专利名称：基于计算机视觉的软胶囊质量在线检测的装置与方法
技术领域：
本发明涉及一种按照物品的特性进行实时在线检测的机器视觉检测装置和方法，特指一种基于计算机视觉的软胶囊质量在线检测的装置与方法。
背景技术：
软胶囊是继片、针剂后发展起来的一种新剂型，能将油状药物、药物溶液或药物混悬液、糊状物甚至药物粉末定量压注并包封于胶膜内，形成大小、形状各异的密封胶囊。与其他剂型相比，具备生物利用度高、含量准确、均匀性好、外形美观等特点；若是油状约物，还可省去吸收、固化等技术处理，可有效避免油状药物从吸收辅料中渗出，故软胶囊是油性药物最适宜的剂型。此外，低熔点药物、生物利用度差的疏水性药物、不良苦味及嗅味的药物、微量活性药物及遇光、湿、热不稳定及易氧化的药物也适合制成软胶囊。软胶囊在中国还是近几年才逐渐流行的新剂型，但是它适用于液状、膏状、粉状等多种形式的物质，造型美观、易于服用、约效快，这许多优点使得软胶囊越来越广泛地被应用于制药业，并且很快受到保健品、食品、化妆品等多个行业的欢迎。软胶囊的特性和生产过程对设备和技术提出了很高的要求，软胶囊的高品质要靠采用先进技术的设备来保证，这样才能满足消费者的需求，经受住激烈的市场竞争。目前，为了保证软胶囊的质量，生产厂家一般都采用人工手工检测的方式。这种检测方式不但劳动强度高、劳动成本大，而且由于人工检测的主官性不能保证对所有胶囊质量的准确检测。另外，现有的一些胶囊检测技术，如相关研究专利“胶囊自动在线称重检测机”(申请号200420064679.2)由于其是基于一种称量原理的检测，只适合于对硬胶囊在线检测。并且该方法无法剔除那些外形不规则的软胶囊(异型丸)。众多软胶囊生产厂商都提出实现软胶囊逐粒质量(特别是重量)检测并自动剔除的要求。
发明内容
为克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种基于计算机视觉在线软胶囊质量(特别是重量)检测分级的方法与装置，可以准确、有效、全面地获取那些在输送链上高速运动的胶囊图像，通过图像处理，提取胶囊的面积、大小、形状等特征参数，一方面根据这些特征参数自动剔除那些异型胶囊；另一方面将这些特征参数与胶囊的重量建立关系模型，迅速判断该胶囊的重量是否合格，并将不合格的胶囊从生产线上自动剔除。
本发明的技术方案如下本发明所述检测装置由胶囊排列输送部分、计算机视觉识别部分和胶囊剔除动作部分组成。计算机视觉识别部分的摄像头安装在胶囊排列输送部分的输送链上方，胶囊剔除动作部分安装在胶囊排列输送部分的输送链侧面。其特征在于所述的胶囊排列输送部分实现的功能是使软胶囊在线有序排列，主要包括振动送料器和输送链。由于现有的胶囊检测设备的输送部分都是针对硬胶囊设计的，将它们直接应用于软胶囊很容易使软胶囊破损。本发明是通过在输送部分前端的支架上安装振动送料器，使软胶囊成单列顺序输出，并通过安装在其上部的导管与输送链连接，将软胶囊一颗一颗的落在输送链的凹坑里，随输送链以一定的间隔顺序水平向前输送，一粒一粒的呈现给计算机视觉部分。
所述的胶囊剔除动作部分实现的功能是剔除那些重量不合格、异型的软胶囊，主要由气源、电磁阀和喷嘴顺序连接组成。喷嘴安装在输送链后端的侧面，要求它们能根据计算机视觉部分提供的分级信号产生动作，把重量不合格、异型的软胶囊从输送链上准确的剔除。
所述的计算机视觉识别部分，其是本发明的核心部分，由一个逐行扫描的摄像系统、一个光照箱、光电触发传感器、控制模块和相应的软件组成。其中逐行扫描的摄系统由一个逐行扫描摄像头、一块高速图像采集卡、一台计算机顺序连接而成。光电触发传感器安装在输送链上，通过线路与计算机中的高速图像采集卡和控制模块相连，提供图像拍摄的触发信号和每个胶囊的位置；光照箱安装在输送链的上方，里面安置有条形的LED光源，在胶囊表面产生均匀的漫反射光。逐行扫描摄像头安装在光照箱内，并垂直于安装在输送链的正上方，能拍摄到胶囊的图像，摄像头经线路与计算机内的高速数字图像采集卡相连，将所拍摄的图像存入计算机。计算机通过数据线与控制模块相连，控制模块发出信号控制胶囊剔除动作部分的电磁阀动作，将重量不合格、异型的软胶囊从输送链上准确的剔除。
