CN1751221A

CN1751221A - 摄像装置

Info

Publication number: CN1751221A
Application number: CNA2004800047055A
Authority: CN
Inventors: 旭广明; 川崎和宪
Original assignee: IHI Aerospace Co Ltd
Current assignee: IHI Aerospace Co Ltd
Priority date: 2003-02-20
Filing date: 2004-02-19
Publication date: 2006-03-22
Also published as: DE112004000299T5; US20060177147A1; US7456859B2; WO2004074768A1; JP2004264063A

Abstract

一种摄像装置，包括：配置远心镜头的CMOS摄像机，用于成像悬浮在静电悬浮炉内部中心的样本；金属卤化物光源，放置在与样本的CMOS摄像机相对侧，用于发射波长为400nm至450nm的光到样本上；和数字信号处理器，用于实时进行CMOS摄像机获取图像的边缘增强图像处理，可以输出样本在悬浮状态下的重心位置，其中CMOS摄像机配置蓝色滤光片。即使样本在高温下产生白炽光，摄像装置仍能给出它的对比度，并输出悬浮控制复杂形状样本所需的位置信息，从而直观地确定复杂形状样本改变成球形的时刻。

Description

摄像装置

技术领域

本发明涉及一种摄像装置，在对静电悬浮炉内样本进行加热处理时，该摄像装置可以识别样本在悬浮状态下的位置，并用于确定样本熔融的时刻。

背景技术

在利用电极接触，紫外线辐照，或加热给主电极之间放入的样本充电之后，静电悬浮炉借助于产生在主电极之间的静电场使样本处在悬浮状态，与此同时，通过控制主电极或辅助电极之间的电势，使样本保持在预定的位置，并辐照激光到样本上以加热和熔融该样本。通过冷却和固化如此加热和熔融的样本，可以在没有外部干涉的状态下生成晶体。

需要控制样本的悬浮状态，为的是在静电悬浮炉中生成晶体时尽可能避免或抑制样本的摇摆以提高晶体的质量，而且，重要的是准确地识别样本的位置以完成对这种样本的悬浮控制。

通常，作为识别样本位置的手段，例如，可以有这样一种位置识别方法，它利用激光作为背景光并借助于光敏器件检测最高发光点或发光点的统计中心以输出位置信息，其中除了大致球形样本屏蔽的部分以外，而另一种位置识别方法也是利用激光作为背景光，但是，它处理CCD摄像机拍摄的样本图像，用于计算重心的位置并输出该位置作为位置信息。

然而，在常规的方法中，由于在前一种位置识别方法中没有计算样本的重心位置，该方法对于球形样本之外样本位置识别的准确性是不佳的。因此，它存在这样一个问题，很难或不可能对样本完成悬浮控制。

另一方面，在后一种位置识别方法中，它计算样本的重心位置，但由于它进行图像处理需要很长多时间，并不能确保悬浮控制所需的抽样速度，因此，它存在这样一个问题，很少使用后一种位置识别方法。

此外，在卤素灯用作背景光的情况下，当样本因高温产生白炽光时，就不可能得到样本相对于背景的对比度，因此，在后一种位置识别方法(见图3)中采用激光作为背景光。然而，为了方便地使用CCD摄像机，存在一个由于摄像机镜头发生激光干涉的问题。

此外，在以上两个位置识别方法中，由于采用这样的结构，利用辐射温度计测量样本的温度以确定样本熔融的时刻，它总是要求不断修正发射率。存在一个很难准确地确定熔融时间的问题。解决这些问题是一个传统的课题。

发明内容

本发明是鉴于现有技术中的课题，因此，本发明的目的是提供一种摄像装置，即使样本因高温产生白炽光，该摄像装置能够得到样本相对于背景的对比度，并能实时输出悬浮控制球形样本以及复杂形状样本所需的位置信息，从而可以直观确定复杂形状样本改变成球形样本的时刻，即，直观确定样本熔融的时刻。

