在电子与光伏产业中,多晶硅是一种主要生产原材料,主要用于制造集成电路、传感器、太阳能电池等。前些年,我国新的高纯度硅生产工程不断上马,老工艺旧设备也在不断进行技改更新。至2011年,中国所占比例已占世界总产量的60%以上。但是,由于技术难度大,先进的生产工艺还是被掌握在外国大企业手中,国内企业需花去大量经费购买国外专利。鉴于此,开发了一种对多晶硅棒表面温度、直径及生长率等参量在线监测的系统,填补了国内多晶硅还原炉多参量的在线监测方面的技术空白,为建立具有自主知识产权的控制模型提供了科学依据。实践证明,要想提高多晶硅的生产质量,除了优化生产工艺以外,还要做好硅棒表面温度及直径的测量工作。比如,升高温度,可以增加气体在硅芯上的沉积速率,但同时也会造成硅沉积的不均匀性,并带来过多的能源消耗；反之,降低温度,硅的沉积速率虽然会变慢,但当温度低到一定程度的时,又会引起硅棒断裂,影响硅棒的继续生长；另外,硅棒的直径随时间的变化情况,也是进行温度调节以及研究进料气体组成份比例的重要依据,不合理的配比会使硅棒生长速率下降,大量消耗能源。但目前在多晶硅的实际生产过程中,对硅棒表面温度的测量采用的是红外测温仪,只能以点带面：而对直径的测量,则完全依靠工人的工作经验通过目测进行大概估计。显而易见,这些方法会带有一定的片面性、主观性与偶然性。因此,就迫切需要一种能在还原炉内部对多晶硅进行温度、直径及生长率等参量的在线监测,为还原炉的优化控制奠定基础。本课题通过对多晶硅生产工艺和环境的调研,开发了一种基于比色测温和双目视觉技术的还原炉多参量在线监测系统。该系统采用近红外CCD成像技术,以比色测温原理和双视觉测量原理为基础,以数字图像处理为手段,来完成对硅棒表面温度、直径及生长率等参量的在线测量,为进一步结合先进的闭环控制技术,实现多晶硅还原炉的优化控制奠定基础。对多晶硅生长图像进行了图像预处理,以减少噪声干扰,比如分析直方图、中值滤波；用经典边缘提取算子和Hough变换对图像中硅棒边缘进行检测和定位。通过辐射原理分析了比色测温的理论基础,推导了图像亮度和表面温度之间的关系式,给出比色测温的流程图。介绍了双视觉测量原理,建立了摄像机成像模型,阐述了摄像机标定作的原理,并在Matlab开发环境下,按照算法流程对其进行了模拟,实现了还原炉内硅棒表面温度、直径及生长率等参量的在线测量。本项目致力于研制一种能在还原炉内监测多种重要参量的系统,并能根据所测结果结合当时反应条件以及工况建立最优控制模型。该系统能提供实时可靠的参数数据,为硅棒生长过程中的工艺调整提供可靠的依据,为硅棒生长的优化控制,节能降耗,提高还原炉的安全性,减轻工人的劳动强度以及减少危险程度均有着极为重要的意义。