至右遍历查找，查找时间长，速度慢，且需要人工切换放大倍数挡位影响用户体验的问题。因此，本发明可以基于三点趋势法迭代搜索最佳聚焦焦距方式，可以提高聚焦效率。
在一种具体的实施方式中，若基于多次调节聚焦焦距，在每次调节聚焦焦距中均按照三点趋势法记录目标聚焦位置的预设方向上连续拍摄的三张聚焦图像的图像清晰度，一直不满足第一差值大于预设图像清晰度阈值，且第二差值大于预设图像清晰度阈值的预设条件，从多次调节聚焦焦距的记录结果中选取最佳聚焦清晰度，并获取该最佳聚焦清晰度对应的最佳聚焦焦距。
示例性地，例如：多次调节聚焦焦距为不小于聚焦焦距预设调节次数n次，则从n次调节聚焦焦距的记录结果中选取最佳图像清晰度。
在一种具体的实施方式中，在每次调节聚焦焦距的过程中，基于目标聚焦位置的预设方向粗焦搜索或细焦搜索目标聚焦位置的聚焦焦距至最佳聚焦焦距。上述步骤S41-步骤S44，均适用于粗焦搜索或细焦搜索。
本发明实施例扫描电镜所采用的基于清晰度量化值的切片式，自适应细/微焦定焦策略，可自定义聚焦的预设方向，一定程度上提高聚焦准确性及效率，以帮助新手用户快速聚焦找到清晰图像，提升用户体验。
在上述执行粗焦或细焦搜索最佳焦距基础上，在另一种具体的实施方式中，预设方向包括基于目标聚焦位置逐步增大方向，或，基于目标聚焦位置逐步减小方向。
具体地，例如：基于三点趋势法以逐步增大方向调节聚焦焦距，基于第一聚焦焦距步长d，在目标聚焦位置连续拍摄的三张图像A，B，C中，以C处向目标聚焦位置逐步增大方向上采集第三张图像D。 例如：基于三点趋势法以逐步减小方向调节聚焦焦距，基于第一聚焦焦距步长d，在目标聚焦位置连续拍摄的三张图像A，B，C中，以A处向目标聚焦位置逐步减小方向上采集第三张图像F。
在另一种具体的实施方式中，如图5所示，在每次调节聚焦焦距的过程中，若基于目标聚焦位置的预设方向细焦搜索目标聚焦位置的聚焦焦距至最佳聚焦焦距，包括：
步骤S51：获取粗焦搜索目标聚焦位置的最佳聚焦焦距。
具体地，例如：在多次调节聚焦焦距中，即n次中，通过粗焦搜索目标聚焦位置的最佳焦距为M0，获取该值M0。
步骤S52：获取第二聚焦焦距步长，第二聚焦焦距步长小于第一聚焦焦距步长。
具体地，第一聚焦焦距步长和第二聚焦焦距步长均可以根据实际应用灵活设置。第一聚焦焦距步长为d，第二聚焦焦距步长为b，b<d。
步骤S53：计算最佳聚焦焦距减去第一聚焦焦距步长得到第三差值。
具体地，例如：最佳聚焦焦距为M0，第一聚焦焦距步长为d，则M0-d的差值为上述中的第三差值。
步骤S54：将第三差值作为细焦搜索目标聚焦位置对应的初始聚焦焦距。
具体地，将M0-d作为细焦搜索目标聚焦位置对应的初始聚焦焦距，基于该初始聚焦焦距，再按照上述步骤S41-步骤S44执行三点趋势法调节最佳聚焦焦距。
因此，本发明实施例中执行上述步骤S41-步骤 S44，通过三点趋势法调节最佳焦距，可以通过粗焦或细焦方式调节聚焦焦距，而细焦是在粗焦的基础上，为了实现进一步精准调节聚焦焦距。本发明不但可以保证调节聚焦焦距的准确性，而且还在一定程度上提高聚焦准确性，以帮助新手用户快速聚焦找到清晰图像，提升用户体验。
在一种具体的实施方式中，聚焦图像的图像清晰度通过图像清晰度算法计算得到。例如：基于电镜图像特性，选择准确率较高，适应性较好且通用的图像清晰度算法计算得到聚焦图像的图像清晰度，以实现图像清晰度表征。
步骤S13：按照最佳图像清晰度对应的最佳聚焦焦距，对目标聚焦位置进行自动聚焦。
