基于机器视觉的药品包装检测系统研究

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3.0 陈辉 2024-11-19 10 4 1.51MB 55 页 15积分

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摘要

机器视觉检测是信息处理的重要研究方向之一。本文主要利用基于机器视觉

的图像技术来研制一套药品瓶包装的检测系统，提出了一种用于药液包装过程缺

损检测系统的通用平台，结合包装生产的实际环境，它能准确的对药品包装中出

现的装错、漏装、灌装药液量、缺损标签检查、批号喷码等可能出现的质量问题

进行实时在线检测。对该视觉检测系统的硬件和软件实现做了部分研究。

1.简要介绍机器视觉与图像处理的一些基本概念，包括它们的发展、特点、

应用领域和今后的发展方向。

2.对系统的构成及其设备的性质、特点进行了分析，并就部分设备的选择进

行了研究。

3.重点探讨了研究和开发这套药液包装过程缺损检测系统所应用到的一些数

字图像处理技术，并应用这些技术和方法对采集的缺陷图像进行了处理和分析。

应用邻域平均法和中值滤波法来抑制图像的噪声，使图像的边缘平滑；利用阈值

法和基于边缘检测的图像分割法对缺陷图像进行分割，得到其二值图像；最后计

算出标签、液位状态，来判断该图像是否为缺陷。

4.在利用数字图像处理技术研究和分析缺陷图像的过程中，应用了可视化编

程语言VB 6.0来开发该检测系统，从图像文件的获取到图像预处理，再到图像分

割、特征提取直至缺陷判断都采用了模块化的编程方法。

关键词：机器视觉药品包装检测系统研究在线检测

ABSTRACT

Machine visual inspection is one of important research areas in information

processing fields. This dissertation mainly uses the technologies and methods of digital

image processing to develop a platform for liquid packaging system according to the

actual packaging production environment. It can accurately detect the quality of

real-time, such as packaging the wrong drug , missed packaging, volume filling ，no

labels, the wrong batch number, and researches the algorithm of software implement

and the method of hardware implement.

Firstly, in the dissertation, some basic conceptions of machine vision and digital

image processing are introduced, including their histories, characteristics, application

fields and future developing territories.

Then the structure of the inspection system is introduced, especially the principle

of image collection.

This dissertation expatiates on some digital image processing technologies that the

inspecting system may apply to the research and analysis of the liquid packaging system.

For example, using neighborhood averaging method and median filter method to

restrain the image noises and make the image edge smooth, splitting image by threshold

mode and image segmentation method based on the edge detection, calculating

packaging the wrong drug , missed packaging, volume filling ，no labels, the wrong

batch number, and using the it to judge whether this image is a failed one.

During the course of using the digital image processing to research and analyze the

bottle image, Microsoft Visual B 6.0 program language is applied to develop this

inspecting system. The modularization program method is used in the storage of image,

image segmentation, feature selection and flaws judgment.

Key word: Machine vision, Pharmaceutical Packaging Detection ，

System Research，Online Detection

III

中文摘要

ABSTRACT

第一章绪论 .....................................................................................................................1

§1.1 引言 ...................................................................................................................... 1

§1.2 机器视觉技术概念原理及其发展 ...................................................................... 1

§1.2.1 机器视觉的概念与原理 ................................................................................1

§1.2.2 机器视觉的优势 ............................................................................................2

§1.2.3 机器视觉的国内外应用现状 ........................................................................3

§1.3 课题研究目的和意义 .......................................................................................... 5

§1.4 课题研究的内容 .................................................................................................. 8

§1.5 本章小结 .............................................................................................................. 9

第二章药品瓶包装检测系统的硬件设计 ...................................................................10

§2.1 药品瓶包装系统平台设计要求 ......................................................................... 10

§2.2 检测系统平台设计 ............................................................................................ 10

§2.3 检测系统图像采集设备的选择 .........................................................................11

§2.3.1 系统中工业相机的选择 ..............................................................................11

§2.3.2 视觉板卡的选择与分析 ..............................................................................13

§2.3.3 镜头的选择与分析 ......................................................................................14

§2.4 光源和照明系统 ................................................................................................ 15

§2.5 机械剔除系统 .................................................................................................... 17

§2.6 系统平台实现结果 ............................................................................................. 19

§2.7 本章小结 ............................................................................................................ 20

第三章图像处理方法的选择与应用 ...........................................................................21

§3.1 图像预处理 ........................................................................................................ 21

§3.2 图像增强技术 .................................................................................................... 21

§3.2.1 直方图均衡化处理 ......................................................................................21

§3.2.2 灰度变换 ......................................................................................................23

§3.2.3 邻域平均法 ..................................................................................................25

§3.2.4 中值滤波 .......................................................................................................26

§3.3 图像分割 ............................................................................................................ 28

§3.3.1 灰度阈值分割法 ..........................................................................................29

§3.3.2 边缘检测算子 ..............................................................................................29

§3.4 本章小结 ............................................................................................................ 31

第四章药品瓶包装检测系统的软件设计 ...................................................................32

§4.1 药品瓶包装检测系统界面要求 ........................................................................ 32

§4.2 VISUAL BASIC6.0 软件的功能 ............................................................................32

§4.3 视觉处理软件 HALCON ...................................................................................33

§4.3.1 HALCON 介绍及其优点 ............................................................................ 34

§4.3.2 HALCON 的重要特征 .................................................................................35

§4.4 药品瓶包装中视觉系统软件的构成及其开发方法 ........................................ 35

§4.4.1 包装系统软件测试的主程序 .......................................................................36

§4.4.2 系统软件测试的子程序 ...............................................................................38

§4.4.3 系统软件调试 ...............................................................................................41

§4.5 药品瓶包装整体系统流程及其实验结果 ........................................................ 43

