关键词：机器视觉 葡萄糖检测 图像采集卡 CCD摄像机
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
随着工业技术的发展和质量检测标准的提高，高速医药流水生产线上传统的质量检测方法速度慢、检测质量受人为因素和工作环境的影响卫生条件难以保障，为满足现代质量控制和流程控制要求，需要研究更先进的检测技术来完成医药产品的质量检测。
机器视觉技术在医疗中的应用非常广泛，现代很多高难度的手术都要在机器视觉的配合下完成，比如皮肤的检测，脑部CT成像，视觉手术等。在医学上机器视觉还被应用在一些医药产品的检测，医学的一些科学研究中，比如葡萄糖药液检测，染色体检测，红细胞检测等[1]。
为了有效解决现代医药生产线上的产品实时检测问题，本文针对葡萄糖药液的质量检测设计了一套检测试验系统。设计目标就是：利用机器视觉技术，使用多台CCD摄像机、专用光源、工性能的工业计算机来取代人工，实现葡萄糖质量的自动检测。本实验系统的设计为研制高精度、高速的智能葡萄糖自动检测装置提供了有效的依据[2]。
2 葡萄糖检测流程
药用葡萄糖注射液的生产流程如图1所示，首先通过高浓度的葡萄糖加适当比例的蒸馏水得到葡萄糖溶液，然后葡萄糖溶液灌装到经过高温和紫外线消毒的容器里面进行封装。封装后的产品在进行质量检测，检测的对象主要是：
（1） 药液里面的悬浮物，如不容性杂质，玻璃纤维等;
（2） 瓶身的缺陷;
（3） 瓶身有未清洗干净的脏污;
图1 葡萄糖生产工艺流程
传统的检测方法是人工检测，检测车间设在一间独立的暗房中，带检测的葡萄糖用人工的方式放在流水线上，流水线的速度由检测工人控制，当药品传送到检测工人面前时，工人将其从流水线上拿出，在专用的灯箱下判断产品质量是否合格。
人工检测存在着很大的弊端：
1） 现代生产线的速度越来越高，人工检测很难满足流水线的检测速度;
2） 现代制造强调实时、在线、非接触检测，确保对制造过程实现全面控制，提高生产效率和产品的合格率，这是传统检测手段无法提供的;
3） 现代产品的制造精度大大提高，要求相应高精度的检测方法。
4） 传统的人工无法持续保持一致的检测效果;不同的检测者之间存在差异;无法实现实时的流程控制;
5） 传统检测无法适应现代的质量控制和统计流程控制（SPC）。
3 检测试验系统搭建
对于葡萄糖药液里面的微小的玻璃屑、橡胶屑或其他的一些不溶性颗粒，在静止的情况下一般都沉淀在瓶底或悬浮在药瓶的上端，人工检测需要葡萄糖液体倒置，使其液体发生运动，同时也带动固体杂质的运动，杂质随着药体运动到中心区域，此时再触发摄像机采集图像可以拍摄清晰的次品图像，也可以通过判断运动目标的方式来判断是否存在杂质。基于这样的检测原理，本实验系统设计了一个高速的旋转平台，旋转平台可以带动药瓶做高速的旋转然后剧停，从而带动杂质运动到检测区域。
3.1 平台的硬件结构图
如图2所示，待检测的葡萄糖药瓶被卡在转床上，转床旋转的时候带动药瓶高速旋转，用于机器视觉的专用LED光源安装在如图所示的光源盒内，CCD摄像机将拍摄到的图像传输到工控机。下面对硬件平台作详细的介绍。
图2 葡萄糖杂质检测装置结构图
（1） 把手：按照上图所示的方向转动把手可以带动瓶卡上下运动，以便放置药瓶;
（2） 电机：普通的交流电机，带动转床的主轴高速转动;
（3） 上端瓶卡：将葡萄糖瓶卡在底座上，当转动把手时瓶卡作上下运动方便放置药瓶;
（4） 光源盒：光源盒里放置一环形紫外光源，透过瓶底向上照射药体;
（5） CCD摄像机：负责拍摄运动的药体;
（6） 工控机：负责处理CCD摄像机拍摄到的图像序列;
3.2工作过程
（1） 转动把手将上端瓶卡向上提起，放置待检测的葡萄糖药瓶于底座上;
（2） 放下把手，将其卡紧，开启转床，转床的主轴带动瓶卡高速转动，由于摩擦力的作用瓶卡带动药瓶也做高速的转动;
