本发明公开了一种基于机器视觉的石英棒气泡检测及品质分级方法，包括：S1石英棒置于暗室，激光束从一侧照射石英棒，工业相机拍摄石英棒横截面的灰度图像；S2对灰度图像依次进行除噪、阈值分割、二值化，获得二值图像；S3利用基于行程的连通域标记法标记二值图像的连通域，所标记的连通域即气泡；S4从连通域提取气泡特征，根据气泡特征对石英棒品质进行分级。本发明基于图像处理技术检测石英棒中气泡，检测标准统一，抗环境光线干扰能力强，可快速准确地检测出石英棒中气泡。
1.一种基于机器视觉的石英棒气泡检测方法，其特征是，包括：
S1石英棒置于暗室，激光束从一侧照射石英棒，工业相机拍摄石英棒横截面的灰度图像；
S2对灰度图像依次进行除噪、阈值分割、二值化，获得二值图像；
S3利用基于行程的连通域标记法标记二值图像的连通域，所标记的连通域即气泡；
3.1第一次扫描，从二值图像的第一行开始，按照从左向右的扫描方向逐行扫描二值图像，从1开始对扫描到的团顺次标号，记录各团的起点位置start、终点位置end以及所在行的行号line；二值图像每一行中连续的白色像素构成一个团，白色像素即值为1的像素；
3.2第二次扫描，从二值图像的第二行开始，按照从左向右的扫描方向逐行扫描二值图像，对扫描到的当前团，判断当前团与前一行的所有团是否存在相邻边，若与前一行的所有团均不存在相邻边，继续扫描；若与前一行的仅一个团存在相邻边，将前一行的相邻团的标号赋值给当前团，将当前团和其相邻团的标号、起点位置start、终点位置end以及所在行的行号line写入一等价对，然后，继续扫描；若与前一行的一个以上的团存在相邻边，则将前一行的多个相邻团的最小标号赋值给当前团，将当前团和其多个相邻团的标号、起点位置start、终点位置end以及所在行的行号line写入一等价对，然后，继续扫描；
3.3第二次扫描结束后，遍历各等价对，对各等价，将等价对中所有团的最小标号min赋值给等价对中所有团；根据等价对中每个团的start、end和line，在二值图像中查找相应的团，修改团的标号，二值图像中标号相同的团即一个连通域。
2.如权利要求1所述的基于机器视觉的石英棒气泡检测方法，其特征是：
步骤S2中采用均衡型阈值分割法进行阈值分割，具体为：
对灰度图像分别利用最大类间方差阈值选择法和迭代式阈值选择法确定阈值，以所确定的两个阈值的平均值作为最终阈值。
3.一种基于机器视觉的石英棒品质分级方法，其特征是，包括：
S1石英棒置于暗室，激光束从一侧照射石英棒，工业相机拍摄石英棒横截面的灰度图像；
S2对灰度图像依次进行除噪、阈值分割、二值化，获得二值图像；
S3利用基于行程的连通域标记法标记二值图像的连通域，所标记的连通域即气泡；
3.1第一次扫描，从二值图像的第一行开始，按照从左向右的扫描方向逐行扫描二值图像，从1开始对扫描到的团顺次标号，记录各团的起点位置start、终点位置end以及所在行的行号line；二值图像每一行中连续的白色像素构成一个团，白色像素即值为1的像素；
3.2第二次扫描，从二值图像的第二行开始，按照从左向右的扫描方向逐行扫描二值图像，对扫描到的当前团，判断当前团与前一行的所有团是否存在相邻边，若与前一行的所有团均不存在相邻边，继续扫描；若与前一行的仅一个团存在相邻边，将前一行的相邻团的标号赋值给当前团，将当前团和其相邻团的标号、起点位置start、终点位置end以及所在行的行号line写入一等价对，然后，继续扫描；若与前一行的一个以上的团存在相邻边，则将前一行的多个相邻团的最小标号赋值给当前团，将当前团和其多个相邻团的标号、起点位置start、终点位置end以及所在行的行号line写入一等价对，然后，继续扫描；
3.3第二次扫描结束后，遍历各等价对，对各等价，将等价对中所有团的最小标号min赋值给等价对中所有团；根据等价对中每个团的start、end和line，在二值图像中查找相应的团，修改团的标号，二值图像中标号相同的团即一个连通域；
S4从连通域提取气泡特征，根据气泡特征对石英棒品质进行分级；所述的气泡特征包括气泡的位置、面积和数目，其中，气泡的位置即连通域的重心位置，气泡的面积即连通域内像素点数量，气泡的数目即连通域数目。
4.如权利要求3所述的基于机器视觉的石英棒品质分级方法，其特征是：
步骤S2中采用均衡型阈值分割法进行阈值分割，具体为：
