聚焦曲线的拟合方法、拟合装置及测量系统与流程

本公开涉及大体涉及智能制造装备产业，具体涉及一种聚焦曲线的拟合方法、拟合装置及测量系统。

背景技术：

1、目前，光学显微技术广泛应用于科学技术研究、工业测量等各个领域，但是普通光学显微技术(例如普通光学显微镜)对具有一定厚度的物体很难实现三维形貌的重建。随着近年来显微技术的不断发展，共聚焦显微技术已成为光学显微领域重要技术之一，其具有高精度、高分辨率、非接触和独特的轴向层析扫描成像等功能特点，可实现待测物的三维形貌重建，在微纳检测、精密测量和生命科学研究等领域得到了广泛的应用。

2、一般而言，共聚焦显微检测技术是基于光源、待测物和显微物镜三点彼此共轭的原理进行机械扫描以获得待测物的各个待测像素点的相对高度进而对待测物进行三维形貌重建。理想情况下，当待测像素点位于显微物镜的焦平面时，其反射的反射光束可以反应待测像素点的相对高度。

3、然而，由于测量环境和待测物结构的限制，待测像素点位于显微物镜的焦平面时，背景噪声或待测物的其他测量面对待测像素点的反射光束具有一定的负面影响，从而导致获得的相对高度误差较大、待测物的三维形貌重建效果不佳。因此，需要一种能够降低对待测物进行测量时的测量误差的方案以提高待测物的三维形貌重建的精度。

技术实现思路

1、本公开是有鉴于上述现有技术的状况而提出的，其目的在于提供一种能够提高对待测物的测量精度的拟合方法、拟合装置及测量系统。

2、本公开第一方面提供一种聚焦曲线的拟合方法，是对基于待测物的反射光束获得的测量信息进行拟合的拟合方法，所述拟合方法包括：获取所述测量信息，所述测量信息包括与负离焦区域相匹配的多个第一测量信息、与对焦区域相匹配的第二测量信息、以及与正离焦区域相匹配的多个第三测量信息；在所述多个第一测量信息中获取多个第一目标测量信息，所述第一目标测量信息的二阶导数的绝对值不大于第一预设值，在所述多个第三测量信息中获取多个第三目标测量信息，所述第三目标测量信息的二阶导数的绝对值不大于所述第一预设值，响应于所述多个第一测量信息与所述多个第三测量信息相对于所述第二测量信息呈对称状态而基于所述多个第一目标测量信息和所述多个第三目标测量信息拟合聚焦曲线；响应于所述多个第一测量信息与所述多个第三测量信息相对于所述第二测量信息呈非对称状态而基于靠近所述第二测量信息的多个所述第一测量信息、所述第二测量信息、以及靠近所述第二测量信息的多个所述第三测量信息拟合聚焦曲线。

3、根据本公开第一方面提供的拟合方法，通过判断测量信息是否具有对称性而采用不同的拟合方法获得聚焦曲线，对于具有对称性的测量信息，采用直线拟合的方式以拟合聚焦曲线；对于不具有对称性的测量信息，采用二次曲线拟合的方式拟合聚焦曲线。在这种情况下，根据测量结果的实际情况而采用适合的拟合方法获得的聚焦曲线能够具有更高的精度，并且，获得的聚焦曲线能够更准确地反映待测像素点的相对高度，由此，提高了对待测像素点测量时的测量精度，进一步地，能够提高对待测物的重建精度。

4、另外，在本公开第一方面所涉及的拟合方法中，可选地，基于所述多个第一目标测量信息获得第一直线，基于所述多个第三目标测量信息获得第二直线，并且基于所述第一直线和所述第二直线拟合聚焦曲线。在这种情况下，通过获取多个第一目标测量信息和多个第二目标测量信息能够拟合两条具有交点的直线(即第一直线和第二直线)，由于多个第一目标测量信息和多个第二目标测量信息的测量误差较小，因此基于第一直线和第二直线拟合的聚焦曲线能够更加精确地反应待测像素点的相对高度。

5、另外，在本公开第一方面所涉及的拟合方法中，可选地，基于靠近所述第二测量信息的多个所述第一测量信息、所述第二测量信息、以及靠近所述第二测量信息的多个所述第三测量信息拟合聚焦曲线。在这种情况下，由于越靠近第二测量信息的第一测量信息和第三测量信息的对称性越好，并且，其受到待测物其他测量面的影响也较小，因此能够提高聚焦曲线的拟合精度。

6、另外，在本公开第一方面所涉及的拟合方法中，可选地，所述测量信息包括光栅尺的读数和与所述光栅尺的读数相匹配的光强信息。由此，能够基于与光栅尺的读数相匹配的光强信息获得待测物的相对高度进而对待测物进行三维形貌重建。