在一具体示例中，量测人员用卡尺测量装入样品杯及样品的高度，并输入至扫描电镜的控制器中，控制器获取扫描电镜样品台的标定高度范围参数、Z轴当前高度参数和样品杯与样品的高度参数，计算搜索目标聚焦位置对应的初始聚焦焦距，并在当前放大倍数下，以一定的焦距步进值基于三点趋势法迭代进行搜索，并计算对应扫描数据的清晰度量化值，比较第i-1，i与第i+1个清晰度量化值的关系，直至满足预设条件停止迭代，此时，最大清晰度量化值对应的物镜值即为所求，即最佳聚焦焦距。
如图6所示，为本发明实施例中基于扫描电镜的自动聚焦方法，实现粗焦定位搜索最佳聚焦焦距的示意图。
基于多个行业，多种场景样品进行测试，实验数据表明该方法可在短时间内实现有效自动聚焦，示例数据如图8A或8B所示。
因此，本发明实施例中的基于扫描电镜的自动聚焦方法，按照三点趋势法在目标聚焦位置的预设方向上逐步多次调节聚焦焦距并拍摄每次调节聚焦焦距形成的聚焦图像，直到多次调节聚焦焦距形成聚焦图像对应的图像清晰度满足预设条件为止，并记录最佳图像清晰度对应的最佳聚焦焦距，可自定义搜索焦距的预设方向，不但可以在一定程度上提高聚焦准确性及效率，而且还可以帮助新手用户快速聚焦找到清晰图像，提升用户体验。
基于相同构思，本发明实施例还提供一种基于扫描电镜的自动聚焦装置，如图9所示，包括如下模块：
初始聚焦焦距计算模块91，用于基于扫描电镜的各工作高度参数和各聚焦位置预设系数，计算搜索目标聚焦位置对应的初始聚焦焦距；
最佳聚焦焦距确定模块92，用于基于预设图像清晰度阈值、第一预设聚焦焦距步长、所述目标聚焦位置对应的初始聚焦焦距和聚焦焦距预设调节次数，按照三点趋势法在所述目标聚焦位置的预设方向上逐步多次调节聚焦焦距并拍摄每次调节聚焦焦距形成的聚焦图像，直到所述多次调节聚焦焦距形成聚焦图像对应的图像清晰度满足预设条件为止，并记录最佳图像清晰度对应的最佳聚焦焦距；
自动聚焦模块93，用于按照所述最佳图像清晰度对应的最佳聚焦焦距，对所述目标聚焦位置进行自动聚焦。
在一种具体的实施方式中，最佳聚焦焦距确定模块92，包括：
聚焦焦距调节子模块，用于基于第一聚焦焦距步长、目标聚焦位置对应的初始聚焦焦距和聚焦焦距预设调节次数，在每次调节聚焦焦距中均按照三点趋势法记录目标聚焦位置的预设方向上连续拍摄的三张聚焦图像的图像清晰度；
图像清晰度计算子模块，用于基于连续拍摄的三张聚焦图像的图像清晰度，计算第二张聚焦图像对应的图像清晰度减去第一张聚焦图像对应的图像清晰度得到第一差值；和，计算第二张聚焦图像对应的图像清晰度减去第三张聚焦图像对应的图像清晰度得到第二差值；
第一最佳聚焦清晰度确定子模块，用于基于聚焦焦距预设调节次数，在每次调节聚焦焦距中均按照三点趋势法记录目标聚焦位置的预设方向上连续拍摄的三张聚焦图像的图像清晰度，直到第一差值大于预设图像清晰度阈值，且第二差值大于预设图像清晰度阈值时为止，并将第二张聚焦图像对应的图像清晰度作为最佳聚焦清晰度；
最佳聚焦焦距获取子模块，用于获取最佳聚焦清晰度对应的最佳聚焦焦距。
在一种具体的实施方式中，最佳聚焦焦距确定模块92还包括：第二最佳聚焦清晰度确定子模块，用于若基于多次调节聚焦焦距，在每次调节聚焦焦距中均按照三点趋势法记录目标聚焦位置的预设方向上连续拍摄的三张聚焦图像的图像清晰度，一直不满足第一差值大于预设图像清晰度阈值，且第二差值大于预设图像清晰度阈值的预设条件，从多次调节聚焦焦距的记录结果中选取最佳聚焦清晰度，并获取该最佳聚焦清晰度对应的最佳聚焦焦距。
