CN117452782A - 一种图像聚焦方法和图像聚焦系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种图像聚焦方法和图像聚焦系统，图像聚焦方法通过获取对比度曲线和图像比对模板；获取测量套刻标记的测量套刻图像，并获取测量套刻图像的图像对比度值；将图像对比度值与对比度曲线进行比对，以获取至少一焦面位置；基于至少一焦面位置获取至少一粗聚焦焦面图像，基于至少一粗聚焦焦面图像获取粗聚焦最佳焦面位置；围绕粗聚焦最佳焦面位置获取多个细聚焦焦面位置，将图像比对模板与细聚焦焦面图像进行匹配，以得到最终匹配得分曲线；基于最终匹配得分曲线获取细聚焦最佳焦面位置。本发明能够在一定程度上替代现有的白光干涉模块，也解决了现有的图像聚焦方法容易聚焦失败的问题，实现套刻图案的快速聚焦。

Description

一种图像聚焦方法和图像聚焦系统

技术领域

本发明涉及半导体制造技术领域，具体涉及一种图像聚焦方法和图像聚焦系统。

背景技术

随着半导体先进工艺制程的发展，对光刻工艺中的套刻对准误差的精度要求越来越高。在光刻工艺中对套刻量测进行聚焦的方法包括使用白光干涉聚焦和基于图像分析的聚焦策略。

现有技术中，白光干涉聚焦虽然具有高精度和高速度等优点，但是白光干涉聚焦模组价格昂贵、调试较为困难，难以获得可靠的商用模组。基于图像分析的聚焦策略，也即图像聚焦，在面对一些常见场景和目标时，其虽能实现较为可靠的聚焦，但在面对晶圆表面小景深、高放大倍率的显微图像以及叠加工艺波动影响图案形貌的情况下，常常出现聚焦失败的情况。

基于此，需要一种新技术方案。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供一种图像聚焦方法和图像聚焦系统，以至少解决现有的聚焦方式价格昂贵容易出现聚焦失败的问题。

本发明实施例提供以下技术方案：

本发明实施例提供一种图像聚焦方法，包括：

获取对比度曲线和图像比对模板，其中，所述对比度曲线为基于模板套刻图像组图获得，所述模板套刻图像组图基于所述模板套刻标记获得，所述图像比对模板为基于所述模板套刻标记在理想焦面位置处的理想模板套刻图像获得；

获取测量套刻标记的测量套刻图像，并获取所述测量套刻图像的图像对比度值；

将所述图像对比度值与所述对比度曲线进行比对，以获取至少一焦面位置；

基于至少一所述焦面位置获取粗聚焦焦面图像，基于所述粗聚焦焦面图像获取粗聚焦最佳焦面位置；

围绕所述粗聚焦最佳焦面位置获取多个细聚焦焦面位置，将所述图像比对模板分别与所述多个细聚焦焦面位置处获取的多个细聚焦焦面图像进行NCC模板匹配，以得到最终匹配得分曲线；

