一种复杂环境下药片快速计数与完整性检测方法技术

本发明专利技术公开了一种复杂环境下药片快速计数与完整性检测方法，用工业相机获取一些完整药片图像，并计算每个标准药片的尺寸和Hu矩，以这些药片的平均面积和平均Hu矩作为同一批次药片的标准参数；用工业相机采集待测药片的图像，通过直方图均衡化对图像进行局部光照补偿，根据标准面积大小确定均值模板和锐化模板，并先后与图像进行卷积运算，以完成复杂环境下对图像的处理。对预处理后的图像进行阈值分割，得到每个轮廓的面积和Hu矩后，去除伪药片数据，再将每个药片测得的参数与标准参数进行比较，根据判断依据识别破损药片和形状畸变药片以完成检测。本发明专利技术操作简单方便，稳定性好，适用于各种形状的同一批次药片生产流水线。

【技术实现步骤摘要】
一种复杂环境下药片快速计数与完整性检测方法
本专利技术涉及机器视觉检测
，特别是一种复杂环境下药片快速计数与完整性检测方法。
技术介绍
在药片生产过程中，对药片进行校检是不可缺少的环节。传统的人工视觉检测流程繁杂，而且效率低，已不能现代制药工业的要求。视觉测量技术具有非接触、灵活性强、集成性高等显著特点，在现代制药工业中具有广泛的应用前景，已成为现在的研究热点。近年来，国内外研究人员在应用于制药工业的机器视觉
做了大量的研究工作，研制了一些药品质检有关的视觉检测系统，如德国.Seidenader公司研制的SeidenaderXS系统，可实现注射剂中玻璃屑、纤维、色点等可移动或悬浮颗粒检测；Eisai公司研制的药片可见异物检测系统AIM288。国内山东大学、华南理工大学、湖南大学等单位均对基于视觉的药片计数与缺陷检测、药片包装质量检测进行了研究。但是，上述检测系统对应用环境的要求较高，在水雾、粉尘等干扰较少，光照条件基本均匀的环境下才能取得较好的应用效果。我国大量制药企业的生产环境满足不了这些系统的使用要求，限制了机器视觉技术在我国制药工业中的进一步推广。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种复杂环境下药片快速计数与完整性检测方法，可在复杂环境下快速实现对各种形状药片的颗粒计数和破损以及形状畸变检测，降低视觉测量技术对使用环境的要求和使用成本，扩大视觉测量技术在制药工业中的适用范围。为解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案是：一种复杂环境下药片快速计数与完整性检测方法，其特征在于，包括以下步骤：1)校准工业相机的安装位置，使工业相机与被测药品放置平台保持平行；2)在测量区域内放置数片完整的标准药片，行列均匀地布满整个测量区域，通过工业相机采集标准药片图像，采用最大类间方差法实现标准药片图像二值化；获取每个药片的面积，将所有药片的平均面积作为该类药片的标准面积；计算每个完整药片的Hu矩，将平均Hu矩作为该类药片的标准Hu矩；3)采集待测药片图像，并进行图像增强；4)应用最大类间方差法对待测药片图像进行分割，得到待测二值图；5)逐一访问待测二值图的每个连通区域，利用下式抑制伪药片区域：若待测二值图中第i个连通区域像素个数Si满足条件：k1Sa>Si或Si>k2Sa；则认为该连通区域为伪药片区域，将该区域中所有像素的灰度值置0；其中，k1取值范围为0.4～0.6，k2取值范围为1.1～1.2；6)将剩余连通区域个数作为待测药片图像中药片的数量输出；7)将剩余连通区域的面积与标准面积进行比较，将面积差别较大的连通区域的个数作为破损药片的数量输出；计算每个连通区域的Hu矩并逐个与标准Hu矩进行比较，将Hu矩差别过大的连通区域个数作为形状畸变药片的数量输出；8)重复步骤3)～步骤7)，完成对所有待测药片的检测。所述标准面积的计算过程为：计算二值化标准药片图像中各连通区域的平均像素个数Sa，将Sa作为该类药片的标准面积。