7、另外，在本公开第一方面所涉及的拟合方法中，可选地，所述多个第一目标测量信息的最小值不小于第二预设值，所述多个第三目标测量信息的最小值不小于所述第二预设值，所述第二预设值与所述待测物、以及所述待测物的测量环境相关。在这种情况下，能够滤除不大于背景噪声的测量信息以进一步地提高聚焦曲线的拟合精度。

8、另外，在本公开第一方面所涉及的拟合方法中，可选地，基于靠近所述第二测量信息的第一预设数量的所述第一测量信息、所述第二测量信息、以及靠近所述第二测量信息的所述第一预设数量的所述第三测量信息拟合聚焦曲线；或者基于靠近所述第二测量信息的第二预设数量的所述第一测量信息、所述第二测量信息、以及靠近所述第二测量信息的所述第二预设数量的所述第三测量信息拟合聚焦曲线。在这种情况下，通过确定第一预设数量或第二预设数据的具体数值就能够拟合聚焦曲线。

9、另外，在本公开第一方面所涉及的拟合方法中，可选地，还包括判断所述第二测量信息与第三预设值的比值，所述第三预设值与所述待测物、以及所述待测物的测量环境相关，若所述比值不大于第四预设值，则基于靠近所述第二测量信息的所述第一预设数量的所述第一测量信息、所述第二测量信息、以及靠近所述第二测量信息的所述第一预设数量的所述第三测量信息拟合聚焦曲线；若所述比值大于所述第四预设值，则基于靠近所述第二测量信息的所述第二预设数量的所述第一测量信息、所述第二测量信息、以及靠近所述第二测量信息的所述第二预设数量的所述第三测量信息拟合所述聚焦曲线，所述第一预设数量不大于所述第二预设数量。由此，能够降低用于拟合聚焦曲线中的测量信息出现误差较大或小于背景噪声的可能性，进一步地能够提高聚焦曲线的拟合精度。

10、本公开第二方面提供一种聚焦曲线的拟合装置，是对基于待测物的反射光束获得的测量信息进行拟合的拟合装置，所述拟合装置包括获取单元、筛选单元、判断单元、以及拟合单元，所述获取单元配置获取所述测量信息，所述测量信息包括与负离焦区域相匹配的多个第一测量信息、与对焦区域相匹配的第二测量信息、以及与正离焦区域相匹配的多个第三测量信息；所述筛选单元配置为在所述多个第一测量信息中获取多个第一目标测量信息，在所述多个第三测量信息中获取多个第三目标测量信息，其中，所述第一目标测量信息的二阶导数的绝对值和所述第三目标测量信息的二阶导数的绝对值不大于第一预设值；所述判断单元配置为判断所述多个第一测量信息与所述多个第三测量信息相对于所述第二测量信息是否呈对称状态；所述拟合单元配置为响应于所述多个第一测量信息与所述多个第三测量信息相对于所述第二测量信息呈对称状态而基于所述多个第一目标测量信息和所述多个第三目标测量信息拟合聚焦曲线，响应于所述第一测量信息与所述第三测量信息相对于所述第二测量信息呈非对称状态而基于靠近所述第二测量信息的多个所述第一测量信息、所述第二测量信息、以及靠近所述第二测量信息的多个所述第三测量信息拟合聚焦曲线。在这种情况下，通过获取单元获取测量信息，接着判断单元判断测量信息是否具有对称性，拟合单元根据判断单元的判断结果对测量信息进行直线拟合或曲线拟合以获得聚焦曲线。

11、本公开第三方面提供一种测量系统，包括用于获得测量信息的测量装置、以及本公开第二方面所述的拟合装置，所述测量装置包括照明模块、扫描模块、驱动模块、以及成像模块，所述照明模块包括用于发射照明光束的光源，所述照明光束经由所述扫描模块达到待测物并形成反射光束；所述扫描模块包括沿照明光束的传播方向依次设置的扫描单元和显微物镜；所述驱动模块配置为驱动所述显微物镜以预设步长在预设方向上移动以使所述待测物的待测像素点分别处于所述显微物镜的负离焦区域、对焦区域、以及正离焦区域；所述成像模块配置为基于所述显微物镜位于不同位置的反射光束以获得与所述待测像素点相匹配的包括所述正离焦区域、所述对焦区域、以及所述负离焦区域的多张图像。由此，能够获得测量信息。

12、另外，在本公开第三方面所涉及的测量系统中，可选地，还包括用于获取所述多张图像的测量信息的处理模块，所述成像模块与所述处理模块之间设置有滤波模块。由此，能够提高目标信号的信噪比。

13、根据本公开，能够提供一种提高对待测物的测量精度的拟合方法、拟合装置及测量系统。