基于所述最终匹配得分曲线获取最佳匹配分数对应的细聚焦最佳焦面位置，并对所述细聚焦最佳焦面位置进行采图测量。

进一步地，所述获取对比度曲线和图像比对模板包括：

获取所述模板套刻图像组图，其中，所述模板套刻图像组图包括镜头在对所述模板套刻标记从离焦到聚焦，再到离焦过程中的获取若干模板套刻图像，以及所述理想模板套刻图像；

获取所述模板套刻图像组图中每一所述模板套刻图像对应的图像对比度值，并基于若干所述图像对比度值获取所述对比度曲线；

框选所述理想模板套刻图像上的部分区域，并将所述部分区域作为图像比对模板。

进一步地，获取所述模板套刻图像组图包括：

以小步进大范围方式沿Z轴调整所述镜头的位置，以获取所述模板套刻标记的模板套刻图像组图。

进一步地，框选所述理想模板套刻图像上的部分区域，并将所述部分区域作为图像比对模板包括：

框选所述理想模板套刻图像的部分边缘区域，并将所述部分边缘区域作为图像比对模板。

进一步地，所述基于至少一所述焦面位置获取粗聚焦焦面图像，基于所述粗聚焦焦面图像获取粗聚焦最佳焦面位置包括：

基于两所述焦面位置获取两粗聚焦焦面图像，并将两所述粗聚焦焦面图像分别与所述图像比对模板进行NCC模板匹配，以获取两匹配得分；

比对两所述匹配得分的大小，并将较大匹配得分对应的所述粗聚焦焦面图像所处的焦面位置作为所述粗聚焦最佳焦面位置，其中，所述较大匹配得分为两所述匹配得分中较大的匹配得分。

进一步地，所述围绕所述粗聚焦最佳焦面位置获取多个细聚焦焦面位置包括：

以小步进方式围绕所述粗聚焦最佳焦面位置获取多个细聚焦焦面位置。

进一步地，将所述图像比对模板分别与所述多个细聚焦焦面位置处获取的多个细聚焦焦面图像进行NCC模板匹配，以得到最终匹配得分曲线包括：

以不同角度多次旋转所述图像比对模板以得到多个旋转图像比对模板；

将每一所述旋转图像比对模板分别与多个所述细聚焦焦面图像进行NCC模板匹配，以得到多个子匹配得分曲线；

基于所述多个子匹配得分曲线得到最终匹配得分曲线。

进一步地，以不同角度多次旋转所述图像比对模板以得到多个旋转图像比对模板包括：

将所述图像比对模板分别旋转0°、90°、180°和270°以得到四个所述旋转图像比对模板。

进一步地，对所述最终匹配得分曲线获取最佳匹配分数对应的细聚焦最佳焦面位置，对所述细聚焦最佳焦面位置进行采图测量包括：

对所述最终匹配得分曲线进行插值，以获取最佳匹配分数对应的细聚焦最佳焦面位置；

移动镜头至所述细聚焦最佳焦面位置进行采图测量。

本发明实施例还提供了一种图像聚焦系统，包括：

获取模块，所述获取模块用于获取对比度曲线和图像比对模板，以及获取测量套刻标记的测量套刻图像，并获取所述测量套刻图像的图像对比度值，所述对比度曲线为基于模板套刻图像组图获得，所述模板套刻图像组图基于所述模板套刻标记获得，所述图像比对模板为基于所述模板套刻标记在理想焦面位置处的理想模板套刻图像获得；

比对模块，所述比对模块用于将所述图像对比度值与所述对比度曲线进行比对，以获取至少一焦面位置，并基于至少一所述焦面位置获取至少一粗聚焦焦面图像，基于至少一所述粗聚焦焦面图像获取粗聚焦最佳焦面位置；

所述获取模块还用于围绕所述粗聚焦最佳焦面位置获取多个细聚焦焦面位置；

所述比对模块还用于将所述图像比对模板分别与所述多个细聚焦焦面位置分别进行NCC模板匹配，以得到最终匹配得分曲线；

所述获取模块还用于基于所述最终匹配得分曲线获取最佳匹配分数以及对应的细聚焦最佳焦面位置，对所述细聚焦最佳焦面位置进行采图测量。

与现有技术相比，本发明实施例采用的上述至少一个技术方案能够达到的有益效果至少包括：

本发明的一种图像聚焦方法，通过获取对比度曲线和图像比对模板，其中，对比度曲线为基于模板套刻标记得到的模板套刻图像组图获得，图像比对模板为基于模板套刻标记在理想焦面位置处的理想模板套刻图像获得；获取测量套刻标记的测量套刻图像，并获取测量套刻图像的图像对比度值；将图像对比度值与对比度曲线进行比对，以获取两焦面位置；基于两焦面位置获取两粗聚焦焦面图像，基于两粗聚焦焦面图像获取粗聚焦最佳焦面位置；围绕粗聚焦最佳焦面位置获取多个细聚焦焦面位置，将图像比对模板分别与多个细聚焦焦面位置分别进行NCC模板匹配，以得到最终匹配得分曲线；基于最终匹配得分曲线获取最佳匹配分数对应的细聚焦最佳焦面位置，对细聚焦最佳焦面位置进行采图测量，能够在一定程度上替代现有的白光干涉模块，也解决了现有的图像聚焦方法容易聚焦失败的问题，实现套刻图案的快速聚焦。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，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它的附图。

