[发明专利]一种基于多帧图像运动信息的蓝宝石接种检测装置和方法

权利要求书

1.一种基于多帧图像运动信息的蓝宝石接种检测装置，其特征在于，包括：坩埚、籽晶杆、第一观察窗、第二观察窗、第一滤光模块、第二滤光模块、第一图像采集模块、第二图像采集模块、图像分析系统、信号传输系统和控制系统；

其中，所述坩埚包括埚体和埚盖，埚体用于承载和加热待接种的蓝宝石，埚盖中部开设通孔分别形成第一观察窗、第二观察窗及所述籽晶杆的支撑孔；所述第一滤光模块、第二滤光模块分别设置于所述第一观察窗和第二观察窗中，所述第一图像采集模块、第二图像采集模块通过所述第一观察窗和第二观察窗获取坩埚内的蓝宝石液面图像特征；所述图像分析系统连接所述第一图像采集模块和第二图像采集模块，以对所述第一图像采集模块和第二图像采集模块进行图像处理；所述控制系统连接所述图像分析系统，用于根据图像分析的结果，控制所述籽晶杆向坩埚内部移动，以进行蓝宝石晶体的接种，所述信号传输系统分别连接所述第一图像采集模块、第二图像采集模块和图像分析系统，以对信号的传输进行控制；

所述图像分析系统包括：

接收单元，通过信号传输系统连接所述第一图像采集模块和第二图像采集模块，用于实时接收所述第一图像采集模块和第二图像采集模块采集的坩埚中的蓝宝石图像信息；

预处理单元，用于对所述接收单元接收的第一图像采集模块和第二图像采集模块采集的蓝宝石图像进行融合处理，对每一帧融合图像做降噪、增强滤波处理，得到融合图像中临界接种液面关键交汇线簇，提取图像中长度和夹角细微变化特征，对液面关键交汇线簇霍夫曼直线拟合，量化长度和夹角细微特征变化；

分析单元，用于根据对连续多帧融合图像中拟合直线簇的长度和夹角特征分析结果，确定蓝宝石最佳接种位置；

分析单元根据在多帧融合图像中发现其中一者的拟合直线的数目趋于稳定，且任意一条拟合直线未在少于3600帧内消失，蓝宝石液面关键交汇线簇中至少有相邻的两条拟合直线相互吸引，重合为一条直线时，确定最佳接种位置在两条直线所成锐角角平分线上运动；

液面关键交汇线簇中拟合直线的长度不变，说明液面流动稳定，则选取交汇线簇角度关系和长度稳定变化的拟合直线，通过勾股定理计算各线在接种最佳位置运动方向上的投影长度，代表接种最佳位置在该方向上的移动速度，利用连续多帧角度和长度的变化特征，计算出最佳接种位置的运动方向和运动速度，预测最适接种位置。

2.根据权利要求1所述的基于多帧图像运动信息的蓝宝石接种检测装置，其特征在于，所述第一观察窗、第一滤光模块、第一图像采集模块，以及所述第二观察窗、第二滤光模块、第二图像采集模块均通过匹配的螺纹接口顺次连接。

3.根据权利要求1所述的基于多帧图像运动信息的蓝宝石接种检测装置，其特征在于，所述第一滤光模块和第二滤光模块均是波长0.43-1.6um的滤波片，用以提供可见光和部分红外波段通道，以反映融晶液面的特征。

4.根据权利要求1所述的基于多帧图像运动信息的蓝宝石接种检测装置，其特征在于，所述第一图像采集模块和第二图像采集模块均由物镜、放大镜、目镜、彩色工业CCD次序连接构成。

5.根据权利要求1所述的基于多帧图像运动信息的蓝宝石接种检测装置，其特征在于，在所述分析单元分析计算预测最适接种位置后，通过控制系统控制所述籽晶杆向最佳接种位置移动，并控制一蜂鸣器发出声音信号提示接种开始。

6.根据权利要求5所述的基于多帧图像运动信息的蓝宝石接种检测装置，其特征在于，所述控制系统根据所述分析单元预测的最适接种位置及最佳接种位置的运动方向和运动速度，确定最佳接种位置到达最适接种位置所用时间，结合籽晶杆与最适接种位置之间的距离，控制所述籽晶杆以指定速度到达最适接种位置以进行接种。

7.一种基于多帧图像运动信息的蓝宝石接种检测方法，利用如权利要求1-6所述的基于多帧图像运动信息的蓝宝石接种检测装置进行检测，其特征在于，包括：

通过第一图像采集模块和第二图像采集模块实时采集坩埚中的蓝宝石液面的图像，并对两个图像采集模块采集的蓝宝石液面图像进行图像融合；

对每一帧融合图像做降噪、增强滤波处理，得到融合图像中临界接种液面关键交汇线簇，提取图像中长度和夹角细微变化特征，对液面关键交汇线簇霍夫曼直线拟合，量化长度和夹角细微特征变化；

在多帧融合图像中，若发现其中一者的拟合直线的数目趋于稳定，且任意一条拟合直线未在少于3600帧内消失，蓝宝石液面关键交汇线簇中至少有相邻的两条拟合直线相互吸引，重合为一条直线时，确定最佳接种位置在两条直线所成锐角角平分线上运动；

液面关键交汇线簇中拟合直线的长度不变，说明液面流动稳定，则选取交汇线簇角度关系和长度稳定变化的拟合直线，通过勾股定理计算各线在接种最佳位置运动方向上的投影长度，代表接种最佳位置在该方向上的移动速度，利用连续多帧角度和长度的变化特征，计算出最佳接种位置的运动方向和运动速度，预测最适接种位置。