藥片包裝缺損檢測系統(tǒng)中機器視覺技術(shù)應(yīng)用

摘要：介紹了機器視覺的概念及基于機器視覺技術(shù)的藥片包裝缺損檢測系統(tǒng)，并給出了系統(tǒng)的硬件組成、控制系統(tǒng)軟件模塊結(jié)構(gòu)及其工作過程。

關(guān)鍵詞：機器視覺；藥片包裝；檢測系統(tǒng)

1 引言

目前大多數(shù)制藥廠在藥片包裝生產(chǎn)線上，一般采用人工進行目測的方法分揀次品，檢測人員的工作狀況對于檢測效果有著很大的影響，而且這種工作方式檢測效率低、成本高、勞動強度大。手工勞動的插入嚴(yán)重影響了藥片包裝生產(chǎn)線的工作效率，不但浪費了大量的勞動力資源，而且包裝質(zhì)量不能從根本得到保證。有些廠家采用長時間錄像機進行錄像方式來彌補由于人工檢測所帶來的失誤，但這失去了實時檢測的意義，同時也存在檢測成本高的問題。

利用機器視覺系統(tǒng)代替人進行藥片包裝缺損檢測，可以提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本。基于機器視覺技術(shù)的藥片包裝缺損檢測系統(tǒng)是一個集機器視覺、光傳感器和機電等技術(shù)于一體的機電一體化產(chǎn)品，而且具有計算機精度高、速度快的特點，能迅速而準(zhǔn)確地檢測出藥片包裝的缺損，并對其進行綜合分析，從而對成品和廢品進行可靠分離。

2 機器視覺概念

機器視覺又稱計算機視覺，是用計算機來模擬人或再現(xiàn)與人類視覺有關(guān)的某些智能行為的技術(shù)，從客觀事物的圖像中提取信息進行處理，并加以理解，最終用于實際檢測、測量和控制。機器視覺是一項綜合技術(shù)，其中包括：數(shù)字圖像處理技術(shù)、機械工程技術(shù)、控制技術(shù)、電光源照明技術(shù)、光學(xué)成像技術(shù)、傳感器技術(shù)、模擬與數(shù)字視頻技術(shù)、計算機軟硬件技術(shù)、人機接口技術(shù)等。這些技術(shù)在機器視覺中是并列關(guān)系，相互協(xié)調(diào)應(yīng)用才能構(gòu)成一個成功的工業(yè)機器視覺應(yīng)用系統(tǒng)。一個典型的工業(yè)機器視覺應(yīng)用系統(tǒng)包括圖像捕捉系統(tǒng)、光照系統(tǒng)、圖像數(shù)字化模塊、數(shù)字圖像處理模塊、智能判斷決策模塊和機械控制執(zhí)行模塊。

圖像捕捉系統(tǒng)采用CCD攝像機將所要識別的作業(yè)對象和背景轉(zhuǎn)換成圖像信號，以圖像形式記錄下來，然后轉(zhuǎn)變成數(shù)字化信號傳送給專用的圖像處理系統(tǒng)，根據(jù)像素分布亮度和顏色等信息進行各種運算來抽取目標(biāo)的特征，根據(jù)預(yù)設(shè)的容許度和其他條件輸出判斷結(jié)果。

光照系統(tǒng)為圖像采集提供合適的照明，以利于后續(xù)圖像的處理與分析。

圖像數(shù)字化模塊、數(shù)字圖像處理模塊、智能判斷決策模塊是機器視覺系統(tǒng)的核心，供計算機進行特定的處理，處理完畢的數(shù)字信號需要轉(zhuǎn)換成視頻信號由顯示器顯示，并經(jīng)圖像采集板輸出端輸出，以控制相應(yīng)的執(zhí)行機構(gòu)。

機械控制執(zhí)行模塊根據(jù)計算機的指令進行動作，最終完成系統(tǒng)所需的任務(wù)。

3 藥片包裝缺損檢測系統(tǒng)的總體設(shè)計方案

基于機器視覺技術(shù)的藥片包裝缺損檢測系統(tǒng)總體上由硬件和軟件兩大部分組成，其工作原理是：包裝好的藥片在傳送裝置中傳輸，傳送裝置在機器中分為兩個區(qū)域：檢測區(qū)和分離區(qū)。在檢測區(qū)，通過高速CCD攝像機將傳送中的連續(xù)的藥片圖像傳輸?shù)接嬎銠C中。計算機對記錄下的圖像進行分析，分辨出未填置藥片的廢板。當(dāng)藥板進行切割后進入分離區(qū)時，橫向安置的噴槍射出高壓氣體把廢板快速吹出，落入廢品箱，而成品藥板正常落入成品區(qū)，從而實現(xiàn)成品和廢品的分離。

基于機器視覺技術(shù)的藥片包裝缺損檢測系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖l所示。為了充分利用原生產(chǎn)線，并有效地進行藥片包裝缺損檢測，可在檢測區(qū)安裝兩臺CCD攝像機進行可靠檢測，并加裝適當(dāng)?shù)恼彰髟O(shè)備增強檢測效果。

