一种图像自动对焦方法和设备与流程

本发明涉及图像采集技术领域，尤其涉及一种图像自动对焦方法和设备。

背景技术：

随着大规模集成电路的特征尺寸变得越来越小，扫描电子显微镜(scanningelectronmicroscope，简称sem)在大规模集成电路检测设备中扮演的角色越来越重。当sem工作时，会有许多因素造成系统的对焦状态发生改变，从而降低sem图像质量。为了提高sem的工作效率，能够快速获得清晰的sem图像，扫描电子显微镜需具备快速、精密的自动对焦功能。sem设备为扫描成像，扫描时间越长，每个像元接收的电子数目越多，图像的信噪比越高，但对应的图像的采集时间越长。

本领域技术人员在日常工作中发现现有技术存在如下问题：

现有的对焦技术，对图像的质量有一定的要求，相对应的需要sem较多的扫描采集时间，降低对焦的灵敏度，不适于实时对焦场合。

技术实现要素：

本申请实施例提供了一种图像自动对焦方法和设备，解决了现有图像对焦技术扫描采集时间长，对焦灵敏度低的技术问题，具有使sem快速、精密对焦的技术效果。

本申请实施例提供一种图像自动对焦方法，所述方法包括：获得第一图像，其中，所述第一图像包括背景图像和噪声图像；根据所述第一图像获得第一目标图像，其中，所述第一目标图像为从所述第一图像中滤除所述背景图像和所述噪声图像后获得的图像；根据所述第一目标图像获得第一显著区域图像；其中，所述第一显著区域图像为所述第一目标图像的显著区域图像；获得所述第一显著区域图像的最小外接矩形区域；将所述最小外接矩形区域确定为对焦窗口区域，其中，所述对焦窗口区域中包括第二图像；根据所述第二图像获得第二目标图像，其中，所述第二目标图像为所述第二图像经平滑处理后的图像；获得所述第二目标图像在所述对焦窗口区域内的像素灰度值hlv(m,n)；获得所述第二目标图像在所述对焦窗口区域内的像素灰度平均值根据所述像素灰度值和所述像素灰度平均值获得所述第二目标图像的对焦评价函数的值，其中，所述对焦评价函数获得所述对焦评价函数的极值；根据所述极值获得第三目标图像，其中，所述第三目标图像为最终对焦图像。

进一步地，所述根据所述第一图像获得第一目标图像包括:获得所述第一图像的平均像素值；获得带通滤波器处理后的所述第一图像；获得所述处理后的第一图像的每个点的像素值；获得所述处理后的第一图像的显著值，其中，所述显著值是指所述处理后的第一图像的所述每个点的像素值和所述第一图像的平均像素值之间的欧几里得距离；根据所述处理后的第一图像的显著值获得所述第一目标图像，其中，所述处理后的第一图像的显著值可转化为灰度图像，所述第一目标图像为所述灰度图像的一部分。

进一步地，所述获得所述第一显著区域图像的最小外接矩形区域具体为：根据凸包法获得所述第一显著区域图像的最小外接矩形区域。

进一步地，所述根据所述第二图像获得所述第二目标图像包括:根据log算子和所述第二图像获得所述第二目标图像；其中，所述log算子的公式为其中，所述f(m,n)表示所述第二图像，h(m,n)表示所述第二目标图像，g(m,n)表示高斯滤波器，表示拉普拉斯算子。

本申请实施例提供一种图像自动对焦设备，所述设备包括：处理器，适用于实现各指令；存储设备，适用于存储多条指令，所述指令适于由处理器加载并执行；获得第一图像，其中，所述第一图像包括背景图像和噪声图像；根据所述第一图像获得第一目标图像，其中，所述第一目标图像为从所述第一图像中滤除所述背景图像和所述噪声图像后获得的图像；根据所述第一目标图像获得第一显著区域图像；其中，所述第一显著区域图像为所述第一目标图像的显著区域图像；获得所述第一显著区域图像的最小外接矩形区域；将所述最小外接矩形区域确定为对焦窗口区域，其中，所述对焦窗口区域中包括第二图像；根据所述第二图像获得第二目标图像，其中，所述第二目标图像为所述第二图像经平滑处理后的图像；获得所述第二目标图像在所述对焦窗口区域内的像素灰度值hlv(m,n)；获得所述第二目标图像在所述对焦窗口区域内的像素灰度平均值根据所述像素灰度值和所述像素灰度平均值获得所述第二目标图像的对焦评价函数的值，其中，所述对焦评价函数获得所述对焦评价函数的极值；根据所述极值获得第三目标图像，其中，所述第三目标图像为最终对焦图像。

