随着太阳能光伏电池的快速发展,单晶硅片在国内外市场上的需求与日剧增,尤其是大直径单晶硅在今后很长的一段时间会处于供不应求的阶段。国内技术研制起步较晚,与国外成熟的单晶硅生产工艺与先进的技术之间还存在着一些差距,有待于进一步研究和改善。本文的单晶硅直径检测系统使用CMOS摄像头拍摄单晶硅直拉阶段,因为硅晶体的熔点高达1450摄氏度,CMOS摄像机只可以承受60摄氏度,所以只能通过隔热设备拍摄。由于俯拍单晶硅图像,受设备的遮挡,所获边缘为椭圆的半圆弧。为了给全自动单晶硅控制设备提供直径数据,需要进行非接触式的图像测量。此外传统的图像处理架构通常是前端采集,后端处理。此类系统不仅仅有高传输带宽的需求,而且使得CPU在解决数据搬移上也会消耗大量资源,算法实现就显得非常吃力。为了提高大直径单晶硅的制造水平,迎合市场对于单晶硅的需求,需对单晶硅直径测量算法进行研究分析及改进。且需将图像处理算法向前端推移,即在前端图像采集系统中直接进行算法实现,减轻CPU的负担,提高了处理速度,从而降低通信代价。采用高速FPGA硬件加速可满足图像处理高度并行的算法实现,因此设计基于FPGA的前端图像处理系统,将是解决上述矛盾的最佳方法。中低层算法实现通常算子简单,重复计算多,利用FPGA高度并行特征,可以获取更好的优化性能;而中高层算法实现及其应用的实现通常判断、跳转指令较多,FPGA实现效率较低,通常采取在高性能通用CPU上实现。本文根据图像特征进行感兴趣区域的选择,自动选择可以不需要用户参与,且能快速选择感兴趣区域,减少后面算法的计算量。针对图像获取过程中常常受到噪声干扰,本文采取的是自适应中值滤波器,该滤波器不仅能够去除椒盐噪声,而且保留了图像边缘信息。为了给设备提供单晶直径数据,需要对提取的光圈边缘进行直径测量,本文是具备摄像机倾斜角度这一先验条件下,在传统的最小二乘法椭圆拟合的基础上进行改进,最终计算得到单晶硅直径。