图1为本发明实施例的一种图像聚焦方法的流程图；

图2为本发明实施例的对比度曲线的示意图；

图3为本发明实施例的图像比对模板的示意图；

图4为本发明实施例的图像对比度值带入对比度曲线之后的示意图；

图5为本发明实施例的最佳匹配得分曲线的示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本申请实施例进行详细描述。

以下通过特定的具体实例说明本申请的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本申请的其他优点与功效。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。本申请还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本申请的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

要说明的是，下文描述在所附权利要求书的范围内的实施例的各种方面。应显而易见，本文中所描述的方面可体现于广泛多种形式中，且本文中所描述的任何特定结构及/或功能仅为说明性的。基于本申请，所属领域的技术人员应了解，本文中所描述的一个方面可与任何其它方面独立地实施，且可以各种方式组合这些方面中的两者或两者以上。举例来说，可使用本文中所阐述的任何数目和方面来实施设备及/或实践方法。另外，可使用除了本文中所阐述的方面中的一或多者之外的其它结构及/或功能性实施此设备及/或实践此方法。

还需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本申请的基本构想，图式中仅显示与本申请中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

另外，在以下描述中，提供具体细节是为了便于透彻理解实例。然而，所属领域的技术人员将理解，可在没有这些特定细节的情况下实践。

随着半导体先进工艺制程的发展，对光刻工艺中的套刻对准误差的精度要求越来越高。白光干涉聚焦以其高精度和高速度，成为套测量测的最佳选择。然而由于现阶段国外的产品禁运和技术封锁，且国产设备发展尚不完善，导致国内难以获得可靠的商用模组。

图像聚焦是一种基于图像分析的聚焦策略，在面对一些常见场景和目标时，图像聚焦通常也能实现较为可靠的聚焦。然而，在面对晶圆表面小景深、高放大倍率的显微图像时，叠加工艺波动影响图案形貌的情况下，常常出现聚焦失败的情况。

图像聚焦是一种基于图像质量评价算法实现的聚焦方式。根据有无参考信息，可分为三类。

全参考：对比失真图像和理想参考图像(原始无失真图像)之间的差异，评测失真图像的质量。

半参考：只有原始无失真图像的部分信息或部分特征，半参考介于全参考和无参考之间。利用先验知识提取理想参考图像的少量特征信息，与失真图像的特征信息进行对比，完成对失真图像的质量评估。

无参考：在没有原始参考图像下，通过某些关键指标，对比不同图像间的差异，进而评价出质量最佳的图像。

套刻量测指的是套刻误差的测量。套刻误差指的是，在集成电路制造中，当前层与前层之间的相对位置差，即描述了当前的图形相对于前层图形在X和Y方向的偏差，这是评价光刻工艺好坏的一个关键指标。理想的情况是当前层与参考层的图形正对准，即套刻误差为零。为了保证设计在上下两层的电路能可靠连接，当前层中的某一点与前层中的对应点之间的对准偏差必须小于图形最小间距的1/3。

基于现有技术聚焦方法的缺陷，本说明书实施例提出了一种处理方案：如图1所示，本发明包括粗聚焦和精聚焦两部分，且在对某个套刻图案进行聚焦前，首先对套刻图案进行建模，采集套刻图案的一些关键特征和信息，从而在完成建模后，若再次遇到同类型的特征和信息，能够实现快速的高精度聚焦。

