基于机器视觉的大输液智能灯检机研究

　　引 言

　　大输液是我国药品中五大类重要制剂之一，是临床上应用十分广泛的产品。如今我国的大输液产量已位居世界产量榜首，年产量及年销售量分别达到 60 亿瓶和 45 亿瓶。但由于生产工艺或生产环境等方面的原因，大输液产品中可能含有玻璃碎屑、铝屑、橡皮屑、毛发、纤维等异物，对用者造成极大的危害。目前，国内各厂家普遍采用暗室中的人工灯检，其检测结果主观性强，检测效率低、精度低、范围窄，检测人员劳动强度大且容易疲劳，漏检率更是随之攀升。基于机器视觉[1]的大输液智能灯检机运用图像处理、分析及识别技术对大输液产品进行在线自动化检测，提高了检测的速度和精度，解放了人力资源，具有巨大的经济效益和社会效益。

　　本文研究的基于机器视觉的大输液智能灯检机摒弃了传统工业视觉检测[2]系统对单帧图像进行检测的方式，采用专业的工业级高速图像采集系统获取连续多帧图像完成检测。它运用文中提出的算法，利用序列图像在时间和空间上的连续性[3-4]克服了从大量干扰背景下分割出细小目标这一难题。巧妙的机械传动设计保证了图像采集系统能够获得每一瓶大输液产品的无视角偏差序列图像，避免了耗时的图像配准，提高了系统实时性。文中给出的光源和照明方式是经过反复实验后得出的，有利于获取高质量图像。

　　1 大输液智能灯检机系统结构

　　1.1 大输液灯检机组成结构

　　针对大输液中可能存在的多种异物，国外有学者将其分为两大类[5]：将颜色较暗的划分为黑色，颜色较浅的划分为白色，见表1。由于采用一种照明方式区分黑白两种异物会增加算法的复杂性，因此，针对不同类别的对象，灯检机设置两个检测工位：1 号检测工位和2 号检测工位。各工位处首先采用机械装置对输液瓶进行高速旋转-急停，然后由反光镜与摄像机相配合拍摄连续无视角偏差的序列图像。智能灯检机的总体结构简图如图1 所示。

　　产品输入口和输出口分别与生产线相连，1 号检测工位检测黑色异物，2 号检测工位检测白色异物。若为不合格产品，则不合格指示灯亮，剔出模块将剔出该产品。若为合格产品，则不对其作任何处理，由生产线传送带送走。两个检测工位结构相同，待检产品进入检测工位后将由直线传送改为轮盘旋转传送，轮盘设置磁性传感器，划定出旋转区域与急停区域。一台工业高速CCD 摄像机固定于输液瓶传送队列内侧，通过一快高反光镜对进入急停区域的输液瓶进行跟踪拍摄。整个图像获取过程如图2 所示。

　　首先由机械装置使进入旋转区的输液瓶加速旋转，在输液瓶即将离开旋转区域时停止加速，输液瓶作自由旋转(减少因振荡带来的气泡)。当输液瓶 n 完全进入急停区时，灯检机将控制机械装置使输液瓶急停，瓶内液体由惯性作用将继续旋转，此时摄像机通过反光镜开始拍摄输液瓶 n 的连续序列图像，如图2(a)。输液瓶在圆盘上继续传送，反光镜相应旋转一定角度，确保摄像机能跟踪捕捉到输液瓶 n 的序列图像，如图2(b)所示(注意此时输液瓶 n-1 还未完全进入急停区域)。输液瓶 n 继续向前传送，反光镜也继续作相应转动，直至输液瓶n-1 完全进入急停区域，此时反光镜立即返回图 2(a)所示位置，开始跟踪输液瓶 n-1，如图2(c)。这样便完成了对输液瓶 n 的连续序列图像获取。