a1 引言

隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展和質(zhì)量檢測標準的提高，高速醫(yī)藥流水生產(chǎn)線上傳統(tǒng)的質(zhì)量檢測方法速度慢、檢測質(zhì)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(zhì)量控制和流程控制要求，需要研究更先進的檢測技術(shù)來完成醫(yī)藥產(chǎn)品的質(zhì)量檢測。

機器視覺技術(shù)在醫(yī)療中的應(yīng)用非常廣泛，現(xiàn)代很多高難度的手術(shù)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(shù)等。在醫(yī)學(xué)上機器視覺還被應(yīng)用在一些醫(yī)藥產(chǎn)品的檢測，醫(yī)學(xué)的一些科學(xué)研究中，比如葡萄糖藥液檢測，染色體檢測，紅細胞檢測等。

為了有效解決現(xiàn)代醫(yī)藥生產(chǎn)線上的產(chǎn)品實時檢測問題，本文針對葡萄糖藥液的質(zhì)量檢測設(shè)計了一套檢測試驗系統(tǒng)。設(shè)計目標就是：利用機器視覺技術(shù)，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(zhì)量的自動檢測。本實驗系統(tǒng)的設(shè)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 葡萄糖檢測流程

藥用葡萄糖注射液的生產(chǎn)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(jīng)過高溫和紫外線消毒的容器里面進行封裝。封裝后的產(chǎn)品在進行質(zhì)量檢測，檢測的對象主要是：

（1）藥液里面的懸浮物，如不容性雜質(zhì)，玻璃纖維等；

（2）瓶身的缺陷；

（3）瓶身有未清洗干凈的臟污；

圖1 葡萄糖生產(chǎn)工藝流程

傳統(tǒng)的檢測方法是人工檢測，檢測車間設(shè)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(chǎn)品質(zhì)量是否合格。

人工檢測存在著很大的弊端：

1） 現(xiàn)代生產(chǎn)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(diào)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(chǎn)效率和產(chǎn)品的合格率，這是傳統(tǒng)檢測手段無法提供的；

3） 現(xiàn)代產(chǎn)品的制造精度大大提高，要求相應(yīng)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(yīng)現(xiàn)代的質(zhì)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(zhì)的運動，雜質(zhì)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(zhì)?；谶@樣的檢測原理，本實驗系統(tǒng)設(shè)計了一個高速的旋轉(zhuǎn)平臺，旋轉(zhuǎn)平臺可以帶動藥瓶做高速的旋轉(zhuǎn)然后劇停，從而帶動雜質(zhì)運動到檢測區(qū)域。

3.1 平臺的硬件結(jié)構(gòu)圖

如圖2所示，待檢測的葡萄糖藥瓶被卡在轉(zhuǎn)床上，轉(zhuǎn)床旋轉(zhuǎn)的時候帶動藥瓶高速旋轉(zhuǎn)，用于機器視覺的專用LED光源安裝在如圖所示的光源盒內(nèi)，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。

圖2 葡萄糖雜質(zhì)檢測裝置結(jié)構(gòu)圖

（1） 把手：按照上圖所示的方向轉(zhuǎn)動把手可以帶動瓶卡上下運動，以便放置藥瓶；

（2） 電機：普通的交流電機，帶動轉(zhuǎn)床的主軸高速轉(zhuǎn)動；

（3） 上端瓶卡：將葡萄糖瓶卡在底座上，當轉(zhuǎn)動把手時瓶卡作上下運動方便放置藥瓶；

（4） 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；

（5） CCD攝像機：負責(zé)拍攝運動的藥體；

（6） 工控機：負責(zé)處理CCD攝像機拍攝到的圖像序列；

3.2工作過程

（1） 轉(zhuǎn)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；

（2） 放下把手，將其卡緊，開啟轉(zhuǎn)床，轉(zhuǎn)床的主軸帶動瓶卡高速轉(zhuǎn)動，由于摩擦力的作用瓶卡帶動藥瓶也做高速的轉(zhuǎn)動；

（3） 停止轉(zhuǎn)床，瓶卡停止轉(zhuǎn)動，葡萄糖藥瓶停止轉(zhuǎn)動，但藥液在慣性的作用下繼續(xù)轉(zhuǎn)動之后緩慢停止；

（4） 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；

（5） 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(zhì)量的好壞將直接影響整個檢測效率。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(cè)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，采集卡選用的是Matrox公司的Cornora2。

Matrox Corona Ⅱ 是Matrox Graphics Inc.， 生產(chǎn)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(zhuǎn)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。

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(nèi)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(nèi)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(zhuǎn)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(shè)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(zhuǎn)平臺，旋轉(zhuǎn)平臺旋轉(zhuǎn)30秒帶動葡萄糖液體作高速的旋轉(zhuǎn)，停止旋轉(zhuǎn)平臺，延時10秒后液體緩慢停止，此時相機拍攝序列圖像。

圖3 葡萄糖雜質(zhì)檢測流程

5 本文創(chuàng)新點

（1）本文將機器視覺技術(shù)應(yīng)用在了葡萄糖藥液質(zhì)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(zhì)的特點設(shè)計旋轉(zhuǎn)式檢測裝置。

（3）根據(jù)葡萄糖藥液雜質(zhì)檢測的特點設(shè)計了專用的視覺成像方案。

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