本发明所述的检测方法，其特征在于(1).胶囊排列输送部分使软胶囊向前自动成单列以10个～15个/秒的速度随输送链高速输送，保证在通过计算机视觉识别部分时胶囊能逐粒的呈现给计算机识别部分；(2).计算机视觉识别部分通过安装在输送链正上方的逐行扫描摄像系统，对每一粒胶囊采集图像；(3).对所采集胶囊图像进行序列图像处理，完成胶囊面积、形状、大小等特征参数的提取，通过智能识别软件判断是否为异型丸以及确定该胶囊重量是否合格。
(4)对于那些异型丸和重量不合格的胶囊，计算机视觉部分发出指令给控制模块，控制模块发出信号控制胶囊剔除动作部分的电磁阀动作，将其从输送链上准确的剔除。
所述的序列图像处理中包括每一幅图像获取、去背景、滤波、信息存储等。
所述的智能识别软件中包含一些高精度的智能识别模型，建立所提取的胶囊图像特征参数与异型丸的关系模型，以及胶囊图像特征参数与胶囊重量的关系模型，并保证模型识别精度在97％以上。
光照箱中的光源可以针对不同的软胶囊对象进行选择和位置调整，选取合适的光源频谱和空间位置，并使摄像头的视场内的光照均匀一致，摄像头在光源箱中的位置也可以根据胶囊对象进行调整，使摄像头可以获得胶囊图像。
工作时，软胶囊在胶囊排列输送部分上有序排列并随着输送链前进，在计算机视觉识别部分内触动光电触发传感器，光电触发传感器将胶囊位置发送给控制模块和计算机，并触发计算机内的高速图像采集卡，采集胶囊的图像。计算机在每次拍摄完后，及时对所拍摄的序列图像进行处理，提取面积、大小、形状等特征参数，通过识别软件完成胶囊是否为异型丸和重量的检测。最后通过控制模块将剔除指令发送到胶囊剔除动作部分，由电磁阀产生动作，将异型丸和重量不合格的胶囊从输送链上准确的剔除。合格的软胶囊自动进入接料盒中。
本发明的效果是(1)本发明的对软胶囊重量的检测不是直接称量的方法，而是通过建立胶囊的图像特征参数与胶囊重量之间的关系，通过计算机视觉达到间接检测胶囊重量的目的，保证高速在线检测软胶囊重量的准确性。(2)本发明在完成软胶囊重量检测的同时，还可完成异型丸的检测。(3)本发明通过高速的处理软件处理胶囊的图像信息，保证胶囊检测速度为10～15个/秒，也就是按一天8小时工作来说，可以分检28.8～43.2万粒软胶囊。
图1本发明的软胶囊分选机示意图；图2输送链放大图；图3光箱部分示意4计算机视觉预测的软胶囊重量和实际重量的相关关系图；1-料仓，2-振动送料器，3-输送链，4-光电触发传感器，5-逐行扫描摄像头，6-气动喷嘴，7-接料盒，8-计算机，9-控制柜，10-输送链调节装置，11-调速电机，12-输送链支架，13-高速微型电磁阀，14-洁净高压气源装置，15-胶囊固定块，16-链条，17-LED光源，18-软胶囊，19-光箱具体实施方式
如图1所示，本发明所述检测装置由胶囊排列输送部分、计算机视觉识别部分和胶囊剔除动作部分组成。计算机视觉识别部分的逐行扫描摄像头5安装在胶囊排列输送部分的输送链3上方，胶囊剔除动作部分安装的气动喷嘴6安装在胶囊排列输送部分的输送链5侧面。
所述的胶囊排列输送部分实现的功能是使软胶囊在线有序排列，主要包括振动送料器2和输送链3。振动送料器2安装在输送链3的前端，使软件囊18成单列顺序输出，并通过安装在其上部的导管与输送链3连接，将软胶囊18一颗一颗的落在输送链3的凹坑里，该凹坑由胶囊固定块15形成，如图2所示。软胶囊18随输送链3以一定的间隔顺序水平向前输送，一粒一粒的呈现在逐行扫描摄像头5的视野里。
所述的胶囊剔除动作部分实现的功能是剔除那些重量不合格、异型的软胶囊，主要由洁净高压气源14、高速微型电磁阀13和气动喷嘴6顺序连接组成。气动喷嘴6安装在输送链3后端的侧面，要求它们能根据计算机视觉部分提供的分级信号产生动作，把重量不合格、异型的软胶囊18从输送链3上准确的剔除。
所述的计算机视觉识别部分，其是本发明的核心部分，由一个逐行扫描的摄像系统、一个光照箱19、光电触发传感器4、控制模块和相应的软件组成。其中逐行扫描的摄系统由一个逐行扫描摄像头5、一块高速图像采集卡、一台计算机8顺序连接而成。光电触发传感器4安装在输送链3上，通过线路与计算机8中的高速图像采集卡和控制模块相连，提供图像拍摄的触发信号和每个胶囊的位置。如图3所示，光照箱19安装在输送链3的上方，里面安置有条形的LED光源17，在软胶囊18表面产生均匀的漫反射光。逐行扫描摄像头5安装在光照箱19内，并垂直于安装在输送链3的正上方，能拍摄到软胶囊18的图像，摄像头5经线路与计算机8内的高速数字图像采集卡相连，将所拍摄的图像存入计算机。计算机8通过数据线与控制模块相连，根据处理的结果发送指令给控制模块，控制模块安置在控制柜9中，控制模块发出信号控制胶囊剔除动作部分的电磁阀13动作，将重量不合格、异型的软胶囊18从输送链3上准确的剔除。合格的软胶囊18自动进入接料盒中。所述的软胶囊的重量判断是通过建立胶囊的图像特征参数与胶囊重量之间的关系(如图4所示)来实现检测的。
