CN105115986A - 一种中药口服液瓶中可见异物检测系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种中药口服液瓶中可见异物检测系统及方法，系统包括机械模块、成像模块以及图像处理模块，中药口服液瓶竖直放置在机械模块的工位上，成像模块设置在工位背面，机械模块和成像模块均与图像处理模块相连；成像模块包括漫反射型LED面光源、反光板及CCD相机；漫反射型LED面光源设置在中药口服液瓶的背面，反光板设置于中药口服液瓶正上方，CCD相机设置于中药口服液瓶的正前方。在一个视场上拍多个口服液瓶，同时对多个口服液瓶进行可见异物检测。改善了成像光路，并且可以每次并行检测多瓶中药口服液，提高了检测速度，能更好地实现生产线上的高速检测，而且该系统也能应用于其它澄清液体试剂如安瓿瓶中液体的可见异物检测。

Description

一种中药口服液瓶中可见异物检测系统及方法

技术领域

本发明涉及一种中药口服液瓶中可见异物检测系统及方法。

背景技术

近年来，市场上中药口服液的种类和数量增长迅速。由于中药口服液特有的工艺以及生产车间一些不可控因素，中药口服液的澄明度问题一直困扰着厂家。对于中药口服液的可见异物检测环节也越来越受到人们的关注。国家药典2010规定注射剂中含有异物的粒径或长度大于50μm就视为不合格，所以对于可见异物的检测针对的也是那些尺寸大于50μm的异物颗粒^[1]。现在国内大多数厂家采用的都是人工灯检：即在黑色背景下，以强光为光源，灯检工完全依靠手工和肉眼逐瓶进行检查。这种检查具有人眼损伤大，检测标准不统一，检测结果不稳定，漏检率高，检测速度慢等缺点^[2]。因此国内厂家也希望能有满足要求的自动灯检设备出现，提升生产力和检测的准确度。

直接引进国外成熟的药检设备，耗资昂贵，而且由于中药口服液与一般的透明输液在特性上和生产工艺上都有所不同，使用达不到较好的检测效果。国内在中药口服液自动灯检的研究方面目前相对较少，主要的还是针对大输液等透明药剂的可见异物检测自动化研究，采用的方法大部分都是基于机器视觉的可见异物检测方法^[2-5]。已有的一些研究也主要是用检测大输液瓶类似的方法直接用来检测中药口服液^[6]，还有的主要是更改为其他波长的光源来更好地透过玻璃瓶，没很好地解决成像这个问题。口服液瓶相比于大输液瓶，其形状细长，若每次只对一个药瓶进行拍照检测，没有充分利用每次拍照的相机像素，速度慢，较难满足生产线高速检测要求；另一方面，直接对口服液瓶进行照射，边缘不容易很好地透过。因此本发明首先对药瓶的成像方面进行研究和多次试验，采用漫反射型的LED红色面光源对药瓶进行照明。考虑到中药口服液瓶相比于一般大输液瓶直径小的特点，在药瓶顶端加一个能进行漫反射光的金属盖子，这样一来就能多角度多方向地对中药口服液瓶进行照明，实验表明能得到更清晰的图像；同时采取并行对多个药瓶(实验时是以同时对三个为例)进行检测的方法，每张图片拍多个药瓶，充分利用相机视场，大大加快了检测速度。国内的许多输液可见异物检测研究都集中于图像处理这个步骤，力求设计更优的算法来更好地识别异物和提高检测精度^[7-8]。究其原因就是可见异物目标很小，与气泡等噪声容易混淆，且与背景灰度值接近等。所以不少研究人员在异物识别方面进行了研究，如基于支持向量机的异物分类法、人工免疫算法、网络神经算法等。

发明内容

本发明针对上述现有技术中存在的问题，提出了一个能应用于高速生产线的多瓶中药口服液并行检测系统，该系统也能应用于其它液体试剂特别是细长型的液体试剂如安瓿瓶等的可见异物检测。该系统采用漫反射性的LED红色背部面光源，在口服液瓶放置的位置上面加一个反光板，因此相当于能多方向多角度地对中药口服液瓶进行照射，这对于直径小的深色口服液瓶能得到更加完整且更加清晰的像。

本发明图像处理阶段将每张图片中的多个药瓶区分开来，分别同时进行处理分析。图像处理上，首先直接对连续采集的两张图片进行差分，接着再用事先拟合好的阈值对其进行二值化，最后再对其进行形态学膨胀，从而来判断其是否含有异物。

一种中药口服液瓶中可见异物检测系统，包括机械模块、成像模块以及图像处理模块，中药口服液瓶竖直放置在机械模块的工位上，成像模块设置在工位背面，所述机械模块和成像模块均与图像处理模块相连；

