CN107818559B - 晶体接种状态检测方法和晶体接种状态图像的采集装置 - Google Patents

晶体接种状态检测方法和晶体接种状态图像的采集装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种晶体接种状态检测方法和晶体接种状态图像的采集装置，该方法的步骤包括：采集晶体接种时炉内籽晶与熔融态物料的接触面图像，并转换为三通道彩色数字图像；对三通道彩色数字图像进行通道分离，分别得到R通道、G通道、B通道的图像信息，对R、G、B三种通道下的图像信息作滤波增强处理，并在增强处理后将三通道的图像信息融合，得到融合图像；对融合图像进行网状分割，对分割形成的每一图像子块进行特征识别找寻接种时的临界特征；将各个图像子块的临界特征进行分析融合，判断当前接种时反应炉内图像是否存在临界特征。通过本发明，能够代替人工实时观察晶体的接种状态，提高生产效率，且操作简易，实时性高、分析快速。

Description

晶体接种状态检测方法和晶体接种状态图像的采集装置
技术领域
本发明涉及图像处理领域，尤其涉及一种晶体接种状态检测方法和晶体接种状态图像的采集装置。
背景技术
晶体接种是指在温度、压力、浓度、pH等条件一定的情形下，固体籽晶接触熔融态原料，接触面晶体分子开始重新排列，从而借助籽晶开始生长的过程。
目前蓝宝石等晶体接种过程主要依靠人工完成，在人眼的观察下籽晶接触液面反复提拉尝试。直到晶体开始生长为止。
然而人工接种的方式有着效率底下、损害视力等缺点，培养一名合格的接种工也需要较长的周期。人工接种的方式成为蓝宝石行业实现自动化高效生产的阻碍。
发明内容
本发明的目的在于避免现有技术的不足之处而提供一种晶体接种状态检测方法和晶体接种状态图像的采集装置。
本发明的目的可以通过采用如下的技术措施来实现，设计一种晶体接种状态检测方法，该方法的步骤包括：采集晶体接种时炉内籽晶与熔融态物料的接触面图像，并转换为三通道彩色数字图像；对三通道彩色数字图像进行通道分离，分别得到R通道、G通道、B通道的图像信息，对R、G、B三种通道下的图像信息作滤波增强处理，并在增强处理后将三通道的图像信息融合，得到融合图像；对融合图像进行网状分割，对分割形成的每一图像子块进行特征识别，籽晶整体呈长方体，前端为规则的正方形，在接种过程中，如果有图像子块出现围绕籽晶前端生长出部分约1mm宽的环状薄层时，将这一状态视为亚临界接种点；将各个图像子块的亚临界特征进行分析融合，若当前融合图像中出现的环状薄层基本成完整的带状，环状薄层占完整带的70%以上，则将这一状态视为临界接种点；以上已有的经验判断来自于人工调试，利用人工接种的经验先尝试接种，若接种成功则保留该时刻下的图像信息，并提取特征参数，作为机器接种已有的经验参数，这些特征参数包括：各个子图环状薄层的厚度、融合图像环状薄层平均厚度、融合图像环状薄层成带完整率、融合图像环状薄层边缘检测阈值、融合图像籽晶接触面二值化阈值等。
本发明的目的可以通过采用如下的技术措施来实现，设计一种晶体接种状态图像的采集装置，用于采集前述技术方案的接触面图像，包括：观察物镜、初步放大镜、二次放大镜、观察目镜、镜筒及工业彩色相机CCD；其中观察物镜和工业彩色相机CCD分别设置于镜筒两端，镜筒内从观察物镜向工业彩色相机CCD的延伸方向依次设置初步放大镜、二次放大镜和观察目镜。