工作时，软胶囊18在胶囊排列输送部分上有序排列并随着输送链3前进，在计算机视觉识别部分触动光电触发传感器4，光电触发传感器4将胶囊位置发送给控制模块和计算机8，并触发计算机8内的高速图像采集卡，采集软胶囊18的图像。计算机8在每次拍摄完后，及时对所拍摄的序列图像进行处理，提取面积、大小、形状等特征参数，通过识别软件完成软胶囊18是否为异型丸和重量的检测。最后通过控制模块将剔除指令发送到胶囊剔除动作部分，由电磁阀13产生动作，将异型丸和重量不合格的软胶囊18从输送链3上准确的剔除。合格的软胶囊18自动进入接料盒7中。
权利要求
1.基于计算机视觉的软胶囊质量在线检测的装置，其由胶囊排列输送部分、计算机视觉识别部分和胶囊剔除动作部分组成，其特征在于计算机视觉识别部分的摄像头安装在胶囊排列输送部分的输送链上方，胶囊剔除动作部分安装在胶囊排列输送部分的输送链侧面。
2.根据权利要求1所述的基于计算机视觉的软胶囊质量在线检测的装置，其特征是所述的胶囊排列输送部分包括振动送料器和输送链。在输送部分前端的支架上安装振动送料器，并通过安装在其上部的导管与输送链连接。
3.根据权利要求1所述的基于计算机视觉的软胶囊质量在线检测的装置，其特征是所述的胶囊剔除动作部分由气源、电磁阀和喷嘴顺序连接组成，喷嘴安装在输送链后端的侧面。
4.根据权利要求1所述的基于计算机视觉的软胶囊质量在线检测的装置，其特征是所述的计算机视觉识别部分，由一个逐行扫描的摄像系统、一个光照箱、光电触发传感器、控制模块和相应的软件组成；其中逐行扫描的摄系统由一个逐行扫描摄像头、一块高速图像采集卡、一台计算机顺序连接而成；电触发传感器安装在输送链上，通过线路与计算机中的高速图像采集卡和控制模块相连；光照箱安装在输送链的上方，里面安置有条形的LED光源，逐行扫描摄像头安装在光照箱内，并垂直于安装在输送链的正上方，摄像头经线路与计算机内的高速数字图像采集卡相连。
5.根据权利要求1所述的基于计算机视觉的软胶囊质量在线检测的装置的方法，其特征在于(1).胶囊排列输送部分使软胶囊向前自动成单列以10个～15个/秒的速度随输送链高速输送；(2).计算机视觉识别部分通过安装在输送链正上方的逐行扫描摄像系统，对每一粒胶囊采集图像；(3).对所采集胶囊图像进行序列图像处理，完成胶囊面积、形状、大小等特征参数的提取，通过智能识别软件判断是否为异型丸以及确定该胶囊重量是否合格；(4)对于那些异型丸和重量不合格的胶囊，计算机视觉部分发出指令给控制模块，控制模块发出信号控制胶囊剔除动作部分的电磁阀动作，将其从输送链上准确的剔除。
6.根据权利要求1所述的基于计算机视觉的软胶囊质量在线检测的装置的方法，其特征在于所述的序列图像处理中包括每一幅图像获取、去背景、滤波、信息存储等。
全文摘要
本发明涉及一种按照物品的特性进行实时在线检测的机器视觉检测装置和方法，其由胶囊排列输送部分、计算机视觉识别部分和胶囊剔除动作部分组成；其特征是计算机视觉识别部分的摄像头安装在胶囊排列输送部分的输送链上方，胶囊剔除动作部分安装在胶囊排列输送部分的输送链侧面。胶囊排列输送部分主要包括振动送料器和输送链。胶囊剔除动作部分实现的功能是剔除那些重量不合格、异型的软胶囊，主要由气源、电磁阀和喷嘴顺序连接组成。计算机视觉识别部分，其由一个逐行扫描的摄像系统、一个光照箱、光电触发传感器、控制模块和相应的软件组成。本发明通过计算机视觉达到间接检测胶囊重量的目的，保证高速在线检测软胶囊重量的准确性。
文档编号B65G17/00GK1943886SQ20061009674
公开日2007年4月11日 申请日期2006年10月13日 优先权日2006年10月13日
发明者赵杰文, 许友谊, 孙乐六, 邹小波, 葛福才, 厦蓉, 张应龙 申请人:江苏大学