一种石英坩埚气泡分层计数装置及方法与流程
本发明属于石英坩埚气泡检测技术领域，尤其是涉及一种石英坩埚气泡分层计数装置及方法。
背景技术：
石英坩埚在很多重要领域被广泛的运用着，特别是在制造半导体电子元件制造材料的单晶硅中，石英坩埚是主要的设备，而石英坩埚透明层气泡极大的影响了拉晶结果，因此选取气泡数量较少的实验石英坩埚极为重要。石英坩埚的横截面通常具有双层结构：内层为无色，称之为透明层，特点为透明，气泡含量较少，气泡呈球形且分布均匀；外层为白色，称为不透明层，特点为不透明，含有大量气泡，复合气泡密集且明显大于透明层。在石英坩埚的横截面中，可以明显观察到两层之间有一条特别明显的界线，利用放大镜，可以观察到气泡在不透明层和透明层有着明显差异，从不透明层的大气泡直至透明层变为小气泡。
传统的拉晶法中使用的石英坩埚通常都是石英坩埚。在晶体生长过程中，石英坩埚内部侧壁与高温硅熔体的长时间暴露，导致硅熔体与石英坩埚的反应，并导致石英坩埚侧壁内表面的溶解。这会使石英坩埚侧壁中的气泡暴露出来，结果，硅熔体继续溶解到石英坩埚的壁中，并因此溶解到气泡的壁中。在某些时候，气泡的壁被破坏，并且硅熔体可能陷入壁中，同时从气泡内部释放气体，并且将石英颗粒从石英坩埚和或气泡侧壁释放到熔体中。这样做时，石英颗粒会破坏单晶结构，从而限制晶体生长单晶的产量。现如今，在石英坩埚生产中，石英坩埚的检测工作是一个极为重要的环节,同时石英坩埚检测的方向开始向现场检测的发展。目前，人们主要是通过人工查看和判断检测结果，但人们容易受到主观品质、个人情感、视觉等多种因素的影响。人工检测不仅耗时长，而且容易出错，对测试结果的准确性有很大影响。如今的市场，石英坩埚的需求量是十分巨大的，同时，如今我国工厂的发展方式向自动化方向转型，所以说石英坩埚检测方式的改变势在必行。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种石英坩埚气泡分层计数装置，其设计合理且成本低，通过电子放大镜获取石英坩埚中透明层的气泡图像，并对气泡图像进行分层，便于判断石英坩埚生产过程是否满足要求，不仅可以节省人力、物力和财力，提高厂商的生产效益，同时避免了人为因素造成的失误,降低了人工检测中的失误率，提高石英坩埚检验的自动化程度,提高石英坩埚检验结果的客观性和准确性，从而提高石英坩埚检测的精准性。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种石英坩埚气泡分层计数装置，其特征在于：包括数据处理控制器、微型投影仪和与数据处理控制器相接的图像采集装置，所述图像采集装置包括机械臂和夹装在所述机械臂上的电子放大镜，所述电子放大镜和机械臂均与数据处理控制器相接，所述微型投影仪投射的光为蓝紫光。
上述的一种石英坩埚气泡分层计数装置，其特征在于：所述数据处理控制器为计算机。
上述的一种石英坩埚气泡分层计数装置，其特征在于：所述机械臂为六自由度机械臂，所述电子放大镜的放大倍数范围为1倍～500倍，所述电子放大镜通过usb传输线与所述数据处理控制器相接，所述机械臂由数据处理控制器进行控制。
同时，本发明还公开了一种方法步骤简单、设计合理且实现方便、检测准确性高、使用效果好的石英坩埚气泡分层计数方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一、石英坩埚图像的采集及传输：
步骤101、数据处理控制器控制机械臂转动，机械臂转动带动电子放大镜移动，使电子放大镜的竖直中心线垂直于待测石英坩埚内壁；并在待测石英坩埚侧边设置微型投影仪，微型投影仪水平投射蓝紫光至待测石英坩埚的边口；
步骤102、手动调节电子放大镜对焦，直至人为能清楚察看石英坩埚内壁气泡；
步骤103、数据处理控制器控制电子放大镜对待测石英坩埚内壁的气泡图像进行拍摄，并将拍摄到的石英坩埚内壁气泡放大图像发送至数据处理控制器；其中，电子放大镜的放大倍数不小于30倍；
步骤二、石英坩埚放大图像的去噪与均衡：
步骤201、采用所述数据处理控制器调取灰度处理模块，对石英坩埚内壁气泡放大图像进行灰度处理，得到石英坩埚气泡灰度图像；
步骤202、采用所述数据处理控制器调取加权均值滤波模块，对石英坩埚气泡灰度图像进行滤波，得到去噪后的石英坩埚气泡灰度图像；
