基于机器视觉技术的药片包装缺损检测系统

目前大多(duō)数制药厂在药片包装生产線(xiàn)上，一般采用(yòng)人工进行目测的方法分(fēn)拣次品，检测人员的工作状况对于检测效果有(yǒu)着很(hěn)大的影响，而且这种工作方式检测效率低、成本高、劳动强度大。手工劳动的插入严重影响了药片包装生产線(xiàn)的工作效率，不但浪费了大量的劳动力资源，而且包装质量不能(néng)从根本得到保证。有(yǒu)些厂家采用(yòng)長(cháng)时间录像机进行录像方式来弥补由于人工检测所带来的失误，但这失去了实时检测的意义，同时也存在检测成本高的问题。

利用(yòng)机器视觉系统代替人进行药片包装缺损检测，可(kě)以提高生产效率，降低生产成本。基于机器视觉技术的药片包装缺损检测系统是一个集机器视觉、光传感器和机電(diàn)等技术于一體(tǐ)的机電(diàn)一體(tǐ)化产品，而且具有(yǒu)计算机精度高、速度快的特点，能(néng)迅速而准确地检测出药片包装的缺损，并对其进行综合分(fēn)析，从而对成品和废品进行可(kě)靠分(fēn)离。

一、机器视觉概念

机器视觉又(yòu)称计算机视觉，是用(yòng)计算机来模拟人或再现与人类视觉有(yǒu)关的某些智能(néng)行為(wèi)的技术，从客观事物(wù)的图像中提取信息进行处理(lǐ)，并加以理(lǐ)解，最终用(yòng)于实际检测、测量和控制。机器视觉是一项综合技术，其中包括：数字图像处理(lǐ)技术、机械工程技术、控制技术、電(diàn)光源照明技术、光學(xué)成像技术、传感器技术、模拟与数字视频技术、计算机软硬件技术、人机接口技术等。这些技术在机器视觉中是并列关系，相互协调应用(yòng)才能(néng)构成一个成功的工业机器视觉应用(yòng)系统。一个典型的工业机器视觉应用(yòng)系统包括图像捕捉系统、光照系统、图像数字化模块、数字图像处理(lǐ)模块、智能(néng)判断决策模块和机械控制执行模块。
图像捕捉系统采用(yòng)CCD摄像机将所要识别的作业对象和背景转换成图像信号，以图像形式记录下来，然后转变成数字化信号传送给专用(yòng)的图像处理(lǐ)系统，根据像素分(fēn)布亮度和颜色等信息进行各种运算来抽取目标的特征，根据预设的容许度和其他(tā)条件输出判断结果。
光照系统為(wèi)图像采集提供合适的照明，以利于后续图像的处理(lǐ)与分(fēn)析。
        图像数字化模块、数字图像处理(lǐ)模块、智能(néng)判断决策模块是机器视觉系统的核心，供计算机进行特定的处理(lǐ)，处理(lǐ)完毕的数字信号需要转换成视频信号由显示器显示，并经图像采集板输出端输出，以控制相应的执行机构。
        机械控制执行模块根据计算机的指令进行动作，最终完成系统所需的任務(wù)。

二、药片包装缺损检测系统的总體(tǐ)设计方案

基于机器视觉技术的药片包装缺损检测系统总體(tǐ)上由硬件和软件两大部分(fēn)组成，其工作原理(lǐ)是：包装好的药片在传送装置中传输，传送装置在机器中分(fēn)為(wèi)两个區(qū)域：检测區(qū)和分(fēn)离區(qū)。在检测區(qū)，通过高速CCD摄像机将传送中的连续的药片图像传输到计算机中。计算机对记录下的图像进行分(fēn)析，分(fēn)辨出未填置药片的废板。当药板进行切割后进入分(fēn)离區(qū)时，横向安置的喷枪射出高压气體(tǐ)把废板快速吹出，落入废品箱，而成品药板正常落入成品區(qū)，从而实现成品和废品的分(fēn)离。

基于机器视觉技术的药片包装缺损检测系统总體(tǐ)结构如图l所示。為(wèi)了充分(fēn)利用(yòng)原生产線(xiàn)，并有(yǒu)效地进行药片包装缺损检测，可(kě)在检测區(qū)安装两台CCD摄像机进行可(kě)靠检测，并加装适当的照明设备增强检测效果。