进一步地，所述设备还包括：获得所述第一图像的平均像素值；获得带通滤波器处理后的所述第一图像；获得所述处理后的第一图像的每个点的像素值；获得所述处理后的第一图像的显著值，其中，所述显著值是指所述处理后的第一图像的所述每个点的像素值和所述第一图像的平均像素值之间的欧几里得距离；根据所述处理后的第一图像的显著值获得所述第一目标图像，其中，所述处理后的第一图像的显著值可转化为灰度图像，所述第一目标图像为所述灰度图像的一部分。

进一步地，所述设备还包括：根据凸包法获得所述第一显著区域图像的最小外接矩形区域。

进一步地，所述设备还包括：根据log算子和所述第二图像获得所述第二目标图像；其中，所述log算子的公式为其中，所述f(m,n)表示所述第二图像，h(m,n)表示所述第二目标图像，g(m,n)表示高斯滤波器，表示拉普拉斯算子。

本申请实施例中的上述一个或多个技术方案，至少具有如下一种或多种技术效果：

1、本申请实施例提供一种图像自动对焦方法和设备。所述方法包括：获得第一图像，其中，所述第一图像包括背景图像和噪声图像；根据所述第一图像获得第一目标图像，其中，所述第一目标图像为从所述第一图像中滤除所述背景图像和所述噪声图像后获得的图像；根据所述第一目标图像获得第一显著区域图像；其中，所述第一显著区域图像为所述第一目标图像的显著区域图像；获得所述第一显著区域图像的最小外接矩形区域；将所述最小外接矩形区域确定为对焦窗口区域，其中，所述对焦窗口区域中包括第二图像；根据所述第二图像获得第二目标图像，其中，所述第二目标图像为所述第二图像经平滑处理后的图像；获得所述第二目标图像在所述对焦窗口区域内的像素灰度值hlv(m,n)；获得所述第二目标图像在所述对焦窗口区域内的像素灰度平均值根据所述像素灰度值和所述像素灰度平均值获得所述第二目标图像的对焦评价函数的值，其中，所述对焦评价函数获得所述对焦评价函数的极值；根据所述极值获得第三目标图像，其中，所述第三目标图像为最终对焦图像。通过上述技术方案，解决了现有图像对焦技术扫描采集时间长，对焦灵敏度低的技术问题，具有有效滤除背景图像和噪声，降低计算量，从而增加sem自动对焦技术的适用范围和工作效率，实现sem快速、精密对焦的技术效果。

附图说明

图1为本申请实施例提供的一种图像自动对焦方法流程图；

图2为本申请实施例提供的一种获得显著图像的方法流程图。

具体实施方式

本申请实施例通过提供一种图像自动对焦方法和设备，解决了现有图像对焦技术扫描采集时间长，对焦灵敏度低的技术问题，具有有效滤除背景图像和噪声，降低计算量，从而增加sem自动对焦技术的适用范围和工作效率，实现sem快速、精密对焦的技术效果。

本申请实施例的技术方案为解决上述技术问题，总体思路如下：

本申请实施例通过提供一种图像自动对焦方法和设备。所述方法包括：获得第一图像，其中，所述第一图像包括背景图像和噪声图像；根据所述第一图像获得第一目标图像，其中，所述第一目标图像为从所述第一图像中滤除所述背景图像和所述噪声图像后获得的图像；根据所述第一目标图像获得第一显著区域图像；其中，所述第一显著区域图像为所述第一目标图像的显著区域图像；获得所述第一显著区域图像的最小外接矩形区域；将所述最小外接矩形区域确定为对焦窗口区域，其中，所述对焦窗口区域中包括第二图像；根据所述第二图像获得第二目标图像，其中，所述第二目标图像为所述第二图像经平滑处理后的图像；获得所述第二目标图像在所述对焦窗口区域内的像素灰度值hlv(m,n)；获得所述第二目标图像在所述对焦窗口区域内的像素灰度平均值根据所述像素灰度值和所述像素灰度平均值获得所述第二目标图像的对焦评价函数的值，其中，所述对焦评价函数获得所述对焦评价函数的极值；根据所述极值获得第三目标图像，其中，所述第三目标图像为最终对焦图像。通过上述技术方案，解决了现有图像对焦技术扫描采集时间长，对焦灵敏度低的技术问题，具有有效滤除背景图像和噪声，降低计算量，从而增加sem自动对焦技术的适用范围和工作效率，实现sem快速、精密对焦的技术效果。

下面通过附图以及具体实施例对本发明技术方案做详细的说明，应当理解本申请实施例以及实施例中的具体特征是对本申请技术方案的详细的说明，而不是对本申请技术方案的限定，在不冲突的情况下，本申请实施例以及实施例中的技术特征可以相互组合。

本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，a和/或b，可以表示：单独存在a，同时存在a和b，单独存在b这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

