一种基于机器视觉的药瓶测量系统及其测量方法

1.一种基于机器视觉的药瓶测量系统，其特征在于，包括：
图像采集装置，用于采集药瓶的图像信息，并将所述图像信息发送至下述的控制装置中；
控制装置，用于对所述图像信息进行处理，判断出药瓶的形状特征参数，然后发送相关的指令给配药机器人进行相应的动作；
载物转盘，用于传送药瓶；
激光扫描仪，用于扫描药瓶的药品条码，确定所述药瓶的类型及位置；
LED背光源，用于增强药瓶的背景的对比度，减小外界光的影响；
所述图像采集装置固定在载物转盘的正上方，控制装置连接图像采集装置，LED背光源设置在载物转盘的外侧，激光扫描仪固定在LED背光源的旁边；
所述载物转盘还包括一药品夹具，所述药品夹具用来夹持放置好的药品，该药品夹具具有自适应调节功能；
所述控制装置上依次设置有：图像处理模块和尺寸测量模块，所述图像处理模块用于对所述图像信息进行处理，其包括：二值化处理、中值滤波、边缘检测和图像标记；所述尺寸测量模块用于根据图像处理模块的标记，确定药瓶的尺寸；
在尺寸测量时先用黄色的线将药瓶左边缘标记出来，然后用绿色的线将药瓶右边缘标记出来，再通过计算得出药瓶的直径；
对于瓶颈位置的测量，先通过一系列算法得出按左边缘来测的瓶颈位置，再得出按右边缘来测的瓶颈位置，最后再根据左右瓶颈的测量结果，来确定该药瓶的最终瓶颈位置；
所述图像二值化处理采用灰度阈值分割法，所述灰度阈值分割法表示式为：
；其中，T为阈值，g (i, j)=1表示目标物体的图
像元素，g (i,j )=0表示背景的图像元素；
所述LED背光源为用于发出平行光的红色LED背光源，其连接一用于调节LED背光源光强度的光源控制器；所述光源控制器固定在底座上；
所述图像采集装置为工业摄像机；所述控制装置为工业控制计算机；
当激光扫描仪扫描到的药瓶是安瓿瓶，则通过载物转盘将其放置在工业摄像机和LED 背光源之间的特定位置，然后触发工业摄像机进行捕获图像，进一步进行图像匹配，确认其是否是安瓿瓶，然后再进行图像二值化、滤波、边缘提取和尺寸测量，然后确定其直径、瓶颈位置；
当扫描到的药瓶是西林瓶，则通过载物转盘将其放置在工业摄像机和LED 背光源之间的特定位置，然后触发工业摄像机进行捕获图像，进一步进行图像匹配，确认其是否是西林瓶，然后再进行图像二值化、滤波、边缘提取和尺寸测量，然后确定其瓶颈位置。
2.一种权利要求1所述的基于机器视觉的药瓶测量系统的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、载物转盘在电机的驱动下开始转动，将药瓶传送至扫描工位；
S2、激光扫描仪对扫描工位的药瓶上的药品条码进行扫描，确定药瓶类型，并精确其位置，将相应数据发送至控制装置；
S3、载物转盘将药瓶传送至采集工位，图像采集装置采集药瓶的图像信息，并将所述图像信息发送至控制装置；
S4、控制装置对所述图像信息进行处理，判断出药瓶的形状特征参数，然后发送相关的指令给配药机器人进行相应的动作；
所述步骤S4中控制装置对所述图像信息进行处理，判断出药瓶的形状特征参数具体包括：
S41、对所述图像信息进行二值化处理；
S42、对二值化处理后的图像进行滤波处理，去除图像上的干扰；
S43、滤波完成后，对图像进行边缘检测，获取药瓶的边缘轮廓；
S44、对药瓶的左、右边缘线进行标记，计算出左、右边缘线之间的像素个数，然后计算出药瓶左右方向上的尺寸；
S45、对药瓶的上、下边缘线进行标记，计算出上、下边缘线之间的像素个数，然后计算出药瓶的高度；
所述图像二值化处理采用灰度阈值分割法，所述灰度阈值分割法表示式为：
；其中，T为阈值，g (i, j)=1表示目标物体的图像元素，g