以下结合附图，说明本申请各实施例提供的技术方案。

如图1所示，本发明实施例提供了一种图像聚焦方法，包括：

步骤S102、获取对比度曲线和图像比对模板，其中，对比度曲线为基于模板套刻图像组图获得，模板套刻图像组图基于模板套刻标记获得，图像比对模板为基于模板套刻标记在理想焦面位置处的理想模板套刻图像获得；

步骤S104、获取测量套刻标记的测量套刻图像，并获取测量套刻图像的图像对比度值；

步骤S106、将图像对比度值与对比度曲线进行比对，以获取至少一焦面位置；

步骤S108、基于至少一焦面位置获取至少一粗聚焦焦面图像，基于至少一粗聚焦焦面图像获取粗聚焦最佳焦面位置；

步骤S110、围绕粗聚焦最佳焦面位置获取多个细聚焦焦面图像，将图像比对模板分别与多个细聚焦焦面位置处获取的多个细聚焦焦面图像分别NCC模板匹配，以得到最终匹配得分曲线；

步骤S112、基于最终匹配得分曲线获取最佳匹配分数对应的细聚焦最佳焦面位置，对细聚焦最佳焦面位置进行采图测量。

在步骤S102中，对比度曲线根据模板套刻图像组图中的多个图像对比度值获得。

其中，镜头为套刻量测机台中的镜头，镜头在Z轴的位置为镜头在光刻工艺坐标系下的Z轴。

其中，图像比对模板为套刻标记在理想焦面下的部分区域，用于对测量套刻标记的测量套刻图像进行比对。

其中，在光刻工艺中，理想焦面是指在这个平面上，光刻设备投射到硅片上的图案能够达到最佳的清晰度和分辨率。

其中，光刻设备可以为光刻机或套刻量测机台，如kla的archer系列机台。

步骤S102用于提供预设对比度曲线和图像比对模板，以便于后续步骤中以对比度曲线和图像比对模板为标准进行粗聚焦和精聚焦。

进一步地，获取对比度曲线和图像比对模板包括：

步骤S102a、获取模板套刻图像组图，其中，模板套刻图像组图包括镜头在对模板套刻标记从离焦到聚焦，再到离焦过程中的获取若干模板套刻图像，且还包括镜头在理想焦面位置处获取的理想模板套刻图像；

步骤S102b、获取模板套刻图像组图中每一模板套刻图像对应的图像对比度值，并基于若干图像对比度值获取对比度曲线；

步骤S102c、框选理想模板套刻图像上的部分区域，并将部分区域作为图像比对模板。

在步骤S102a中，调整镜头位置，使模板套刻标记居于镜头的视野中，然后调整镜头在Z轴上的位置以获取若干模板套刻图像，以组成模板套刻图像组图。

在镜头对模板套刻标记从离焦到聚焦，再到离焦的过程中，为镜头从上至下沿Z轴进行移动采图，以获取若干模板套刻图像。

在其中的一些实施例中，在镜头从离焦到聚焦再到离焦的过程中，获取的若干模板套刻图像包括理想模板套刻图案。

在其中的一些实施例中，如图2所示，在获取模板套刻标记的模板套刻图像组图的过程中，可以以小步进大范围方式沿Z轴调整镜头的位置，以获取模板套刻标记的模板套刻图像组图，从而可以获取较多的套刻图像组图和图像对比度值，继而根据图像对比度值获取准确的对比度曲线。

其中，在小步进操作中，光刻工艺中的掩模和硅片保持不动，而光学系统通过微小的步进移动来定位并投射图案，以预存的对比度曲线的准确性，使得计算所得的z位置不会偏离实际值正确值太远。

