鄭 瀚/河池學(xué)院物理與機(jī)電工程學(xué)院

?

基于膠囊檢測(cè)技術(shù)的光照方式研究

鄭 瀚/河池學(xué)院物理與機(jī)電工程學(xué)院

【摘 要】在膠囊檢測(cè)系統(tǒng)中，因?yàn)槟z囊是一個(gè)圓柱形的物體，其邊緣特征不是很明顯，因此光源的選擇以及關(guān)照方式直接會(huì)影響到膠囊檢測(cè)的正確性，是膠囊檢測(cè)搭建硬件平臺(tái)中一個(gè)研究的重點(diǎn)，在本文中，主要考慮光照方式對(duì)檢測(cè)的影響，特別提出了在采用LED為光源的選擇下，主要對(duì)比了上打光和黑背景下上打光的照射方式，從實(shí)驗(yàn)結(jié)果得出采用黑背景下上打光的方式可以突出了被檢測(cè)物體的特征，使圖像亮度盡量均勻。

【關(guān)鍵詞】膠囊檢測(cè)；LED光源；光照方式

應(yīng)用機(jī)器視覺對(duì)膠囊進(jìn)行缺陷檢測(cè)中，光源以及光照方式的選擇是檢測(cè)中一個(gè)最為重要的部分。良好的光源可以在獲取膠囊圖像時(shí)使其特征突出，而合適的光照方式又可以使膠囊圖像的亮度均勻分布，更利于檢測(cè)。因此對(duì)于光源選擇以及光照方式的研究具有重要的意義。

在膠囊檢測(cè)系統(tǒng)中，膠囊是一個(gè)圓柱形的物體，其邊緣特征不是很明顯，為了檢測(cè)的正確率，需要突出膠囊的邊緣，選擇不同的光照方式對(duì)與突出膠囊邊緣有著至關(guān)重要的作用，因此在本文中重點(diǎn)討論了不同的光照方式下所得到的不同的膠囊圖像以及檢測(cè)正確率。

1.光照方式

選擇照明方式的主要目的有以下幾個(gè)：第一，使圖像的亮度盡量均勻，減少干擾，有效的區(qū)分特征目標(biāo)和背景。第二，突出被檢測(cè)物體的特征，同時(shí)抑制不必要的干擾。好的光源照明方式可以給后續(xù)圖像的處理提供有利的條件。

2.本文光照方式選擇

因?yàn)閷?shí)驗(yàn)之前做了一定量的研究和分析，所以在試驗(yàn)中，主要分析并討論了兩種方式，即上打光照射以及黑背景照射。并分別做了實(shí)驗(yàn)和比較。

2.1 上打光方式

上打光照射，主要用于半透明物體或者是觀察透明物體的內(nèi)部結(jié)果，其主要的特點(diǎn)就是其邊緣特別突出。但是缺點(diǎn)是觀察不到其表面的細(xì)節(jié)。主要用于邊緣檢測(cè)，以及目標(biāo)試樣和對(duì)于半透明物體的識(shí)別等。主要使用的光源有廣前光導(dǎo)以及LED和熒光燈。因?yàn)樵趯?shí)際實(shí)驗(yàn)當(dāng)中，由于LED光源的使用壽命比較長(zhǎng)，且功耗比較小，同時(shí)可以滿足不同照射角度的需求，所以本實(shí)驗(yàn)主要使用LED光源照射。經(jīng)過處理后的圖片

圖1　 LED管上打光膠囊圖片

圖2　 經(jīng)過處理后的膠囊圖像

本文又多次做了數(shù)據(jù)采集，分別人為的加入了膠囊體癟頭，膠囊結(jié)合部分破損，膠囊體破損以及膠囊體變形等問題膠囊共計(jì)100顆。實(shí)驗(yàn)以10顆一組分10組，隨機(jī)反復(fù)實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證本膠囊外殼缺陷檢測(cè)系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。本文在做了大量的膠囊檢測(cè)后，得到部分實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表1、2所示。

表1表示了對(duì)同一組膠囊進(jìn)行了反復(fù)的實(shí)驗(yàn)，并從中抽取了5組數(shù)據(jù)。表2表示的是對(duì)所有的樣品進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，并與人工篩選的結(jié)果進(jìn)行了比較，識(shí)別的正確率為87%。

表1　 單組膠囊多次實(shí)驗(yàn)結(jié)果

表2　 10組膠囊實(shí)驗(yàn)結(jié)果

實(shí)驗(yàn)分析：在本小節(jié)中，主要選取了四種破損膠囊來做了實(shí)驗(yàn)分析。分別是膠囊體癟頭，膠囊結(jié)合部分破損，膠囊體破損以及膠囊變形。在上面實(shí)驗(yàn)結(jié)果中可以看出來，在做膠囊體癟頭，膠囊結(jié)合部分破損以及膠囊變形的時(shí)候，系統(tǒng)都可以做出正確的判斷，但是在做膠囊體破損的這個(gè)檢測(cè)的時(shí)候，系統(tǒng)卻出現(xiàn)了判斷錯(cuò)誤。面對(duì)著這個(gè)結(jié)果，本文做了更近一步的研究。

