一种晶体生长的视觉监控方法、装置及系统与流程

本发明涉及晶体生长，特别是涉及一种晶体生长的视觉监控方法、装置及系统。

背景技术：

1、在激光通信、激光谐振腔、非线性光学等应用中，光学晶体材料的生长品质非常重要，对光学元器件的性能具有极大的影响。例如，在晶体生长过程中， 晶体的引晶，扩肩等阶段的生长速度、生长形状和姿态对后续的晶体生长非常重要。

2、目前，晶体的生长过程一般通过人工进行监控。人工监控的参考数据有提拉杆上的称重装置传来的晶体重量，但是由于籽晶旋转、熔体流动、熔体表面张力和机械与气流的扰动等因素，无法获取准确数值，因此前期还是需要使用肉眼和ccd相机观察，能够通过不同时间下的图像判断晶体的生长情况，缺点是无法准确的描述获得晶体的形貌特征和尺寸数据，并且整个过程都需要人工的参与。随着智能化的普及，迫切需要对晶体生长中晶体的形态进行数字化监控，其中非常重要的是获取晶体生长过程中晶体的半径、形状等数值特征。

技术实现思路

1、基于此，有必要针对现有技术中存在的上述技术问题，提供一种晶体生长的视觉监控方法、装置及系统，本发明通过晶体在晶体生长炉中的图像，获取光圈对晶体轮廓进行重建，对晶体生长过程进行监控，便于后续控制晶体生长品质。