步骤203、采用所述数据处理控制器调用灰度值均衡模块，对去噪后的石英坩埚气泡灰度图像进行灰度值均衡，得到石英坩埚气泡均衡化图像；
步骤三、石英坩埚气泡图像分层：
步骤301、采用所述数据处理控制器调用otsu算法模块，对石英坩埚气泡均衡化图像进行一次图像分割，得到第一层气泡图像；其中，一次图像分割的灰度值阈值为122～195；
步骤302、采用所述数据处理控制器调用otsu算法模块，对石英坩埚气泡均衡化图像进行二次图像分割，得到第二层气泡图像；其中，二次图像分割的灰度值阈值为196～230；
步骤303、采用所述数据处理控制器调用otsu算法模块，对石英坩埚气泡均衡化图像进行三次图像分割，得到第三层气泡图像；其中，三次图像分割的灰度值阈值为231～255；其中，所述第一层气泡图像、所述第二层气泡图像以及所述第三层气泡图像中气泡区域为白色区域，所述第一层气泡图像、所述第二层气泡图像以及所述第三层气泡图像中背景区域为黑色区域；
步骤四、石英坩埚气泡分层图像气泡轮廓获取：采用所述数据处理控制器对所述第一层气泡图像、所述第二层气泡图像以及所述第三层气泡图像中气泡轮廓进行获取的方法均相同，采用所述数据处理控制器对第l层气泡图像气泡轮廓进行获取，具体如下：
步骤401、采用所述数据处理控制器调取二值图像边缘跟踪滤波算法模块，对第l层气泡图像进行边缘提取，得到第l层气泡边缘轮廓图像；
步骤402、采用所述数据处理控制器调取形态学算法中开运算，对第l层气泡边缘轮廓图像进行开运算处理，得到开运算后第l层气泡轮廓图像；其中，l为正整数，且l的取值为1、2和3。
上述的方法，其特征在于：步骤四中获取开运算后第层气泡轮廓图像之后，进行步骤五气泡非重叠区域和气泡重叠区域的判断，采用所述数据处理控制器对所述第一层气泡图像、所述第二层气泡图像以及所述第三层气泡图像中气泡非重叠区域和气泡重叠区域的判断方法均相同，采用所述数据处理控制器对第l层气泡图像中气泡非重叠区域和气泡重叠区域进行判断，具体如下：
步骤501、采用所述数据处理控制器采用区域生长法，对第l层气泡图像进行气泡轮廓连通区域标记，得到多个气泡轮廓连通区域；其中，气泡轮廓连通区域的数量为fl，f1表示所述第一层气泡图像中气泡轮廓连通区域的数量，f2表示所述第二层气泡图像中气泡轮廓连通区域的数量，f3表示所述第三层气泡图像中气泡轮廓连通区域的数量；
步骤502、采用所述数据处理控制器调取最小矩形提取模块，对第n个气泡轮廓连通区域进行处理，得到第n个气泡轮廓连通区域的最小外接矩形；其中，所述最小外接矩形的一个边长与所述第一层气泡图像、所述第二层气泡图像或者所述第三层气泡图像的行方向平行，n为正整数，且n的取值范围为1～fl，fl为不小于1的正整数；
步骤503、采用所述数据处理控制器调取像素坐标提取模块，得到最小外接矩形的左上角像素点、右上角像素点、左下角像素点和右下角像素点的像素坐标；采用所述数据处理控制器调取像素坐标转换图像坐标模块，对所述最小外接矩形的左上角像素点、右上角像素点、左下角像素点和右下角像素点的像素坐标进行转换，得到所述最小外接矩形的左上角像素点的图像坐标
步骤504、所述数据处理控制器根据公式
步骤505、采用所述数据处理控制器判断0.5<en≤1是否成立，当0.5<en≤1成立时，说明该气泡轮廓连通区域为非重叠气泡轮廓；否则，当0.5<en≤1不成立时，说明该气泡轮廓连通区域为重叠气泡轮廓；
步骤506、多次重复步骤501至步骤505，直至完成第l层气泡图像中fl个气泡轮廓连通区域的判断，得到第l层气泡图像中的重叠气泡轮廓和非重叠气泡轮廓；其中，第l层气泡图像中重叠气泡轮廓的数量为cdl，第l层气泡图像中非重叠气泡轮廓的数量为fcl；fcl和cdl均为正整数。
上述的方法，其特征在于：步骤五气泡非重叠区域和气泡重叠区域的判断完成之后，进行步骤六气泡数量的获取，采用所述数据处理控制器对所述第一层气泡图像、所述第二层气泡图像和所述第三层气泡图像中的气泡数量分别进行获取的方法均相同，采用所述数据处理控制器对第l层气泡图像中的气泡数量进行获取的方法具体如下：