所述机械模块上设置有光电传感器，图像处理模块依据光电传感器采集的信号触发成像模块进行拍照；

其中，成像模块包括漫反射型LED面光源、反光板及CCD相机；

所述漫反射型LED面光源设置在中药口服液瓶的背面，所述反光板设置于中药口服液瓶正上方，所述CCD相机设置于中药口服液瓶的正前方。

所述漫反射型LED面光源与中药口服液瓶之间的距离不超过60mm。

所述漫反射型LED面光源为CST视觉光源的P-HFL-100-100-R型号红色面光源。

所述机械模块上的光电传感器为美国邦纳QS18EN6LP光电传感器。

所述反光板的大小至少能覆盖三个中药口服液瓶。

一种中药口服液瓶中可见异物检测方法，采用所述一种中药口服液瓶中可见异物检测系统，包括以下步骤：

步骤1：利用光电传感器检测到连续通过三个中药口服液瓶时，发出拍照触发信号，连续获取两张包含三个中药口服液瓶的待检测图像；

步骤2：对两张待检测图像进行差分处理得到差分图像；

步骤3：对差分图像进行中值滤波，得到增强图像；

步骤4：对增强图像进行二值化操作，得到二值化图像；

步骤5：对二值化图像进行膨胀处理，合并空洞得到目标图像；

步骤6：依据已知的异物成像大小对目标图像中的目标大小进行判断，进行异物检测；

步骤7：利用异物所在整张图像中位置对比预先获取的单个中药口服液瓶图像在整张图像中的位置参数，得到单个中药口服液瓶是否包含异物及异物所在单个中药口服液瓶图像中的位置，完成异物检测。

所述步骤4中进行二值化操作所使用的阈值是通过采用自适应阈值法对多个已知有无异物的中药口服液瓶的差分灰度值图像进行数值统计获得。

当药液内有可见异物颗粒时则会对光进行遮挡，反射，衍射，或者折射，在图片上形成亮度较暗的小斑。由于液体药剂中可见异物在成像平面上仅占几个至几十个像素，没有明显的形状、纹理等特征可以利用，这种空间特性使得传统的利用目标大小、形状以及特性的图像处理技术无法应用，不能够从单帧图像中检测到目标，必须采用基于目标运动特征的序列图像处理方法。目前应用较多的是隔帧二次差分与能量累积相结合的方法^[3,4,7]。这种方法增强了异物灰度值，但同时也增大了噪声。

本发明采用的是连续的两帧进行相减，有效避免噪声。

有益效果

本发明提出了一种中药口服液瓶中可见异物检测系统，包括机械模块、成像模块以及图像处理模块，中药口服液瓶竖直放置在机械模块的工位上，成像模块设置在工位背面，所述机械模块和成像模块均与图像处理模块相连；所述机械模块上设置有光电传感器，图像处理模块依据光电传感器采集的信号触发成像模块进行拍照；其中，成像模块包括漫反射型LED面光源、反光板及CCD相机；所述漫反射型LED面光源设置在中药口服液瓶的背面，所述反光板设置于中药口服液瓶正上方，所述CCD相机设置于中药口服液瓶的正前方。该系统为了能更好地满足生产线上高速检测要求，提出在一个视场上拍多个口服液瓶，同时对多个口服液瓶进行可见异物检测。由于目标异物像素少，且其灰度值与噪声灰度值相差较小，直接用otsu等经典阈值划分方法得到的结果不理想，同时每个口服液瓶所成图像的灰度值分布接近，故采用对多个已知有无异物的口服液瓶的差分灰度值图像进行统计分析拟合出一个合适的阈值。本发明中的图像处理是先对两帧图像进行差分，接着对其用中值滤波方法进行图像增强。然后利用事先模拟出来的阈值对图像进行二值化处理，再对二值图像进行形态学膨胀来合并目标异物内的孔洞，最后再根据目标大小判别其是否为异物。该系统改善了成像光路，并且可以每次并行检测多瓶中药口服液，提高了检测速度，能更好地实现生产线上的高速检测，而且该系统也能应用于其它澄清液体试剂如安瓿瓶中液体的可见异物检测。

