一种确定引晶过程中晶棒光圈区域的方法

技术领域

本发明涉及图像处理技术领域，具体为一种确定引晶过程中晶棒光圈区域的方法。

背景技术

单晶炉：单晶炉是一种在惰性气体(氩气、氦气为主)环境中,用石墨加热器将多晶硅等多晶材料熔化,用直拉法生长无错位单晶的设备。

引晶过程中光圈在液面之下形成了一个明亮的倒影，如图1所示，相机在确定光圈(图1中明亮月牙状)的域值边界时，由于倒影过亮而引起的光圈域值难以确定以及实际光圈边界误检测的问题，即将倒影检测为实际光圈从而引起测量错误。

发明内容

针对上述存在的技术不足，本发明的目的是提供一种确定引晶过程中晶棒光圈区域的方法，以解决背景技术中提出的问题。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

本发明提供一种确定引晶过程中晶棒光圈区域的方法，包括如下步骤：

(1)建立坐标体系

以光圈的灰度图建立坐标体系，X轴为行数，Y轴为列数，图像上的每一点(x，y)对应一个像素值，行数R、列数C和像素值在相机中自动存储，为已知数据；

(2)根据行像素点平均值，确定界面M所在的行数；

(3)将界面M所在的行以下的区域处理呈黑色，界面M所在的行以上的区域极为光圈区域。

优选地，步骤(2)中，以行数为横坐标，行像素平均值为纵坐标，作曲线AVG图，通过图中波谷M的行数确定界面M行数范围。

优选地，步骤(2)中，对曲线AVG图进行求导，得变化率DEV＝AVG'，同时对导数作图，图中变化率最大的为N点，参考行像素平均值和导数对照表，界面M所在的行数为距离N点最近，且行数大于N点，且行像素平均值最小的点所在的行数。

优选地，步骤(2)中，取行像素平均值的具体做法为：

图像中每一行有C总个点，计算第x行，每一行所有点像素的平均值Ax，

Ax＝(A1+A2+A3...A

优选地，步骤(1)中，行数共有533行，列数共有280列，图片中的点像素值在0-255之间，黑色的像素值是0，白色的像素值是255。

优选地，步骤(2)中，

M1＝N1+X (2)

M1为界面M所在的行数；N1为行像素平均值变化率最大值N所在的行数，X为偏移量，X为正值。

优选地，步骤(3)中，M界面以下的区域全处理为黑色的方法为，将M界面以下的所有像素值都改为0。

本发明的有益效果在于：

(1)本发明利用镜像对称原理，通过计算行像素平均值，对行像素平均值做曲线，通过波谷M确定界面M行数范围，再对该曲线进行求导，找到导数最小的点N，在灰度图中，M点在N点之下，故M行数大于N行数，再结合行像素平均值和导数对照表，能够明确确定M位置，即确定光圈与其倒影的界面M的位置。然后将界面M以下的区域全处理为黑色，这样可以保证光圈完整性，大大降低光圈的域值，即使光圈的亮度发生较大的变化，也不会引发误检测，大大提高光圈检测的稳定性，同时可以提高系统的抗干扰性。

(2)本方法在引晶初期，即对直径以及液面高度测量的计算前期对图像进行除倒影预处理，为后面晶棒生长过程中直径及液面高度测量的稳定性。

(3)本发明操作简单、使用方便，为晶棒的可控生长提供依据。

(4)本发明通过将倒影处理为黑色，可以避免倒影在图像处理中的干扰，理论和实际上都得到了验证。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为晶棒光圈及其倒影的灰度图；

图2为图1中光圈及其倒影的坐标系示意图；

图3为行像素平均值与行数关系的曲线AVG图；

图4为对图3求导后行像素平均值变化率与行数关系的曲线图；

图5为图1的局部放大图，其中1号位置为N点。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例：

本发明提供了一种确定引晶过程中晶棒光圈区域的方法，包括如下步骤：

(1)建立坐标体系

根据镜面成像原理，光圈与其倒影关于液面镜像对称，光圈与其倒影之间必然存在一块相对较暗的区域，该区域为界面M所在位置，以图1光圈的灰度图建立坐标体系，如图2所示，X轴为行数，Y轴为列数，图像上的每一点(x，y)对应一个像素值，行数、列数和像素值在相机中自动存储，为已知数据，本实施例中，行数共有533行，列数共有280列，图片中的点像素值在0-255之间，黑色的像素值是0，白色的像素值是255。

(2)取行像素平均值

图像中每一行有280个点，计算每一行所有点像素的平均值

行像素平均值数据如表1所示，以行数为横坐标，行像素平均值为纵坐标，作图，结果如图3曲线AVG所示，图3中波谷M的位置即是界面M的位置；从图2分析可知，从上到下，随着行数的增加，像素值增大，当达到光圈时像素值最大，到达光圈和倒影之间的区域时，变暗，即像素降低，当到达光圈倒影时，像素值又随之升高，此分析结果与图3相对应，图3中的波谷M位置即为图2中边界镜面M所在的位置。

(3)确定M点位置

由于图3中与M点值相同的点可能存在多个，例如倒影部分也会出现波谷位置，对图3的曲线AVG进行求导，得变化率DEV＝AVG'，导数具体值如表1所示，同时对导数作图，结果如图4所示，图中变化率最大的为N点，即亮度从亮到暗下降幅度最快的点；

本实施例中，对照图3，波谷M在240行附近，对照图4，变化率最大的为N点在235行附近，再结合表1，再找出235行附近导数至最小点所在的行，很快得到N1＝236，然后找为距离N点最近，且行数大于N点，且行像素平均值最小的点所在的行数，很快得到M1＝242，可以看出行像素平均值最小的点所在的行与行像素平均值变化率最大的行并不是同一行，二者相差6行。

结合表1和图5，界面M所在的行即为行像素平均值最小的行，行像素平均值变化率最大的点为1号位置，光圈最底端的位置，即像素从有到无的位置，而1号位置和M界面存在一定距离，即偏移量。推出如下公式：

M1＝N1+X (2)

M1为界面M所在的行数；N1为行像素平均值变化率最大值N所在的行数，X为偏移量，X可根据实际情况进行调整。

本实施例中，X＝6。

(4)去除倒影

在相机设置中将M界面以下的所有像素值都改为0，即M界面以下的区域全处理为黑色。

本实施例中，将242行以下像素值都改为0，即M界面以下的区域全处理为黑色，如此可以在引晶过程中消除了倒影的干扰。

表1行像素平均值和导数对照表

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在引晶过程中，相机每几百毫秒拍一次图片，每拍一次图片都要进行本方法的倒影处理，故倒影处理是连续的过程。

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。