2.2.黑背景上打光照射

在針對(duì)2.1所示的上打光的方式后，因?yàn)槠洳荒芎芎玫臋z測(cè)出破損膠囊，本文在這一小節(jié)中采用上打光的光源照射，并采用黑色物體作為實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)平臺(tái)，強(qiáng)化邊緣特征。實(shí)驗(yàn)過程中采集圖像如下圖所示：

圖3　 破損膠囊及變形膠囊圖片

圖4　 經(jīng)過VBAI處理后的破損及變形膠囊圖像

經(jīng)過處理后的圖片：本文又繼續(xù)重復(fù)了之前的實(shí)驗(yàn)，人為的加入了膠囊體癟頭，膠囊結(jié)合部分破損，膠囊體破損以及膠囊體變形等問題膠囊共計(jì)100顆。實(shí)驗(yàn)仍然以10顆一組分10組，隨機(jī)反復(fù)實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證本膠囊外殼缺陷檢測(cè)系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。本文在做了大量的膠囊檢測(cè)后，得到部分實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表3、4所示。

表3　.單組膠囊多次實(shí)驗(yàn)結(jié)果

表3表示了對(duì)同一組膠囊進(jìn)行了反復(fù)的實(shí)驗(yàn)，并從中抽取了5組數(shù)據(jù)。表4表示的是對(duì)所有的樣品進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，并與人工篩選的結(jié)果進(jìn)行了比較，識(shí)別的正確率為89%。

表4　.10組膠囊實(shí)驗(yàn)結(jié)果

實(shí)驗(yàn)分析：在本小節(jié)中，本文參考之前所做的實(shí)驗(yàn)，改進(jìn)了實(shí)驗(yàn)方法，采用了黑背景的上打光方式照明，但是如實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖（G）所示，雖然膠囊是破損的，但是實(shí)驗(yàn)結(jié)果仍然顯示膠囊是合格的。

3.結(jié)束語

在本文中，以VBAI做為實(shí)驗(yàn)工具，采用不同的光照方式，對(duì)于破損膠囊進(jìn)行檢測(cè)。在最好的結(jié)果中可以看出，采用黑背景上打光可以得到更加優(yōu)質(zhì)的破損膠囊圖像，從而可以更好的檢測(cè)膠囊的破損度，相較于其他幾種光照方式，有了更好的檢測(cè)效果。

參考文獻(xiàn)：

［1］鄭瀚.機(jī)器視覺技術(shù)的膠囊識(shí)別技術(shù)［D］.廣西科技大學(xué)，2013.

［2］王軍海.殘損膠囊圖像檢測(cè)系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)［D］：武漢：武漢理工大學(xué)，2008.

［3］勞有蘭.計(jì)算機(jī)視覺在產(chǎn)品檢測(cè)中的應(yīng)用［D］:北京：北京工業(yè)大學(xué)，2007.

［4］王新明.應(yīng)用于藥品檢測(cè)中的圖像信息處理系統(tǒng)研究［D］:西安：西北工業(yè)大學(xué)，2003.

［5］左奇，史忠科.基于機(jī)器視覺的膠囊完整性檢測(cè)系統(tǒng)研究［J］.西安交通大學(xué)學(xué)報(bào)，2002，36（12）：1263～1265.

［6］馮珊珊，陳樹越.基于圖像分析的真假藥膠囊顆粒識(shí)別方法研究［J］.傳感器與位系統(tǒng)，2008（8）：54.

［7］吳德.基于圖像處理的膠囊檢測(cè)系統(tǒng)的研究［D］.廣州，廣州工業(yè)大學(xué)，2011.

［8］張艷紅，齊玉東，王衛(wèi)玲，宋協(xié)棟.直方圖均衡化在圖像增強(qiáng)中的應(yīng)用及研究［J］.世界科技研究與發(fā)展，2012（32）36-38.

［9］馬彥鋒.殘損膠囊圖像處理系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)［D］天津.天津理工大學(xué)，2010.

［10］Zhao G y，Pietikainen N.Texture recongnition using local binary patterns with an application to facial expression［C］.IEEE Transactions on PAMI ，2007，29（6）:915-928.

［11］OjalaT，PietikainenM.Maenpaa T，Multiresolution gray-scale and rotation invariant texture classifica tion with local binary patterns［C］.IEEE Trans on PAMI，2002，24（7）:971-987.

基金項(xiàng)目：

河池學(xué)院2014年校級(jí)青年科研課題經(jīng)費(fèi)資助項(xiàng)目（2014QNN007）。