CN117805138B - 一种光芯片端面缺陷检测的双端面同步自动对焦方法 - Google Patents
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Abstract
本发明旨在提供一种能兼容多模式对焦，简化对焦检测停止流程的光芯片端面缺陷检测的双端面同步自动对焦方法。本发明背光设备集成设置在前置面相机组和后置面相机组上，兼备有背光模式和无背光模式拍照定位功能，有无背光模式进行切换时，只需要通过自动对焦配置就可以实现模式切换，以适应多光源复杂环境的需求；结构上前端面相机组和后端面相机组对称设置在芯片的两侧，实现双面自动对焦技术，可以完成双面同时自动对焦，能够将两次串行变为一次多工位并行，从而大量提升自动对焦的效率。本发明应用于光芯片双端面同步自动对焦方法的技术领域。
Description
技术领域
本发明涉及光芯片双端面对焦方法的技术领域,特别涉及一种光芯片端面缺陷检测的双端面同步自动对焦方法。
背景技术
随着国内自主芯片产业的发展，对半导体光电芯片的需求越来越大，同时对光电芯片的质量要求也越来越高，对半导体光电的各种表面缺陷检测精度要求也逐渐提高。由于半导体光芯片的体积比较小，需要采用高倍的显微镜来实现图像的采集，而高倍的显微镜景深很小，无法做到机械调试进行有效对焦，所以需要采用自动对焦的方式完成。
现有的自动对焦技术分为采用激光测距和拍照计算两种方式，大部分都是采用基于激光测距的方式，这种方式的自动对焦对机械结构安装尺寸空间较大要求，而半导体光芯片尺寸较小，通常在几十到几百微米之间，所以无法采用这种方式。现有常用的基于拍照方式的自动对焦技术，大部分采用大范围等间距的搜索方式进行自动对焦，且通常只采用单面对焦的方式，无法实现双面并行自动对焦，这种方式会造成自动对焦比较耗时，无法满足市场对高速高精度的需求，现有的基于拍照的自动对焦技术，只有单一的基于背景光或者无背景光的对焦模式，无法适应多场景复杂环境下的自动对焦应用。本发明可以实现双端面快速自动对焦，并同时适应背景光或者无背景光两种模式。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种能兼容多模式对焦，简化对焦检测停止流程的光芯片端面缺陷检测的双端面同步自动对焦方法。
本发明所采用的技术方案是：本发明包括如下步骤：
S1、加载配置文件和旋转对焦模式，选择背光模式跳转到步骤S2，选择无背光模式跳转到步骤S5；
S2、开启前后端面光源，相应配置相机各项数值，前后端相机沿Y轴运动到配置文件第一次对焦位置拍照，计算图像清晰值DF并与配置文件的阈值DB对比；
S3、若第一次对焦得到图像清晰值DF与配置文件的阈值DB差值超过10，则触发第二次对焦跳转至S4，若阈值差值小于等于10，输出对焦坐标和对焦图片，结束对焦；
S4、再次回到第一次对焦位置，配合对焦清晰值梯度纠正处理，等间距步长移动拍照并计算清晰值，结束对焦；
S5、无背光对焦模式，前后端面相机移动到第一次对焦位置，前后端面光源交替开启，前后端面相机对应交替拍照，计算前后端面相机的图像清晰值DF；
S6、计算得到图像清晰值DF合格则对焦结束，输出对焦坐标和对焦图片，若图像清晰值DF不合格则再次对焦跳转至步骤S7，进入二次对焦；
S7、二次对焦流程前后端面相机移动到配置预设的对焦位置，前端面相机和后端面相机分别根据对焦清晰值梯度纠正处理拍照，直至获得对焦坐标和对焦图片，结束对焦。
在步骤S4和S7中的对焦清晰值梯度纠正处理包括如下步骤：
S7.1、前后端面相机沿Y轴方向移动到拍照位置；
S7.2、等步距移动并拍照两次，采集两组图片图像清晰值DF并结合清晰值拍照计算方法分别计算清晰值；
S7.3、通过差分计算前后两组图像清晰值DF的梯度值，判断梯度是否连续两次下降，若梯度下降则输出对焦坐标，若梯度不变或两次梯度不同，则返回S7.1再次检测。
进一步，在步骤S7.2中清晰值拍照计算方法包括下面步骤：
S7.2.1、使用双重梯度算法检测对焦图片边缘获取边缘掩模图，计算边缘掩模图中最大和最小灰值，得到二值图片；
S7.2.2、将边缘掩模图和二值图片相乘，得到结果图一；
S7.2.3、将步骤S7.2.2中相乘得到的结果图一进行平方计算，得到结果图二；
S7.2.4、对步骤S7.2.3中获得的结果图二进行像素均值和方差计算。
进一步，步骤S1中加载配置文件包括对焦位置、相机曝光、对焦范围以及初次对焦的阈值。