附图说明

图1为本发明所述系统的结构示意图；

图2为中药口服液瓶成像示意图，其中，(a)为光源距离中药口服液瓶50mm，(b)为光源距离中药口服液瓶67mm，(c)为光源距离中药口服液瓶100mm；

图3为本发明所述阈值拟合操作示意图；

图4为本发明所述可见异物检测算法流程示意图；

图5为应用本发明进行异物检测的结果示意图，其中，(a)为前一帧图像，(b)为后一帧图像。

具体实施方式

下面将结合附图和实施例对本发明做进一步的说明。

如图1所示，一种中药口服液瓶中可见异物检测系统，包括机械模块、成像模块以及图像处理模块，中药口服液瓶竖直放置在机械模块的工位上，成像模块设置在工位背面，所述机械模块和成像模块均与图像处理模块相连；

所述机械模块上设置有光电传感器，图像处理模块依据光电传感器采集的信号触发成像模块进行拍照；

其中，成像模块包括漫反射型LED面光源、反光板及CCD相机；

所述漫反射型LED面光源设置在中药口服液瓶的背面，所述反光板设置于中药口服液瓶正上方，所述CCD相机设置于中药口服液瓶的正前方。

所述漫反射型LED面光源与中药口服液瓶之间的距离不超过60mm。

在面光源面积确定了的情况下要合理选择面光源到口服液瓶的距离，距离不能太远，否则会出现口服液瓶边缘不能透过，出现如图2所示的情况，图中光源与瓶之间距离从左至右依次为50mm、67mm、100mm；其中，(a)光源距离口服液瓶50mm时拍摄的图像，可以得到瓶内部信息完整的清晰图片；(b)光源距离口服液瓶67mm时拍摄的图像，两瓶边缘已经有光没有透过的黑边出现；(c)光源距离口服液瓶100mm时拍摄的图像，可以看出瓶两边边缘的黑边面积更大了.

由图可以看出当光源与瓶距离较远时，瓶子两边边缘将会出现较大面积没有透的黑边，从而丢失了瓶边缘有用的信息。

在本实例中，所述漫反射型LED面光源为CST视觉光源的P-HFL-100-100-R型号红色面光源。

在本实例中，所述机械模块上的光电传感器为美国邦纳QS18EN6LP光电传感器。

所述反光板的大小至少能覆盖三个中药口服液瓶。

如图4所示，一种中药口服液瓶中可见异物检测方法，采用所述一种中药口服液瓶中可见异物检测系统，包括以下步骤：

步骤1：利用光电传感器检测到连续通过三个中药口服液瓶时，发出拍照触发信号，连续获取两张包含三个中药口服液瓶的待检测图像；

由于没有涉及到颜色信息，为了减少不必要的图片信息，加快处理的速度，我们采用的是一台黑白相机进行图像采集。本系统为了加快检测速度，考虑到中药口服液瓶细长的特征，充分利用相机的可用像素，每次同时对三个高速旋转急停后的口服液药瓶进行检测，即每张图片上拍三个药瓶，每三个药瓶连续拍两张图片，图片由网口相机的网口传送给工控机进行处理。自动检测装置部分采用美国邦纳QS18EN6LP光电传感器来实现触发拍照和计数，由于每次是同时检测三个口服液瓶，所以每次是接受三个脉冲后，依据设定的延迟适时间开始自动拍照，每次连续拍摄两帧。

步骤2：对两张待检测图像进行差分处理得到差分图像；

步骤3：对差分图像进行中值滤波，得到增强图像；

步骤4：对增强图像进行二值化操作，得到二值化图像；

步骤5：对二值化图像进行膨胀处理，合并孔洞得到目标图像；

步骤6：依据已知的异物成像大小对目标图像中的目标大小进行判断，进行异物检测；

步骤7：利用异物所在整张图像中位置对比预先获取的单个中药口服液瓶图像在整张图像中的位置参数，得到单个中药口服液瓶是否包含异物及异物所在单个中药口服液瓶图像中的位置，完成异物检测。

所述步骤4中进行二值化操作所使用的阈值是通过采用自适应阈值法对多个已知有无异物的中药口服液瓶的差分灰度值图像进行数值统计获得；

阈值拟合操作的效果示意图，如图3所示；图中，横坐标为灰度值，纵坐标为像素个数N加1再取对数(log(N+1)；图中带空心圆的线和带空心方格的线分别代表一瓶有可见异物和一瓶合格品的连续两帧差分后的灰度值分布情况；

利用该阈值T对中值滤波D_F(x,y)_(x,y)∈i进行二值化得到I(x,y)_(x,y)∈i，I(x,y)_(x,y)∈i由下式求出：

$I{\left(x,y\right)}_{\left(x,y\right)\∈i}=\left\{\begin{array}{cc}0& D_F{\left(x,y\right)}_{\left(x,y\right)\∈i}\≤T\\ 255& D_F{\left(x,y\right)}_{\left(x,y\right)\∈i}>T\end{array}\right.$