步骤601、采用所述数据处理控制器调取像素坐标提取模块，对第l层气泡图像中第m个重叠气泡轮廓上各个像素点的像素坐标进行提取，得到第l层气泡图像中第m个重叠气泡轮廓上各个像素点的像素坐标；其中，所述第l层气泡图像中第m个重叠气泡轮廓上第i个像素点的像素坐标为plm,i(ulm,i,vlm,i)；其中，所述第l层气泡图像中第m个重叠气泡轮廓包括n个像素点，i表示像素点的序号，i是按照第l层气泡图像中第m个重叠气泡轮廓逆时针或者顺时针方向获取，m为正整数，m的取值范围为1～cdl，i为正整数，且i的取值范围为1～n；
步骤602、采用所述数据处理控制器根据公式
步骤603、采用所述数据处理控制器根据公式
步骤604、多次重复步骤603，得到所述第l层气泡图像中第m个重叠气泡轮廓上各个像素点到质心的距离；采用所述数据处理控制器调取曲线绘制模块，以像素点的序号为横坐标，以所述第l层气泡图像中第m个重叠气泡轮廓上第i个像素点到质心的距离为纵坐标，绘制所述第l层气泡图像中第m个重叠气泡轮廓上各个像素点的距离曲线；
步骤605、采用所述数据处理控制器调取离散傅里叶变换模块，对所述第l层气泡图像中第m个重叠气泡轮廓上各个像素点的距离曲线进行离散傅里叶变换，得到第l层气泡图像中第m个重叠气泡轮廓的主值序列；其中，第l层气泡图像中第m个重叠气泡轮廓的主值序列的长度为n；
步骤606、采用所述数据处理控制器将第l层气泡图像中第m个重叠气泡轮廓的主值序列中相邻两个距离值分别记作yj和yj+1，并将yj所对应的像素点的序号记作xj，yj+1所对应的像素点的序号记作xj+1；其中，j为自然数，0≤j≤n-1；
步骤607、数据处理控制器根据公式
步骤608、多次重复步骤607，完成所述第l层气泡图像中第m个重叠气泡轮廓的主值序列中相邻两个距离值的插值处理，并采用数据处理控制器对多个所述距离差值点进行拟合，得到插值处理后的距离曲线；
步骤609、数据处理控制器调取高斯平滑模块，对插值处理后的距离曲线进行高斯平滑处理，得到所述第l层气泡图像中第m个重叠气泡轮廓的平滑距离曲线；
步骤6010、数据处理控制器根据所述第l层气泡图像中第m个重叠气泡轮廓的平滑距离曲线，得到所述第l层气泡图像中第m个重叠气泡轮廓中气泡数量；其中，所述第l层气泡图像中第m个重叠气泡轮廓的平滑距离曲线上相邻两个极小值点之间存在一个极大值，则所述第l层气泡图像中第m个重叠气泡轮廓的平滑距离曲线上相邻两个极小值点之间所对应的像素点围成的轮廓为一个气泡轮廓；
步骤6011、多次重复步骤601至步骤6010，得到所述第l层气泡图像中cdl个重叠气泡轮廓中气泡数量；
步骤6012、数据处理控制器调取加法模块，将第l层气泡图像中非重叠气泡的数量fcl和第l层气泡图像中重叠气泡轮廓中气泡数量进行加法运算，得到第l层气泡图像中石英坩埚气泡总个数zlj；其中，第l层气泡图像中非重叠气泡轮廓的数量为第l层气泡图像中非重叠气泡的数量。
上述的方法，其特征在于：步骤203中采用所述数据处理控制器调用灰度值均衡模块，对去噪后的石英坩埚气泡灰度图像进行灰度值均衡，具体过程如下：
步骤2031、采用所述数据处理控制器调用像素值提取模块，对所述去噪后的石英坩埚气泡灰度图像中气泡区域各个像素点的像素值进行提取，获取所述去噪后的石英坩埚气泡灰度图像中气泡区域各个像素点的像素值；其中，所述去噪后的石英坩埚气泡灰度图像中气泡区域中像素点的数量为m1，所述去噪后的石英坩埚气泡灰度图像中气泡区域中第i′个像素点的像素值为pli′，i′和m1均为正整数，i′的取值范围为1≤i′≤m1；
步骤2032、采用所述数据处理控制器将所述去噪后的石英坩埚气泡灰度图像中气泡区域中各个像素点的像素值按照从小到大的顺序进行排序，得到最小像素值和最大像素值，并将最大像素值赋值给plmax，最小像素值赋值给plmin；
步骤2033、采用所述数据处理控制器根据公式
步骤2034、采用所述数据处理控制器将所述去噪后的石英坩埚气泡灰度图像中气泡区域中各个像素点的像素值平均值赋值给所述去噪后的石英坩埚气泡灰度图像中气泡区域中各个像素点，从而对所述去噪后的石英坩埚气泡灰度图像中气泡区域中各个像素点的像素值进行更新均衡，完成去噪后的石英坩埚气泡灰度图像的灰度值均衡；
步骤2035、多次重复步骤2031至步骤2032，直至完成所述去噪后的石英坩埚气泡灰度图像中多个气泡区域的灰度值均衡，得到石英坩埚气泡均衡化图像。
上述的方法，其特征在于：步骤401中采用所述数据处理控制器调取二值图像边缘跟踪滤波算法模块，对石英坩埚气泡二值化图像进行边缘提取，得到气泡边缘轮廓图像，具体过程如下：
