摘 要：提出了基于機器視覺的葡萄糖檢測試驗方案，介紹了葡萄糖藥液視覺檢測原理和試驗裝置硬件結構和工作原理，詳細闡述了圖像采集卡和攝像機的配合應用和軟件工作流程。 關鍵詞：機器視覺 葡萄糖檢測 圖像采集卡 CCD攝像機

Design of a Glucose Inspection System based on Machine Vision

Abstract: A project of glucose inspection based on machine vision is presented, the principle of vision inspection and the hardware structure is introduced, the cooperation of image grabber and CCD cameras and software process are expounded in detail. Key word: Machine vision; glucose inspection; image grabber; CCD camera 1 引言 　　隨著工業(yè)技術的發(fā)展和質量檢測標準的提高，高速醫(yī)藥流水生產線上傳統(tǒng)的質量檢測方法速度慢、檢測質量受人為因素和工作環(huán)境的影響衛(wèi)生條件難以保障，為滿足現(xiàn)代質量控制和流程控制要求，需要研究更先進的檢測技術來完成醫(yī)藥產品的質量檢測。 　　機器視覺技術在醫(yī)療中的應用非常廣泛，現(xiàn)代很多高難度的手術都要在機器視覺的配合下完成，比如皮膚的檢測，腦部CT成像，視覺手術等。在醫(yī)學上機器視覺還被應用在一些醫(yī)藥產品的檢測，醫(yī)學的一些科學研究中，比如葡萄糖藥液檢測，染色體檢測，紅細胞檢測等[1]。 　　為了有效解決現(xiàn)代醫(yī)藥生產線上的產品實時檢測問題，本文針對葡萄糖藥液的質量檢測設計了一套檢測試驗系統(tǒng)。設計目標就是：利用機器視覺技術，使用多臺CCD攝像機、專用光源、工性能的工業(yè)計算機來取代人工，實現(xiàn)葡萄糖質量的自動檢測。本實驗系統(tǒng)的設計為研制高精度、高速的智能葡萄糖自動檢測裝置提供了有效的依據(jù)[2]。 2 葡萄糖檢測流程 　　藥用葡萄糖注射液的生產流程如圖1所示，首先通過高濃度的葡萄糖加適當比例的蒸餾水得到葡萄糖溶液，然后葡萄糖溶液灌裝到經過高溫和紫外線消毒的容器里面進行封裝。封裝后的產品在進行質量檢測，檢測的對象主要是： 　?。?） 藥液里面的懸浮物，如不容性雜質，玻璃纖維等; 　?。?） 瓶身的缺陷; 　?。?） 瓶身有未清洗干凈的臟污; [align=center] 圖1 葡萄糖生產工藝流程[/align] 　　傳統(tǒng)的檢測方法是人工檢測，檢測車間設在一間獨立的暗房中，帶檢測的葡萄糖用人工的方式放在流水線上，流水線的速度由檢測工人控制，當藥品傳送到檢測工人面前時，工人將其從流水線上拿出，在專用的燈箱下判斷產品質量是否合格。 　　人工檢測存在著很大的弊端： 　　1） 現(xiàn)代生產線的速度越來越高，人工檢測很難滿足流水線的檢測速度; 　　2） 現(xiàn)代制造強調實時、在線、非接觸檢測，確保對制造過程實現(xiàn)全面控制，提高生產效率和產品的合格率，這是傳統(tǒng)檢測手段無法提供的; 　　3） 現(xiàn)代產品的制造精度大大提高，要求相應高精度的檢測方法。 　　4） 傳統(tǒng)的人工無法持續(xù)保持一致的檢測效果;不同的檢測者之間存在差異;無法實現(xiàn)實時的流程控制; 　　5） 傳統(tǒng)檢測無法適應現(xiàn)代的質量控制和統(tǒng)計流程控制（SPC）。 3 檢測試驗系統(tǒng)搭建 　　對于葡萄糖藥液里面的微小的玻璃屑、橡膠屑或其他的一些不溶性顆粒，在靜止的情況下一般都沉淀在瓶底或懸浮在藥瓶的上端，人工檢測需要葡萄糖液體倒置，使其液體發(fā)生運動，同時也帶動固體雜質的運動，雜質隨著藥體運動到中心區(qū)域，此時再觸發(fā)攝像機采集圖像可以拍攝清晰的次品圖像，也可以通過判斷運動目標的方式來判斷是否存在雜質?；谶@樣的檢測原理，本實驗系統(tǒng)設計了一個高速的旋轉平臺，旋轉平臺可以帶動藥瓶做高速的旋轉然后劇停，從而帶動雜質運動到檢測區(qū)域。 　　3.1 平臺的硬件結構圖 　　如圖2所示，待檢測的葡萄糖藥瓶被卡在轉床上，轉床旋轉的時候帶動藥瓶高速旋轉，用于機器視覺的專用LED光源安裝在如圖所示的光源盒內，CCD攝像機將拍攝到的圖像傳輸?shù)焦た貦C。下面對硬件平臺作詳細的介紹。 [align=center] 圖2 葡萄糖雜質檢測裝置結構圖[/align] 　?。?） 把手：按照上圖所示的方向轉動把手可以帶動瓶卡上下運動，以便放置藥瓶; 　?。?） 電機：普通的交流電機，帶動轉床的主軸高速轉動; 　?。?） 