一種可自動調(diào)位和聚焦的納米膜厚測量儀的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種納米膜厚測量儀上的顯微鏡自動校正裝置和顯微鏡自動調(diào)焦的方法的研究，屬于納米膜厚測量儀測量領(lǐng)域。此測量系統(tǒng)是通過控制步進電機進行定位，聚焦系統(tǒng)采用電動聚焦的方法，通過計算機對聚焦的微型馬達進行控制。聚焦就是上下移動鏡頭，而顯微鏡自動校正則由步進電機控制滾珠絲杠前后左右移動實現(xiàn)定位。以某固定位置為起點，步進電機驅(qū)動顯微鏡以固定的步長移動，在運行每一步之后，取一定數(shù)量的圖像，通過聚焦分析器對圖像進行計算和分析，通過不同圖像之間的比較獲得聚焦最佳焦點的位置，以此類推，最終可獲得最終聚焦位置。使油膜干涉圖像清晰的反應(yīng)在計算機上。
【專利說明】一種可自動調(diào)位和聚焦的納米膜厚測量儀
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種納米膜厚測量儀膜厚測量領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]顯微鏡不僅廣泛應(yīng)用于醫(yī)學(xué)和生物學(xué)領(lǐng)域的研究，而且還廣泛應(yīng)用于油膜厚度測量領(lǐng)域的研究；利用顯微鏡自動定位和聚焦技術(shù)不僅可以提高實驗與分析的速度，而且可以減少人為操作對顯微鏡成像質(zhì)量的影響。
[0003]自動聚焦是機器人視覺、數(shù)字視頻系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)之一，是決定圖像質(zhì)量的重要因素，是獲取清晰圖像的第I步；聚焦性能取決于調(diào)焦評價函數(shù)的準(zhǔn)確性和有效性，即評價函數(shù)必須具有無偏性好、單峰性強和較好的抗噪性能。圖像模糊的本質(zhì)是高頻分量的損失，聚焦圖像比離焦光干涉圖像包含更多的信息和細(xì)節(jié)，這是設(shè)計聚焦評價函數(shù)的基礎(chǔ)?，F(xiàn)有的顯微鏡自動聚焦的方式是被觀察物體固定不動，顯微鏡通過上下移動來獲得最佳的聚焦位置，而這種方法不能直接應(yīng)用與納米膜厚測量儀膜厚測量設(shè)備，因為在這種設(shè)備里，被觀察物體是不動的，而顯微鏡可以前后左右任意移動的，這就影響顯微鏡精確聚焦，本次設(shè)備改造就可以很好的解決這問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種納米膜厚測量儀上的顯微鏡自動校正裝置和顯微鏡自動調(diào)焦的方法，目的是為了實現(xiàn)顯微鏡自動化，提高聚焦圖像分辨率。通過分析圖像，獲得最佳聚焦點。
[0005]本納米 膜厚測量系統(tǒng)的顯微鏡自動聚焦方法如下:通過顯微鏡自動調(diào)位和聚焦獲取油膜的光干涉圖像，對圖像進行分析，尋找最佳的聚焦位置，詳細(xì)步驟如下:
(1)第一次聚焦，如圖2和圖3所示，以E(0，0)點和顯微鏡的最頂點起點，電機2沿軌道2以一定的步長Al向前移動，步進電機I沿軌道I以一定的步長BI向左移動，當(dāng)電機2移動nl*Al的步長時(nl=l，2，3……)，當(dāng)nl=l時，電機I便以一定步長n2*Bl向左移動(n2=l，2，3……)，當(dāng)nl=l，n2=l, 2，3……時，聚焦馬達驅(qū)動鏡頭以固定的步長Cl向下移動，每移動一步，C⑶攝像頭就拍攝下n3張圖像(n3=l，2，3……)，行程達到最大距離L時，分析器通過對每個位置的圖像進行計算；當(dāng)111=2，112=1，2，3……時，聚焦馬達驅(qū)動鏡頭以固定的步長Cl向下移動，每移動一步，CXD攝像頭就拍攝下n3張圖像(n3=l，2，3……)，行程達到最大距離L時，分析器通過對每個位置的圖像進行計算；以此類推，通過以上圖像進行對比獲得最佳聚焦位置Pl ；