（3） 停止转床，瓶卡停止转动，葡萄糖药瓶停止转动，但药液在惯性的作用下继续转动之后缓慢停止;
（4） 在此过程中连续拍摄7幅图像，在这一序列的运动图像中，对运动目标进行识别;
（5） 当识别到的目标超过规定的容许指标时，判断此瓶药液为不合格
3.3 视觉成像系统配置
图像采集部分将完成流水线上的运动图像获取，图像采集部分采集图像质量的好坏将直接影响整个检测效率[3]。图像采集部分主要由CCD摄像机完成。CCD摄像机摄取图像信号，由图像采集卡将图像信号采集进来。本套实验装置选用两个方位的摄像机对待检测物体进行检测，一个俯拍位一个侧拍位，对有些待检测物体可以进行多方位的检测。摄像机采用的是Pulnix公司的TM6703[4]，采集卡选用的是Matrox公司的Cornora2[5]。
Matrox Corona Ⅱ 是Matrox Graphics Inc., 生产的图像控制器，可采集隔扫描/逐行扫描的分量RGB信号和单/双路黑白模拟视频信号; 3路10bit A/D转换器;24-bit RS-422/LVDS 数字接口;模拟情况下采集率达到30MHz，RS-422数字模式下达到25 MHz，LVDS数字模式下达到40 MHz ;连接2个RGB或6个模拟黑白视频信号; 32-bit/33MHz PCI总线主模式 ;扩展板上实时采集存储 ;可同时支持模拟VGA和独立的数字VGA或TV输出[4]。
Pulnix公司的TM6703是1/2寸，648＊484，快门速度为1/60～1/32000 秒，同时带有异步重置功能。当VINIT脉冲发生作用时，重置摄像机的扫描清除CCD。当在异步模式下和外部VINIT高电平信号的作用下，异步功能将自动被选择，信号读出会被禁止直到有触发。下面是摄像机异步重置的三种模式：
1）控制脉冲宽度的外部VINIT：快门速度有脉冲宽度来控制;
2）快速内部触发模式：当VINIT的下降沿和外部HD是一样的时候，信号抓取没有延时，否则，会有0-1HD的延时;
3）慢速内部触发模式：快门速度可以选择在1/250-1/2000秒，如果VINIT和外部HD的下降沿相同，并且启动了积分充电，在VINIT下降沿摄像机放电。输出延时取决于选择的快门速度。
4 检测试验流程
通过前面的分析可知，在葡萄糖悬浮物检测的试验中需要一个高速的旋转平台配合使用。整套试验系统的操作流程如图3所示：
首先系统开机，所有设备初始化，根据葡萄糖悬浮物检测的要求配置摄像机和采集卡的参数。然后，启动旋转平台，旋转平台旋转30秒带动葡萄糖液体作高速的旋转，停止旋转平台，延时10秒后液体缓慢停止，此时相机拍摄序列图像。
5 本文创新点
（1）本文将机器视觉技术应用在了葡萄糖药液质量检测上，实现了无接触式的检测，在药品安全上和检测精度上都对传统人工检测有着重大的改进。
（2）本文根据葡萄糖药液杂质的特点设计旋转式检测装置。
（3）根据葡萄糖药液杂质检测的特点设计了专用的视觉成像方案。
图3 葡萄糖杂质检测流程
6 参考文献
[1] Rafael C. Gonzalez , Richard E. Woods .Digital Image Processing （second Edition）.Pubulishing House of Electronics Industry , Beijing. 2002.
[2] 郑世茶, 毛罕平, 胡波等.机器视觉识别棉花病害中的形态特征提取[J].微计算机信息， 2007，04-1：P290-292.
[3] 王威, 王耀南, 李树涛等. 基于机器视觉的在先检测实验平台研制. 中国仪器仪表,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.
