基于膠囊檢測技術(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

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基于膠囊檢測技術(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】在膠囊檢測系統(tǒng)中，因?yàn)槟z囊是一個圓柱形的物體，其邊緣特征不是很明顯，因此光源的選擇以及關(guān)照方式直接會影響到膠囊檢測的正確性，是膠囊檢測搭建硬件平臺中一個研究的重點(diǎn)，在本文中，主要考慮光照方式對檢測的影響，特別提出了在采用LED為光源的選擇下，主要對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物體的特征，使圖像亮度盡量均勻。

【關(guān)鍵詞】膠囊檢測；LED光源；光照方式

應(yīng)用機(jī)器視覺對膠囊進(jìn)行缺陷檢測中，光源以及光照方式的選擇是檢測中一個最為重要的部分。良好的光源可以在獲取膠囊圖像時使其特征突出，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。因此對于光源選擇以及光照方式的研究具有重要的意義。

在膠囊檢測系統(tǒng)中，膠囊是一個圓柱形的物體，其邊緣特征不是很明顯，為了檢測的正確率，需要突出膠囊的邊緣，選擇不同的光照方式對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正確率。

1.光照方式

選擇照明方式的主要目的有以下幾個：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，突出被檢測物體的特征，同時抑制不必要的干擾。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，以及目標(biāo)試樣和對于半透明物體的識別等。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，且功耗比較小，同時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系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。本文在做了大量的膠囊檢測后，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檢測的時候，系統(tǒng)卻出現(xiàn)了判斷錯誤。面對著這個結(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2.1所示的上打光的方式后，因?yàn)槠洳荒芎芎玫臋z測出破損膠囊，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，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系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。本文在做了大量的膠囊檢測后，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，對于破損膠囊進(jìn)行檢測。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膠囊的破損度，相較于其他幾種光照方式，有了更好的檢測效果。

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基金項(xiàng)目：

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