区别于现有技术，本发明的晶体接种状态检测方法的步骤包括：采集晶体接种时炉内籽晶与熔融态物料的接触面图像，并转换为三通道彩色数字图像；对三通道彩色数字图像进行通道分离，分别得到R通道、G通道、B通道的图像信息，对R、G、B三种通道下的图像信息作滤波增强处理，并在增强处理后将三通道的图像信息融合，得到融合图像；对融合图像进行网状分割，对分割形成的每一图像子块进行特征识别，找寻出现的部环状薄层；将各个图像子块的临界特征进行分析融合，判断当前接种状态下环状薄层的成带完整率，即反应炉内图像是否存在临界接种点。通过本发明，能够代替人工实时观察晶体的接种状态，提高接种成功率、提高生产效率，且操作简易，实时性高、分析快速。
附图说明
图1是本发明提供的一种晶体接种状态的检测方法的流程示意图；
图2是本发明提供的一种晶体接种状态图像采集装置的结构示意图；
图3是本发明提供的一种晶体接种状态图像采集装置伸入反应炉采集图像时的示意图。
图中：1-物镜，2-初步放大镜，3-二次放大镜，4-观察目镜，5-镜筒，6-工业彩色相机CCD，7-反应炉，8-观察口。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明的技术方案作进一步更详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。
参阅图1，图1是本发明提供的一种晶体接种状态的检测方法，在本发明中晶体为蓝宝石。该方法的步骤包括：
S110：采集晶体接种时炉内籽晶与熔融态物料的接触面图像，并转换为三通道彩色数字图像。
晶体接种是指在温度、压力、浓度、pH等条件一定的情形下，固体籽晶接触熔融态原料，接触面晶体分子开始重新排列，从而借助籽晶开始生长的过程。晶体接种反应通常在密闭的高温反应炉中进行，本发明提供的方法用于实时的检测蓝宝石的接种状态。接种反应过程中，通过图像采集装置从反应炉内采集蓝宝石接种时炉内籽晶与熔融态物料的接触面图像，通常采用工业彩色相机进行拍摄。采集到图像后，将图像传输到图像处理装置进行处理，将图像转换为三通道彩色数字图像。优选的，图像处理装置为安装有图像转换软件的计算机。
S120：对三通道彩色数字图像进行通道分离，分别得到R通道、G通道、B通道的图像信息，对R、G、B三种通道下的图像信息作滤波增强处理，并在增强处理后将三通道的图像信息融合，得到融合图像。
进一步，通过步骤S110中的相同图像处理软件对三通道彩色数字图像进行通道分离。分离后得到R、G、B三种通道下的图像。然后继续通过图像处理软件对R、G、B三种通道下的图像信息作滤波增强处理，得到R、G、B三种通道下的经过滤波增强后的图像，最终通过图像处理软件将三者融合，得到融合图像。
得到融合图像后，将融合图像转换为HSV颜色模型，并进行H-S直方图分析，记录HSV模型参数信息。HSV颜色模型也称六角锥体模型，这个模型中颜色的参数分别是：色调（H），饱和度（S），明度（V），即HSV模型参数信息。HSV模型的三维表示从RGB立方体演化而来。设想从RGB沿立方体对角线的白色顶点向黑色顶点观察，就可以看到立方体的六边形外形。六边形边界表示色彩，水平轴表示纯度，明度沿垂直轴测量。
同时，将融合图像利用系统的内部算法作图像光谱分析，保留可见光波段及红外光波段的峰值信息，作为光谱双波段峰值信息。
S130：对所述融合图像进行网状分割，对分割形成的每一图像子块进行特征识别，以找寻接种时的临界特征，机器已有的经验参数来自于人工调试，利用人工接种的经验先尝试接种，若接种成功则保留该时刻下的图像信息，并提取特征参数，作为机器接种已有的经验参数。
对步骤S120处理后得到的融合图像进行网状分割，得到图像子块。然后对分割形成的每一图像子块逐个扫描，排序存储。存储完成后，对分割形成的每一图像子块进行特征识别，根据机器已有的经验参数找寻接种时的临界特征。