进一步，步骤S2中配置相机各项数值包括前后端面相机的曝光和增益。
进一步，该方法使用的芯片端面检测机构包括三组三轴移载装置、前置面相机组、后置面相机组以及芯片载台组，所述前置面相机组、所述后置面相机组和所述芯片载台组分别设置在三组所述三轴移载装置的输出端，所述前置面相机组和所述后置面相机组分别对称设置在所述芯片载台组的两侧，所述前端面相机设置在所述前置面相机组中，所述后端面相机设置在所述后置面相机组中。
进一步，所述前置面相机组和所述后置面相机组均设有背光灯。
本发明的有益效果是：由于本发明背光设备集成设置在前置面相机组和后置面相机组上，兼备有背光模式和无背光模式拍照定位功能，有无背光模式进行切换时，只需要通过自动对焦配置就可以实现模式切换，以适应多光源复杂环境的需求；结构上前端面相机组和后端面相机组对称设置在芯片的两侧，实现双面自动对焦技术，可以完成双面同时自动对焦，能够将两次串行变为一次多工位并行，从而大量提升自动对焦的效率；针对一次对焦位置不准确的情况，采用二重梯度停止策略，进行二次对焦流程时达到可以提前停止自动对焦，无需走完整个对焦行程，可以大量减少自动对焦的时间，提升自动对焦的效率。
附图说明
图1是本发明的逻辑流程图；
图2是本发明对焦清晰度停止方法的逻辑流程图；
图3是本发明清晰度拍照计算方法的逻辑流程图；
图4是发明的结构示意图。
具体实施方式
如图1至图4所示，在本实施例中，本发明包括如下步骤：
S1、加载配置文件和旋转对焦模式，选择背光模式跳转到步骤S2，选择无背光模式跳转到步骤S5；
S2、开启前后端面光源，相应配置相机各项数值，前后端相机沿Y轴运动到配置文件第一次对焦位置拍照，计算图像清晰值DF并与配置文件的阈值DB对比；
S3、若第一次对焦得到图像清晰值DF与配置文件的阈值DB差值超过10，则触发第二次对焦跳转至S4，若阈值差值小于等于10，输出对焦坐标和对焦图片，结束对焦；
S4、再次回到第一次对焦位置，配合对焦清晰值梯度纠正处理，等间距步长移动拍照并计算清晰值，结束对焦；
S5、无背光对焦模式，前后端面相机移动到第一次对焦位置，前后端面光源交替开启，前后端面相机对应交替拍照，计算前后端面相机的图像清晰值DF；
S6、计算得到图像清晰值DF合格则对焦结束，输出对焦坐标和对焦图片，若图像清晰值DF不合格则再次对焦跳转至步骤S7，进入二次对焦；
S7、二次对焦流程前后端面相机移动到配置预设的对焦位置，前端面相机和后端面相机分别根据对焦清晰值梯度纠正处理拍照，直至获得对焦坐标和对焦图片，结束对焦。采用背光设备集成设置在前置面相机组和后置面相机组3上，能对焦检测时能对有背光和无背光模式，双模式进行快速切换，只需要通过简单的自动对焦配置就可以实现模式切换，以适应多光源复杂环境的需求；结构上前端面相机组和后端面相机组对称设置在芯片的两侧，实现双面自动对焦技术，可以完成双面同时自动对焦，能够将两次串行变为一次多工位并行，从而大量提升自动对焦的效率；针对一次对焦位置不准确的情况，采用二重梯度停止策略，进行二次对焦流程时达到可以提前停止自动对焦，无需走完整个对焦行程，可以大量减少自动对焦的时间，提升自动对焦的效率。
在本实施例中，在步骤S4和S7中的对焦清晰值梯度纠正处理包括如下步骤：
S7.1、前后端面相机沿Y轴方向移动到拍照位置；
S7.2、等步距移动并拍照两次，采集两组图片图像清晰值DF并结合清晰值拍照计算方法分别计算清晰值；
S7.3、通过差分计算前后两组图像清晰值DF的梯度值，判断梯度是否连续两次下降，若梯度下降则输出对焦坐标，若梯度不变或两次梯度不同，则返回S7.1再次检测。采用清晰度梯度值检测的方式，检验前端面相机组和后端面相机组在前后两个步距的所拍到的照片，验证移动的步距是否逐步远离或靠近对焦位，无需走完整个对焦行程，可以大量减少自动对焦的时间，提升自动对焦的效率。
在本实施例中，在步骤S7.2中清晰值拍照计算方法包括下面步骤：
S7.2.1、使用双重梯度算法检测对焦图片边缘获取边缘掩模图，计算边缘掩模图中最大和最小灰值，得到二值图片；
S7.2.2、将边缘掩模图和二值图片相乘，得到结果图一；
S7.2.3、将步骤S7.2.2中相乘得到的结果图一进行平方计算，得到结果图二；
S7.2.4、对步骤S7.2.3中获得的结果图二进行像素均值和方差计算。
在本实施例中，步骤S1中加载配置文件包括对焦位置、相机曝光、对焦范围以及初次对焦的阈值。