在一种具体的实施方式中，在每次调节聚焦焦距的过程中，基于目标聚焦位置的预设方向粗焦搜索或细焦搜索目标聚焦位置的聚焦焦距至最佳聚焦焦距。
在一种具体的实施方式中，预设方向包括基于目标聚焦位置逐步增大方向，或，基于目标聚焦位置逐步减小方向。
在一种具体的实施方式中，聚焦焦距调节子模块在每次调节聚焦焦距的过程中，若基于目标聚焦位置的预设方向细焦搜索目标聚焦位置的聚焦焦距至最佳聚焦焦距，包括：
最佳聚焦焦距搜索单元，用于获取粗焦搜索目标聚焦位置的最佳聚焦焦距；
聚焦焦距步长获取单元，用于获取第二聚焦焦距步长，第二聚焦焦距步长小于第一聚焦焦距步长；
差值计算单元，用于计算最佳聚焦焦距减去第一聚焦焦距步长得到第三差值。
初始聚焦焦距搜索单元，用于将第三差值作为细焦搜索目标聚焦位置对应的初始聚焦焦距。
在一种具体的实施方式中，初始聚焦焦距计算模块91，包括：
工作高度参数获取子模块，用于高度参数获取扫描电镜样品台的标定高度范围参数、Z轴当前高度参数和样品杯与样品的高度参数。
目标高度参数计算子模块，用于基于标定高度范围参数、Z轴当前高度参数和样品杯与样品的高度参数，计算搜索目标聚焦位置对应的目标高度参数。
初始聚焦焦距搜索子模块，用于基于目标高度参数和各聚焦位置预设系数，计算搜索目标聚焦位置对应的初始聚焦焦距。
在一种具体的实施方式中，聚焦图像的图像清晰度通过图像清晰度算法计算得到。
因此，本发明实施例中的基于扫描电镜的自动聚焦装置中的模块及子模块的功能及效果在上述方法中有所介绍，在此，不再赘述。该装置按照三点趋势法在目标聚焦位置的预设方向上逐步多次调节聚焦焦距并拍摄每次调节聚焦焦距形成的聚焦图像，直到多次调节聚焦焦距形成聚焦图像对应的图像清晰度满足预设条件为止，并记录最佳图像清晰度对应的最佳聚焦焦距，可自定义搜索焦距的预设方向，不但可以在一定程度上提高聚焦准确性及效率，而且还可以帮助新手用户快速聚焦找到清晰图像，提升用户体验。
本发明实施例还提供了一种电子设备，如图10所示，该电子设备可以包括处理器101、存储器102，其中处理器101、存储器102可以通过总线或者其他方式连接，图10中以通过总线连接为例。
处理器101可以为中央处理器（Central Processing Unit，CPU）。处理器101还可以为其他通用处理器、数字信号处理器（Digital Signal Processor，DSP）、专用集成电路（Application Specific Integrated Circuit，ASIC）、现场可编程门阵列（Field-Programmable Gate Array，FPGA）或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等芯片，或者上述各类芯片的组合。
存储器102作为一种非暂态计算机可读存储介质，可用于存储非暂态软件程序、非暂态计算机可执行程序以及模块。处理器101通过运行存储在存储器102中的非暂态软件程序、指令以及模块，从而执行处理器的各种功能应用以及数据处理，即实现上述实施例中的基于扫描电镜的自动聚焦方法。
存储器102可以包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需要的应用程序；存储数据区可存储处理器101所创建的数据等。此外，存储器102可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非暂态存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非暂态固态存储器件。在一些实施例中，存储器102可选包括相对于处理器101远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至处理器101。上述网络的实例包括但不限于电网、互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。