步骤4011、采用所述数据处理控制器建立背景图像，所述背景图像的大小与所述石英坩埚气泡二值化图像的大小相同，且所述背景图像中每一个像素点的灰度值均为零；
步骤4012、采用所述数据处理器对所述石英坩埚气泡二值化图像从上向下进行扫描，当所述数据处理器获取第一个灰度值为255像素点时，记录第一个灰度值为255像素点的像素坐标(u0,v0)，并将所述背景图像中像素坐标(u0,v0)处的像素值置为255；
步骤4013、采用所述数据处理器对以像素坐标(u0,v0)为中心的八邻域像素点按照逆时针依次扫描，当以像素坐标(u0,v0)为中心的八邻域像素点中存在灰度值为255像素点时，记录第二个灰度值为255像素点的像素坐标(u1,v1)，并将所述背景图像中像素坐标(u1,v1)处的像素值置为255；
步骤4014、重复步骤4013所述的方法，以像素坐标(u1,v1)为中心的八邻域像素点按照逆时针依次扫描，得到下一个灰度值为255像素点的像素坐标，并将所述背景图像中与下一个灰度值为255像素点的像素坐标相同的坐标处的像素值置为255；
步骤4015、以像素坐标(ur,vr)为中心的八邻域像素点按照逆时针依次扫描，得到第r+1个灰度值为255像素点的像素坐标，并将所述背景图像中像素坐标(ur+1,vr+1)处的像素值置为255；
步骤4016、多次重复步骤4015，继续扫描跟踪后面的轮廓点，直至扫描到轮廓点回到像素坐标(u0,v0)处，完成一个气泡区域的轮廓提取；
步骤4017、多次重复步骤4012和步骤4016，直至扫描完整幅石英坩埚气泡二值化图像，完成多个气泡区域的轮廓提取，则在背景图像上得到多个气泡轮廓，从而得到气泡边缘轮廓图像。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、结构简单、设计合理且安装布设简便，投入成本较低。
2、所采用的机械臂能带动电子放大镜移动，以使电子放大镜能伸入待测石英坩埚内壁，便于获取石英坩埚内壁气泡放大图像，从而能使用不同外径和高度的石英坩埚，适应范围广。
3、所采用的微型投影仪水平投射蓝紫光至待测石英坩埚的边口，采蓝紫光在所有光中波长最短，频率最高，蓝紫光的能量也最高，蓝紫光不容易发散，用蓝紫光背景作为补偿光，能够增强石英坩埚气泡图像的对比度，以使采集到的石英坩埚气泡放大图像的目标和背景具有较大差异，便于气泡轮廓的提取。
4、所采用的otsu算法模块对对石英坩埚气泡均衡化图像进行三次分图像分割，得到三个层气泡图像，有效地适应了石英坩埚透明层在0mm～3mm、3mm～8mm和8mm～12mm这三个范围的厚度所对应的气泡图像，提高了气泡分层的准确性。
5、所采用的气泡数量获取过程中，分别对非重叠区域气泡数量和重叠区域气泡数量进行获取，能区分重叠区域和非重叠区域进行计数，有效地提高了气泡计数的准确性，且能适应实际各种石英坩埚。
6、所采用的石英坩埚气泡分层计数方法步骤简单、实现方便且操作简便，确保层气泡图像获取的准确。
7、所采用的石英坩埚气泡分层计数方法操作简便且使用效果好，首先对石英坩埚图像的采集及传输，其次进行石英坩埚放大图像的去噪与均衡，得到石英坩埚气泡均衡化图像，然后采用otsu算法模块对石英坩埚气泡均衡化图像进行三次图像分割，得到三个层气泡图像；最后分别对三个层气泡图像中的气泡数量进行边缘提取，便于得到每个层气泡图像中气泡的数量，从而便于根据气泡数量，以便于判断石英坩埚生产过程中是否达到标准，节省人力、物力和财力，检测准确，降低失误率，且提高单晶效率。
综上所述，本发明设计合理且成本低，通过电子放大镜获取石英坩埚中透明层的气泡图像，并对气泡图像进行分层，便于判断石英坩埚生产过程是否满足要求，不仅可以节省人力、物力和财力，提高厂商的生产效益，同时避免了人为因素造成的失误,降低了人工检测中的失误率，提高石英坩埚检验的自动化程度,提高石英坩埚检验结果的客观性和准确性，从而提高石英坩埚检测的精准性。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明石英坩埚气泡分层计数装置的电路原理框图。
图2为本发明石英坩埚气泡分层计数方法的流程框图。
图3为本发明的第一层气泡图像。
图4为本发明的第二层气泡图像。
图5为本发明的第三层气泡图像。
附图标记说明:
1—数据处理控制器；2—机械臂；3—电子放大镜；
