药品包装的在线检测

作者：西安至信控制系统集成有限公司 苑学功

欢迎访问e展厅 展厅 10 机器视觉展厅 工业相机, 镜头, 视觉传感器, 图像采集卡, 视觉光源, ... 在片剂、胶囊的生产中，利用在线检测系统对产品的质量进行检测，更快、更准确，大大方便了药物的生产过程。 在线检测技术概述 包装机过去一直沿用肉眼检测，存在着眼睛疲劳、情绪化等不确定因素；而机械触摸式检测、光电开关检测等装置检测因为存在安装调试难、检测精度不高、检测速度慢和检测不稳定等因素，难以实现检测产品的准确化。药品包装在线检测系统是利用计算机视觉原理，采用图像和信号处理的手段进行药品检测。此项技术的成功开发与产业化生产，实现了国内企业拥有此项专利技术产权，缩短了我国在药品检测方面与国外的差距，填补了国内空白，提高了药品的检测质量，每台销售价格不到国外同类产品的十分之一，为客户大大节省了成本。 检测原理 当药片到达指定位置时，触发部件启动，图像处理单元启动，结构光发生器和专用摄像头工作，并快速获取多幅图像数据。这些图像数据包含药片（胶囊）信息，图像处理单元将这些图像进行一些数学变换或形态操作，得到每一粒药片的最优特征描述。根据所提取的特征对目标进行分析。如发现不合格产品，即可与外部设备通讯，告知外设出错药粒的信息，同时在指定位置将其剔除。 药品包装在线检测系统 药品包装在线检测系统由3个模块构成：图像采集，图像处理和检测，结果输出。其中图像处理和检测是整个系统的核心部分。 图像采集 摄像机拍摄要检测的药品，通过采集卡将数字化的图像传送给计算机，等待处理。 图像处理和检测 图像处理包括预处理和特征提取，图像检测则是进行特征匹配同时输出最后的检测信息。图像预处理是在特征提取前先对图像进行明暗对比调整、平滑、滤波去噪（一般采用高斯核函数）或二值化，以便为后面的特征提取做好准备。 其中T为阈值。 图像的特征提取是检测成功与否的关键，实际中应根据不同的检测对象提取不同的特征，常用的特征包括面积、色调信息、边缘信息、纹理特征、特征点、深度信息等等。特征提取过程是将图像象素的灰度空间映射到特征空间。 结果输出 将检测结果输出给外部设备进行剔除，输出信息主要包括出错的位置信息。 图像处理主要采取的措施 对被检测图像进行合适的处理和变换，是提取图像特征的必须工作。由于被检测的产品多种多样，检测环境（人员走动、光线、机械震动）不同，需要采用不同的图像变换，并利用实际的一些经验。 ■设置感兴趣区域（以下简称ROI）以提取有效信息 在药品图像检测过程中，药品在一定的范围内运动（约占图像区域的2/3），在该范围外的图像信息对检测来说都是无效的，因此，我们可以在图像处理单元上设置兴趣区域ROI，仅对这部分信息进行处理和存储。 ■采用查找表变换、亮度/对比度调整与灰度变换 使用查找表变换方法可以对图像的灰度进行线性、指数、对数、平方、开方、幂、倒数幂等变换，人为地使某些灰度范围得以加强或削弱，可以突出位于某些灰度范围的图像细节。亮度/对比度调整可以扩大图像灰度范围及相对亮度。灰度变换是专为观察缺陷而设计的图像处理算法，在药品图像中，缺损的灰度值与完好药品的灰度不同，因此灰度变换是先对图像进行对比度均衡，使其灰度分布于整个灰度区间，然后再对均衡后的像素做类似于磁滞回线形式的灰度查找表变换，从而将中间某一区域的灰度拉伸而将两端无效的灰度信息压缩，通过动态调整参数而改变，可以显著显示出药片的缺陷（如图1）。 ■空间滤波与边缘增强措施以提高可靠性 当灰度值信息空间可分性不明显时，以面积作为分类的特征信息效果就会很差，为了突出缺损的细节，我们可采用高通滤波器中的方向梯度算子(Gradient)(包括Prewitt算子和Sobel算子)，拉普拉氏算子(Laplacian)等进行边缘提取、边缘增强、轮廓提取等操作，以边缘信息（图像的边缘信息可分性强）作为特征进行提取（如图2）。 ■在变换域中进行特征提取 当图像的边缘较模糊，同时又不能进行灰度空间的划分时，边缘信息是唯一可以利用的信息，如图3。我们可以在变换域下（通常指频率域或小波域）进行多尺度多频段的特征提取。常用的图像变换有DCT、FFT、Harr、DWT变换，在变换域中的线性可分性提高，使特征提取更为方便，最简单的方法是能量判别。 ■色彩分析 将RGB信息映射到别的颜色表示空间（如HSV）进行特征提取。可以进行彩色药粒特别是彩色胶囊或包装上的异物检测。 ■灰度形态分析、特征标注等 灰度图像的形态分析方法就是对药片图像进行腐蚀、膨胀操作。腐蚀操作可以使亮点变小、暗点变大；膨胀操作可以使亮点变大、暗点变小。对药片图像进行膨胀、腐蚀或两者的有序组合操作可以突出缺损的细节，增加边缘的对比度。 系统的应用 西安至信公司的药品包装在线检测系统已非常成熟，全球已有很多知名的药品生产公司成为我们的客户，其中包括GlaxoSmiTHKline、MERCK、JAMSSEN、ASTRA、SANOFI等世界500强公司。仅中国大陆和台湾地区的100多家药厂就已使用300多台。并且已和世界知名的包装机公司—UHLMANN形成了配套销售。(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者，请点击此处) (10/20/2010)