实施例1：

图1为本申请实施例提供的一种图像自动对焦方法流程图。

所述方法包括：

步骤101：获得第一图像，其中，所述第一图像包括背景图像和噪声图像；

具体来说，所述第一图像是指扫描电子显微镜sem在采集图像时扫描到的初始图像，所述sem的初始图像中包括待获取的图像信息、背景图形和噪声。所述背景图像即背景图形，所述噪声图像即所述第一图像中的噪声。所述背景图形和噪声图像会导致采集图像时对焦时间变长，降低对焦灵敏度。

步骤102：根据所述第一图像获得第一目标图像，其中，所述第一目标图像为从所述第一图像中滤除所述背景图像和所述噪声图像后获得的图像；

具体来说，由于所述第一图像中包括的背景图像和噪声图像会导致采集图像时对焦时间变长，降低对焦灵敏度。因此，在本步骤中，滤除所述第一图像中的背景图形和噪声，获得所述第一目标图像，所述第一目标图像即是sem显著图像。滤除所述背景图形和噪声，能够减少背景图形和噪声对对焦技术的影响，降低对焦技术对图像质量需求，从而减少图像的采集时间。

步骤103：根据所述第一目标图像获得第一显著区域图像；其中，所述第一显著区域图像为所述第一目标图像的显著区域图像；

具体来说，所述第一目标图像是显著图像，设定一个灰度的阈值，从所述阈值范围的区域中提取显著区域，即获得所述显著区域图像，即所述第一显著区域图像，其中，所述阈值可根据需求进行自定义设定。

步骤104：获得所述第一显著区域图像的最小外接矩形区域；

根据凸包法获得所述第一显著区域图像的最小外接矩形，所述最小外接矩形所包括的最大区域即为所述最小外接矩形区域。

步骤105：将所述最小外接矩形区域确定为对焦窗口区域，其中，所述对焦窗口区域中包括第二图像；

将最小外接矩形区域确定为所述对焦窗口区域，扫描电子显微镜可以在所述对焦窗口区域内自动提取图像，对所述对焦窗口区域提取的图像截取面积为m×n的图像，即为所述第二图像。

步骤106：根据所述第二图像获得第二目标图像，其中，所述第二目标图像为所述第二图像经平滑处理后的图像。

经过去除背景图像和噪音图像后，得到显著图像，并提取显著区域。在所述对焦窗口区域内提取的所述第二图像仍具有一些孤立的噪点，对所述第二图像进行平滑处理后，获得所述第二目标图像。

进一步地，使用log算子对所述第二图像进行平滑处理，获得所述第二目标图像；其中，所述log算子的公式为其中，所述f(m,n)表示所述第二图像，h(m,n)表示所述第二目标图像，g(m,n)表示高斯滤波器，表示拉普拉斯算子。使用log算子对所述第二图像处理后，能够有效滤除噪点图像。

步骤107：获得所述第二目标图像在所述对焦窗口区域内的像素灰度值hlv(m,n)；

具体来说，此步骤计算并获得所述第二目标图像在所述对焦窗口区域内的像素灰度值hlv(m,n)。

步骤108：获得所述第二目标图像在所述对焦窗口区域内的像素灰度平均值

具体来说，此步骤根据平均值计算方法，计算并获得所述第二目标图像在所述对焦窗口区域内的图像像素灰度的平均值以对焦窗口区域的尺寸大小为x*y为例，则所述第二目标图像的像素灰度平均值：

步骤109：根据所述像素灰度值和所述像素灰度平均值获得所述第二目标图像的对焦评价函数的值，其中，所述对焦评价函数

根据所述对焦评价函数的公式计算得到所述对焦评价函数的值，对焦评价函数的值越大，则最终得到的sem图像越清晰，说明当前sem的对焦状态越好。

步骤110：获得所述对焦评价函数的极值；

具体来说，所述对焦评价函数的值的大小反应了对焦图像的清晰度，因此，重复步骤101至109，获得一系列离焦图像，根据对焦窗口区域内的图像，对每张图像计算并获得对应的对焦评价函数的值，不同图像的对焦评价函数的值描述了该图像的清晰度。根据所述每张图像的对焦评价函数的值获得所述对焦评价函数值的极值点，所述极值点对应的图像即为最清晰的图像，即完成对焦过程。

步骤111：根据所述极值获得第三目标图像，其中，所述第三目标图像为最终对焦图像。

如步骤110中所述，所述极值点对应的图像即为最清晰的图像，即为所述第三目标图像，也就是完成对焦过程得到的最终对焦图像。

如图2所示，本申请实施例还提供一种获得显著图像的方法流程图，所述方法包括：

步骤201：获得所述第一图像的平均像素值；

具体来说，所述第一图像是指扫描电子显微镜sem在采集图像时扫描到的初始图像，计算并获得所述初始图像的平均像素值。

步骤202：获得带通滤波器处理后的所述第一图像；

具体来说，使用多个高斯差分结合的带通滤波器对所述第一图像进行处理后，获得处理后的所述第一图像。

步骤203：获得所述处理后的第一图像的每个点的像素值；

具体来说，获得所述处理后的第一图像后，计算并获得所述处理后的第一图像的每个点的像素值。

步骤204：获得所述处理后的第一图像的显著值，其中，所述显著值是指所述处理后的第一图像的所述每个点的像素值和所述第一图像的平均像素值之间的欧几里得距离；

具体来说，本步骤获得处理后的第一图像的显著值。计算并获得所述处理后的第一图像的每个点的像素值和所述第一图像的平均像素值之间的欧几里得距离，所述欧几里得距离即是所述处理后的第一图像的显著值。