4 檢測系統(tǒng)硬件實現(xiàn)

基于機器視覺技術(shù)的藥片包裝缺損檢測系統(tǒng)的硬件包括攝像系統(tǒng)和分離系統(tǒng)兩部分。

4．1 攝像系統(tǒng)

攝像系統(tǒng)采用工業(yè)中廣泛采用的電荷耦合性固體攝像機（CCD），它由固體攝像器件作為感光元件，具有動態(tài)范圍大、光譜響應(yīng)范圍寬、體積小、功耗低和可靠性高等特點。CCD圖像傳感器的輸出簡單，可以很方便地把圖像信號的空間分布按照一個確定的線性關(guān)系轉(zhuǎn)換為電信號的時序分布，并進行后續(xù)處理。CCD能與MOS電路集成在一個芯片上，既具有光電轉(zhuǎn)換功能，又具有信號存儲、轉(zhuǎn)移和讀出功能，因此CCD圖像傳感器可看成一個圖像變換器，把一幅空間分布的光圖像變換成按時間順序分布的視頻電壓信號，傳輸給計算機進行處理。

CCD攝像機按照其使用的CCD器件可以分為線陣式和面陣式兩大類，因為線陣CCD攝像機一次只能獲得圖像的一行信息，被拍攝的物體必須以直線形式從攝像機前移過才能獲得完整的圖像，針對工作實際，這里采用線陣式CCD攝像機。

4．2 圖像采集卡

在基于PC機的機器視覺系統(tǒng)中，圖像采集卡是控制攝像機拍照完成圖像采集與數(shù)字化協(xié)調(diào)整個系統(tǒng)的重要設(shè)備，其結(jié)構(gòu)設(shè)計和性能對整個系統(tǒng)的效率密切相關(guān)。一般的圖像采集卡具有以下功能模塊：圖像信號的接收與A／D轉(zhuǎn)換模塊；攝像機控制輸入輸出接口；總線接口；通訊接口。

本系統(tǒng)使用NI公司的PCI—1408圖像采集卡，它支持多路圖像采集，并且采用雙CCD輸入以提高系統(tǒng)的分辨率和可靠性，藥板的圖像經(jīng)CCD攝像頭再經(jīng)采集卡轉(zhuǎn)化為數(shù)字化圖像輸入計算機，經(jīng)計算機處理后判斷是否有廢板出現(xiàn)。

4．3 分離系統(tǒng)

分離系統(tǒng)主要是氣槍的設(shè)計，包括氣槍噴氣口的形狀、位置、噴氣壓力及噴氣時間的控制等。氣槍噴氣口與攝像頭的距離和傳輸帶的運行速度決定了噴氣的時間及延時時間，這里通過計算機對整個運行過程的實時計算，給控制器發(fā)出指令，控制器控制氣槍進行動作，使其在指定的時間后噴射氣流，將廢板吹入廢品箱。

5 檢測系統(tǒng)的控制

控制系統(tǒng)包括識別算法、用戶界面和通信三個子系統(tǒng)，分別完成檢測識別、氣槍控制和通訊功能。

系統(tǒng)軟件基于Windows平臺，用Delphi語言編寫，并引入了NI公司的LabVIEW語言進行圖形處理。軟件結(jié)構(gòu)如圖2所示，共分為參數(shù)設(shè)置、預(yù)處理、數(shù)字圖像處理、智能判斷決策、機械控制、通訊和用戶界面七個模塊。參數(shù)設(shè)置提供數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)文件的設(shè)置和存儲操作；預(yù)處理模塊按照設(shè)定的值完成初始化操作；數(shù)字圖像處理模塊完成實時采集的CCD圖像的數(shù)字化處理；智能判斷決策模塊進行圖像數(shù)據(jù)的比較和判斷處理；機械控制模塊完成氣槍電路的控制；通訊模塊完成檢測系統(tǒng)與上位機和數(shù)據(jù)庫的雙向通訊及統(tǒng)計數(shù)據(jù)的上報；用戶界面采用圖形方式，為用戶提供方便的操作和統(tǒng)計顯示，便于用戶在檢測品種改變時及時更換參數(shù)設(shè)置值并增刪或修改數(shù)據(jù)庫。

6 結(jié)束語

這種能代替人的檢測、分類工作的機器視覺系統(tǒng)，能夠大幅降低檢驗成本，提高產(chǎn)品質(zhì)量，大大提高勞動生產(chǎn)率，并為勞動者創(chuàng)造一個舒適的工作環(huán)境。利用機器視覺識別系統(tǒng)代替人工進行藥片包裝檢測具有實用價值，特別在自動化生產(chǎn)線上代替人工從事快速、單調(diào)的產(chǎn)品檢驗工作，可以達到快速，準(zhǔn)確的效果。