(2)第二次聚焦，以第一次聚焦位置(Pl-Ml)為起點，進行第二次聚焦，電機2沿軌道2以一定的步長A2(A2〈A1)向前移動，步進電機I沿軌道I以一定的步長B2 (B2〈B1)向左移動，當(dāng)電機2移動nl*A2的步長時(nl=l，2，3……)，當(dāng)nl=l時，電機I便以一定步長n2*B2向左移動(n2=l，2，3……)，當(dāng)nl=l，n2=l, 2，3……時，聚焦馬達驅(qū)動鏡頭以固定的步長Cl向下移動，每移動一步，C⑶攝像頭就拍攝下n3張圖像(n3=l，2，3……)，行程達到最大距離L時，分析器通過對每個位置的圖像進行計算；當(dāng)nl=2，n2=l, 2，3……時，聚焦馬達驅(qū)動鏡頭以固定的步長Cl向下移動，每移動一步，C⑶攝像頭就拍攝下n3張圖像(n3=l，2，3……)，行程達到最大距離L時，分析器通過對每個位置的圖像進行計算；以此類推，通過以上圖像進行對比獲得最佳聚焦位置P2 ；
(3)第三次聚焦，以第二次聚焦的位置(P2-M2)為起點，進行第三次聚焦，電機2沿軌道2以一定的步長A2(A3〈A2)向前移動，步進電機I沿軌道I以一定的步長B3(B3〈B2)向左移
動，當(dāng)電機2移動nl*A3的步長時(nl=l, 2, 3......),當(dāng)nl=l時，電機I便以一定步長n2*B3
向左移動(n2=l，2，3……)，當(dāng)nl=l，n2=l，2，3……時，聚焦馬達驅(qū)動鏡頭以固定的步長Cl向下移動，每移動一步，C⑶攝像頭就拍攝下n3張圖像(n3=l，2，3……)，行程達到最大距離L時，分析器通過對每個位置的圖像進行計算；當(dāng)nl=2，n2=l，2，3……時，聚焦馬達驅(qū)動鏡頭以固定的步長Cl向下移動，每移動一步，C⑶攝像頭就拍攝下n3張圖像(n3=l，2，3……)，行程達到最大距離L時，分析器通過對每個位置的圖像進行計算；以此類推，通過以上圖像進行對比獲得最佳聚焦位置P3。
本發(fā)明步驟(1)、(2)、(3)中分析器對每個位置的圖像進行計算的具體步驟如下:
(1)將導(dǎo)軌的前后行程、左右行程以及聚焦行程分別分成N1、N2、N3等份分別相鄰的位置為Al、B1、Cl,每一個位置都連續(xù)拍攝M幅圖像；
(2)通過一定的原則選擇閾值T向量，然后提取出標(biāo)準(zhǔn)的光干涉圖像；
(3)對標(biāo)準(zhǔn)的光干涉圖像進行分析，提取對應(yīng)每一點的光強值；
(4)計算與每個圖像相對應(yīng)的聚焦值評價 函數(shù)
【權(quán)利要求】
1.一種納米膜厚測量儀上的顯微鏡自動調(diào)焦的方法和顯微鏡自動校正裝置，其特征在于:步進電機(I)通過高精度的滾珠絲杠控制上軌道左右移動，步進電機(2)通過高精度的滾珠絲杠控制下軌道前后移動，顯微鏡上的聚焦馬達可自動的上下移動。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種納米膜厚測量儀上的顯微鏡自動調(diào)焦的方法和顯微鏡自動校正裝置，其特征在于:步進電機通過滾珠絲杠連接來實現(xiàn)顯微鏡的調(diào)位。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種納米膜厚測量儀上的顯微鏡自動調(diào)焦的方法和顯微鏡自動校正裝置，其特征在于:可通過控制器與步進電機(1)，(2)相連，實現(xiàn)顯微鏡位置的自動校正。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種納米膜厚測量儀上的顯微鏡自動調(diào)焦的方法和顯微鏡自動校正裝置，其特征在于:通過聚焦馬達與控制器相連，實現(xiàn)了顯微鏡自動聚焦。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種納米膜厚測量儀上的顯微鏡自動調(diào)焦的方法和顯微鏡自動校正裝置，其特征在于:合理的選擇聚焦評價函數(shù)實現(xiàn)顯微鏡自動聚焦，并獲得清晰的干涉圖像。
【文檔編號】G02B21/36GK103529544SQ201310534878
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2013年11月4日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月4日
【發(fā)明者】劉劍平, 劉煥寶, 杜樂瑤, 聶萍 申請人:山東理工大學(xué)