所述一个或者多个模块存储在所述存储器102中，当被所述处理器101执行时，执行附图所示实施例中的基于扫描电镜的自动聚焦方法。
上述计算机设备具体细节可以对应参阅附图所示的实施例中对应的相关描述和效果进行理解，此处不再赘述。
本领域技术人员可以理解，实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体（Read-Only Memory，ROM）、随机存储记忆体（Random AccessMemory，RAM）、快闪存储器（Flash Memory）、硬盘（Hard Disk Drive，缩写：HDD）或固态硬盘（Solid-State Drive，SSD)等；所述存储介质还可以包括上述种类的存储器的组合。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
Claims (9)
1.一种基于扫描电镜的自动聚焦方法，其特征在于，包括如下步骤：
基于扫描电镜的各工作高度参数和各聚焦位置预设系数，计算搜索目标聚焦位置对应的初始聚焦焦距；
基于预设图像清晰度阈值、第一聚焦焦距步长、所述目标聚焦位置对应的初始聚焦焦距和聚焦焦距预设调节次数，按照三点趋势法在所述目标聚焦位置的预设方向上逐步多次调节聚焦焦距并拍摄每次调节聚焦焦距形成的聚焦图像，直到所述多次调节聚焦焦距形成聚焦图像对应的图像清晰度满足预设条件为止，并记录最佳图像清晰度对应的最佳聚焦焦距；
按照所述最佳图像清晰度对应的最佳聚焦焦距，对所述目标聚焦位置进行自动聚焦；
基于扫描电镜的各工作高度参数和各聚焦位置预设系数，计算搜索目标聚焦位置对应的初始聚焦焦距，包括：
获取扫描电镜样品台的标定高度范围参数、Z轴当前高度参数和样品杯与样品的高度参数；
基于所述标定高度范围参数、所述Z轴当前高度参数和所述样品杯与样品的高度参数，计算搜索目标聚焦位置对应的目标高度参数；
基于所述目标高度参数和所述各聚焦位置预设系数，计算搜索目标聚焦位置对应的初始聚焦焦距。
2.根据权利要求1所述的基于扫描电镜的自动聚焦方法，其特征在于，基于预设图像清晰度阈值、第一聚焦焦距步长、所述目标聚焦位置对应的初始聚焦焦距和聚焦焦距预设调节次数，按照三点趋势法在所述目标聚焦位置的预设方向上逐步多次调节聚焦焦距并拍摄每次调节聚焦焦距形成的聚焦图像，直到所述多次调节聚焦焦距形成聚焦图像对应的图像清晰度满足预设条件为止，并记录最佳图像清晰度对应的最佳聚焦焦距，包括：
基于所述第一聚焦焦距步长、所述目标聚焦位置对应的初始聚焦焦距和所述聚焦焦距预设调节次数，在每次调节聚焦焦距中均按照三点趋势法记录所述目标聚焦位置的预设方向上连续拍摄的三张聚焦图像的图像清晰度；
基于所述连续拍摄的三张聚焦图像的图像清晰度，计算第二张聚焦图像对应的图像清晰度减去第一张聚焦图像对应的图像清晰度得到第一差值；和，计算所述第二张聚焦图像对应的图像清晰度减去第三张聚焦图像对应的图像清晰度得到第二差值；