4—显示屏。
具体实施方式
如图1所示的一种石英坩埚气泡分层计数装置，包括数据处理控制器1、微型投影仪和与数据处理控制器1相接的图像采集装置，所述图像采集装置包括机械臂2和夹装在所述机械臂2上的电子放大镜3，所述电子放大镜3和机械臂2均与数据处理控制器1相接，所述微型投影仪投射的光为蓝紫光。
本实施例中，所述数据处理控制器1为计算机。
本实施例中，所述机械臂2为六自由度机械臂，所述电子放大镜3的放大倍数范围为1倍～500倍，所述电子放大镜3通过usb传输线与所述数据处理控制器1相接，所述机械臂2由数据处理控制器1进行控制。
本实施例中，采用电子放大镜3对石英坩埚气泡图像进行采集并放大，获取石英坩埚内壁气泡放大图像，是因为石英坩埚内壁透明层气泡的直径约为几百μm，采用一般摄像机获取的石英坩埚气泡不便于图像处理，得到
本实施例中，电子放大镜3的像素为30万，手动对焦10mm至500mm，usb接口5v直流供电，可以人工手动或电脑操控调节放大倍数调节便捷；另外，电子放大镜具有小巧，坚固，便于使用；可直接通过usb线连接到计算机上；且在强光线和弱光线下均可工作，有一定自动调节功能，因此采用电子放大镜3采集到的石英坩埚中透明层气泡图像，经过石英坩埚中透明层气泡图像处理，能得到气泡的大体分布。
本实施例中，所述机械臂2包括多个tbs-k20舵机，供电电压5v至8.4v，可360°转动角度，且准确角度精度，便于调节，从而能将电子放大镜3移动至待采集的区域，实现石英坩埚透明层气泡图像的准确采集。
如图2所示的一种石英坩埚气泡分层计数方法，包括以下步骤：
步骤一、石英坩埚图像的采集及传输：
步骤101、数据处理控制器1控制机械臂2转动，机械臂2转动带动电子放大镜3移动，使电子放大镜3的竖直中心线垂直于待测石英坩埚内壁；并在待测石英坩埚侧边设置微型投影仪，微型投影仪水平投射蓝紫光至待测石英坩埚的边口；
步骤102、手动调节电子放大镜3对焦，直至人为能清楚察看石英坩埚内壁气泡；
步骤103、数据处理控制器1控制电子放大镜3对待测石英坩埚内壁的气泡图像进行拍摄，并将拍摄到的石英坩埚内壁气泡放大图像发送至数据处理控制器1；其中，电子放大镜3的放大倍数不小于30倍；
步骤二、石英坩埚放大图像的去噪与均衡：
步骤201、采用所述数据处理控制器1调取灰度处理模块，对石英坩埚内壁气泡放大图像进行灰度处理，得到石英坩埚气泡灰度图像；
步骤202、采用所述数据处理控制器1调取加权均值滤波模块，对石英坩埚气泡灰度图像进行滤波，得到去噪后的石英坩埚气泡灰度图像；
步骤203、采用所述数据处理控制器1调用灰度值均衡模块，对去噪后的石英坩埚气泡灰度图像进行灰度值均衡，得到石英坩埚气泡均衡化图像；
步骤三、石英坩埚气泡图像分层：
步骤301、采用所述数据处理控制器1调用otsu算法模块，对石英坩埚气泡均衡化图像进行一次图像分割，得到第一层气泡图像；其中，一次图像分割的灰度值阈值为122～195；
步骤302、采用所述数据处理控制器1调用otsu算法模块，对石英坩埚气泡均衡化图像进行二次图像分割，得到第二层气泡图像；其中，二次图像分割的灰度值阈值为196～230；
步骤303、采用所述数据处理控制器1调用otsu算法模块，对石英坩埚气泡均衡化图像进行三次图像分割，得到第三层气泡图像；其中，三次图像分割的灰度值阈值为231～255；其中，所述第一层气泡图像、所述第二层气泡图像以及所述第三层气泡图像中气泡区域为白色区域，所述第一层气泡图像、所述第二层气泡图像以及所述第三层气泡图像中背景区域为黑色区域；
步骤四、石英坩埚气泡分层图像气泡轮廓获取：采用所述数据处理控制器1对所述第一层气泡图像、所述第二层气泡图像以及所述第三层气泡图像中气泡轮廓进行获取的方法均相同，采用所述数据处理控制器1对第l层气泡图像气泡轮廓进行获取，具体如下：
步骤401、采用所述数据处理控制器1调取二值图像边缘跟踪滤波算法模块，对第l层气泡图像进行边缘提取，得到第l层气泡边缘轮廓图像；
步骤402、采用所述数据处理控制器1调取形态学算法中开运算，对第l层气泡边缘轮廓图像进行开运算处理，得到开运算后第l层气泡轮廓图像；其中，l为正整数，且l的取值为1、2和3。
