[发明专利]直拉单晶硅直径测量方法

说明书

技术领域

本发明属于直拉单晶法中在线实时测量单晶直径技术领域。

背景技术

目前CCD摄像扫描系统是大直径直拉单晶直径检测的主流技术。采用普通镜头的非高清晰的双CCD摄像测量系统是目前使用最广泛的直拉单晶CCD摄像测量系统。双CCD摄像测量系统由于采用了低分辨率的图像传感器，对于图像检测算法要求很高，目前常用的算法流程主要包括图像预处理，边缘检测，圆弧拟合，直径测量。专利号为200610105331.7的中国发明专利于2007年8月1日公开了一种基于霍夫变换的直拉单晶硅棒直径的测量方法，首先对晶体生长过程中的图像进行同步采集，然后对图像信息进行预处理，再采用HOUGH变换对图像中的晶体生长信息进行检测，得到直径、圆心X坐标和圆心Y坐标三个参数，最后对参数空间曲线交点进行均值聚类操作，得到准确的直径测量值，具体包括以下步骤：A、在单晶炉的观察窗上设置单只分辨率大于1280×1024像素的高分辨率摄像头，采集晶体生长过程中的图像信息，采集过程中依据晶转速度确定采样间隔时间，确保晶转与图像采样同步；B、对采集到的图像信息使用SOBEL算子提取图像边缘，并对图像进行二值化处理，滤除干扰信息；C、对于上述处理后的图像根据光圈图像左右对称的特点滤除奇异像素点，求取光圈图像的中轴线作为光圈圆心的Y坐标；D、根据摄像头中轴线与晶体提拉轴之间的夹角，对图像做椭圆至圆的畸变校正；E、对有效像素点进行HOUGH变换，得到二维参数空间的参数曲线，求得圆的参数横坐标A和纵坐标R；F、对上述二维空间参数映射点进行二维聚类操作，求得光圈直径R和X坐标，根据上述参数值，最终得到晶体直径精确值。其中每一步的测量对后面一步的结果有很大的影响，主要存在以下几个问题：

1、由于单晶炉上观察窗口的镀膜玻璃经常会发生剥落和污点，会对图像预处理的结果造成干扰，尤其是出现在光圈附近的干扰点，对传统的测量算法造成很大的测量误差，很难进行剔除，只能通过经常清洗或者更换镀膜玻璃。

2、在晶体生长过程中的光圈图像为不规整的圆，由于摄像机位置和角度的问题，光圈图像为带有畸变的不完整的圆。传统的算法需要圆弧的最低点作为基准点测量直径，引晶和等径的过程中光圈的晃动和单晶硅的不规整导致基准点的不准确也会带来测量误差。

发明内容

本发明所要解决的技术问题就是提供一种单晶硅直径测量方法，提高单晶直径测量的准确性和适应性。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：直拉单晶硅直径测量方法，其特征在于：首先使用摄像机同步采集单晶生长的图像，对采集到的每帧图像进行预处理和边缘检测，然后对每帧图像采用中点Bresenham画圆算法进行圆的亚像素最佳逼近和拟合，在拟合圆弧的基础上进行均值滤波，得到单晶的准确直径，具体步骤如下：

1)使用两个普通工业用模拟摄像头分别采集引晶和等径过程中的图像，引晶过程中采用长焦镜头，等径过程中采用短焦距镜头；

2)对采集到的每帧图像在指定区域内进行Canny边缘检测，指定区域为包含光圈图像的区域，并进行二值化操作，二值化的结果仅保留光圈图像；

3)经过Canny边缘检测和二值化后，所得到的为光圈图像的双边，通过横向扫描，滤除掉光圈图像的内边，保留光圈图像的外边；

4)通过摄像机光轴和单晶生长轴之间的夹角将椭圆光圈图像校正为圆光圈图像；

5)利用中点Bresenham画圆算法进行圆的亚像素最佳逼近，通过判断最佳逼近圆和光圈图像的重合程度来确定目标圆的几何参数和准确位置；

6)普通工业模拟摄像机的图像采样频率为24帧每秒，大于晶体转动的速度，通过平均值滤波法对每帧计算得到的直径进行滤波，排除干扰误差，得到更加准确的单晶生长的直径值。

优选的，所述普通工业用模拟摄像头的分辨率为720*576，引晶过程中采用长焦镜头的焦距为50mm，等径过程中短焦距镜头焦距为12mm。

进一步的，所述Canny边缘检测和二值化的具体过程为，

1)将单晶图像和高斯mask进行卷积，平滑图象，减弱噪声，

设单晶图像像素点(x，y)的灰度值为f(x，y)，高斯平滑的模板大小为