对灰度图像分别利用最大类间方差阈值选择法和迭代式阈值选择法确定阈值，以所确定的两个阈值的平均值作为最终阈值。
基于机器视觉的石英棒气泡检测及品质分级方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种石英棒气泡自动检测方法，尤其涉及一种基于机器视觉的石英棒气泡检测及品质分级方法。
背景技术
[0002] 目前，石英棒产品的检测方法种类繁多，常用的有人工检测、激光检测、摩尔干涉定律检测，人工检测成本高，误判率高，激光检测易受环境光线影响，摩尔干涉定理检测速度慢，不满足工况下对系统实时性的要求，也限制了石英棒制造业的发展。
发明内容
[0003] 本发明的目的是提供一种基于机器视觉的石英棒气泡检测及品质分级方法。
[0004] 为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
[0005] 一、一种基于机器视觉的石英棒气泡检测方法，包括：
[0006] S1石英棒置于暗室，激光束从一侧照射石英棒，工业相机拍摄石英棒横截面的灰度图像；
[0007] S2对灰度图像依次进行除噪、阈值分割、二值化，获得二值图像；
[0008] S3利用基于行程的连通域标记法标记二值图像的连通域，所标记的连通域即气泡；
[0009] 本步骤具体为：
[0010] 3.1第一次扫描，从二值图像的第一行开始，按照从左向右的扫描方向逐行扫描二值图像，从1开始对扫描到的团顺次标号，记录各团的起点位置start、终点位置end以及所在行的行号line；二值图像每一行中连续的白色像素构成一个团，白色像素即值为1的像素；
[0011] 3.2第二次扫描，从二值图像的第二行开始，按照从左向右的扫描方向逐行扫描二值图像，对扫描到的当前团，判断当前团与前一行的所有团是否存在相邻边，若与前一行的所有团均不存在相邻边，继续扫描；若与前一行的仅一个团存在相邻边，将前一行的相邻团的标号赋值给当前团，将当前团和其相邻团的标号、起点位置start、终点位置end以及所在行的行号line写入一等价对，然后，继续扫描；若与前一行的一个以上的团存在相邻边，则将前一行的多个相邻团的最小标号赋值给当前团，将当前团和其多个相邻团的标号、起点位置start、终点位置end以及所在行的行号line写入一等价对，然后，继续扫描；
[0012] 3.3第二次扫描结束后，遍历各等价对，对各等价，将等价对中所有团的最小标号min赋值给等价对中所有团；根据等价对中每个团的start、end和line，在二值图像中查找相应的团，修改团的标号，二值图像中标号相同的团即一个连通域。
[0013] 步骤S2中采用均衡型阈值分割法进行阈值分割，具体为:
[0014] 对灰度图像分别利用最大类间方差阈值选择法和迭代式阈值选择法确定阈值，以所确定的两个阈值的平均值作为最终阈值。
[0015] 二、一种基于机器视觉的石英棒品质分级方法，包括：
[0016] S1石英棒置于暗室，激光束从一侧照射石英棒，工业相机拍摄石英棒横截面的灰度图像；
[0017] S2对灰度图像依次进行除噪、阈值分割、二值化，获得二值图像；
[0018] S3利用基于行程的连通域标记法标记二值图像的连通域，所标记的连通域即气泡；
[0019] 本步骤具体为：
[0020] 3.1第一次扫描，从二值图像的第一行开始，按照从左向右的扫描方向逐行扫描二值图像，从1开始对扫描到的团顺次标号，记录各团的起点位置start、终点位置end以及所在行的行号line；二值图像每一行中连续的白色像素构成一个团，白色像素即值为1的像素；
[0021] 3.2第二次扫描，从二值图像的第二行开始，按照从左向右的扫描方向逐行扫描二值图像，对扫描到的当前团，判断当前团与前一行的所有团是否存在相邻边，若与前一行的所有团均不存在相邻边，继续扫描；若与前一行的仅一个团存在相邻边，将前一行的相邻团的标号赋值给当前团，将当前团和其相邻团的标号、起点位置start、终点位置end以及所在行的行号line写入一等价对，然后，继续扫描；若与前一行的一个以上的团存在相邻边，则将前一行的多个相邻团的最小标号赋值给当前团，将当前团和其多个相邻团的标号、起点位置start、终点位置end以及所在行的行号line写入一等价对，然后，继续扫描；
