一种基于图像处理的药瓶液位检测方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及机器视觉检测技术，尤其涉及一种基于图像处理的药瓶液位检测方 法。
【背景技术】
[0002] 水针制剂是非常常见的一种药品制剂，如今我国的医用注射液产量已居世界前 列。在水针制剂的生产过程中，影响药瓶出厂质量的有两个方面的因素，一个方面的因素 是由于药液液体内部存在微小可见异物，另外一个方面则是由于非药液质量引起的，譬如 药液填充量，药瓶裂痕，药瓶的封装等。在机器检测药瓶质量的同时，药液的容量的检测工 艺流程必不可少。传统检测液位方法一般都是基于光电传感器，或者激光传感器。通过采 集光电信息然后对其编码反馈液位高度，系统较为复杂。而且由于流水线生产振动的影响， 传统液位检测的抗干扰性存在比较大的问题。
[0003] 如果针对液位工位没有采用造价相对较高的同步机构的话，采集到的药瓶图像就 会产生较大的平移或扭转。若没有对图像进行修正，无法进行模板匹配，也就无法获得正确 的检测区域，无法得到正确的液位高度。因此急需一种稳定可靠的方法，而且易于整合到检 测平台的方法。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的就是为了解决上述问题，提供一种基于图像处理的药瓶液位检测方 法，使用该方法可以用于液位检测工位，综合液位检测工位的检测结果作为药品是否合格 的判断依据。
[0005] 为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
[0006] 一种基于图像处理的药瓶液位检测方法，采集一张典型的药瓶图像创建基准模 板图像，建立亚像素精度的匹配模板并创建匹配模板坐标系；将采集到的多张被检测药 瓶的图像与匹配模板进行一一匹配，得到不为空瓶的被检测药瓶的图像的位移矩阵，利用 仿射变换得到被检测药瓶图像的修正图像；然后对修正图像做分割，得到分割后的图像 ImageReduce，对分割后的图像ImageReduce做基于阈值的分割，获得检测区域ImageROI， 提取液位带形状；然后基于液位带的形状特征求取液位最低点C〇lumnSmin，依据液位最低点 C〇lumnSmin与设置的液位最低点阈值a和最高点阈值0的关系对药瓶的合格性做出判断。
[0007] 所述匹配模板的创建方法为读取基准模板图像，采用基于灰度阈值分割，将药瓶 图像中的瓶壁轮廓特征提取出来，创建亚像素精度的匹配模板。
[0008] 被检测药瓶的图像与匹配模板进行匹配时，利用HALC0N中的模板匹配函数find_ shape_model进行匹配，并且设置匹配评分阈值minScore，0〈minScore〈l，被检测药瓶的图 像一一与匹配模板进行匹配时得到匹配评分，匹配评分大于匹配评分阈值则匹配成功，匹 配评分小于匹配评分阈值则继续进行下一帧图像的匹配，如果所有采集到的被检测药瓶的 图像的匹配评分都小于匹配评分阈值则此被检测药瓶为空瓶。
[0009] 所述匹配模板坐标系以匹配模板左上角的第一个像素为原点，向右为x轴的正方 向，向下为y轴的正方向；所述位移矩阵由平移矩阵[Ht]i和旋转矩阵[Hji得到，其中i为 第i帧被检测药瓶的图像，i为大于0的整数。
[0010] 所述平移矩阵[仏兀为：
[0011]
【主权项】
1. 一种基于图像处理的药瓶液位检测方法，其特征是，采集一张典型的药瓶图像创 建基准模板图像，建立亚像素精度的匹配模板并创建匹配模板坐标系；将采集到的多张 被检测药瓶的图像与匹配模板进行一一匹配，得到不为空瓶的被检测药瓶的图像的位移 矩阵，利用仿射变换得到被检测药瓶图像的修正图像；然后对修正图像做分割，得到分割 后的图像ImageReduce，对分割后的图像ImageReduce做基于阈值的分割，获得检测区域 ImageROI，提取液位带形状；然后基于液位带的形状特征求取液位最低点Columns min，依据 液位最低点Columnsmin与设置的液位最低点阈值a和最高点阈值|3的关系对药瓶的合格 性做出判断。
