[發明專利]低信噪比下的硅單晶生長圖像的自適應隨機共振去噪方法

有效

• 申請號: 201810199562.1
• 申請日: 2018-03-12
• 公開（公告）號: CN108550116B
• 公開（公告）日: 2021-11-09
• 發明（設計）人: 焦尚彬;劉倩
• 申請（專利權）人: 西安奕斯偉材料科技有限公司;西安奕斯偉設備技術有限公司
• 主分類號: G06T5/00
• 分類號: G06T5/00;G06N3/00
• 代理公司: 北京銀龍知識產權代理有限公司 11243
• 代理人: 許靜

本發明公開了低信噪比下的硅單晶生長圖像的自適應隨機共振去噪方法，針對低信噪比下的硅單晶生長圖像，將雙穩態隨機共振與PSO尋優算法相結合，設計了基于PSO的自適應隨機共振圖像去噪算法。本發明利用隨機共振具有無損檢測微弱信號的優點，對低信噪比下的硅單晶生長圖像進行去噪增強，提高圖像的質量。利用PSO尋優算法，將Donoho噪聲標準差作為尋優算法的適應度函數，對隨機共振的系統參數進行實時調整以獲得最佳共振輸出效應，實現圖像去噪。經過該方法對低信噪比下的硅單晶生長圖像處理后，可有效去除噪聲，提高圖像的質量，進而使得低信噪比下的硅單晶圖像的彎月面能準確檢測，為晶體直徑的準確檢測奠定了基礎。

技術領域

本發明屬于低信噪比下的硅單晶生長圖像檢測技術領域，涉及一種基于PSO算法的自適應隨機共振的硅單晶生長圖像的去噪方法。

背景技術

硅單晶被廣泛應用于制造光伏電池及集成電路。硅單晶的制備方法通常是將多晶硅在高溫下融化，再用直拉法或區熔法從熔體中生長出棒狀的硅單晶。

在直拉法晶體生長過程中，晶體直徑是需要檢測并控制的重要宏觀參數。在晶體生長過程中，引晶-放肩階段中需要晶體直徑由籽晶向目標直徑過渡；在等徑階段需要測量晶體直徑，從而控制晶體穩定生長；在收尾階段需要逐步減小晶體直徑，直到晶體直徑縮小為一點并與硅液面脫離。因此，精確測量晶體直徑在整個晶體生長過程中非常重要。晶體直徑測量通常是利用圖像處理的方法通過檢測晶體與硅液的固液交界面—彎月面位置或大小實現的。然而，在晶體成像過程中，會不可避免的受到環境中的噪聲的干擾，導致晶體圖像被污染，從而影響晶體圖像彎月面的檢測，也就影響了晶體直徑的測量。當晶體圖像中含有的噪聲量較多時，會導致無法檢測彎月面，即無法檢測晶體的直徑。因此，有必要對低信噪比下的晶體圖像做有效的去噪處理，提高圖像的質量，使得彎月面得以檢測，進而準確檢測晶體直徑。

基于隨機共振理論的圖像去噪是指在由非線性系統、圖像信號、噪聲三者組成的系統中，非線性系統、圖像信號、噪聲可以發生協同作用，從而將部分噪聲能量轉化為有用的圖像信號能量，增強圖像信號，從而提高圖像質量。傳統的圖像處理去噪算法都是將噪聲視為有害的，通過分析噪聲的特征，以濾除噪聲為目標，通過去除噪聲來提高圖像的質量。當圖像噪聲強度較大時，傳統方法在濾除噪聲的同時將不可避免地濾除圖像中的有用信息，而隨機共振的圖像去噪方法在去除噪聲的同時，依然可以保留圖像中的特征，提高圖像的質量。

發明內容

本發明的目的是提供一種基于PSO自適應隨機共振的硅單晶生長圖像的去噪方法，提高低信噪比下的硅單晶生長圖像質量，進而提高后續硅單晶彎月面檢測的精確度。

為實現上述目的本發明采用以下技術方案：

低信噪比下的硅單晶生長圖像的自適應隨機共振去噪方法，包括如下步驟：

步驟1：將硅單晶生長圖像做灰度映射與降維掃描得到一維信號，其中，灰度映射是將圖像的灰度值范圍線性映射至[0,1]之間，降維掃描是將圖像按照逐行掃描，得到一維信號；

步驟2：建立雙穩態系統模型，并將步驟1中得到的一維信號作為雙穩態系統輸入信號，經過數值求解后得到一維輸出信號；

步驟3：對步驟2中得到的一維輸出信號按行逆掃描成圖像，并進行灰度映射，使其對比度線性拉伸，灰度值均勻分布在[0,1]之間，提高圖像的對比度；

步驟4：通過粒子群優化算法(PSO)調整雙穩態系統的參數a和b，選用無參考圖像的評價指標—Donoho噪聲標準差作為PSO算法的適應度函數，當PSO沒有達到最大迭代次數，則返回執行步驟2；計算不同參數a和b下對應的雙穩態系統輸出圖像的Donoho噪聲標準差，當PSO達到最大迭代次數時，則執行步驟5；

步驟5：尋找步驟4中得到的所有Donoho噪聲標準差中的最小值，該最小值對應的參數a和b的值即為最優參數解，該參數下的隨機共振圖像，即為最終的輸出圖像。