§4.5.1 程序流程 ......................................................................................................43

§4.5.2 界面及实验结果 ..........................................................................................44

§4.6 本章小结 ............................................................................................................ 45

第五章总结与展望 .......................................................................................................46

§5.1 课题研究的总结 ................................................................................................ 46

§5.2 课题的展望 ........................................................................................................ 46

参考文献 .........................................................................................................................48

在读期间公开发表的论文和承担科研项目及取得成果 .............................................52

致谢 ………………………………………………………………………………...53

第一章绪论

§1.1 引言

药品是一种特殊商品，它关系到人类的生命健康，因而各个药品生产厂家尤

其是世界知名企业对药品的整个生产过程及其后续包装都给与了极大重视，尤其

是在药品包装方面相关检测。药品包装的在线检测是一项较新的研究课题，有着

广阔的应用空间。

由于目前国内许多药品厂家的检测工作还停留在单纯人工视觉或单纯人工视

觉与机械光学仪器相结合对产品进行人工抽检的阶段，不仅速度慢，劳动强度大，

而且产品的合格率也不能保证，随着人们对工业产品的质量要求越来越高，传统

意义上的检测技术和飞速发展的工业要求之间的矛盾日益突出。本课题就是针对

这种现状而对的在线检测做了一些初步的探索。药品在包装过程中需要在包装盒

上标注相关药品的，如药液灌装量、缺损标签、批号、生产日期和有效日期等。

这些信息对厂家和消费者来说非常重要，如有遗漏或错误，不仅厂家会遭到消费

者的投诉或索赔而导致名誉和形象受损，同时也会给消费者带来不良后果。所以

在生产过程中需要有相关信息的检测环节。传统的检测往往由人工来完成，不仅

工作量大，枯燥，而且易受到检测人员主观因素的影响，从而其检测效率和精度

不能够保证。近来迅速发展的以图像处理技术为基础的机器视觉技术使得在线检

测成为可能。用机器视觉检测方法不仅可以大大提高生产效率和生产的自化程度，

而且机器视觉易于实现信息集成，满足数字化自动化生产的要求。

§1.2 机器视觉技术概念原理及其发展

§1.2.1 机器视觉的概念与原理

在现代工业自动化生产中，涉及到各种各样的检验、生产监视及零件识别应

用，例如零配件批量加工的尺寸检查，自动装配的完整性检查，电子装配线的元

件自动定位，IC 上的字符识别等。通常人眼无法连续、稳定地完成这些带有高度

重复性和智能性的工作，其它物理量传感器也难有用武之地。由此人们开始考虑

利用光电成像系统采集被控目标的图像，而后经计算机或专用的图像处理模块进

行数字化处理，根据图像的像素分布、亮度和颜色等信息，来进行尺寸、形状、

颜色等的判别。这样，就把计算机的快速性、可重复性，与人眼视觉的高度智能

化和抽象能力相结合，由此产生了机器视觉的概念。

基于机器视觉的药品包装检测系统研究

美国制造工程师协会(SME Society of Manufacturing & Engineers)机器视觉分

会和美国机器人工业协会(RIA Robotic Industries Association)的自动化视觉分会对

机器视觉下的定义为:“机器视觉是通过光学的装置和非接触的传感器自动地接收

和处理一个真实物体的图像，以获得所需信息或用于控制机器人运动的装置”。

机器视觉是用计算机来分析从摄像机获得的图像的一种方法。分析结果被用

来报告信息(探测结果)、控制工艺过程或移动物体。简言之，机器视觉[1]是用机器

代替人眼来做测量和判断，通过机器视觉产品(即图像摄取装置，分 CMOS 和CCD

两种)将被摄取目标转换成图像信号，传给专用的图像处理系统，根据像素分布和

亮度、颜色等信息，转变成数字化信号:图像系统对这些信号进行各种运算来抽取

目标的特征，如:面积、长度、数量、位置等;最后，根据预设的容许度和其他条件

输出结果，如:尺寸、角度、偏移量、个数、合格/不合格、有/无等，进而根据判别

的结果来控制现场的设备动作结果后，指挥运动系统或 I/O 系统执行相应的控制动

作，如移动或定位。

典型的视觉系统一般包括如下部分:光源，镜头，CCD 照相机，图像处理单元，

图像处理软件，监视器，通讯/输入输出单元等。视觉系统的输出并非图像视频信

号，而是经过运算处理之后的检测结果，如尺寸数据。上位机如 PC 和视觉传感器

实时获得检测。图 1.1为基于 PC 机的机器视觉系统组成：

图1-1 典型的视觉系统

§1.2.2 机器视觉的优势

与一般意义上的图像处理系统如多媒体系统相比，机器视觉强调的是精度和

速度，以及工业现场环境下的可靠性。一个成功的机器视觉系统是一个经过细致

工程处理来满足一系列明确要求的系统。当这些要求完全确定后，这个系统就设

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摘要：

I摘要机器视觉检测是信息处理的重要研究方向之一。本文主要利用基于机器视觉的图像技术来研制一套药品瓶包装的检测系统，提出了一种用于药液包装过程缺损检测系统的通用平台，结合包装生产的实际环境，它能准确的对药品包装中出现的装错、漏装、灌装药液量、缺损标签检查、批号喷码等可能出现的质量问题进行实时在线检测。对该视觉检测系统的硬件和软件实现做了部分研究。1.简要介绍机器视觉与图像处理的一些基本概念，包括它们的发展、特点、应用领域和今后的发展方向。2.对系统的构成及其设备的性质、特点进行了分析，并就部分设备的选择进行了研究。3.重点探讨了研究和开发这套药液包装过程缺损检测系统所应用到的一些数字图像处理技术...

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