2、为解决以上技术问题，本发明采取的技术方案是：

3、一种晶体生长的视觉监控方法，包括：

4、获取晶体生长炉内的晶体生长图像；

5、对晶体生长图像进行处理，提取固体和液体交界面上的反光光圈数据；

6、根据反光光圈数据在提拉生长过程中对晶体的生长外边缘逐层建模，获得晶体生长形态图像并显示；

7、其中，晶体生长图像包括不同旋转角度和不同高度的晶体生长图像；

8、优选地，在获取晶体生长图像时相机对准籽晶的中心；

9、优选地，对晶体生长图像进行处理，提取固体和液体交界面上的反光光圈数据，包括：

10、切片，采集晶体生长图像上切片线上的一行数据，切片线与固体和液体的交界线相交且垂直于籽晶的提拉方向；

11、平滑，对切片线上的一行数据进行平滑处理；

12、光圈提取，在获得平滑后的数据中提取其中的一个光圈的峰值；

13、优选地，切片线与固体和液体的交界线相交于固体和液体的交界线的中心；

14、优选地，采用傅里叶变换滤波法、卷积平滑法或savitzky-golay平滑法中的一种对切片线上的一行数据进行平滑处理；

15、优选地，在获得平滑后的数据中采用求导数、坎尼边缘检测算子或深度学习中的一种获取其中的一个光圈的峰值。

16、优选地，根据反光光圈数据在提拉生长过程中对晶体的生长外边缘逐层建模，获得晶体生长形态图像并显示，包括：

17、旋转边缘重建，对不同旋转角度的晶体生长图像进行切片、平滑和光圈提取操作，得到对应高度的固液交界边缘；

18、提拉边缘重建，对不同高度的晶体生长图像进行切片、平滑、光圈提取和旋转边缘重建操作，得到不同高度的固液交界边缘；

19、轮廓重建，按照高度和固液交界边缘形成晶体生长形态图像并显示。

20、为解决以上技术问题，本发明采取的又一技术方案是：

21、如上所述的晶体生长的视觉监控方法，用于视觉监控使用提拉法生长的晶体的生长过程，晶体包括铌酸锂、钽酸锂、人造钇铝榴石、人造钆镓榴石。

22、为解决以上技术问题，本发明采取的又一技术方案是：

23、一种晶体生长的视觉监控装置，包括：

24、图像获取模块，获取晶体生长炉内的晶体生长图像；

25、光圈提取模块，对晶体生长图像进行处理，提取固体和液体交界面上的反光光圈数据；

26、轮廓重建模块，根据反光光圈数据在提拉生长过程中对晶体的生长外边缘逐层建模，获得晶体生长形态图像并显示；

27、其中，晶体生长图像包括不同旋转角度和不同高度的晶体生长图像；

28、优选地，在获取晶体生长图像时相机对准籽晶的中心；

29、优选地，光圈提取模块包括：

30、切片，采集晶体生长图像上切片线上的一行数据，切片线与固体和液体的交界线相交且垂直于籽晶的提拉方向；

31、平滑，对切片线上的一行数据进行平滑处理；

32、光圈提取，在获得平滑后的数据中提取其中的一个光圈的峰值；

33、优选地，切片线与固体和液体的交界线相交于固体和液体的交界线的中心；

34、优选地，采用傅里叶变换滤波法、卷积平滑法或savitzky-golay平滑法中的一种对切片线上的一行数据进行平滑处理；

35、优选地，在获得平滑后的数据中采用求导数、坎尼边缘检测算子或深度学习中的一种获取其中的一个光圈的峰值。

36、优选地，轮廓重建模块包括：

37、旋转边缘重建，对不同旋转角度的晶体生长图像进行切片、平滑和光圈提取操作，得到对应高度的固液交界边缘；

38、提拉边缘重建，对不同高度的晶体生长图像进行切片、平滑、光圈提取和旋转边缘重建操作，得到不同高度的固液交界边缘；

39、轮廓重建，按照高度和固液交界边缘形成晶体生长形态图像并显示。

40、为解决以上技术问题，本发明采取的又一技术方案是：

41、一种计算机可读存储介质，存储介质中存储有程序信息，计算机读取程序信息后执行如上所述的晶体生长的视觉监控方法。

42、为解决以上技术问题，本发明采取的又一技术方案是：

43、一种电子设备，包括至少一个处理器和至少一个存储器，至少一个存储器中存储有程序信息，至少一个处理器读取程序信息后执行如上所述的晶体生长的视觉监控方法。

44、为解决以上技术问题，本发明采取的又一技术方案是：

45、一种晶体生长的视觉监控系统，用于对晶体的生长过程进行视觉监控，该系统包括：

46、晶体生长组件，用于晶体生长，其包括晶体生长炉、保温盖、坩埚，坩埚设置在晶体生长炉内，保温盖设置在晶体生长炉上；

47、监测组件，设置在晶体生长炉的侧壁上，其包括相机；

48、控制组件，设置在晶体生长炉的外部，其包括控制器；

49、相机拍摄晶体生长炉内的晶体生长图像并将其发送至控制器；控制器获取晶体生长炉内的晶体生长图像后对晶体生长图像进行处理，提取固体和液体交界面上的反光光圈数据，根据反光光圈数据在提拉生长过程中对晶体的生长外边缘逐层建模，获得晶体生长形态图像并显示。

50、优选地，保温盖和晶体生长炉的内壁上均设置有反射层；

51、优选地，反射层为白金层或陶瓷层；

52、优选地，晶体生长炉的内壁上的反射层高于坩埚；

53、优选地，晶体生长图像包括不同旋转角度和不同高度的晶体生长图像；

54、优选地，在拍摄晶体生长图像时相机对准籽晶的中心；

55、优选地，对晶体生长图像进行处理，提取固体和液体交界面上的反光光圈数据，包括：

56、切片，采集晶体生长图像上切片线上的一行数据，切片线与固体和液体的交界线相交且垂直于籽晶的提拉方向；

57、平滑，对切片线上的一行数据进行平滑处理；

58、光圈提取，在获得平滑后的数据中提取其中的一个光圈的峰值；

59、优选地，切片线与固体和液体的交界线相交于固体和液体的交界线的中心；

60、优选地，采用傅里叶变换滤波法、卷积平滑法或savitzky-golay平滑法中的一种对切片线上的一行数据进行平滑处理；

61、优选地，在获得平滑后的数据中采用求导数、坎尼边缘检测算子或深度学习中的一种获取其中的一个光圈的峰值。

62、优选地，根据反光光圈数据在提拉生长过程中对晶体的生长外边缘逐层建模，获得晶体生长形态图像并显示，包括：

63、旋转边缘重建，对不同旋转角度的晶体生长图像进行切片、平滑和光圈提取操作，得到对应高度的固液交界边缘；

64、提拉边缘重建，对不同高度的晶体生长图像进行切片、平滑、光圈提取和旋转边缘重建操作，得到不同高度的固液交界边缘；

65、轮廓重建，按照高度和固液交界边缘形成晶体生长形态图像并显示。

66、由于以上技术方案的采用，本发明与现有技术相比具有如下优点：

67、1、本发明通过放置在观察孔的相机拍摄晶体生长时的图像，对固体和液体交界面上的反光光圈进行提取，在提拉生长过程中对晶体生长外边缘逐层建模，获取晶体外形的特征参数，获得生长过程中的晶体生长形态，对晶体生长过程进行监控，便于根据晶体生长过程对工艺过程进行控制和调节，确保晶体生长结果满足需求；

68、2、本发明在保温盖和晶体生长炉的内壁上增加白金反射层，提高反射率，提高图像对比度，便于提取反光光圈。