为了实现以上的目的，经过重复的仔细研究，我们发现实现以上的目的可以通过组合用于拍摄样本配置远心镜头的CMOS摄像机或CCD摄像机；辐射波长为400nm至600nm光到样本的背景光源；和用于实时进行边缘增强图像处理的数字信号处理器，从而实现本发明。

即，按照本发明的摄像装置是这样一种摄像装置，它监测静电悬浮炉内样本在悬浮状态下经受加热处理以输出它的位置信息，包括：用于拍摄样本配置远心镜头的CMOS摄像机或CCD摄像机；放置在与样本的CMOS摄像机或CCD摄像机相对侧的背景光源，用于辐照波长为400nm至600nm的光到样本；和用于实时进行边缘增强图像处理的数字信号处理器，它可以输出样本在悬浮状态下的重心位置。

在本发明一个优选实施例的摄像装置中，辐照波长为400nm至450nm光的金属卤化物光源用作背景光源，而在本发明另一个优选实施例的摄像装置中，用于改变光谱特性的彩色滤光片粘贴到CMOS摄像机或CCD摄像机的远心镜头上。

利用本发明的摄像装置，在监测静电悬浮炉内经受加热处理的样本时，理想的是，两个摄像装置中的各自CMOS摄像机或CCD摄像机安排成互相正交的状态拍摄样本。此外，为了增强样本相对于背景的对比度，理想的是，用于会聚从背景光源射出光到样本上的透镜设置在背景光源与样本之间，但是，本发明不限于这些结构。

在本发明的摄像装置中，在样本经受静电悬浮炉的加热处理时，来自背景光源的光辐照到悬浮状态下的样本，从而使CMOS摄像机或CCD摄像机获取样本相对于背景的对比度，并根据获取的图像计算重心位置，就可以输出位置信息。

此时，由于拍摄样本的CMOS摄像机或CCD摄像机配置远心镜头，可以修正因图像放大率变化引起图像的尺寸误差，即，即使样本沿光轴略微移动，样本的大小和样本上基准的相对距离没有变化，因此，可以得到正确的位置信息。

此外，由于波长为400nm至600nm的光是从背景光源射出的，即使样本因高温产生白炽光，仍然可以得到样本相对于背景的对比度。此外，关于获取的样本图像，由于数字信号处理器实时进行图像边缘增强的图像处理，可以输出悬浮控制所需的重心位置，从而可以悬浮熔融具有复杂形状的样本，因此，可以直观确定具有复杂形状的样本在悬浮状态下改变成球形样本的时刻。

在按照本发明一个优选实施例的摄像装置中，由于采用以上描述的结构，可以避免CMOS摄像机或CCD摄像机中镜头之间光的干涉，因此，进一步锐化获取的图像。在按照本发明另一个优选实施例的摄像装置中，由于采用以上描述的结构，可以更确实地得到样本相对于背景的对比度。

附图说明

图1是本发明一个实施例的摄像装置示意图；

图2是图1所示摄像装置中用作背景光源的金属卤化物光谱分布特性曲线；和

图3是卤素灯的光谱分布特性曲线。

具体实施方式

以下按照实施例详细地解释本发明，但本发明的详细结构不仅限于以下的实施例。

如图1所示，静电悬浮炉10的内部是由近似圆柱形空间构成，且该空间的中心设定为样本A的悬浮位置。静电悬浮炉10的周壁有多个进入孔(未画出)，而开口部分11对应于进入孔的配置。

摄像装置1监测静电悬浮炉10内悬浮状态下经受加热处理的样本A，可以输出样本的位置信息，该摄像装置包括：CMOS摄像机2，它安装在开口部分11邻近的进入孔，用于拍摄在静电悬浮炉10内部中心悬浮状态下的样本A；金属卤化物光源3，它安装在与样本A的CMOS摄像机相对侧的进入孔，用于辐照波长为400nm至450nm的光(见图2)到样本A，并作为背景光源；和数字信号处理器(DSP)4，它实时进行CMOS摄像机2获取图像的边缘增强图像处理，可以输出样本A在悬浮状态下的重心位置。