其中，大范围是指光刻设备中的大范围移动镜头以用于整体调整掩模和硅片之间相对位置的机械组件，以确保外mark和内mark最清晰图像，均包含在这一组图中。

在步骤S102b中，在对比度曲线的坐标系中，对比度曲线的横坐标为镜头在Z轴的位置，纵坐标为图像对比度值。

其中，图像对比度值可以为图像中亮部分和暗部分之间的差异程度，高对比度意味着图像中的电路图案与背景之间具有清晰的分界线。

其中，图像对比度值的计算方法为图像对比度值＝(Max-Min)/(Max+Min)，Max和Min分别指图像中的最大灰度值和最小灰度值。

在步骤S102c中，在理想模板套刻图像上选择具有一些关键特征或关键信息的部分区域进行框选。

优选地，如图3所示，在框选理想模板套刻图像时，可以框选理想模板套刻图像的部分边缘区域，以将该部分边缘区域作为图像比对模板。

通过步骤S102a～步骤S102c，能够获取对比度曲线和图像比对模块，从而便于后续步骤进行粗聚焦和精聚焦。

在步骤S104中，可以移动镜头的位置，将套刻标记位于镜头的视野中，此时可以获取套刻标记的测量套刻图像。

由于镜头的位置并非为理想焦面位置，因此获取测量套刻图像不清晰，此时可以计算测量套刻图像的图像对比度值。

在步骤S106中，在获取图像对比度值之后，将图像对比度值带入对比度曲线中，从而可以获取至少一个焦面位置。

且在对比度曲线为弧线时，将图像对比度值带入对比度曲线后，可以获取两个焦面位置。

其中，两个可能的焦面位置包括在聚焦到离焦过程中存在的焦面位置，或离焦到聚焦过程中存在的焦面位置。

在步骤S108中，在至少一焦面位置获取至少一粗聚焦焦面图像，从而获取至少一粗聚焦焦面图像中较为清晰的一个，并将其作为粗聚焦最佳焦面位置。

例如，在对比度曲线为弧线时，将图像对比度值带入对比度曲线后，可以获取两个焦面位置，从而获取两个粗聚焦焦面图像，然后根据两个粗聚焦焦面图像获取粗聚焦最佳焦面位置。

进一步地，基于至少一焦面位置获取至少一粗聚焦焦面图像，基于至少一粗聚焦焦面图像获取粗聚焦最佳焦面位置包括：

步骤S108a、基于两焦面位置获取两粗聚焦焦面图像，并将两粗聚焦焦面图像分别与图像比对模板进行NCC模板匹配，以获取两匹配得分；

步骤S108b、比对两匹配得分的大小，并将较大匹配得分对应的粗聚焦焦面图像所处的焦面位置作为粗聚焦最佳焦面位置，其中，较大匹配得分为两匹配得分中较大的匹配得分。

在其中的一些实施例中，如图4所示，对比度曲线为弧线，此时将对比度值带入对比度曲线之后，具有两个焦面位置，在两焦面位置分别为第一焦面位置Z₁和第二焦面位置Z₂时，基于第一焦面位置Z₁获取第一粗聚焦焦面图像，基于第二焦面位置Z₂获取第二粗聚焦焦面图像；将第一粗聚焦焦面图像与图像比对模板进行NCC模板进行匹配，以获取第一匹配得分S₁，将第二粗聚焦焦面图像与图像比对模板进行NCC模板进行匹配，以获取第二匹配得分S₂；然后比较第一匹配得分S₁和第二匹配得分S₂的大小，并将第一匹配得分S₁和第二匹配得分S₂中较大的一个对应的焦面位置作为粗聚焦最佳焦面位置。

具体地，在第一匹配得分S₁大于第二匹配得分S₂时，将第一匹配得分S₁对应的第一焦面位置作为粗聚焦最佳焦面位置；或在第一匹配得分S₁小于第二匹配得分S₂时，将第二匹配得分S₂对应的第二焦面位置作为粗聚焦最佳焦面位置。

通过步骤S108a和步骤S108b能够对测量套刻标记的理想聚焦位置进行快速粗聚焦定位。

在步骤S110中，在确定粗聚焦最佳焦面位置之后，需要获取细聚焦最佳焦面位置，因此，需要在粗聚焦最佳焦面位置获取多个细聚焦焦面位置，以进一步筛选获得细聚焦最佳焦面位置。