三、检测系统硬件实现
        基于机器视觉技术的药片包装缺损检测系统的硬件包括摄像系统和分(fēn)离系统两部分(fēn)。

1.摄像系统

        摄像系统采用(yòng)工业中广泛采用(yòng)的電(diàn)荷耦合性固體(tǐ)摄像机（CCD），它由固體(tǐ)摄像器件作為(wèi)感光元件，具有(yǒu)动态范围大、光谱响应范围宽、體(tǐ)积小(xiǎo)、功耗低和可(kě)靠性高等特点。CCD图像传感器的输出简单，可(kě)以很(hěn)方便地把图像信号的空间分(fēn)布按照一个确定的線(xiàn)性关系转换為(wèi)電(diàn)信号的时序分(fēn)布，并进行后续处理(lǐ)。CCD能(néng)与MOS電(diàn)路集成在一个芯片上，既具有(yǒu)光電(diàn)转换功能(néng)，又(yòu)具有(yǒu)信号存储、转移和读出功能(néng)，因此CCD图像传感器可(kě)看成一个图像变换器，把一幅空间分(fēn)布的光图像变换成按时间顺序分(fēn)布的视频電(diàn)压信号，传输给计算机进行处理(lǐ)。
        CCD摄像机按照其使用(yòng)的CCD器件可(kě)以分(fēn)為(wèi)線(xiàn)阵式和面阵式两大类，因為(wèi)線(xiàn)阵CCD摄像机一次只能(néng)获得图像的一行信息，被拍摄的物(wù)體(tǐ)必须以直線(xiàn)形式从摄像机前移过才能(néng)获得完整的图像，针对工作实际，这里采用(yòng)線(xiàn)阵式CCD摄像机。

2.图像采集卡

    在基于PC机的机器视觉系统中，图像采集卡是控制摄像机拍照完成图像采集与数字化协调整个系统的重要设备，其结构设计和性能(néng)对整个系统的效率密切相关。一般的图像采集卡具有(yǒu)以下功能(néng)模块：图像信号的接收与A／D转换模块；摄像机控制输入输出接口；总線(xiàn)接口；通讯接口。
本系统使用(yòng)NI公司的PCI—1408图像采集卡，它支持多(duō)路图像采集，并且采用(yòng)双CCD输入以提高系统的分(fēn)辨率和可(kě)靠性，药板的图像经CCD摄像头再经采集卡转化為(wèi)数字化图像输入计算机，经计算机处理(lǐ)后判断是否有(yǒu)废板出现。

3.分(fēn)离系统
    分(fēn)离系统主要是气枪的设计，包括气枪喷气口的形状、位置、喷气压力及喷气时间的控制等。气枪喷气口与摄像头的距离和传输带的运行速度决定了喷气的时间及延时时间，这里通过计算机对整个运行过程的实时计算，给控制器发出指令，控制器控制气枪进行动作，使其在指定的时间后喷射气流，将废板吹入废品箱。

四、检测系统的控制

        控制系统包括识别算法、用(yòng)户界面和通信三个子系统，分(fēn)别完成检测识别、气枪控制和通讯功能(néng)。
        系统软件基于Windows平台，用(yòng)Delphi语言编写，并引入了NI公司的LabVIEW语言进行图形处理(lǐ)。软件结构如图2所示，共分(fēn)為(wèi)参数设置、预处理(lǐ)、数字图像处理(lǐ)、智能(néng)判断决策、机械控制、通讯和用(yòng)户界面七个模块。参数设置提供数据库数据文(wén)件的设置和存储操作；预处理(lǐ)模块按照设定的值完成初始化操作；数字图像处理(lǐ)模块完成实时采集的CCD图像的数字化处理(lǐ)；智能(néng)判断决策模块进行图像数据的比较和判断处理(lǐ)；机械控制模块完成气枪電(diàn)路的控制；通讯模块完成检测系统与上位机和数据库的双向通讯及统计数据的上报；用(yòng)户界面采用(yòng)图形方式，為(wèi)用(yòng)户提供方便的操作和统计显示，便于用(yòng)户在检测品种改变时及时更换参数设置值并增删或修改数据库。

 这种能(néng)代替人的检测、分(fēn)类工作的机器视觉系统，能(néng)够大幅降低检验成本，提高产品质量，大大提高劳动生产率，并為(wèi)劳动者创造一个舒适的工作环境。利用(yòng)机器视觉识别系统代替人工进行药片包装检测具有(yǒu)实用(yòng)价值，特别在自动化生产線(xiàn)上代替人工从事快速、单调的产品检验工作，可(kě)以达到快速，准确的效果。