(i,j )=0表示背景的图像元素；
所述步骤S3中还包括： LED背光源发出平行光，增强药瓶在采集工位上背景的对比度；
所述步骤S4中还包括：通过图像采集装置采集标准件数据信息，对所述药瓶测量系统进行标定；
所述步骤S2中还包括：当激光扫描仪扫描出的物品不是药瓶时，停止测量；
所述图像采集装置为工业摄像机；所述控制装置为工业控制计算机；
当激光扫描仪扫描到的药瓶是安瓿瓶，则通过载物转盘将其放置在工业摄像机和LED 背光源之间的特定位置，然后触发工业摄像机进行捕获图像，进一步进行图像匹配，确认其是否是安瓿瓶，然后再进行图像二值化、滤波、边缘提取和尺寸测量，然后确定其直径、瓶颈位置；
当扫描到的药瓶是西林瓶，则通过载物转盘将其放置在工业摄像机和LED 背光源之间的特定位置，然后触发工业摄像机进行捕获图像，进一步进行图像匹配，确认其是否是西林瓶，然后再进行图像二值化、滤波、边缘提取和尺寸测量，然后确定其瓶颈位置。

一种基于机器视觉的药瓶测量系统及其测量方法\n技术领域\n[0001] 本发明涉及药品测量技术领域，尤其涉及一种基于机器视觉的药瓶测量系统及其\n测量方法。\n背景技术\n[0002] 尺寸测量是数字图像测量的一项重要应用。在工业生产上用基于图像的非接触测\n量方法代替传统的接触式测量, 不仅大大提高了工作效率, 而且使加工、检测和控制过\n程的统一成为可能。对于基于图像的尺寸测量, 其测量精度受到以下三方面的影响: 一、\n摄像系统的物面分辨率;二、摄像系 统的标定及误差修正精度; 三、图像中被测目标边缘\n的 定位精度。\n[0003] 目前,国内对药瓶的各种规格尺寸及外观缺陷几乎全部通过人工检测, 工作强\n度大, 检测的效果不稳定。国外一些发达国家的玻璃制品行业已经开始使用计算机视觉的\n检测装备。但是,国外的一整套非接触检测设备价格极其昂贵。\n[0004] 有鉴于此，现有技术有待改进和提高。\n发明内容\n[0005] 鉴于现有技术的不足，本发明目的在于提供一种基于机器视觉的药瓶测量系统及\n其测量方法。旨在解决现有技术中药瓶尺寸由人工进行检测，从而带来的效率低、检测效果\n不佳等问题。\n[0006] 本发明的技术方案如下：\n[0007] 一种基于机器视觉的药瓶测量系统，其中，包括：\n[0008] 图像采集装置，用于采集药瓶的图像信息，并将所述图像信息发送至下述的控制\n装置中；\n[0009] 控制装置，用于对所述图像信息进行处理，判断出药瓶的形状特征参数，然后发送\n相关的指令给配药机器人进行相应的动作；\n[0010] 载物转盘，用于传送药瓶；\n[0011] 激光扫描仪，用于扫描药瓶的药品条码，确定所述药瓶的类型及位置；\n[0012] LED背光源，用于增强药瓶的背景的对比度，减小外界光的影响；\n[0013] 所述图像采集装置固定在载物转盘的正上方，控制装置连接图像采集装置，LED背\n光源设置在载物转盘的外侧，激光扫描仪固定在LED背光源的旁边。\n[0014] 优选地，所述的基于机器视觉的药瓶测量系统，其中，所述图像采集装置为工业摄\n像机；所述控制装置为工业控制计算机。\n[0015] 优选地，所述的基于机器视觉的药瓶测量系统，其中，所述控制装置对所述图像信\n息进行处理具体包括：图象二值化、滤波、边缘检测和尺寸测量。\n[0016] 优选地，所述的基于机器视觉的药瓶测量系统，其中，所述LED背光源为用于发出\n平行光的红色LED背光源，其连接一用于调节LED背光源光强度的光源控制器；所述光源控\n制器固定在底座上。