本实施例中，步骤四中获取开运算后第层气泡轮廓图像之后，进行步骤五气泡非重叠区域和气泡重叠区域的判断，采用所述数据处理控制器1对所述第一层气泡图像、所述第二层气泡图像以及所述第三层气泡图像中气泡非重叠区域和气泡重叠区域的判断方法均相同，采用所述数据处理控制器1对第l层气泡图像中气泡非重叠区域和气泡重叠区域进行判断，具体如下：
步骤501、采用所述数据处理控制器1采用区域生长法，对第l层气泡图像进行气泡轮廓连通区域标记，得到多个气泡轮廓连通区域；其中，气泡轮廓连通区域的数量为fl，f1表示所述第一层气泡图像中气泡轮廓连通区域的数量，f2表示所述第二层气泡图像中气泡轮廓连通区域的数量，f3表示所述第三层气泡图像中气泡轮廓连通区域的数量；
步骤502、采用所述数据处理控制器1调取最小矩形提取模块，对第n个气泡轮廓连通区域进行处理，得到第n个气泡轮廓连通区域的最小外接矩形；其中，所述最小外接矩形的一个边长与所述第一层气泡图像、所述第二层气泡图像或者所述第三层气泡图像的行方向平行，n为正整数，且n的取值范围为1～fl，fl为不小于1的正整数；
步骤503、采用所述数据处理控制器1调取像素坐标提取模块，得到最小外接矩形的左上角像素点、右上角像素点、左下角像素点和右下角像素点的像素坐标；采用所述数据处理控制器1调取像素坐标转换图像坐标模块，对所述最小外接矩形的左上角像素点、右上角像素点、左下角像素点和右下角像素点的像素坐标进行转换，得到所述最小外接矩形的左上角像素点的图像坐标
步骤504、所述数据处理控制器1根据公式
步骤505、采用所述数据处理控制器1判断0.5<en≤1是否成立，当0.5<en≤1成立时，说明该气泡轮廓连通区域为非重叠气泡轮廓；否则，当0.5<en≤1不成立时，说明该气泡轮廓连通区域为重叠气泡轮廓；
步骤506、多次重复步骤501至步骤505，直至完成第l层气泡图像中fl个气泡轮廓连通区域的判断，得到第l层气泡图像中的重叠气泡轮廓和非重叠气泡轮廓；其中，第l层气泡图像中重叠气泡轮廓的数量为cdl，第l层气泡图像中非重叠气泡轮廓的数量为fcl；fcl和cdl均为正整数。
本实施例中，步骤五气泡非重叠区域和气泡重叠区域的判断完成之后，进行步骤六气泡数量的获取，采用所述数据处理控制器1对所述第一层气泡图像、所述第二层气泡图像和所述第三层气泡图像中的气泡数量分别进行获取的方法均相同，采用所述数据处理控制器1对第l层气泡图像中的气泡数量进行获取的方法具体如下：
步骤601、采用所述数据处理控制器1调取像素坐标提取模块，对第l层气泡图像中第m个重叠气泡轮廓上各个像素点的像素坐标进行提取，得到第l层气泡图像中第m个重叠气泡轮廓上各个像素点的像素坐标；其中，所述第l层气泡图像中第m个重叠气泡轮廓上第i个像素点的像素坐标为plm,i(ulm,i,vlm,i)；其中，所述第l层气泡图像中第m个重叠气泡轮廓包括n个像素点，i表示像素点的序号，i是按照第l层气泡图像中第m个重叠气泡轮廓逆时针或者顺时针方向获取，m为正整数，m的取值范围为1～cdl，i为正整数，且i的取值范围为1～n；
步骤602、采用所述数据处理控制器1根据公式
步骤603、采用所述数据处理控制器1根据公式
步骤604、多次重复步骤603，得到所述第l层气泡图像中第m个重叠气泡轮廓上各个像素点到质心的距离；采用所述数据处理控制器1调取曲线绘制模块，以像素点的序号为横坐标，以所述第l层气泡图像中第m个重叠气泡轮廓上第i个像素点到质心的距离为纵坐标，绘制所述第l层气泡图像中第m个重叠气泡轮廓上各个像素点的距离曲线；
步骤605、采用所述数据处理控制器1调取离散傅里叶变换模块，对所述第l层气泡图像中第m个重叠气泡轮廓上各个像素点的距离曲线进行离散傅里叶变换，得到第l层气泡图像中第m个重叠气泡轮廓的主值序列；其中，第l层气泡图像中第m个重叠气泡轮廓的主值序列的长度为n；
步骤606、采用所述数据处理控制器1将第l层气泡图像中第m个重叠气泡轮廓的主值序列中相邻两个距离值分别记作yj和yj+1，并将yj所对应的像素点的序号记作xj，yj+1所对应的像素点的序号记作xj+1；其中，j为自然数，0≤j≤n-1；
步骤607、数据处理控制器1根据公式
步骤608、多次重复步骤607，完成所述第l层气泡图像中第m个重叠气泡轮廓的主值序列中相邻两个距离值的插值处理，并采用数据处理控制器1对多个所述距离差值点进行拟合，得到插值处理后的距离曲线；
步骤609、数据处理控制器1调取高斯平滑模块，对插值处理后的距离曲线进行高斯平滑处理，得到所述第l层气泡图像中第m个重叠气泡轮廓的平滑距离曲线；
