| 主权项 |
一种直拉单晶硅直径测量方法，其特征在于具体步骤依次如下：1) 使用工业用CCD摄像头采集单晶生长过程中的光环图像；2) 对采集到的图像所要测量的区域进行光环图像提取；3) 对所提取的圆弧图像进行图像灰度化、亮度调节、中值滤波、阈值分割操作，得到二值化光环图像；所述图像灰度化操作包括以下步骤：a)选取色彩空间转换模式；b)采用浮点算法将将步骤2）中提取的彩色图像灰度化，将灰度等级设定为0‑255；c)观察已灰度化的图像，确定其有效性；所述亮度调节操作包括以下步骤：a)根据已灰度化的提取图像整体亮度，确定亮度调整因子；b)对组成图像的每个象素按亮度调整因子进行调整；c)修正调整后的象素亮度值：亮度值大于255时，修正为255，亮度值小于0时，修正为0；所述中值滤波操作包括以下步骤：a)确定取样点窗口大小；b)选取中值滤波方式；c)观察中值滤波后图像，确定其有效性；所述阈值分割操作包括以下步骤：a)求取灰度图像灰度梯度直方图；b)求取灰度图像灰度的均值；c)求取灰度梯度直方图的零阶[i]和一阶矩U[i]；d)利用最大类间方差法求取图像阈值；e)得用图像阈值对灰度图像进行二值化；4)利用摄像头轴线与单晶硅轴线之间的夹角对步骤3）获取的二值化图像进行垂直投影计算，将椭圆圆弧图像转换成正圆圆弧图像；5）将步骤4）得到的正圆圆弧的二值化图像通过边缘检测，以获取其外边缘三个特征点和内边缘三个特征点坐标值，具体操作如下：a）根据二值灰度图像范围，设定纵向Y轴扫描最大像素值，设定容差像素值，设定确定像素值，设定X轴扫描最大像素值；b)确定外边缘第一特征点P1原始坐标值：自横向X轴上零开始沿Y轴自设定的最大像素值开始向下扫描，到Y轴为零至，如未扫描到灰度值为255的像素点，则在X轴上增加一个像素为步进值，继续自设定的Y轴最大像素值扫描，直到找到第一个灰度值为255的像素点为止，此扫描到的X值和Y值即为第一特征点的原始坐标值；c)确定外边缘第一特征点P1最终坐标值：以第一特征点原始坐标值为基点，按X值增加容差像素值、Y值减小容差像素值为步进值，以确定像素值为最大步进范围进行扫描，直到得到灰度值为255的两个象素点或达到确定像素值为止，如达到确定像素值后仍未得到两个象素点，将以第一特征点的原始坐标为基点继续扫描重新确定第一特征点原始坐标值，重复5）c) 步骤,如得到两个像素点，将这两个像素点和第一特征点原始坐标值的X、Y坐标值求平均值为第一特征点的最终坐标值；d） 确定内边缘第一特征点P11原始坐标值：自P1点开始，固定P1点Y轴坐标向右水平扫描，直到找到第一个灰度值为0的像素点为止，此扫描到的X值和固定的Y值即为内边缘第一特征点P11的原始坐标值；e)确定内边缘第一特征点P11最终坐标值：以P11原始坐标值为基点，按X值增加容差像素值、Y值减小容差像素值为步进值，以确定像素值为最大步进范围进行扫描，直到得到灰度值为0的两个象素点或达到确定像素值为止，如达到确定像素值后仍未得到两个象素点，将以P11的原始坐标X轴值为基点，固定Y轴坐标继续向右水平扫描重新确定P11点原始坐标值，重复5）e) 步骤,如得到两个像素点，将这两个像素点和P11点原始坐标值的X、Y坐标值求平均值为P11点的最终坐标值；f)确定外边缘第二特征点P2原始坐标值：自设定的X轴最大像素值开始沿Y轴自设定的最大像素值开始向下扫描，到Y轴为零至，如未扫描到灰度值为255的像素点，则在X轴上减少一个像素为步进值，继续自设定的Y轴最大像素值扫描，直到找到第一个灰度值为255的像素点为止，此扫描到的X值和Y值即为P2的原始坐标值；g)确定第二特征点P2最终坐标值：以第二特征点原始坐标值为基点，按X值减小容差像素值、Y值减小容差像素值为步进值，以确定像素值为最大步进范围进行扫描，直到得到灰度值为255的两个象素点或达到确定像素值为止，如达到确定像素值后仍未得到两个象素点，将以P2点的原始坐标为基点继续扫描重新确定第二特征点原始坐标值，重复5）f) 步骤,如得到两个像素点，将这两个像素点和P2原始坐标值的X、Y坐标值求平均值为P2点的最终坐标值；h） 