步骤205：根据所述处理后的第一图像的显著值获得所述第一目标图像，其中，所述处理后的第一图像的显著值可转化为灰度图像，所述第一目标图像为所述灰度图像的一部分。

具体来说，将所述处理后的第一图像的显著值转化为灰度图像，从所述灰度图像中提取设定范围内的显著值部分作为显著图像，即所述第一目标图像，其中，所述显著值的设定范围可根据需求进行自定义设定。

本申请实施例提供一种图像自动对焦设备，所述设备包括：处理器，适用于实现各指令；存储设备，适用于存储多条指令，所述指令适于由处理器加载并执行；获得第一图像，其中，所述第一图像包括背景图像和噪声图像；根据所述第一图像获得第一目标图像，其中，所述第一目标图像为从所述第一图像中滤除所述背景图像和所述噪声图像后获得的图像；根据所述第一目标图像获得第一显著区域图像；其中，所述第一显著区域图像为所述第一目标图像的显著区域图像；获得所述第一显著区域图像的最小外接矩形区域；将所述最小外接矩形区域确定为对焦窗口区域，其中，所述对焦窗口区域中包括第二图像；根据所述第二图像获得第二目标图像，其中，所述第二目标图像为所述第二图像经平滑处理后的图像；获得所述第二目标图像在所述对焦窗口区域内的像素灰度值hlv(m,n)；获得所述第二目标图像在所述对焦窗口区域内的像素灰度平均值根据所述像素灰度值和所述像素灰度平均值获得所述第二目标图像的对焦评价函数的值，其中，所述对焦评价函数获得所述对焦评价函数的极值；根据所述极值获得第三目标图像，其中，所述第三目标图像为最终对焦图像。

进一步地，所述设备还包括：获得所述第一图像的平均像素值；获得带通滤波器处理后的所述第一图像；获得所述处理后的第一图像的每个点的像素值；获得所述处理后的第一图像的显著值，其中，所述显著值是指所述处理后的第一图像的所述每个点的像素值和所述第一图像的平均像素值之间的欧几里得距离；根据所述处理后的第一图像的显著值获得所述第一目标图像，其中，所述处理后的第一图像的显著值可转化为灰度图像，所述第一目标图像为所述灰度图像的一部分。

进一步地，所述设备还包括：根据凸包法获得所述第一显著区域图像的最小外接矩形区域。

进一步地，所述设备还包括：根据log算子和所述第二图像获得所述第二目标图像；其中，所述log算子的公式为其中，所述f(m,n)表示所述第二图像，h(m,n)表示所述第二目标图像，g(m,n)表示高斯滤波器，表示拉普拉斯算子。

本申请实施例中一种图像自动对焦方法和设备，至少具有如下技术效果：

1、本申请实施例提供一种图像自动对焦方法和设备。所述方法包括：获得第一图像，其中，所述第一图像包括背景图像和噪声图像；根据所述第一图像获得第一目标图像，其中，所述第一目标图像为从所述第一图像中滤除所述背景图像和所述噪声图像后获得的图像；根据所述第一目标图像获得第一显著区域图像；其中，所述第一显著区域图像为所述第一目标图像的显著区域图像；获得所述第一显著区域图像的最小外接矩形区域；将所述最小外接矩形区域确定为对焦窗口区域，其中，所述对焦窗口区域中包括第二图像；根据所述第二图像获得第二目标图像，其中，所述第二目标图像为所述第二图像经平滑处理后的图像；获得所述第二目标图像在所述对焦窗口区域内的像素灰度值hlv(m,n)；获得所述第二目标图像在所述对焦窗口区域内的像素灰度平均值根据所述像素灰度值和所述像素灰度平均值获得所述第二目标图像的对焦评价函数的值，其中，所述对焦评价函数获得所述对焦评价函数的极值；根据所述极值获得第三目标图像，其中，所述第三目标图像为最终对焦图像。通过上述技术方案，解决了现有图像对焦技术扫描采集时间长，对焦灵敏度低的技术问题，具有有效滤除背景图像和噪声，降低计算量，从而增加sem自动对焦技术的适用范围和工作效率，实现sem快速、精密对焦的技术效果。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。