基于视觉分析的药品分拣系统研究

田志华 李成群

摘 要：迅速发展的机器视觉和计算机软件等，为发展机器人技术奠定了技术基础和提供了必要的社会环境。与此同时，“中国制造2025”、“工业4.0”等提出不仅为工业社会未来发展指明了方向，也实现了工业生产在自动化方面的水平提升，并推动生产基地的进一步智能化、人性化，达到更高的生产效率。在此过程中，机器人作为一个“执行者”是现代工业发展过程中极为关键的角色。自动化工业中，流水生产线包括上下料、分拣、包装、码垛、搬运等重要环节。在这些环节中分拣作业的重要性不言而喻。

关键词：视觉分析;药品分拣;自动化

一、药品分拣系统总体方案设计

（一）系统各部分的组成及功能

（一）视觉系统

作为组成机器人分拣系统关键部分的视觉系统，通常涵盖图像采集卡、CCD、图像处理软硬件系统以及光源等。目标物可能会产生阴影，光源可以对其起到消除作用，摄像机在进行相应图像采集时可以避免图像质量受到影响;本文是在操作器末端安装摄像机，因此其拍摄目标物时与传送带互相垂直，便于俯视图的获取;图像采集卡能够实现图像信号从模拟向数字类型的转换，相应的处理也就能够通过图像处理软件进行[10]。

（二）控制系统

机器人控制系统的基本构成包括工业计算机、控制器、控制软件以及执行器，系统基于对计算机相关指令信息的接收来实现对分拣机器人动作执行的控制。将选择的控制器作为划分标准，当前运动控制形式中运用较为普遍的可以归类为三种：IPC+运动控制卡形式、PLC控制形式和单片机控制形式。这些控制方式有各自的优势和局限性，因此，控制形式的选择要结合实际运用中的具体情况进行，本文选取的系统采用IPC+运动控制卡，PC机使用TPC12A1型计算机控制卡型号是PCI1040。

（三）机器人本体及工作平台

机器人作为系统的执行机构，主要功能是抓取目标物。笔者在本文研究的KUKA-KR 6 700 sixx有着自由度为6的机器人本体，其操作更为简单便捷，有着较高的运动精度和较为广泛的作用范围。

（二）工件分拣的总体方案

机器人工件分拣是否成功极大程度上取决于机器人视觉分拣方案的选择是否合理。在这一系统中，安装相机的位置、数量、采用的图像处理算法极为关键。分拣结果可能由于方案的差异而有所不同，所以在确保分拣正确性的基础上，有必要适当简化和优化设计方案，促进其时效性的提升。同时，相机数量是双目视觉系统和单目视觉系统的定义标准。后者在二维平面视觉中应用较多，应用场合最多的就是机器人足球赛以及平面分拣工件等。前者的应用场合则更多的是重建场景、工业检测以及测距三维场景等。笔者基于深度的固定，选择后者，能够有效识别、跟踪平面上的各种工件，相较于双目视觉系统而言，程序更为简单，能够为系统实时性提供保障。

（三）图像采集系统的硬件组成

（1）光源

照明和光源的选取，这决定了是否可以精确无误的测验与检查出药粒的合格性，其也是对图像进行处理与计算的重要环节，若想极大的精简之后图像处理的计算方法，那么其选择的图像就需要是一幅质量极优的图像[12]。在现实生活的运用里，增强图像的对比度与亮度是光源起到的关键作用：由于当光源亮度较弱时，其产生的对比度不显著，引起噪声的出现概率也随之提高，为了强调出被检测物的特征，因此需要增大对比度，如此，感兴趣的物体特点能够与背景进行显著的区别，同时恰当的选取光源可以增强之后图像处理的质量，使对图像进行预处理时的繁杂过程得到简化，让之后图像处理的过程既节省时间又省去不必要的麻烦。物体的某些阴影会致使在测验与检查时，把阴影边缘错误的当作是物体边缘;另外，在某些时刻下，后续图像处理会由于光源照射的均匀效果而产生一定的困难与挑战[13]。