确定内边缘第二特征点P22原始坐标值：自P2点开始，固定P2点Y轴坐标向左水平扫描，直到找到第一个灰度值为0的像素点为止，此扫描到的X值和固定的Y值即为内边缘第一特征点P22的原始坐标值；i)确定内边缘第二特征点P22最终坐标值：以P22原始坐标值为基点，按X值减小容差像素值、Y值减小容差像素值为步进值，以确定像素值为最大步进范围进行扫描，直到得到灰度值为0的两个象素点或达到确定像素值为止，如达到确定像素值后仍未得到两个象素点，将以P22的原始坐标X轴值为基点，固定Y轴坐标继续向左水平扫描重新确定P22点原始坐标值，重复5）e) 步骤,如得到两个像素点，将这两个像素点和P22点原始坐标值的X、Y坐标值求平均值为P22点的最终坐标值；j)确定外边缘第三特征点P3原始坐标值：求取第一特征点和第二特征点的最终X坐标值的中间值，以该中间值开始沿Y轴自下向上扫描，直到找到灰度值为255的像素点为止，该像素点的X、Y值即为第三特征点原始坐标值；k）确定外边缘第三特征点P3最终坐标值：以P3点原始坐标值为基点，按X值减小容差像素值、Y值增大容差像素值为步进值，以确定像素值为最大步进范围进行扫描，直到得到灰度值为255的一个象素点或达到确定像素值为止，按X值增大容差像素值、Y值增大容差像素值为步进值，以确定像素值为最大步进范围进行扫描，直到得到灰度值为255的一个象素点或达到确定像素值为止，如达到确定像素值后仍未得到两个象素点，将以P3点的原始坐标为基点继续Y轴向上扫描重新确定P3点原始坐标值，重复5）k) 步骤,如得到两个像素点，将这两个像素点和P3原始坐标值的X、Y坐标值求平均值为P3点的最终坐标值；l) 确定内边缘第三特征点P33原始坐标值：自P3点开始，固定P3点X轴坐标向上垂直扫描，直到找到第一个灰度值为0的像素点为止，此扫描到的Y值和固定的X值即为P33点的原始坐标值；m)确定内边缘第三特征点P33最终坐标值：以P33原始坐标值为基点，按X值减小容差像素值、Y值减小容差像素值为步进值，以确定像素值为最大步进范围进行扫描，直到得到灰度值为0的两个象素点或达到确定像素值为止，如达到确定像素值后仍未得到两个象素点，将以P33的原始坐标X轴值为基点，固定X轴坐标继续向上垂直扫描重新确定P33点原始坐标值，重复5）m) 步骤,如得到两个像素点，将这两个像素点和P33点原始坐标值的X、Y坐标值求平均值为P33点的最终坐标值；6）利用步骤5）得到的外边缘三个特征点P1、P2、P3和内边缘三个特征点P11、P22、P33的坐标值分别求得二值化光环图像外边缘和内边缘的圆心和半径，具体操作如下：a)分别连接点P1、P3,P2、P3,并分别做出线段P1P3、P2P3的中垂线L1、L2；b)利用直线方程y=kx+b,求解出中垂线L1、L2的交点坐标，即为二值化光环图像外边缘的圆心坐标；c)分别连接点P11、P33,P22、P33,并分别做出线段P11P33、P22P33的中垂线L11、L22；b)利用直线方程y=kx+b,求解出中垂线L11、L22的交点坐标，即为二值化光环图像内边缘的圆心坐标；d)通过外边缘三个特征点任意一点的坐标值和二值化光环外边缘圆心坐标值，求出该点到圆心的距离，即为该二值化光环外边缘圆的半径；e)通过内边缘三个特征点任意一点的坐标值和二值化光环内边缘圆心坐标值，求出该点到圆心的距离，即为该二值化光环内边缘圆的半径；f)求出步骤6)d)和步骤6）e)求出的二值化光环内边缘和外边缘圆的半径的平均值，即为单晶硅生长直径的像素值D；7）利用导流筒直径转换得到单晶硅直径，具体步骤如下：a)利用步骤1）采集的图像确定导流筒图像宽度像素值;b)重复步骤6）b)至少3次，求出导流筒图像宽度像素值的平均值；c)确定像素当量值K:K=导流筒实际宽度/导流筒图像宽度像素值,K的单位为mm/Pixel；d)通过步骤5)f)得到的单晶硅生长直径像素值D与K值相乘，得到本帧图像单晶硅生长直径实际值；8）重复步骤1）‑6），选取摄像头拍摄的至少4帧图像，求平均值，即得到该单晶硅生长过程中的实际直径值。 |