\n[0017] 优选地，所述的基于机器视觉的药瓶测量系统，其中，所述控制装置上依次设置\n有：\n[0018] 图像处理模块，用于对所述图像信息进行处理，其包括：二值化处理、中值滤波、边\n缘检测和图像标记；\n[0019] 尺寸测量模块，用于根据图像处理模块的标记，确定药瓶的尺寸。\n[0020] 一种上述的基于机器视觉的药瓶测量系统的测量方法，其中，包括以下步骤：\n[0021] S1、载物转盘在电机的驱动下开始转动，将药瓶传送至扫描工位；\n[0022] S2、激光扫描仪对扫描工位的药瓶上的药品条码进行扫描，确定药瓶类型，并精确\n其位置，将相应数据发送至控制装置；\n[0023] S3、载物转盘将药瓶传送至采集工位，图像采集装置采集药瓶的图像信息，并将所\n述图像信息发送至下述的控制装置；\n[0024] S4、控制装置对所述图像信息进行处理，判断出药瓶的形状特征参数，然后发送相\n关的指令给配药机器人进行相应的动作。\n[0025] 优选地，所述的基于机器视觉的药瓶测量系统的测量方法，其中，所述步骤S4中\n还包括：通过图像采集装置采集标准件数据信息，对所述药瓶测量系统进行标定。\n[0026] 优选地，所述的基于机器视觉的药瓶测量系统的测量方法，其中，所述步骤S3中\n还包括： LED背光源发出平行光，增强药瓶在采集工位上背景的对比度。\n[0027] 优选地，所述的基于机器视觉的药瓶测量系统的测量方法，其中，所述步骤S4中\n控制装置对所述图像信息进行处理，判断出药瓶的形状特征参数具体包括：\n[0028] S41、对所述图像信息进行二值化处理；\n[0029] S42、对二值化处理后的图像进行滤波处理，去除图像上的干扰；\n[0030] S43、滤波完成后，对图像进行边缘检测，获取药瓶的边缘轮廓；\n[0031] S44、对药瓶的左、右边缘线进行标记，计算出左、右边缘线之间的像素个数，然后\n计算出药瓶左右方向上的尺寸；\n[0032] S45、对药瓶的上、下边缘线进行标记，计算出上、下边缘线之间的像素个数，然后\n计算出药瓶的高度。\n[0033] 优选地，所述的基于机器视觉的药瓶测量系统的测量方法，其中，所述步骤S2中\n还包括：当激光扫描仪扫描出的物品不是药瓶时，停止测量。\n[0034] 有益效果：\n[0035] 本申请的基于机器视觉的药瓶测量系统及其测量方法，能准确地测量药瓶的特征\n参数，以便机械手精确地抓取、开启药瓶以及配制药液，进而可以减少配药人员的工作量，\n具有很好的经济效益和社会效益，市场推广前景较佳。\n附图说明\n[0036] 图1为本申请的基于机器视觉的药瓶测量系统的实施例的示意图。\n[0037] 图2为本申请的基于机器视觉的药瓶测量系统的测量方法的流程图。\n具体实施方式\n[0038] 本发明提供一种基于机器视觉的药瓶测量系统及其测量方法，为使本发明的目\n的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述\n的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。\n[0039] 请参阅图1，其为本申请的基于机器视觉的药瓶测量系统的实施例的示意图。如\n图所示，所述基于机器视觉的药瓶测量系统包括：图像采集装置100、控制装置200、载物转\n盘300、激光扫描仪（图中未示出）和LED背光源500。其中，所述图像采集装置100固定在\n载物转盘300的正上方，控制装置200连接图像采集装置100（图中用示意线表示连接，其\n也可以采用无线连接方式），LED背光源500设置在载物转盘300的外侧，激光扫描仪400固\n定在LED背光源500的旁边。