单晶硅是集成电路制造领域的关键原材料,是现代信息产业的支柱。随着大规模集成电路技术的快速发展,对单晶硅需求增大的同时对其品质的要求也更高。直拉单晶炉是生长单晶硅的关键技术设备,在单晶硅生长期间熔硅液位的变化会导致晶体内部产生缺陷,为保证单晶硅品质必须将熔硅液位保持在设定位置不变,因此对熔硅液位进行实时高精度检测是液位控制的重要前提。由于直拉单晶炉高温密闭的环境和特殊的机械构造,本文根据激光三角测量方法设计出—套基于FPGA的单晶炉熔硅液位检测系统。本系统以Cyclone IV系列FPGA作为核心控制器,由时钟控制模块、激光器模块、视频采集模块、数据存储模块、数据处理模块和显示模块构成,时钟控制模块为整个系统提供时钟以满足不同模块对时钟的需求。首先由单晶炉一侧安装的线激光器投射激光线到坩埚内熔硅液面,另一侧的CMOS摄像头采集到含有激光光线的液面图像;然后将图像采集模块输出的图像数据写入DDR2存储器中,完成一帧图像的存储;为提高算法处理精度,需要对每帧液面图像进行灰度化、二值化等处理得到仅含有激光线的二值图像,利用质心法计算激光线中心并进行Kalman滤波,根据液位和激光线位移的线性关系,将滤波后的激光位置转换为单晶炉熔硅液位;最后将估计出的熔硅液位在数码管上显示,将液面视频实时显示在LCD屏上。本文除质心法外还提出了两种激光中心定位算法。基于贝叶斯估计的激光中心定位算法,利用贝叶斯估计对所有激光光斑坐标融合得出最优值作为激光中心,该算法解决了激光光斑丢失导致定位难的问题;基于MUSIC算法的激光中心定位算法,将激光线中心定位问题转换为谱估计问题,分别建立远场和近场模型对激光线的倾斜角和偏移量进行估计,进而达到激光条纹中心定位的目的。最后对硬件系统进行测试,实验结果表明本系统能够检测单晶炉熔硅液位,并能实时地将视频显示在LCD屏上,同时将液位结果显示在数码管上,满足系统实时性要求,达到单晶炉熔硅液位测量要求。并且对提出的基于贝叶斯估计和MUSIC算法的激光中心定位算法进行仿真测试,验证了算法的可行性。