[发明专利]基于贝叶斯融合的单晶炉液位检测激光光斑中心定位方法

权利要求书

1.一种基于贝叶斯融合的单晶炉液位检测激光光斑中心定位方法，其特征在于，在被测硅熔液液面上方分别安装线状激光器和CCD相机，激光器发射激光线经过液面反射后，由CCD相机接收，然后调整线状激光器，使图像中的线激光与图像水平方向平行，再利用帧间差图像分割方法对图像进行分割，得到所有激光光斑在图像中的像素点坐标，利用贝叶斯融合算法根据激光光斑的所有像素点的坐标，对光斑中心坐标进行精确定位。

2.根据权利要求1所述的一种基于贝叶斯融合的单晶炉液位检测激光光斑中心定位方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：

步骤1、在被测硅熔液液面上方水平间隔一段距离分别安装线状激光器和CCD相机，激光器按预先设定好的角度发射激光线，经过液面反射后，由另外一侧的CCD相机接收，调整线状激光器，使图像中的线激光与图像水平方向平行；

步骤2、通过线状激光器发射线形激光光束，激光光束经液面反射，在面阵CCD摄像机中成像，激光光斑形状在图像中呈一条直线，由面阵CCD摄像机采集激光光斑图像；

步骤3、对面阵CCD摄像机采集的激光光斑图像进行帧间差处理，即用第n帧图像减去第n-1帧，然后利用预先设定的阈值对结果进行分割，得到二值化图像，设第n帧二值化图像的所有激光光斑像素点坐标为(x_i,y_i)，i＝1,...,M，M为激光光斑像素点总数；

步骤4、定位激光线在图像中的中心纵坐标。

3.根据权利要求2所述的一种基于贝叶斯融合的单晶炉液位检测激光光斑中心定位方法，其特征在于，所述步骤1中在单晶炉炉盖上设计线状激光器窗口和面阵CCD摄像机接收窗口，线状激光器窗口和面阵CCD摄像机接收窗口直径分别为50mm和100mm，在线状激光器窗口安装线性线状激光器即激光光源，在面阵CCD摄像机接收窗口安装面阵CCD摄像机，两窗口的中心连线距离整个单晶炉中心180±10mm，激光光束入射角为18度，激光光线入射点距离整个炉体中心的水平距离大于160cm，小于相应热屏半径，线状激光器发射的激光光束入射液面的位置在晶体边缘与热屏之间，上述安装位置和光路设计保证激光光束通过液面反射在CCD摄像机中成像。

4.根据权利要求2所述的一种基于贝叶斯融合的单晶炉液位检测激光光斑中心定位方法，其特征在于，所述步骤2中由面阵CCD摄像机对激光光斑图像进行采集，由于液面波动的影响，采集的图像中包含若干个分散的光斑，其中三种典型图像具体为：含有一处激光光斑的图像、含有两处激光光斑的图像、以及含有三处以上激光光斑的图像。

5.根据权利要求2所述的一种基于贝叶斯融合的单晶炉液位检测激光光斑中心定位方法，其特征在于，所述步骤4具体按照以下步骤实施：

步骤4.1、定义第n帧图像所有光斑像素点的纵坐标为测量数据Y＝(y₁,y₂…y_M)，将Y作为贝叶斯估计的数据集，y₁,y₂…y_M分别为第1,2…M处像素点的纵坐标值，最终激光光斑中心纵坐标最优估计值为μ，则μ的后验概率为

参数μ服从正态分布μ₀,分别为数据集Y＝(y₁,y₂…y_M)的均值与方差，且y_k服从k＝1,2…M，μ₀,为y_k的均值与方差，并令α是与μ无关的常数，因此

步骤4.2、式(2)中的指数部分为μ的二次函数，因此p(μ|y₁,y₂…y_M)仍为正态分布，假设其服从μ_N,分别为其均值与方差，则

步骤4.3、结合式(2)、式(3)得

因此μ的贝叶斯估计值为为：

步骤4.4、通过式(4)计算得到线激光位置的光斑中心坐标为

至此，激光光斑中心精确定位。