步骤6010、数据处理控制器1根据所述第l层气泡图像中第m个重叠气泡轮廓的平滑距离曲线，得到所述第l层气泡图像中第m个重叠气泡轮廓中气泡数量；其中，所述第l层气泡图像中第m个重叠气泡轮廓的平滑距离曲线上相邻两个极小值点之间存在一个极大值，则所述第l层气泡图像中第m个重叠气泡轮廓的平滑距离曲线上相邻两个极小值点之间所对应的像素点围成的轮廓为一个气泡轮廓；
步骤6011、多次重复步骤601至步骤6010，得到所述第l层气泡图像中cdl个重叠气泡轮廓中气泡数量；
步骤6012、数据处理控制器1调取加法模块，将第l层气泡图像中非重叠气泡的数量fcl和第l层气泡图像中重叠气泡轮廓中气泡数量进行加法运算，得到第l层气泡图像中石英坩埚气泡总个数zlj；其中，第l层气泡图像中非重叠气泡轮廓的数量为第l层气泡图像中非重叠气泡的数量。
本实施例中，步骤203中采用所述数据处理控制器1调用灰度值均衡模块，对去噪后的石英坩埚气泡灰度图像进行灰度值均衡，具体过程如下：
步骤2031、采用所述数据处理控制器1调用像素值提取模块，对所述去噪后的石英坩埚气泡灰度图像中气泡区域各个像素点的像素值进行提取，获取所述去噪后的石英坩埚气泡灰度图像中气泡区域各个像素点的像素值；其中，所述去噪后的石英坩埚气泡灰度图像中气泡区域中像素点的数量为m1，所述去噪后的石英坩埚气泡灰度图像中气泡区域中第i′个像素点的像素值为pli′，i′和m1均为正整数，i′的取值范围为1≤i′≤m1；
步骤2032、采用所述数据处理控制器1将所述去噪后的石英坩埚气泡灰度图像中气泡区域中各个像素点的像素值按照从小到大的顺序进行排序，得到最小像素值和最大像素值，并将最大像素值赋值给plmax，最小像素值赋值给plmin；
步骤2033、采用所述数据处理控制器1根据公式
步骤2034、采用所述数据处理控制器1将所述去噪后的石英坩埚气泡灰度图像中气泡区域中各个像素点的像素值平均值赋值给所述去噪后的石英坩埚气泡灰度图像中气泡区域中各个像素点，从而对所述去噪后的石英坩埚气泡灰度图像中气泡区域中各个像素点的像素值进行更新均衡，完成去噪后的石英坩埚气泡灰度图像的灰度值均衡；
步骤2035、多次重复步骤2031至步骤2032，直至完成所述去噪后的石英坩埚气泡灰度图像中多个气泡区域的灰度值均衡，得到石英坩埚气泡均衡化图像。
本实施例中，步骤401中采用所述数据处理控制器1调取二值图像边缘跟踪滤波算法模块，对石英坩埚气泡二值化图像进行边缘提取，得到气泡边缘轮廓图像，具体过程如下：
步骤4011、采用所述数据处理控制器1建立背景图像，所述背景图像的大小与所述石英坩埚气泡二值化图像的大小相同，且所述背景图像中每一个像素点的灰度值均为零；
步骤4012、采用所述数据处理器1对所述石英坩埚气泡二值化图像从上向下进行扫描，当所述数据处理器1获取第一个灰度值为255像素点时，记录第一个灰度值为255像素点的像素坐标(u0,v0)，并将所述背景图像中像素坐标(u0,v0)处的像素值置为255；
步骤4013、采用所述数据处理器1对以像素坐标(u0,v0)为中心的八邻域像素点按照逆时针依次扫描，当以像素坐标(u0,v0)为中心的八邻域像素点中存在灰度值为255像素点时，记录第二个灰度值为255像素点的像素坐标(u1,v1)，并将所述背景图像中像素坐标(u1,v1)处的像素值置为255；
步骤4014、重复步骤4013所述的方法，以像素坐标(u1,v1)为中心的八邻域像素点按照逆时针依次扫描，得到下一个灰度值为255像素点的像素坐标，并将所述背景图像中与下一个灰度值为255像素点的像素坐标相同的坐标处的像素值置为255；
步骤4015、以像素坐标(ur,vr)为中心的八邻域像素点按照逆时针依次扫描，得到第r+1个灰度值为255像素点的像素坐标，并将所述背景图像中像素坐标(ur+1,vr+1)处的像素值置为255；
步骤4016、多次重复步骤4015，继续扫描跟踪后面的轮廓点，直至扫描到轮廓点回到像素坐标(u0,v0)处，完成一个气泡区域的轮廓提取；
步骤4017、多次重复步骤4012和步骤4016，直至扫描完整幅石英坩埚气泡二值化图像，完成多个气泡区域的轮廓提取，则在背景图像上得到多个气泡轮廓，从而得到气泡边缘轮廓图像。
