焦的流程图。
[0042] 图2是本发明中采用的聚焦评价函数的函数图像。
【具体实施方式】
[0043] 下面结合附图和【具体实施方式】，进一步阐明本发明，应理解这些实施方式仅用于 说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明 的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。
[0044] 根据干涉显微镜特性，分布在一个像素点上的信息量为：
[0045] I (z, X, y) = I0 (z, x, y) +g (z (x, y) -z〇) cos (kc (z (x, y) -z〇) (1+cos Θ 〇) + a ) (I)
[0046] 其中，Θ。与物镜的数值孔径相关N. A. = sin Θ。，为常数；z是测量面的z向扫描测 量位置；是聚焦位置；a是移相角度，为固定常数；k。是波纹数（取决于光源中心波长）。 任意像素上的背景光强Ic(Z^j)会随着z向扫描位置的变化而缓慢变化。g(z( X，y)-z。） 只有一个峰值在Z (X，y) = z。处，并随着与焦点距离越大，值越小。
[0047] 方程式（1)通过对z求导可得出：
[0048] CN 105158892 A VL 4/b 贝
[0050] 由于上式消除了缓慢变化的背景光强，从而保留调制信号。那么图像的变化函数 可以定义为：
变化比g(z, X，y) 快速，所以方程式（3)具有单峰性，且当z最接近于z。，即聚焦位置时，Q(Z)取得最大值。
[0053] 根据以上干涉显微镜特性，本发明提出了一种新的聚焦方法如下：
[0054] 提供光学干涉显微镜；设置被测表面图像的横向坐标为X，y坐标，光学干涉显微 镜靠近或者远离被测表面图像的坐标为z坐标；
[0055] 干涉显微镜在Z方向上扫描获取图像；
[0056] 找到灰度差和最大的那幅图像，该图像对应的位置就是聚焦位置，并通过下式聚 焦评价函数计算灰度差和F (k)，
[0057]
[0058] 其中，设第k幅图像中某点（X，y)处的灰度值为gw (X，y)，图像为MXN个像素；评 价值最大的图所在位置就是该次图像扫描过程中寻找的聚焦位置。
[0059] 由于干涉图像在聚焦位置的高频分量信息比普通聚焦图像更丰富，所以此评价函 数具有较强的鲁棒性和灵敏性。同时，函数运算过程由原来的平方运算及多次加减运算，简 化成单次加减运算，运算时间成倍减少。并且新型聚焦评价函数无需考虑区域相关性。因 此，处理数据过程中，可采用隔行计算，减少计算量的同时，还不影响评价值的有效性。经过 实际测试，评价一幅1280x960的数字图像，灰度方差算子用时70ms，而新型聚焦评价函数 只用了 12ms，采用隔行计算时，耗时更是缩短一半。图像处理时间大大减少，整个聚焦过程 速度加快，用户的等待时间减少，工作效率得到提高。该新型聚焦评价函数在高精度样品和 高像素相机的应用上更能体现快速、高效性，所以适用性更强。
[0060] 请结合图1及图2所示，上述快速聚焦方法的具体步骤为：
[0061] (1)、初始化光学干涉显微镜的电机，使电机移动到系统默认位置01 ;
[0062] (2)、设置拍摄步长S1，电机向下移动距离L1，并在电机移动过程中采集存储图 像；
[0063] (3)、使用聚焦评价函数计算每一幅图像的评价值，评价函数如图2所示，评价值 最大的图所在位置就是第一次聚焦位置02 ;
[0064] (4)、电机移动到第一次聚焦位置02,修改拍摄步长S2,使S2〈S1，电机向下移动距 离L2,使L2〈L1，并在电机移动过程中采集存储图像；
[0065] (5)、使用聚焦评价函数计算移动距离L2中过程每一幅图像的评价值，判断第二 次聚焦位置03 ;
[0066] (6)、电机移动到03,聚焦过程结束。
【主权项】
1. 一种实现干涉测量快速聚焦的方法，其特征在于： 提供光学干涉显微镜；设置被测表面图像的横向坐标为X，y坐标，光学干涉显微镜靠 近或者远离被测表面图像的坐标为z坐标； 干涉显微镜在Z方向上扫描获取图像； 找到灰度差和最大的那幅图像，该图像对应的位置就是聚焦位置，并通过下式聚焦评 价函数计算灰度差和F (k)，其中，设第k幅图像中某点（X，y)处的灰度值为g〇i) (X，y)，图像为MXN个像素；评价值 最大的图所在位置就是该次图像扫描过程中寻找的聚焦位置。2. 如权利要求1所述的实现干涉测量快速聚焦的方法，其特征在于：包括寻找两次聚 焦位置，具体步骤为： (1) 、初始化光学干涉显微镜的电机，使电机移动到系统默认位置Ol ; (2) 、设置拍摄步长S1，电机向下移动距离L1，并在电机移动过程中采集存储图像； (3) 、使用聚焦评价函数计算每一幅图像的评价值，评价值最大的图所在位置就是第一 次聚焦位置02 ; (4) 、电机移动到第一次聚焦位置02,修改拍摄步长S2,使S2〈S1，电机向下移动距离 L2,使L2〈L1，并在电机移动过程中采集存储图像； (5) 、使用聚焦评价函数计算移动距离L2中过程每一幅图像的评价值，判断第二次聚 焦位置03; (6) 、电机移动到03,聚焦过程结束。
【专利摘要】本发明公开了一种实现干涉测量快速聚焦的方法。在聚焦过程中，使用干涉显微系统在Z方向上扫描样品获取图像，运用本发明的聚焦函数方法，找到灰度差和最大的那幅图像，该图像对应的位置就是聚焦点。本发明的聚焦方法相对于传统方法而言，运算时间成倍减少，干涉显微镜系统的操作流程也得到简化。并且新型聚焦评价函数无需考虑区域相关性，在数据处理过程中，可采用隔行计算，减少计算量的同时，还不影响评价值的有效性。
【IPC分类】G02B7/36, G02B21/36, G02B21/24
【公开号】CN105158892
【申请号】CN201510535897
【发明人】夏勇, 孙焱群, 唐寿鸿
【申请人】镇江超纳仪器有限公司（中外合资）
【公开日】2015年12月16日
【申请日】2015年8月27日