进一步地，在围绕粗聚焦最佳焦面位置获取多个细聚焦焦面位置时，可以以步进方式围绕粗聚焦最佳焦面位置获取多个细聚焦焦面位置，并获取多个与细聚焦焦面位置对应的细聚焦焦面图像，以便于获取细聚焦最佳焦面位置。

其中，围绕粗聚焦最佳焦面位置，可以向粗聚焦最佳焦面位置的上方和/或下方以小步进精细采图以得到多个细聚焦焦面位置，然后分别在多个细聚焦焦面位置获取细聚焦焦面图像。

在得到细聚焦焦面位置对应的多个细聚焦焦面图像之后，需要将图像比对模板分别与多个细聚焦焦面图像进行NCC模板匹配，以得到最终匹配得分曲线。

进一步地，将图像比对模板分别与多个细聚焦焦面位置分别进行NCC模板匹配，以得到最终匹配得分曲线包括：

步骤S110a、以不同角度多次旋转图像比对模板以得到多个旋转图像比对模板；

步骤S110b、将每一旋转图像比对模板分别与多个细聚焦焦面位置处获得的多个细聚焦焦面图像进行NCC模板匹配，以得到多个子匹配得分曲线；

步骤S110c、基于多个子匹配得分曲线得到最终匹配得分曲线。

在步骤S110a中，可以以90°为基础多次旋转图像比对模板，以得到多个旋转图像比对模板。

例如，在套刻标记为矩形结构的情况下，可以将图像比对模板分别旋转0°、90°、180°和270°以得到四个旋转图像比对模板。

在步骤S110c中，在获取多个子匹配得分曲线之后，可以将多个子匹配得分曲线想加得到最终得分曲线。

其中，匹配得分的值越高，说明细聚焦焦面位置与图像比对模板匹配度越高。

具体地，NCC模板匹配是指使用归一化互相关作为相似度度量方法进行的模板匹配过程，其主要用于在大图像中寻找一个小图像片段的位置。

其中，在NCC模板匹配过程中得到的NCC值越接近于1，说明图像比对模板与细聚焦焦面位置获取的细聚焦焦面图像越相似，若NCC值越接近于-1，则说明图像比对模板与细聚焦焦面位置获取的细聚焦焦面图像越不相似。

通过步骤S110a～步骤S110c通过获取多个旋转图像比对模板，并将得到的子匹配得分曲线相加得到最终匹配得分曲线，从而能够更加精准对细聚焦焦面位置进行比对，避免因为方向不同而无法识别关键特征或关键信息。

在步骤S112中，如图5所示，在获取最终匹配得分曲线之后，获取最终匹配得分曲线中的最佳匹配分数，最后将最佳匹配分数对应的细聚焦焦面位置作为细聚焦最佳焦面位置。

进一步地，对最终匹配得分曲线获取最佳匹配分数对应的细聚焦最佳焦面位置，对细聚焦最佳焦面位置进行采图测量包括：

步骤S112a、对最终匹配得分曲线进行插值，以获取最佳匹配分数对应的细聚焦最佳焦面位置；

步骤S112b、移动镜头至细聚焦最佳焦面位置进行采图测量。

本发明实施例针对晶圆表面的套刻图形，提出了一种基于图像聚焦的聚焦方法，提高了聚焦的稳定性和准确性，能一定程度上替代白光干涉模组，实现套刻图案的快速聚焦。

本发明的建模流程的一个具体实施方式如下：

调整镜头位置，使套刻标记居于视野当中。围绕焦面，小步进大范围的从上至下移动Z轴采图，获取套刻图像从离焦到聚焦，再到离焦的全部过程图，确保理想焦面包含在这一组图中。然后计算每张图像的对比度，绘制对比度曲线F，如图1所示，并将该曲线F记录下来；