基于所述聚焦焦距预设调节次数，在每次调节聚焦焦距中均按照三点趋势法记录所述目标聚焦位置的预设方向上连续拍摄的三张聚焦图像的图像清晰度，直到所述第一差值大于所述预设图像清晰度阈值，且所述第二差值大于所述预设图像清晰度阈值时为止，并将所述第二张聚焦图像对应的图像清晰度作为最佳聚焦清晰度；
获取所述最佳聚焦清晰度对应的最佳聚焦焦距。
3.根据权利要求2所述的基于扫描电镜的自动聚焦方法，其特征在于，若基于所述多次调节聚焦焦距，在每次调节聚焦焦距中均按照三点趋势法记录所述目标聚焦位置的预设方向上连续拍摄的三张聚焦图像的图像清晰度，一直不满足所述第一差值大于所述预设图像清晰度阈值，且所述第二差值大于所述预设图像清晰度阈值的预设条件，从所述多次调节聚焦焦距的记录结果中选取最佳聚焦清晰度，并获取该最佳聚焦清晰度对应的最佳聚焦焦距。
4.根据权利要求2或3所述的基于扫描电镜的自动聚焦方法，其特征在于，在所述每次调节聚焦焦距的过程中，基于所述目标聚焦位置的预设方向粗焦搜索或细焦搜索所述目标聚焦位置的聚焦焦距至所述最佳聚焦焦距。
5.根据权利要求4所述的基于扫描电镜的自动聚焦方法，其特征在于，所述预设方向包括基于所述目标聚焦位置逐步增大方向，或，基于所述目标聚焦位置逐步减小方向。
6.根据权利要求4所述的基于扫描电镜的自动聚焦方法，其特征在于，在所述每次调节聚焦焦距的过程中，若基于所述目标聚焦位置的预设方向细焦搜索所述目标聚焦位置的聚焦焦距至所述最佳聚焦焦距，包括：
获取所述粗焦搜索所述目标聚焦位置的所述最佳聚焦焦距；
获取第二聚焦焦距步长，所述第二聚焦焦距步长小于所述第一聚焦焦距步长；
计算所述最佳聚焦焦距减去所述第一聚焦焦距步长得到第三差值；
将所述第三差值作为所述细焦搜索所述目标聚焦位置对应的初始聚焦焦距。
7.一种基于扫描电镜的自动聚焦装置，其特征在于，包括如下模块：
初始聚焦焦距计算模块，用于基于扫描电镜的各工作高度参数和各聚焦位置预设系数，计算搜索目标聚焦位置对应的初始聚焦焦距；
最佳聚焦焦距确定模块，用于基于预设图像清晰度阈值、第一预设聚焦焦距步长、所述目标聚焦位置对应的初始聚焦焦距和聚焦焦距预设调节次数，按照三点趋势法在所述目标聚焦位置的预设方向上逐步多次调节聚焦焦距并拍摄每次调节聚焦焦距形成的聚焦图像，直到所述多次调节聚焦焦距形成聚焦图像对应的图像清晰度满足预设条件为止，并记录最佳图像清晰度对应的最佳聚焦焦距；
自动聚焦模块，用于按照所述最佳图像清晰度对应的最佳聚焦焦距，对所述目标聚焦位置进行自动聚焦；
基于扫描电镜的各工作高度参数和各聚焦位置预设系数，计算搜索目标聚焦位置对应的初始聚焦焦距，包括：
获取扫描电镜样品台的标定高度范围参数、Z轴当前高度参数和样品杯与样品的高度参数；
基于所述标定高度范围参数、所述Z轴当前高度参数和所述样品杯与样品的高度参数，计算搜索目标聚焦位置对应的目标高度参数；
基于所述目标高度参数和所述各聚焦位置预设系数，计算搜索目标聚焦位置对应的初始聚焦焦距。
8.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，所述计算机指令用于使所述计算机执行权利要求1至6中任一项所述的基于扫描电镜的自动聚焦方法。
9.一种电子设备，其特征在于，包括：存储器和处理器，所述存储器和所述处理器之间互相通信连接，所述存储器中存储有计算机指令，所述处理器通过执行所述计算机指令，从而执行权利要求1至6中任一项所述的基于扫描电镜的自动聚焦方法。
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