本实施例中，微型投影仪水平投射蓝紫光至待测石英坩埚的边口,第一，采蓝紫光在所有光中波长最短，频率最高，蓝紫光的能量也最高，蓝紫光不容易发散，用蓝紫光背景作为补偿光，能够增强石英坩埚气泡图像的对比度，以使采集到的石英坩埚气泡放大图像的目标和背景具有较大差异，便于气泡轮廓的提取；第二，是因为不同厚度处石英坩埚透明层对蓝紫光的吸收率不同，因此造成不同厚度处石英坩埚透明层内气泡图像的灰度值不同，从而能根据不同的灰度值阈值进行分割分层处理。
本实施例中，图像滤波模块一般包括均值滤波模块、加权均值滤波模块和中值滤波模块，选择加权均值滤波模块对石英坩埚气泡灰度图像进行滤波，是因为加权均值滤波模块可以有效的滤除石英坩埚气泡灰度图像中的白噪声，同时不会丢掉石英坩埚气泡灰度图像中的细节，更清晰。
本实施例中，由于背景光的原因，经过去噪与均衡步骤201和步骤202后的气泡图像中的每个气泡边缘的灰度值并不是处于一个稳定的范围，它具有较大的浮动，对于后面的气泡分层处理有着很大的影响，造成分层后的气泡图像出现断裂，或者重复显示的情况，所以步骤202之后对去噪后的石英坩埚气泡灰度图像进行灰度值均衡。
本实施例中，采用形态学算法中开运算进行开运算处理，第一是因为步骤401中对第l层气泡图像进行边缘提取得到的气泡边缘轮廓图像，且因为石英坩埚透明层透明，使得石英坩埚气泡均衡化图像中背景颜色和目标颜色比较相近，从而引入了较多的干扰目标，因此引入开运算进行开运算处理，消除气泡边缘轮廓图像中的干扰小物体，且能分离连接处物体，平滑轮廓边界，同时不能改变目标轮廓目标的面积，便于后续准确分析气泡的直径大小；第二，是因为边缘提取得到的坩埚气泡轮廓图像中轮廓边界往往非常不平滑，不便于后续拟合气泡而获取气泡的直径。
本实施例中，经过图像去噪与均衡后的石英坩埚气泡均衡化图像中目标区域和背景区域差异明显，并且目标区域的灰度等级差异大，因此，采用灰度级通过选取多个不同灰度值阈值，对石英坩埚气泡均衡化图像进行图像分割，获得三个层气泡图像，从而达到气泡分层这个目的，处理过程简单且准确。
本实施例中，采用otsu算法模块就是使目标区域和背景区域的类间方差最大时，该灰度值便为所选灰度值阈值，综合考虑石英坩埚气泡均衡化图像整体灰度的分布和像素邻域等的特征关系后，将经过灰度分类的像素组中出现的最大方差的灰度数值作为整体图像的分割阈值。另外经过多次观察石英坩埚透明层厚度，进一步确定石英坩埚透明层厚度在0mm～3mm、3mm～8mm和8mm～12mm这三个范围的厚度所对应的灰度值阈值分别为122～195，196～230，231～255，提高了气泡分层的准确性,从而便于根据各层图像判断石英坩埚加工过程是否准确。
本实施例中，采用基于八邻域的轮廓跟踪法，是因为避免扫描多次重复才能得到结果，也避免扫描重复次数难以确定导致跟踪结果后不正确，或者扫描反复跟踪某局部区域，以使执行出现死循环；另外采用基于八邻域的轮廓跟踪法能够通过一次扫描得到所有的目标边界信息，且便于对多个目标边界混合连接在一起的轮廓提取。
本实施例中，步骤301中得到的第一层气泡图像经过步骤四得到第一层气泡轮廓图像如图3所示，步骤302中得到的第二层气泡图像经过步骤四得到第二层气泡轮廓图像如图4所示，步骤303中得到的第三层气泡图像经过步骤四得到第三层气泡轮廓图像如图5所示。
本实施例中，需要说明的是，图像的大小是指行×列个像素点。
本实施例中，采用步骤605至步骤607对所述第l层气泡图像中第m个重叠气泡轮廓上各个像素点的距离曲线进行高斯平滑插值处理，一方面，是为了对距离曲线上的毛刺进行去除，以使距离曲线光滑，从而便于获取极小值点和极大值点，便于根据极小值点和极大值点进行重叠气泡轮廓中气泡数量的获取；
综上所述，本发明设计合理且成本低，通过电子放大镜获取石英坩埚中透明层的气泡图像，并对气泡图像进行分层，便于判断石英坩埚生产过程是否满足要求，不仅可以节省人力、物力和财力，提高厂商的生产效益，同时避免了人为因素造成的失误,降低了人工检测中的失误率，提高石英坩埚检验的自动化程度,提高石英坩埚检验结果的客观性和准确性，从而提高石英坩埚检测的精准性。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。
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