S140：将各个图像子块的临界特征进行分析融合，根据所述经验参数判断当前接种时反应炉内图像是否存在临界特征。
对分割形成的每一图像子块进行特征识别，籽晶整体呈长方体，前端为规则的正方形，在接种过程中，如果有图像子块出现围绕籽晶前端生长出部分约1mm宽的环状薄层时，将这一状态视为亚临界接种点；将各个图像子块的亚临界特征进行分析融合，若当前融合图像中出现的环状薄层基本成完整的带状，环状薄层占完整带的70%以上，则将这一状态视为临界接种点。
得到各图像子块的临界特征后，对全部临界特征进行分析融合，根据机器已有的经验参数判断当前蓝宝石接种时从反应炉内采集的图像是否存在临界特征。综合各个图像子块的临界特征的分析融合结果与HSV模型参数信息和光谱双波段峰值信息得出最终的判断结果，确定反应炉内当前状态下籽晶与熔融态物料的接种是否存在临界接种状态。
若接种成功则保留该时刻下的图像信息，并提取特征参数，作为机器接种已有的经验参数，这些特征参数包括：各个子图环状薄层的厚度、融合图像环状薄层平均厚度、融合图像环状薄层成带完整率、融合图像环状薄层边缘检测阈值、融合图像籽晶接触面二值化阈值等。
区别于现有技术，本发明的晶体接种状态检测方法的步骤包括：采集晶体接种时炉内籽晶与熔融态物料的接触面图像，并转换为三通道彩色数字图像；对三通道彩色数字图像进行通道分离，分别得到R通道、G通道、B通道的图像信息，对R、G、B三种通道下的图像信息作滤波增强处理，并在增强处理后将三通道的图像信息融合，得到融合图像；对融合图像进行网状分割，对分割形成的每一图像子块进行特征识别，找寻出现的部环状薄层；将各个图像子块的临界特征进行分析融合，判断当前接种状态下环状薄层的成带完整率，即反应炉内图像是否存在临界接种点。通过本发明，能够代替人工实时观察晶体的接种状态，提高接种成功率、提高生产效率，且操作简易，实时性高、分析快速。
参阅图2，图2是本发明提供的一种晶体接种状态图像采集装置的结构示意图。在本发明的实施方式中，该装置200主要用于采集蓝宝石接种过程中的状态图像即前一技术方案中的接触面图像。
该装置200包括观察物镜1、初步放大镜2、二次放大镜3、观察目镜4、镜筒5及工业彩色相机CCD6。其中镜筒5为两端开口的管状结构，其中一端设置观察物镜1，另一端设置工业彩色相机CCD6，镜筒5内从观察物镜1向工业彩色相机CCD6的延伸方向依次设置初步放大镜2、二次放大镜3和观察目镜4。
镜筒5为螺纹伸缩式镜筒5，观察物镜1、初步放大镜2、二次放大镜3、观察目镜4与螺纹伸缩式镜筒5可以拆卸连接。螺纹伸缩式镜筒5长度可以进行伸缩式调节。初步放大镜2、二次放大镜3与观察物镜1及观察目镜4之间的相对距离可以通过螺纹伸缩式镜筒5调节。工业彩色CCD6与螺纹伸缩式镜筒5可以拆卸连接。观察物镜1、初步放大镜2、二次放大镜3、观察目镜4在螺纹伸缩式镜筒5内相互之间的距离可任意调节，观察目镜4与工业彩色相机CCD6之间的距离也可通过调整观察目镜4在镜筒5内部的位置进行调节。
镜筒5部分伸入到蓝宝石接种反应的反应炉7内，设置观察物镜1的一端位于炉内，如图3所示。且观察物镜1正对正在接种的蓝宝石。工业彩色相机CCD6处于反应炉7外部，连接一图像处理器（图未示），以将采集到的图像转换为三通道彩色数字图像，并继续执行前一技术方案中的后续步骤。
区别于现有技术，本发明的晶体接种状态图像采集装置包括：观察物镜、初步放大镜、二次放大镜、观察目镜、镜筒及工业彩色相机CCD；其中观察物镜和工业彩色相机CCD分别设置于镜筒两端，镜筒内从观察物镜向工业彩色相机CCD的延伸方向依次设置初步放大镜、二次放大镜和观察目镜。通过本发明，能够代替人工实时观察晶体的接种状态，提高生产效率，且操作简易，实时性高、分析快速。

