吳雪松

（康元醫(yī)療科技（大連）有限公司，遼寧大連 116000）

0 引言

膠囊作為藥物的載體，在保存藥物的過程中增加其穩(wěn)定性，同時幫助人體更好地吸收，提高藥物的有效性。由于膠囊類藥品的數(shù)量不斷增加，國家食品和藥品檢測部門的質量要求更加精細。

在制藥公司膠囊檢測環(huán)節(jié)，傳統(tǒng)的手動照明檢查誤差率高、速度慢、質量差，已成為制藥公司大規(guī)模生產(chǎn)的瓶頸。先進的圖像機器視覺技術，模擬人的視覺功能，能夠快速自動成像，對膠囊表面缺陷進行分析，分檢出質量不合格的產(chǎn)品，提升藥品生產(chǎn)的穩(wěn)定性和效率，控制人力資源成本的支出。

1 機器視覺技術應用于膠囊表面缺陷識別

人工智能現(xiàn)在可以識別和篩選膠囊表面的缺陷。自動化視覺技術的主要內容是收集產(chǎn)品圖像、操作計算機算法，針對不同測試的不同需求，進行算法操作來得到最終結果。測量膠囊表面的質量、大小、氣泡、裂縫、腫塊和顏色等出現(xiàn)異樣時，必須在分揀時加以篩選。

1.1 機器視覺技術檢測膠囊外形

尺寸、顏色等是對膠囊形狀的檢測要求，符合相關規(guī)范標準才能夠出廠銷售。通常藥廠會采用灰度圖像來對膠囊的外觀進行觀察和檢測。這種算法首先識別圖像，其中中值濾波檢測是一種特殊算法，用于在圖象識別、準確分析邊緣誤差和數(shù)據(jù)后顯示圖象輪廓，對細微誤差進行精確分析，產(chǎn)生數(shù)據(jù)。

1.2 機器視覺技術檢測膠囊完整性

完整性主要涉及膠囊的氣泡、氣孔、彎曲等，這些都是膠囊常見的缺陷。藥廠通常采用雙值定位的形式對膠囊進行投影，觀察其圖像分辨缺陷，采用貝葉斯分類器對膠囊進行分揀，這種方法在膠囊表面缺陷測試中的誤差率只有0.05%且十分迅速，完全遵循了國家加強制藥公司生產(chǎn)質量的要求。

通過信息監(jiān)測將自動光學技術引入分揀機器，對膠囊進行篩查和數(shù)據(jù)的在線統(tǒng)計分析及反饋，能夠進一步提升產(chǎn)品的生產(chǎn)效率和質量精準度，生產(chǎn)成本大幅下降，在這些要素中，確定和準確定位物體是分揀機器能夠有效工作的基本條件。

2 圖像識別裝置的應用

圖象識別工具是有效使用機械光學技術的基礎，同時也是這項技術的關鍵部分。圖象的識別包括圖象、顏色、形狀等，該裝置由一個光源、一個鏡頭和一個照相機構成，按照不同的產(chǎn)品需求通過圖像識別來定位到對應的部位。檢測膠囊的完整性，使用LED 光源針對膠囊表面的檢測結果來驗證膠囊的缺陷。膠囊進入機器視覺系統(tǒng)，從切入點送至旋轉盤結構，膠囊被劃分為最小單位進行篩選，膠囊到達特定范圍內進行光源的照射，單個膠囊的圖像是通過圖像識別系統(tǒng)確定的，如計算機算法所界定的200 粒/s，鏡片快速啟動，捕捉系統(tǒng)規(guī)定在一個膠囊上進行圖像識別。相當于光伏傳感器的原理，圖像識別裝置可以通過使用光源和計算機算法，快速確定閃爍圖像。分析是在拍照后進行的，必要時與圖像成像系統(tǒng)一起進行360°圖像識別，與標準數(shù)據(jù)進行核對，由計算機確定合格和不符合要求的產(chǎn)品，并將其發(fā)送到分類后算法程序進行膠囊分揀。

2.1 光源控制

光源作為圖像識別技術的關鍵，最常使用的是灰度圖像檢測技術，通過使用光源效應分析單個膠囊的不同部分，并根據(jù)不同成分來制定其檢測標準。光線源控制越好，成像就越好，就可以結合算法速率，研究光線源的方式與途徑，通過捕捉系統(tǒng)圖像頻率閃爍來顯示藥物；如果光源控制不合理，灰度不夠，總體結果將無法衡量，產(chǎn)品鑒定的偏差值就會較大，直接影響產(chǎn)品質量。更好的控制光源，就能夠最大限度降低誤差，因此藥廠需要加強對光源速率控制的研究。頻率閃爍與傳輸速度相似，合理的光源模式會得到高質量成像。

光源的機械控制，不需要手工調整，失誤率大大降低，采用機械視覺技術進行篩檢有效降低了人為失誤的可能性。對光源技術的應用研究主要針對選擇適合的光源、光源的特性、反射的效果以及對物體是否產(chǎn)生影響。膠囊的生產(chǎn)材料各不相同，因此需要選擇更加適合的光源進行檢驗。對于光源的分析，可以由LED 燈著手，其光源對不同材料有不同的影響，并有不同的顏色，同時需要一個穩(wěn)定、低成本照明和易于控制的閃光背景。因此，分析每種光源的特性是該項研究的重點。