对待测药片图像进行图像增强的具体实现步骤包括：1)若采集的待测灰度图像为Ia，对图像Ia进行局部直方图均衡化处理，得到光照不均匀补偿的灰度图像Ib；2)将尺寸为T×T的均值模板与图像Ib进行卷积运算，得到灰度图像Ic；3)用尺寸3×3的锐化模板和图像Ic进行卷积运算，以增强药片的边缘信息，得到灰度图像Id，即增强后的待测药片图像。光照不均匀补偿的灰度图像Ib的具体获取过程包括：1)将图像Ia分为若干尺寸为128×128像素的子图像块，计算子图像Iai中各灰度值在图像中的出现概率，若子图像Iai中灰度值为k的像素个数为nk，子图像Iai总像素数为N，则灰度值k在子图像Iai中出现的概率Pk的计算公式为：2)采用累计概率密度函数对子图像Iai中进行直方图均衡化变换，子图像Iai中灰度值为k的像素变换后的灰度值Sk计算公式为：3)将直方图均衡化变换后的灰度动态范围拉伸到与待测灰度图像Ia中灰度取值范围一致，设图像Ia的灰度级取值范围为(0，L-1)，直方图均衡化变换后灰度值为Sk的像素动态范围拉伸的计算公式为：tk＝[(L-1)Sk+0.5]；其中，L为待测灰度图像Ia的总灰度级数，tk为灰度值动态范围拉伸的结果，[·]为取整函数；4)将子图像Iai中灰度值为k的像素灰度值替换为tk，完成子图像直方图均衡化处理，得到灰度图像Id。T的确定方法为：其中，Sa为某类药片的标准面积，若得到t为奇数，则T＝t；若得到t为偶数，则T＝t-1。尺寸为T×T的均值模板表达式为：其中，a11＝…＝aTT＝1。所述锐化所用模板为：所述待测二值图的具体获取过程包括：1)计算分割阈值Ts，计算公式为：Ts＝argmax[σ2(H)]；其中，σ2(H)＝wA(H)(uA(H)-u)2+wB(H)(uB(H)-u)2；u＝wA(H)uA(H)+wB(H)uB(H)；其中，N为灰度图像中的像素总数；L为灰度图像中的灰度级总数；k＝i或r；nk为灰度值是k的像素个数：H为将图像像素分为A、B两类的判别值，按上式计算时取值范围为(0，L-1)；2)将灰度图像中灰度值小于Ts的像素灰度值置为0，其他像素灰度值置为1，实现图像分割，得到所述待测二值图。破损药片的确定方法为：判断待测二值图像中第m个连通区域面积Si与标准药片面积的差异，若Sm满足条件：Sm<Z×Sa，则视为破损药片，其中，i＝1、2、…，Z为破损阈值，Z取值范围为0.92～0.97。所述形状畸变药片的判别式为：若此条件满足，则连通区域的药片视为无形状畸变的药片，不满足则为形状畸变的药片；其中：为标准Hu矩；j＝1、2、3、4、5、6、7；，为伪药片抑制后待测二值图像中连通区域的Hu矩。步骤2)和7)中，所述Hu矩为归一化中心矩的线性组合，其计算方法为：h1＝η20+η02h2＝(η20-η02)2+4η112h3＝(η30-3η12)2+(3η21-η03)2h4＝(η30+η12)2+(η21+η03)2h5＝(η30-3η12)(η30+η12)[(η30+η12)2-3(η21-η03)2]+(3η21-η03)(η21+η03)[3(3η21+η03)2-(η21+η03)2]h6＝(η20-η02)[(η30+η12)2-(η21+η03)2]+4η11(η30+η12)(η21+η03)h7＝(3η21-η03)(η21+η03)[3(η30+η22)2-(η21+η03)2]-(η30-η12)(η21+η03)[3(η30+η12)2-(η21+η03)2]其中，其中，Mpq为该药片pq阶矩，μpq为pq阶中心矩，ηpq为归一化后的pq阶中心矩。)(x,y)为联通区域上点在图像坐标系中的坐标，I(x,y)为坐标为(x,y)点的灰度值。与现有技术相比，本专利技术所具有的有益效果为：本专利技术充分考虑了药品生产环境中光照不均匀、各种噪声干扰以及图像采集质量不佳对视觉检测的影响，给出了相应的应对措施，可在复杂环境下快速实现对各种形状药片的颗粒计数和破损以及形状畸变检测，降低了视觉测量技术对使用环境的要求和使用成本，扩大了视觉测量技术在制药工业中的适用范围。