2. 如权利要求1所述一种基于图像处理的药瓶液位检测方法，其特征是，所述匹配模 板的创建方法为读取基准模板图像，采用基于灰度阈值分割，将药瓶图像中的瓶壁轮廓特 征提取出来，创建亚像素精度的匹配模板。
3. 如权利要求1所述一种基于图像处理的药瓶液位检测方法，其特征是，被检测药瓶 的图像与匹配模板进行匹配时，利用HALCON中的模板匹配函数find_shape_model进行匹 配，并且设置匹配评分阈值minScore，0〈minScore〈l，被检测药瓶的图像--与匹配模板进 行匹配时得到匹配评分，匹配评分大于匹配评分阈值则匹配成功，匹配评分小于匹配评分 阈值则继续进行下一帧图像的匹配，如果所有采集到的被检测药瓶的图像的匹配评分都小 于匹配评分阈值则此被检测药瓶为空瓶。
4. 如权利要求1所述一种基于图像处理的药瓶液位检测方法，其特征是，所述匹配模 板坐标系以匹配模板左上角的第一个像素为原点，向右为X轴的正方向，向下为y轴的正方 向；所述位移矩阵由平移矩阵[HJ i和旋转矩阵[HJi得到，其中i为第i帧被检测药瓶的 图像，i为大于O的整数。
5. 如权利要求4所述一种基于图像处理的药瓶液位检测方法，其特征是， 所述平移矩阵[HJiS:
其中，Ymovei= -(Row2_Rowl) ;xmove i = -(Column2_Columnl) ;ymove i为第 i 帧被检 测药瓶的图像在y轴方向上的偏移量，Xmovei为第i帧被检测药瓶的图像在x轴方向上的 偏移量，0为第i帧被检测药瓶的图像的旋转角度； Row 1为匹配模板中药瓶的重心的y方向的坐标，Row2为被检测药瓶的图像中药瓶的重 心的y方向的坐标； CoIumn 1为匹配模板中药瓶的重心的X方向的坐标；Co lumn2为被检测药瓶的图像中药 瓶的重心的X方向的坐标； 所述旋转矩阵[氏\为：
其中，9 =-(Angle2-Anglel);Anglel为匹配模板中药瓶的中轴线与X轴方向夹角， Angle2为被检测药瓶的图像中药瓶的中轴线与X轴方向夹角，逆时针方向为正； 所述位移矩阵为：
其中HomMat2D为位移矩阵，利用位移矩阵HomMat2D进行仿射变换得到被检测药瓶图 像的修正图像。
6. 如权利要求5所述一种基于图像处理的药瓶液位检测方法，其特征是，修正图像采 用以下变换得到：
HomMat2D为位移矩阵，（x，y)为被检测药瓶图像的原始图像各个像素点的坐标， (x*，y*)为修正图像的每一个像素点的坐标，每一个对应的（x，y)与（x*，y*)灰度信息相 同。
7. 如权利要求1所述一种基于图像处理的药瓶液位检测方法，其特征是，检测区域 ImageROI获取时，设置液位带宽度的最大值m和最小值n，高度的最大值a和最小值b ;液
最低点Columnsmin，如果a < ColumnsminS 0，则该被检测药瓶为合格产品，否则为不合格 广品。
【专利摘要】本发明公开了本发明一种基于图像处理的药瓶液位检测方法，采集一张典型的药瓶图像创建基准模板图像，建立匹配模板并创建匹配模板坐标系；将采集到的多张被检测药瓶的图像与匹配模板进行一一匹配，得到被检测药瓶的图像的位移矩阵，利用仿射变换得到被检测药瓶图像的修正图像；然后对修正图像做分割，得到获得检测区域，提取液位带形状；然后基于液位带的形状特征求取液位最低点，依据液位最低点与设置的液位最低点阈值α和最高点阈值β的关系对药瓶的合格性做出判断。本发明的方法检测速度快，单瓶药液的所有图像总的处理时间在100ms以内。其检测具有亚像素级别精度，消除了机械平台的振动带来的像素偏差，大大提高检测准确性。
【IPC分类】G01F23-292, G06T7-00
【公开号】CN104819754
【申请号】CN201510242592
【发明人】李玮, 韩毅, 赵翠芬, 赵运德, 孙晓琳, 吕晨光, 蒋润辉, 许腾飞, 曾海滨, 谭径元
【申请人】山东大学
【公开日】2015年8月5日
【申请日】2015年5月13日