上端瓶卡：將葡萄糖瓶卡在底座上，當轉動把手時瓶卡作上下運動方便放置藥瓶; 　?。?） 光源盒：光源盒里放置一環(huán)形紫外光源，透過瓶底向上照射藥體; 　?。?） CCD攝像機：負責拍攝運動的藥體; 　　（6） 工控機：負責處理CCD攝像機拍攝到的圖像序列; 　　3.2工作過程 　?。?） 轉動把手將上端瓶卡向上提起，放置待檢測的葡萄糖藥瓶于底座上; 　?。?） 放下把手，將其卡緊，開啟轉床，轉床的主軸帶動瓶卡高速轉動，由于摩擦力的作用瓶卡帶動藥瓶也做高速的轉動; 　　（3） 停止轉床，瓶卡停止轉動，葡萄糖藥瓶停止轉動，但藥液在慣性的作用下繼續(xù)轉動之后緩慢停止; 　?。?） 在此過程中連續(xù)拍攝7幅圖像，在這一序列的運動圖像中，對運動目標進行識別; 　?。?） 當識別到的目標超過規(guī)定的容許指標時，判斷此瓶藥液為不合格 　　3.3 視覺成像系統(tǒng)配置 　　圖像采集部分將完成流水線上的運動圖像獲取，圖像采集部分采集圖像質量的好壞將直接影響整個檢測效率[3]。圖像采集部分主要由CCD攝像機完成。CCD攝像機攝取圖像信號，由圖像采集卡將圖像信號采集進來。本套實驗裝置選用兩個方位的攝像機對待檢測物體進行檢測，一個俯拍位一個側拍位，對有些待檢測物體可以進行多方位的檢測。攝像機采用的是Pulnix公司的TM6703[4]，采集卡選用的是Matrox公司的Cornora2[5]。 　　Matrox Corona Ⅱ 是Matrox Graphics Inc., 生產的圖像控制器，可采集隔掃描/逐行掃描的分量RGB信號和單/雙路黑白模擬視頻信號; 3路10bit A/D轉換器;24-bit RS-422/LVDS 數(shù)字接口;模擬情況下采集率達到30MHz，RS-422數(shù)字模式下達到25 MHz，LVDS數(shù)字模式下達到40 MHz ;連接2個RGB或6個模擬黑白視頻信號; 32-bit/33MHz PCI總線主模式 ;擴展板上實時采集存儲 ;可同時支持模擬VGA和獨立的數(shù)字VGA或TV輸出[4]。 　　Pulnix公司的TM6703是1/2寸，648＊484，快門速度為1/60～1/32000 秒，同時帶有異步重置功能。當VINIT脈沖發(fā)生作用時，重置攝像機的掃描清除CCD。當在異步模式下和外部VINIT高電平信號的作用下，異步功能將自動被選擇，信號讀出會被禁止直到有觸發(fā)。下面是攝像機異步重置的三種模式： 　　1）控制脈沖寬度的外部VINIT：快門速度有脈沖寬度來控制; 　　2）快速內部觸發(fā)模式：當VINIT的下降沿和外部HD是一樣的時候，信號抓取沒有延時，否則，會有0-1HD的延時; 　　3）慢速內部觸發(fā)模式：快門速度可以選擇在1/250-1/2000秒，如果VINIT和外部HD的下降沿相同，并且啟動了積分充電，在VINIT下降沿攝像機放電。輸出延時取決于選擇的快門速度。 4 檢測試驗流程 　　通過前面的分析可知，在葡萄糖懸浮物檢測的試驗中需要一個高速的旋轉平臺配合使用。整套試驗系統(tǒng)的操作流程如圖3所示： 　　首先系統(tǒng)開機，所有設備初始化，根據(jù)葡萄糖懸浮物檢測的要求配置攝像機和采集卡的參數(shù)。然后，啟動旋轉平臺，旋轉平臺旋轉30秒帶動葡萄糖液體作高速的旋轉，停止旋轉平臺，延時10秒后液體緩慢停止，此時相機拍攝序列圖像。 5 本文創(chuàng)新點 　　（1）本文將機器視覺技術應用在了葡萄糖藥液質量檢測上，實現(xiàn)了無接觸式的檢測，在藥品安全上和檢測精度上都對傳統(tǒng)人工檢測有著重大的改進。 　　（2）本文根據(jù)葡萄糖藥液雜質的特點設計旋轉式檢測裝置。 　　（3）根據(jù)葡萄糖藥液雜質檢測的特點設計了專用的視覺成像方案。 [align=center] 圖3 葡萄糖雜質檢測流程[/align] 6 參考文獻 　　[1] Rafael C. Gonzalez , Richard E. Woods .Digital Image Processing （second Edition）.Pubulishing House of Electronics Industry , Beijing. 2002. 　　[2] 鄭世茶, 毛罕平, 胡波等.機器視覺識別棉花病害中的形態(tài)特征提取[J].微計算機信息， 2007，04-1：P290-292. 　　[3] 王威, 王耀南, 李樹濤等. 基于機器視覺的在先檢測實驗平臺研制. 中國儀器儀表,2006,（4）.62-64. 　　[4] Matrox Corona2 installation and hardware Reference[z]. Matrox Electronic Systems Ltd. April 23, 2001. 　　[5] PULNIX TMC6703 Manual[z].PULNIX America Inc. 2004.