CMOS摄像机2配置远心镜头5，它粘贴蓝色滤光片(彩色滤光片)以改变光谱特性。另一方面，在金属卤化物光源3与开口部分11之间配置聚焦透镜7，它可以会聚从金属卤化物光源3辐照的光到样本A。

在这个实施例中，我们准备两组摄像装置1，这两组摄像装置1，1是这样安排的，光轴L1是连接CMOS摄像机2与一个摄像装置1中的金属卤化物光源3，而光轴L2是连接CMOS摄像机2与另一个摄像装置1的中金属卤化物光源3，光轴L1与光轴L2互相正交。

在样本A经受静电悬浮炉10加热处理的情况下，摄像装置1，1中各自金属卤化物光源3，3的光交替地辐照到悬浮状态下的样本A，CMOS摄像机2，2获取样本A相对于辐照背景的对比度，并根据这些图像输出的位置信息，计算样本的重心位置。

此时，由于拍摄样本的CMOS摄像机2配置远心镜头5，即使样本A在光轴L1上(或在光轴L2上)略微移动，样本A的大小仍然没有变化，因此，可以得到准确的位置信息。

除此之外，由于作为背景光源的金属卤化物光源3射出波长为400nm至450nm光，即使样本A因高温(2500K左右)产生白炽光，仍然可以得到样本相对于背景的对比度。此外，关于样本A的获取图像，由于数字信号处理器4以0.5msec至1msec(所要求的，或更小)的间隔进行图像边缘增强的图像处理，它输出悬浮控制所需的样本重心位置，从而可以悬浮熔融具有复杂形状的样本A，因此，可以直观地确定在悬浮状态下具有复杂形状的样本改变成球形样本的时刻。

此外，在摄像装置1中，由于采用金属卤化物光源3作为背景光源，从而避免在CMOS摄像机中镜头之间发生光的干涉，因此，可以更锐化获取的图像。此外，在摄像装置1中，由于改变光谱特性的蓝色滤光片(彩色滤光片)5粘贴到CMOS摄像机2，并在金属卤化物光源3与开口部分11之间配置聚焦透镜7，可以更确实地得到样本A相对于背景的对比度。

[工业应用]

如上所述，在本发明的摄像装置中，由于我们采用这样的结构，在样本经受静电悬浮炉加热处理时，即使样本因高温产生白炽光，仍然可以得到样本相对于背景的对比度，并可以快速和准确地输出悬浮控制所需的重心位置。因此，可以实现这样巨大的优点，我们能够直观地确定悬浮状态下具有复杂形状的样本改变成球形样本的时刻。

此外，在本发明优选实施例的摄像装置中，由于我们采用这样的结构，可以进一步锐化CMOS摄像机或CCD摄像机得到的获取图像。此外，由于本发明另一个优选实施例的摄像装置是按照以上方式构成的，可以更确实地得到样本相对于背景的对比度。

Claims

1.一种摄像装置，用于监测静电悬浮炉内悬浮状态下经受加热处理的样本以输出位置信息，包括：配置远心镜头以拍摄样本的CMOS摄像机或CCD摄像机；背景光源，放置在远离CMOS摄像机或CCD摄像机的样本的相对侧，用于辐照波长为400nm至600nm的光到样本上；和数字信号处理器，用于实时完成边缘增强的图像处理以输出样本在悬浮状态下的重心位置。

2.按照权利要求1的摄像装置，其中用于辐照波长为400nm至450nm光的金属卤化物光源用作背景光源。

3.按照权利要求1或2的摄像装置，其中用于改变光谱特性的彩色滤光片粘贴到CMOS摄像机或CCD摄像机的远心镜头。