在本实施例中，步骤S2中配置相机各项数值包括前后端面相机的曝光和增益。
在本实施例中，该方法使用的芯片端面检测机构包括三组三轴移载装置1、前置面相机组2、后置面相机组3以及芯片载台组4，所述前置面相机组2、所述后置面相机组3和所述芯片载台组4分别设置在三组所述三轴移载装置1的输出端，所述前置面相机组2和所述后置面相机组3分别对称设置在所述芯片载台组4的两侧，所述前端面相机设置在所述前置面相机组2中，所述后端面相机设置在所述后置面相机组3中。三轴移载装置1分别设置有X轴移动滑台、Y轴移动滑台和Z轴调整滑台，其中Y轴移动滑台带动前端面相机组或后端面相机组靠近或远离芯片进行对焦调节操作，芯片载台组4依次设置有X轴滑台、Y轴滑台、Z轴滑台以及旋转台，旋转台上端与芯片限位固定。
在本实施例中，所述前置面相机组和所述后置面相机组均设有背光灯。
虽然本发明的实施例是以实际方案来描述的，但是并不构成对本发明含义的限制，对于本领域的技术人员，根据本说明书对其实施方案的修改及与其他方案的组合都是显而易见的。
Claims (5)
1.一种光芯片端面缺陷检测的双端面同步自动对焦方法，其特征在于：所述光芯片端面缺陷检测的双端面同步自动对焦方法包括如下步骤：
S1、加载配置文件和旋转对焦模式，选择背光模式跳转到步骤S2，选择无背光模式跳转到步骤S5；
S2、开启前后端面光源，相应配置相机各项数值，前后端相机沿Y轴运动到配置文件第一次对焦位置拍照，计算图像清晰值DF并与配置文件的阈值DB对比；
S3、若第一次对焦得到图像清晰值DF与配置文件的阈值DB差值超过10，则触发第二次对焦跳转至S4，若阈值差值小于等于10，输出对焦坐标和对焦图片，结束对焦；
S4、再次回到第一次对焦位置，配合对焦清晰值梯度纠正处理，等间距步长移动拍照并计算清晰值，结束对焦；
S5、无背光对焦模式，前后端面相机移动到第一次对焦位置，前后端面光源交替开启，前后端面相机对应交替拍照，计算前后端面相机的图像清晰值DF；
S6、计算得到图像清晰值DF合格则对焦结束，输出对焦坐标和对焦图片，若图像清晰值DF不合格则再次对焦跳转至步骤S7，进入二次对焦；
S7、二次对焦流程前后端面相机移动到配置预设的对焦位置，前端面相机和后端面相机分别根据对焦清晰值梯度纠正处理拍照，直至获得对焦坐标和对焦图片，结束对焦；
在步骤S4和S7中的对焦清晰值梯度纠正处理包括如下步骤：
S7.1、前后端面相机沿Y轴方向移动到拍照位置；
S7.2、等步距移动并拍照两次，采集两组图片的图像清晰值DF并结合清晰值拍照计算方法分别计算清晰值；
S7.3、通过差分计算前后两组图像清晰值DF的梯度值，判断梯度是否连续两次下降，若梯度下降则输出对焦坐标，若梯度不变或两次梯度不同，则返回S7.1再次检测；
在步骤S7.2中清晰值拍照计算方法包括下面步骤：
S7.2.1、使用双重梯度算法检测对焦图片边缘获取边缘掩模图，计算边缘掩模图中最大和最小灰值，得到二值图片；
S7.2.2、将边缘掩模图和二值图片相乘，得到结果图一；
S7.2.3、将步骤S7.2.2中相乘得到的结果图一进行平方计算，得到结果图二；
S7.2.4、对步骤S7.2.3中获得的结果图二进行像素均值和方差计算。
2.根据权利要求1所述的一种光芯片端面缺陷检测的双端面同步自动对焦方法，其特征在于：步骤S1中加载的配置文件包括对焦位置、相机曝光、对焦范围以及初次对焦的阈值。
3.根据权利要求1所述的一种光芯片端面缺陷检测的双端面同步自动对焦方法，其特征在于：步骤S2中配置相机各项数值包括前后端面相机的曝光和增益。
4.根据权利要求1所述的一种光芯片端面缺陷检测的双端面同步自动对焦方法，其特征在于：该方法使用的芯片端面检测机构包括三组三轴移载装置（1）、前置面相机组（2）、后置面相机组（3）以及芯片载台组（4），所述前置面相机组（2）、所述后置面相机组（3）和所述芯片载台组（4）分别设置在三组所述三轴移载装置（1）的输出端，所述前置面相机组（2）和所述后置面相机组（3）分别对称设置在所述芯片载台组（4）的两侧，所述前端面相机设置在所述前置面相机组（2）中，所述后端面相机设置在所述后置面相机组（3）中。
5.根据权利要求4所述的一种光芯片端面缺陷检测的双端面同步自动对焦方法，其特征在于：所述前置面相机组（2）和所述后置面相机组（3）均设有背光灯。
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