[0022] 3.3第二次扫描结束后，遍历各等价对，对各等价，将等价对中所有团的最小标号min赋值给等价对中所有团；根据等价对中每个团的start、end和line，在二值图像中查找相应的团，修改团的标号，二值图像中标号相同的团即一个连通域；
[0023] S4从连通域提取气泡特征，根据气泡特征对石英棒品质进行分级；所述的气泡特征包括气泡的位置、面积和数目，其中，气泡的位置即连通域的重心位置，气泡的面积即连通域内像素点数量，气泡的数目即连通域数目。
[0024] 步骤S2中采用均衡型阈值分割法进行阈值分割，具体为:
[0025] 对灰度图像分别利用最大类间方差阈值选择法和迭代式阈值选择法确定阈值，以所确定的两个阈值的平均值作为最终阈值。
[0026] 与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
[0027] 本发明基于图像处理技术检测石英棒中气泡，检测标准统一，抗环境光线干扰能力强，可快速准确地检测出石英棒中气泡。
附图说明
[0028] 图1为本发明的具体流程图；
[0029] 图2为基于行程的连通域标记法的具体流程图；
[0030] 图3为二值图像中团的示意图。
具体实施方式
[0031] 下面将结合附图进一步说明本发明的具体实施方式。
[0032] 步骤1，采集石英棒横截面的灰度图像。
[0033] 将石英棒浸泡于介质液体中，介质液体与石英棒折射率接近，且粘稠度较低。使石英棒置于暗室，激光光源发射的激光束从一侧照射石英棒，工业相机拍摄石英棒，获得石英棒横截面的灰度图像。
[0034] 步骤2，对灰度图像依次进行除噪、阈值分割、二值化，获得二值图像。
[0035] 本步骤中，采用均衡型阈值分割法进行阈值分割，具体为：
[0036] 对灰度图像分别利用最大类间方差阈值选择法和迭代式阈值选择法确定阈值，以所确定的两个阈值的平均值作为最终阈值。
[0037] 步骤3，利用基于行程的连通域标记法标记二值图像的连通域，所标记的连通域即气泡。
[0038] 本步骤具体为：
[0039] 3.1第一次扫描，从二值图像的第一行开始，按照从左向右的扫描方向，逐行扫描二值图像，将扫描到的团依次标号为1、2、3…，见图3，并记录各团的起点位置start、终点位置end以及所在行的行号line。二值图像每一行中连续的白色像素构成一个团，白色像素即值为1的像素。见图3，虚线方框内像素构成一个团，该图示意了8个团，依次标号为1、2、3、…8。。
[0040] 3.2第二次扫描，从二值图像的第二行开始，按照从左向右的扫描方向逐行扫描二值图像，对扫描到的当前团，判断当前团与前一行的所有团是否存在相邻边，若与前一行的所有团均不存在相邻边，继续扫描；若与前一行的仅一个团存在相邻边，将该与当前团存在相邻边的团记为前一行的相邻团，将前一行的相邻团的标号赋值给当前团，将当前团和其相邻团的标号、起点位置start、终点位置end以及所在行的行号line写入一等价对，然后，继续扫描；若与前一行的一个以上的团存在相邻边，则将前一行的多个相邻团的标号的最小值赋值给当前团，后文将标号的最小值记为最小标号，将当前团和其多个相邻团的标号、起点位置start、终点位置end以及所在行的行号line写入一等价对，然后，继续扫描。
[0041] 3.3第二次扫描结束后，遍历各等价对，对各等价对分别执行：将等价对中所有团的最小标号(记为min)赋值给等价对中所有团；然后，根据等价对中每个团的start、end和line，在二值图像中查找相应的团，将团的标号修改为min。二值图像中标号相同的团即一个连通域。
[0042] 步骤4，提取气泡特征，根据气泡特征对石英棒品质分级。
[0043] 气泡特征包括气泡的位置、面积和数目，统计二值图像中连通域数目，即气泡数目。连通域内像素点数量即气泡面积。
[0044] 为便于描述气泡位置，以气泡重心位置代替气泡位置，通过公式(1)和(2)计算连通域的重心坐标
[0045]
[0046]
[0047] 式(1)～(2)中：
[0048] D表示连通域的面积；
[0049] dσ表示面积微分；
[0050] ρ(x,y)表示表示连通域的面密度，当二值图像像素点的值为1时，ρ(x,y)＝1；当二值图像像素点的值为0时，ρ(x,y)＝0；本发明中，ρ(x,y)取1；
[0051] (x,y)表示连通域内像素点坐标。