（四）系统通讯方案

上位机部分是本系统的最后数据处理，所以每个子系统的最后数据都会通过上位机展开发送和接收。在数据传送的阶段里，每个子系统选择的通信模式都有极大的不同，总计有3类模式。第一，在控制开关时运用的I/O通讯，其用作灌装时的阀门操作;第二，RS-232通讯模式，在对光源的调整时使用;第三，从上文可知，GigE Vision网线通讯主要作用是负责传送图像采集卡和相机相互间的信息，拥有极高的传输速率，这在工业检测里迅速收集图像资料起到关键的作用[19-21]。

I/O通讯：对电磁阀门的操纵是此部分的主要运用方面，经由PCI-P8R8的控制板卡展开工作进程。这是八路继电器输出卡，属于一类八路分离的数字量输进，可以积极的对输进信号展开分离保护，确保浮动电压对主机产生的不良作用。经由操纵对应的输出通道的开光情况，实现对电磁阀门的掌控，从而做出迅速的反应，在此进程里对回应时间的规定极为严格，通常都在1至2个毫秒之内。

RS-232通讯：属于计算机其中一个的通讯连接口，美国电子工业组织于1970年就规定了有关的条例，同时对其展开了反复的修订，是运用极其普遍的接口通讯。在本系统里对光源展开操纵也就是选择此种模式，因为光源掌控对时间回应并未作出有关的严格规定，所以此通讯模式能够达到需要[21-24]。

GigE Vision通讯：当今，在工业数字相机里取得迅速进步的是千兆网，即GigE，另外在数字接口的使用里极其广泛，大体上能够实现整体代替模拟机器的相机接口。它拥有的较强技术灵巧性通常表现为相机多个功能、宽带与线材的长短等方面，而为了实现供电，其能够利用以太网开展工作，也就是经由数据线取得电力。在运用一根线材达到供电要求的时候展开数据的传送，从而节省了所要采购与安装的零件，进一步可以省下花费。千兆网的关键通讯协议是GigE Vision标准，另外还涵盖了更加准确的时间协议，让组件的时间可以精确到纳秒，进一步达到同步时间设定的目的[25-27]。

二、药品图像处理技术研究

（一）药品图像预处理

增强图像质量，提升图像的信噪比，增加、清除干扰或促进部分对后续处理起到关键影响的图像细节资料等，这是预处理的最终目标。后续图像处理工作能否取得最优成果，这很大程度上由图像预处理质量的优良所决定。

（二）药品图像边缘检测

早期对药品图像进行边缘检测时使用的经典算子主要有一阶导数法以及二阶导数法两种，发展至今又出现了新的药品图像边缘检测方法。

综上所述，在Canny检测前进行平滑操作能降低高斯噪音对检测产生的干扰，针对检测操作时误将噪音视作目标物的情况对算法进行了相应改进。这种检测算法适用的范围比较窄这是由于它的定位高度精确特性同时也促使它更容易出现目标物的判断失误，以及漏捕了某些正确的目标信息。这在图像的检测中是一个很严重的问题，canny的算法经过改进后其对噪音的抑制能力以及对药粒缺陷的判断力都有明显提升。

三、结束语

本论文基于对学界已有的经验成果展开分析研究，寻找其中的空白和不足，根据相关行业药品分拣工作的需要，确立研究内容和目标，设计更为有效的药品分拣方案，最后得出如下结论。

参考文献：

[1]罗浩敏，严超华，王刚，卢新祥.基于颜色识别的自动分拣系统设计[J].电子测试，2019（22）：9-11.

[2]徐宝鸿.基于AGV的小商品自动分拣系统设计[J].智能城市，2019，5（16）：20-21.

[3]周高鹏.基于模糊识别的物流包裹自动分拣控制研究[J].自动化与仪器仪表，2019（07）：22-26.

[4]刘庆伟，蒋庆磊，郇新.基于机器视觉二维码识别的工件仓储系统分析[J].内燃机与配件，2019（13）：207-208.

[5]張卫芬，汤文成.基于机器视觉的物料自动分拣系统研究[J].组合机床与自动化加工技术，2019（06）：34-37.