如图1所示，调整z轴至理想焦面，计算当前焦面的对比度值，记为C；

如图2所示，框选理想焦面下套刻图像的一条边，保存作为模板。

本发明实施例的聚焦流程如下：

移动镜头位置，此时套刻标记处于视野内，但套刻标记图像不清晰；

计算当前图像的对比度值，并将该值代入曲线F，如图1所示，此时存在两个可能的焦面位置Z₁和焦面位置Z₂；

依次移动镜头至焦面位置Z₁和焦面位置Z₂两个位置处，并采图，获取两个焦面位置的图像；

采用建模流程中框选的图像作为模板，将这两张图像分别与模板进行NCC模板匹配，获得两张图像的匹配得分，分别记为S₁和S₂；

比较S₁和S₂的大小，移动镜头至得分高的图像所对应的焦面Z_best位置，至此完成图像的粗聚焦。

进行精聚焦时，首先围绕Z_best进行小步进精细采图。

将存储的套刻模板图案分别旋转0°、90°、180°和270°，创建四个模板。再对这一系列小步进连续图像进行NCC模板匹配，每个模板均可获得一条匹配得分曲线。将所获得的四条匹配得分曲线相加，即可获得最终的匹配得分曲线。

对该匹配得分曲线进行插值，获得最佳匹配分数对应的焦面位置Z_smax，移动Z轴至Zsmax位置，采图，测量。

本发明实施例提供了一种图像聚焦系统，包括获取模块和比对模块。其中，获取模块用于获取对比度曲线和图像比对模板，以及获取测量套刻标记的测量套刻图像，并获取测量套刻图像的图像对比度值，其中，对比度曲线为基于模板套刻标记获取的模板套刻图像组图获得，图像比对模板为基于模板套刻标记在理想焦面位置处的理想模板套刻图像获得；比对模块用于将图像对比度值与对比度曲线进行比对，以获取两焦面位置，并基于两焦面位置获取两粗聚焦焦面图像，基于两粗聚焦焦面图像获取粗聚焦最佳焦面位置；

其中，获取模块还用于围绕粗聚焦最佳焦面位置获取多个细聚焦焦面位置；

其中，比对模块还用于将图像比对模板分别与多个细聚焦焦面位置分别进行NCC模板匹配，以得到最终匹配得分曲线；

其中，获取模块还用于基于最终匹配得分曲线获取最佳匹配分数以及对应的细聚焦最佳焦面位置，对细聚焦最佳焦面位置进行采图测量。

本说明书中，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例侧重说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于后面说明的产品实施例而言，由于其与方法是对应的，描述比较简单，相关之处参见系统实施例的部分说明即可。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种图像聚焦方法，其特征在于，包括：

获取对比度曲线和图像比对模板，其中，所述对比度曲线为基于模板套刻图像组图获得，所述模板套刻图像组图基于所述模板套刻标记获得，所述图像比对模板为基于所述模板套刻标记在理想焦面位置处的理想模板套刻图像获得；

获取测量套刻标记的测量套刻图像，并获取所述测量套刻图像的图像对比度值；

将所述图像对比度值与所述对比度曲线进行比对，以获取至少一焦面位置；

基于至少一所述焦面位置获取至少一粗聚焦焦面图像，基于至少一所述粗聚焦焦面图像获取粗聚焦最佳焦面位置；

围绕所述粗聚焦最佳焦面位置获取多个细聚焦焦面位置，将所述图像比对模板分别与所述多个细聚焦焦面位置处获取的多个细聚焦焦面图像进行NCC模板匹配，以得到最终匹配得分曲线；