2.2 鏡頭調控

藥品檢測時通常要通過鏡頭對圖像進行捕捉收集后傳送到圖像識別系統(tǒng)中進行篩選。機械光學鏡頭主要包括光學傳感器和控制系統(tǒng)兩部分。但探測的圖像具有多樣性的特點，無法對單一圖像進行收集傳輸，因此，該鏡頭繼續(xù)在光源和一周成像下運行，光學傳感器系統(tǒng)是鏡頭使用的關鍵，機械控制系統(tǒng)更能夠適應現(xiàn)代技術。光學傳感器中有很多鏡頭，它們連續(xù)不斷地拍攝，捕獲每一個測試點，要對物體的各個重點部分進行檢測，就要保證系統(tǒng)的質量與拍攝效果。

機械控制系統(tǒng)是控制鏡頭角度、高度和靈敏度的系統(tǒng)，可以對不同的拍攝要求作出快速反應。它采用人工智能技術，不需要人的控制，隨著計算機科學和技術的發(fā)展，這項技術越來越成熟?，F(xiàn)階段的鏡頭都具備了自動聚焦的功能，靈敏度也大大提升，能夠有效捕捉到各個角度的視角和各類鏡像，只需要通過自動控制系統(tǒng)來完成即可。

2.3 捕捉系統(tǒng)

捕捉系統(tǒng)的主要功能為終端成像，由于光源的閃爍、膠囊傳輸速度和光學傳感器鏡頭，機械控制系統(tǒng)的控制是按系統(tǒng)規(guī)定的速度對一個膠囊進行多次拍攝，每個膠囊的360°圖像識別需要每次都通過灰色、對比度、光感、視覺、深度等水平達到要求。捕捉系統(tǒng)符合相機面部識別模式，能迅速做出反應，就像人們在按快門時所做的那樣，制作和收集照片。

3 機器視覺技術應用于膠囊分揀

3.1 分揀系統(tǒng)組成

現(xiàn)階段許多藥品生產(chǎn)企業(yè)采用機器人分揀系統(tǒng)，通過圖像捕捉、數(shù)據(jù)上傳處理和自動控制系統(tǒng)對膠囊進行分揀。機器人具備信息監(jiān)測系統(tǒng)，能夠對生產(chǎn)過程中存在的故障和問題進行及時的自檢處理。分揀機器人的運行原理是通過光學傳感器收集二維圖像信息后轉化成信號，傳輸至數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)轉化為控制信號，由機器人執(zhí)行系統(tǒng)對信號進行執(zhí)行，對產(chǎn)品進行識別和分揀。

3.2 分揀系統(tǒng)重要技術

作為自動分揀系統(tǒng)固定光學核心的目標識別技術是利用圖像信息恢復目標物體的實際空間位置，并將固定物體的坐標與機器人的位置相結合，以確保機器人能夠在篩選過程中準確捕捉目標物體（圖1）。自動分揀系統(tǒng)通常采用目標跟蹤技術對膠囊進行視覺圖像捕捉后進行有效分揀。目標物體的光學影像需要較高的穩(wěn)定性，且這些物體應當處于人工智能分揀裝置的視野范圍內，并保持靜止狀態(tài)。

圖1 藥粒膠囊目標識別系統(tǒng)

目前我國在對機器人自動控制系統(tǒng)的研究方面更加側重于機器人的執(zhí)行步驟，光學支持系統(tǒng)的動態(tài)性能并不具備穩(wěn)定條件，而采用HALCON 基礎的圖像處理系統(tǒng)能夠依托C++平臺為動態(tài)識別系統(tǒng)提供有效的支撐，對缺陷膠囊的特征進行有效鑒定，進而達到有效分揀的效果，提升了生產(chǎn)效率和質量。目標跟蹤系統(tǒng)能夠有效預估物體下一階段的隨意機動位置，采用跟蹤算法能夠對目標物體的位置進行有效確定，進而進行篩選分揀。

基于膠囊的設計特點，在篩選過程中跟蹤目標，根據(jù)Newton—Raphon 迭代的動態(tài)抓取算法，能夠有效提升分揀系統(tǒng)的效率和準確率。但潛在的應用項目仍然需要提升分揀的穩(wěn)定性，這樣才能夠提升工作效率和質量。終端的執(zhí)行器在空間運動軌跡路線方面具有較強的自動篩選功能，能夠對目標物體圖像進行捕捉定位。為避免機器人在定位目標物體和實際操作的過程中產(chǎn)生碰撞等情況，應當對機器人的運動軌跡路線進行一定的規(guī)劃和制定，固定機器人的位置，盡量采用平滑的移動軌跡。

現(xiàn)階段最常見的路線規(guī)劃方法為拋物線插值法、多項式插值法、擺線法以及B 樣曲線法等。根據(jù)FP（Functional Programming，函數(shù)式程序設計）的增長值對DP 的動態(tài)進行規(guī)劃計算，采用自由度較高的工業(yè)機器人來克服空間和時間方面的局限性，也為機器人的篩選系統(tǒng)提供了有效的參考數(shù)據(jù)，其動態(tài)目標可以定位為對空間運動的優(yōu)化。機器人執(zhí)行裝置通過優(yōu)化空間運動軌跡轉移到目標物體位置B0，目標物體從B1 分離出來完成分揀任務。

4 結束語

機器視覺技術是人工智能技術的產(chǎn)物，與計算機、生物神經(jīng)等學科有著不可分割的聯(lián)系，機器視覺技術可以像在人的眼中讀到關于物體的信息一樣，能夠迅速分析數(shù)據(jù)并最終處理數(shù)據(jù)，它具有兩個重要優(yōu)勢：誤差率低和速度快。在這兩個優(yōu)勢的基礎上，工業(yè)生產(chǎn)中采用機器視覺技術，可大大提高了生產(chǎn)效率，同時保證產(chǎn)品的質量，因此廣泛用于現(xiàn)代企業(yè)生產(chǎn)。機器視覺技術應用于膠囊表面缺陷識別和分揀是自動化光學、機械、計算機、生物科學等領域發(fā)展的成果。