Claims (10)

1.一种晶体接种状态检测方法，其特征在于，包括：
采集晶体接种时炉内籽晶与熔融态物料的接触面图像，并转换为三通道彩色数字图像；
对三通道彩色数字图像进行通道分离，分别得到R通道、G通道、B通道的图像信息，对R、G、B三种通道下的图像信息作滤波增强处理，并在增强处理后将三通道的图像信息融合，得到融合图像；
对所述融合图像进行网状分割，对分割形成的每一图像子块进行特征识别，以找寻接种时的临界特征，机器已有的经验参数来自于人工调试，利用人工接种的经验先尝试接种，若接种成功则保留该时刻下的图像信息，并提取特征参数，作为机器接种已有的经验参数；
将各个图像子块的临界特征进行分析融合，根据所述经验参数判断当前接种时反应炉内图像是否存在临界特征；
其中，对分割形成的每一图像子块进行特征识别，籽晶整体呈长方体，前端为规则的正方形，在接种过程中，如果有图像子块出现围绕籽晶前端生长出部分1mm宽的环状薄层时，将这一状态视为亚临界接种点；将各个图像子块的亚临界特征进行分析融合，若当前融合图像中出现的环状薄层基本成完整的带状，环状薄层占完整带的70%以上，则将这一状态视为临界接种点。
2.根据权利要求1所述的晶体接种状态检测方法，其特征在于，在对所述融合图像进行网状分割的步骤之前，包括步骤：
将所述融合图像转化为HSV颜色模型，并进行H-S直方图分析，记录HSV颜色模型参数信息；
将所述融合图像作图像光谱分析，保留可见光波段及红外光波段的峰值信息，作为光谱双波段峰值信息。
3.根据权利要求2所述的晶体接种状态检测方法，其特征在于，在对判断当前接种时反应炉内图像是否存在临界特征的步骤中，包括步骤：
综合各个图像子块的临界特征的分析融合结果与所述HSV颜色模型参数信息和光谱双波段峰值信息得出最终的判断结果，确定反应炉内当前状态下籽晶与熔融态物料的接种是否存在临界接种状态点。
4.根据权利要求1所述的晶体接种状态检测方法，其特征在于，在对所述融合图像进行网状分割的步骤之后，包括对分割形成的每一所述图像子块逐个扫描，排序存储的步骤。
5.根据权利要求2所述的晶体接种状态检测方法，其特征在于，所述HSV颜色模型参数信息包括 色调、饱和度及明度信息。
6.一种晶体接种状态图像采集装置，用于采集如权利要求1所述的接触面图像，其特征在于，包括：观察物镜、初步放大镜、二次放大镜、观察目镜、镜筒及工业彩色相机CCD；其中所述观察物镜和所述工业彩色相机CCD分别设置于所述镜筒两端，所述镜筒内从所述观察物镜向 所述工业彩色相机CCD的延伸方向依次设置初步放大镜、二次放大镜和观察目镜。
7.根据权利要求6所述的晶体接种状态图像采集装置，其特征在于，所述观察物镜、初步放 大镜、二次放大镜、观察目镜与镜筒为可拆卸式连接。
8.根据权利要求6所述的晶体接种状态图像采集装置，其特征在于，所述镜筒为螺纹伸缩式镜筒，所述观察物镜、初步放大镜、二次放大镜、观察目镜在所述螺纹伸缩式镜筒内相互之间的距离可任意调节。
9.根据权利要求6所述的晶体接种状态图像采集装置，其特征在于，所述镜筒部分伸入到所述晶体接种反应的反应炉内，设置所述观察物镜的一端位于炉内，且所述观察物镜正对所述晶体。
10.根据权利要求6所述的晶体接种状态图像采集装置，其特征在于，所述工业彩色相机CCD 连接一图像处理器，以将采集到的图像转换为三通道彩色数字图像。
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