基于所述最终匹配得分曲线获取最佳匹配分数对应的细聚焦最佳焦面位置，并对所述细聚焦最佳焦面位置进行采图测量。

2.根据权利要求1所述的图像聚焦方法，其特征在于，所述获取对比度曲线和图像比对模板包括：

获取所述模板套刻图像组图，其中，所述模板套刻图像组图包括镜头在对所述模板套刻标记从离焦到聚焦，再到离焦过程中的获取若干模板套刻图像，以及所述理想模板套刻图像；

获取所述模板套刻图像组图中每一所述模板套刻图像对应的图像对比度值，并基于若干所述图像对比度值获取所述对比度曲线；

框选所述理想模板套刻图像上的部分区域，并将所述部分区域作为图像比对模板。

3.根据权利要求2所述的图像聚焦方法，其特征在于，获取所述模板套刻图像组图包括：

以小步进大范围方式沿Z轴调整所述镜头的位置，以获取所述模板套刻标记的模板套刻图像组图。

4.根据权利要求2所述的图像聚焦方法，其特征在于，框选所述理想模板套刻图像上的部分区域，并将所述部分区域作为图像比对模板包括：

框选所述理想模板套刻图像的部分边缘区域，并将所述部分边缘区域作为图像比对模板。

5.根据权利要求1所述的图像聚焦方法，其特征在于，所述基于至少一所述焦面位置获取粗聚焦焦面图像，基于所述粗聚焦焦面图像获取粗聚焦最佳焦面位置包括：

基于两所述焦面位置获取两粗聚焦焦面图像，并将两所述粗聚焦焦面图像分别与所述图像比对模板进行NCC模板匹配，以获取两匹配得分；

比对两所述匹配得分的大小，并将较大匹配得分对应的所述粗聚焦焦面图像所处的焦面位置作为所述粗聚焦最佳焦面位置，其中，所述较大匹配得分为两所述匹配得分中较大的匹配得分。

6.根据权利要求1所述的图像聚焦方法，其特征在于，所述围绕所述粗聚焦最佳焦面位置获取多个细聚焦焦面位置包括：

以小步进方式围绕所述粗聚焦最佳焦面位置获取多个细聚焦焦面位置。

7.根据权利要求1所述的图像聚焦方法，其特征在于，将所述图像比对模板分别与所述多个细聚焦焦面位置处获取的多个细聚焦焦面图像进行NCC模板匹配，以得到最终匹配得分曲线包括：

以不同角度多次旋转所述图像比对模板以得到多个旋转图像比对模板；

将每一所述旋转图像比对模板分别与多个所述细聚焦焦面图像进行NCC模板匹配，以得到多个子匹配得分曲线；

基于所述多个子匹配得分曲线得到最终匹配得分曲线。

8.根据权利要求7所述的图像聚焦方法，其特征在于，以不同角度多次旋转所述图像比对模板以得到多个旋转图像比对模板包括：

将所述图像比对模板分别旋转0°、90°、180°和270°以得到四个所述旋转图像比对模板。

9.根据权利要求1所述的图像聚焦方法，其特征在于，对所述最终匹配得分曲线获取最佳匹配分数对应的细聚焦最佳焦面位置，对所述细聚焦最佳焦面位置进行采图测量包括：

对所述最终匹配得分曲线进行插值，以获取最佳匹配分数对应的细聚焦最佳焦面位置；

移动镜头至所述细聚焦最佳焦面位置进行采图测量。

10.一种图像聚焦系统，其特征在于，包括：

获取模块，所述获取模块用于获取对比度曲线和图像比对模板，以及获取测量套刻标记的测量套刻图像，并获取所述测量套刻图像的图像对比度值，所述对比度曲线为基于模板套刻图像组图获得，所述模板套刻图像组图基于所述模板套刻标记获得，所述图像比对模板为基于所述模板套刻标记在理想焦面位置处的理想模板套刻图像获得；

比对模块，所述比对模块用于将所述图像对比度值与所述对比度曲线进行比对，以获取至少一焦面位置，并基于至少一所述焦面位置获取至少一粗聚焦焦面图像，基于至少一所述粗聚焦焦面图像获取粗聚焦最佳焦面位置；

所述获取模块还用于围绕所述粗聚焦最佳焦面位置获取多个细聚焦焦面位置；

所述比对模块还用于将所述图像比对模板分别与所述多个细聚焦焦面位置分别进行NCC模板匹配，以得到最终匹配得分曲线；

所述获取模块还用于基于所述最终匹配得分曲线获取最佳匹配分数以及对应的细聚焦最佳焦面位置，对所述细聚焦最佳焦面位置进行采图测量。