图5为应用本发明所述方法进行中药口服液瓶中可见异物并行检测结果图，(a)图和(b)图的上面部分为连续的两张待检测图像：(a)图和(b)图的下面图像区域为包含异物的差分图对应在中药口服液瓶中的位置；从图中可以看出第一个瓶和第三瓶检测出来了异物，第二瓶为合格。

结果表明，该系统能很好地实现可见异物的检测，并大大地提高了检测速度(同时检测三瓶图像，图像处理部分只用了82ms)。

综上所述，该系统设计了一个适合深色中药口服液瓶的较好的光学成像系统，能得到信息完整且更加清晰的图片；同时该系统能并行处理多个药瓶，处理的算法简单、快速、有效，大大地提高了检测速度；而且设备成本较低，性价比高，能很好地解决生产线上高速检测的要求。

参考文献：

[1]国家药典委员会.中华人民共和国药典：中国药典2010版[M].中国医药科技出版社,2010.

[2]杨福刚,孙同景,宋松林.基于DSP的大输液异物实时灯检系统设计[J].自动化仪表,2008,29(8):22-25.

[3]李杨果,王耀南,王威.基于机器视觉的大输液智能灯检机研究[J].光电工程,2006,33(11):69-74.

[4]周博文,王耀南,葛继,等.基于机器视觉的医药注射剂智能检测系统研究[J].机器人,2009,31(1):53-60.

[5]张辉,王耀南,周博文.基于机器视觉的液体药品异物检测系统研究[J][J].仪器仪表学报,2009,30(3):548-553.

[6]余腊生,李丽浓,刘仁杰,等.基于机器视觉的口服液灯检机关键技术研究[J].计算机工程与应用,2012,48(26):152-156.

[7]许雪梅,李丽娴,张键洋,等.透明液体药剂中可见异物跟踪算法[J].浙江大学学报(工学版),2012,10:016.

[8]杨福刚,孙同景,宋松林.基于人工免疫算法的药液颗粒异物检测方法[J].电子测量与仪器学报,2008,22(1):20-24。

Claims (7)

1.一种中药口服液瓶中可见异物检测系统，其特征在于，包括机械模块、成像模块以及图像处理模块，中药口服液瓶竖直放置在机械模块的工位上，成像模块设置在工位背面，所述机械模块和成像模块均与图像处理模块相连；

所述机械模块上设置有光电传感器，图像处理模块依据光电传感器采集的信号触发成像模块进行拍照；

其中，成像模块包括漫反射型LED面光源、反光板及CCD相机；

所述漫反射型LED面光源设置在中药口服液瓶的背面，所述反光板设置于中药口服液瓶正上方，所述CCD相机设置于中药口服液瓶的正前方。

2.根据权利要求1所述的一种中药口服液瓶中可见异物检测系统，其特征在于，所述漫反射型LED面光源与中药口服液瓶之间的距离不超过60mm。

3.根据权利要求1所述的一种中药口服液瓶中可见异物检测系统，其特征在于，所述漫反射型LED面光源为CST视觉光源的P-HFL-100-100-R型号红色面光源。

4.根据权利要求1所述的一种中药口服液瓶中可见异物检测系统，其特征在于，所述机械模块上的光电传感器为美国邦纳QS18EN6LP光电传感器。

5.根据权利要求1所述的一种中药口服液瓶中可见异物检测系统，其特征在于，所述反光板的大小至少能覆盖三个中药口服液瓶。

6.一种中药口服液瓶中可见异物检测方法，其特征在于，采用权利要求1-5任一项所述一种中药口服液瓶中可见异物检测系统，包括以下步骤：

步骤1：利用光电传感器检测到连续通过三个中药口服液瓶时，发出拍照触发信号，连续获取两张包含三个中药口服液瓶的待检测图像；

步骤2：对两张待检测图像进行差分处理得到差分图像；

步骤3：对差分图像进行中值滤波，得到增强图像；

步骤4：对增强图像进行二值化操作，得到二值化图像；

步骤5：对二值化图像进行膨胀处理，合并孔洞得到目标图像；

步骤6：依据已知的异物成像大小对目标图像中的目标大小进行判断，进行异物检测；

步骤7：利用异物所在整张图像中位置对比预先获取的单个中药口服液瓶图像在整张图像中的位置参数，得到单个中药口服液瓶是否包含异物及异物所在单个中药口服液瓶图像中的位置，完成异物检测。

7.根据权利要求6所述的一种中药口服液瓶中可见异物检测方法，其特征在于，所述步骤4中进行二值化操作所使用的阈值是通过采用自适应阈值法对多个已知有无异物的中药口服液瓶的差分灰度值图像进行数值统计获得。