在对某一种药片进行检测前，通本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种复杂环境下药片快速计数与完整性检测方法，其特征在于，包括以下步骤：1)校准工业相机的安装位置，使工业相机与被测药品放置平台保持平行；2)在测量区域内放置数片完整的标准药片，行列均匀地布满整个测量区域，通过工业相机采集标准药片图像，采用最大类间方差法实现标准药片图像二值化；获取每个药片的面积，将所有药片的平均面积作为该类药片的标准面积；计算每个完整药片的Hu矩，将平均Hu矩作为该类药片的标准Hu矩；3)采集待测药片图像，并进行图像增强；4)应用最大类间方差法对待测药片图像进行分割，得到待测二值图；5)逐一访问待测二值图的每个连通区域，利用下式抑制伪药片区域：若待测二值图中第i个连通区域像素个数Si满足条件：k1Sa>Si或Si>k2Sa；则认为该连通区域为伪药片区域，将该区域中所有像素的灰度值置0；其中，k1取值范围为0.4～0.6，k2取值范围为1.1～1.2；6)将剩余连通区域个数作为待测药片图像中药片的数量输出；7)将剩余连通区域的面积与标准面积进行比较，将面积差别较大的连通区域的个数作为破损药片的数量输出；计算每个连通区域的Hu矩并逐个与标准Hu矩进行比较，将Hu矩差别过大的连通区域个数作为形状畸变药片的数量输出；8)重复步骤3)～步骤7)，完成对所有待测药片的检测。...

【技术特征摘要】
1.一种复杂环境下药片快速计数与完整性检测方法，其特征在于，包括以下步骤：1)校准工业相机的安装位置，使工业相机与被测药品放置平台保持平行；2)在测量区域内放置数片完整的标准药片，行列均匀地布满整个测量区域，通过工业相机采集标准药片图像，采用最大类间方差法实现标准药片图像二值化；获取每个药片的面积，将所有药片的平均面积作为该类药片的标准面积；计算每个完整药片的Hu矩，将平均Hu矩作为该类药片的标准Hu矩；3)采集待测药片图像，并进行图像增强；4)应用最大类间方差法对待测药片图像进行分割，得到待测二值图；5)逐一访问待测二值图的每个连通区域，利用下式抑制伪药片区域：若待测二值图中第i个连通区域像素个数Si满足条件：k1Sa>Si或Si>k2Sa；则认为该连通区域为伪药片区域，将该区域中所有像素的灰度值置0；其中，k1取值范围为0.4～0.6，k2取值范围为1.1～1.2；6)将剩余连通区域个数作为待测药片图像中药片的数量输出；7)将剩余连通区域的面积与标准面积进行比较，将面积差别较大的连通区域的个数作为破损药片的数量输出；计算每个连通区域的Hu矩并逐个与标准Hu矩进行比较，将Hu矩差别过大的连通区域个数作为形状畸变药片的数量输出；8)重复步骤3)～步骤7)，完成对所有待测药片的检测。2.根据权利要求1所述的复杂环境下药片快速计数与完整性检测方法，其特征在于，所述标准面积的计算过程为：计算二值化标准药片图像中各连通区域的平均像素个数Sa，将Sa作为该类药片的标准面积。3.根据权利要求1所述的复杂环境下药片快速计数与完整性检测方法，其特征在于，对待测药片图像进行图像增强的具体实现步骤包括：1)若采集的待测灰度图像为Ia，对图像Ia进行局部直方图均衡化处理，得到光照不均匀补偿的灰度图像Ib；2)将尺寸为T×T的均值模板与图像Ib进行卷积运算，得到灰度图像Ic；3)用尺寸3×3的锐化模板和图像Ic进行卷积运算，以增强药片的边缘信息，得到灰度图像Id，即增强后的待测药片图像。4.根据权利要求3所述的复杂环境下药片快速计数与完整性检测方法，其特征在于，光照不均匀补偿的灰度图像Ib的具体获取过程包括：1)将图像Ia分为若干尺寸为128×128像素的子图像块，计算子图像Iai中各灰度值在图像中的出现概率，若子图像Iai中灰度值为k的像素个数为nk，子图像Iai总像素数为N，则灰度值k在子图像Iai中出现的概率Pk的计算公式为：2)采用累计概率密度...

【专利技术属性】
技术研发人员：王宪，欧佳豪，赵前程，杨天龙，
申请(专利权)人：湖南科技大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43