硅是电子信息产业和光伏产业的主要功能材料,单晶炉是单晶硅的主要生产设备,单晶炉中熔融硅液面位置的检测精度直接影响了晶体的质量。液面位置测量的不准确,会导致硅晶体杂质的增加,还会引起晶体中的原生点缺陷,研究单晶炉液位检测具有理论意义及工程实际应用价值。本文在综合分析国内外资料的基础上,完成了如下工作:用高斯曲线模型拟合单晶硅弯月面光环的边缘灰度梯度,提取出光环的亚像素边缘点,作为立体匹配的特征点;采用基于极线搜索的匹配算法,匹配两台相机图像的光环边缘,并通过匹配代价的曲线拟合实现匹配点的亚像素细化,精确地检测出弯月面光环的三维位置,光环竖直方向的位置变化也就是熔融硅的液面位置变化;编写了单晶炉双目视觉液位检测软件,设计并搭建了双目视觉测量实验平台,验证了该软件的测量精度,结果表明,该软件系统符合晶体生长所需的精度要求。双目视觉液位检测系统不需要很大的视野范围,避免了热场结构的不对称,能够降低晶体生长的工艺调节难度。文章主要内容如下:第一章阐述了单晶硅的重要性以及单晶炉中的液位对晶体生长的影响,并具体分析了现有单晶炉液位检测方案的不足。同时概述了视觉测量领域,尤其是双目视觉领域的研究成果,指出双目视觉在单晶炉液位检测领域应用的关键点。第二章讨论了单晶炉双目视觉液位检测系统的组成,提出将弯月面光环作为熔融硅液位替代物的液位检测方案。对该系统的主要硬件进行了选型,阐述了采用的相机数学模型,对双目视觉检测软件进行了总体的方案设计。第三章采用单晶硅生长过程中产生的光环边缘作为光环的特征,分析了光环边缘较为模糊的现象,使用高斯曲线模型去拟合弯月面光环的边缘灰度梯度,提取出了光环边缘的坐标点,作为立体匹配的特征点。第四章采用基于极线搜索的灰度模板匹配算法,匹配两台相机图像的光环边缘,并通过匹配代价的曲线拟合实现匹配点的亚像素细化,减小了三角测量中的最小二乘误差,较精确地检测出弯月面光环边缘点的三维位置,该位置变化也就代表着熔融硅液面位置的变化。第五章对单晶炉双目视觉液位检测方案进行了系统实现。编写了双目视觉检测软件,包括双目标定模块和测量模块。搭建了双目测量实验平台,完成了双目测量系统的精度验证试验,比较了不同采样方式对测量精度的影响。实验结果表明,本文的单晶炉双目液位检测系统达到了晶体生长所需的精度要求。第六章对全文做了总结,论述了本课题的主要研究内容和结论,并对接下来的研究工作做了展望。