\n[0040] 具体来说，所述图像采集装置100用于采集药瓶10的图像信息，并将所述图像信\n息发送至控制装置200中，在本实施例中，所述图像采集装置100为工业摄像机；所述控制\n装置200为工业控制计算机，工业摄像机通过USB线和工业控制计算机相连。所述控制装\n置200用于对所述图像信息进行处理，判断出药瓶的形状特征参数，然后发送相关的指令\n给配药机器人进行相应的动作，具体图像处理过程会在后续进行详细介绍。所述载物转盘\n300用于传送药瓶（通过电机310带动转动），其还包括一药品夹具，所述药品夹具主要用来\n夹持放置好的药品，该药品夹具单元具有自适应调节功能，能够自动调节大小来夹持不同\n大小的药瓶，所述载物转盘300主要用来传送药具或者药瓶到指定的位置，以便进行下一\n步的操作。所述激光扫描仪400用于扫描药瓶的药品条码，确定所述药瓶的类型及位置，具\n体来说，激光扫描仪固定在LED背光源500的旁边，主要用于扫描载物转盘300传送的药瓶\n的药品条码，以便确定该物品为药具还是药瓶，假如是药瓶，还可以辨别它是安瓿瓶还是西\n林瓶，然后还可以精确其位置，为后续操作提供数据。所述LED背光源500用于增强药瓶的\n背景的对比度，减小外界光的影响，其设置在固定支架600上，在本实施例中，所述LED背光\n源500采用的是红色LED背光源（当然，其他颜色也可以），其穿透能力非常强，而且它发出\n的光是平行光，成像效果非常好，获取的图像也更清晰。在本实施例中，所述LED背光源500\n连接一光源控制器，光源控制器固定在底座上，主要用来调节LED背光源的光强度，使其在\n不同的场合、不同的环境下发出不同亮度的平行光。\n[0041] 其中，控制装置200对图像信息的处理是本发明的关键。在本实施例中，所述控制\n装置上依次设置有：图像处理模块和尺寸测量模块，所述图像处理模块用于对所述图像信\n息进行处理，其包括：二值化处理、中值滤波、边缘检测和图像标记；所述尺寸测量模块用\n于根据图像处理模块的标记，确定药瓶的尺寸。\n[0042] 在本实施例中，当激光扫描仪扫描到的药瓶是安瓿瓶，则通过载物转盘将其放置\n在工业摄像机和LED背光源之间的特定位置，然后触发工业摄像机进行捕获图像，进一步\n进行图像匹配，确认其是否是安瓿瓶，然后再进行图像二值化、滤波、边缘提取和尺寸测量，\n然后确定其直径、瓶颈位置等，其中在尺寸测量的时候先用黄色的线将其左边缘标记出来，\n然后用绿色的线将其右边缘标记出来，再通过计算得出药瓶的直径。对于瓶颈位置的测量，\n先通过一系列算法得出按左边缘来测的瓶颈位置，再得出按右边缘来测的瓶颈位置，最后\n再根据左右瓶颈的测量结果，来确定该药瓶的最终瓶颈位置。\n[0043] 当扫描到的药瓶是西林瓶，则通过载物转盘将其放置在工业摄像机和LED背光源\n之间的特定位置，然后触发工业摄像机进行捕获图像，进一步进行图像匹配，确认其是否是\n西林瓶，然后再进行图像二值化、滤波、边缘提取和尺寸测量，然后确定其瓶颈位置，其中在\n尺寸测量的时候先用黄色的线将其左边缘标记出来，然后用绿色的线将其右边缘标记出\n来，再通过计算得出药瓶的直径。对于瓶颈位置的测量，先通过一系列算法得出按左边缘来\n测的瓶颈位置，再得出按右边缘来测的瓶颈位置，最后再根据左右瓶颈的测量结果，来确定\n该药瓶的最终瓶颈位置。\n[0044] 本发明还提供了一种上述的基于机器视觉的药瓶测量系统的测量方法，如图2所\n示，包括以下步骤：\n[0045] S1、载物转盘在电机的驱动下开始转动，将药瓶传送至扫描工位；\n[0046] S2、激光扫描仪对扫描工位的药瓶上的药品条码进行扫描，确定药瓶类型，并精确\n其位置，将相应数据发送至控制装置；\n[0047] S3、载物转盘将药瓶传送至采集工位，图像采集装置采集药瓶的图像信息，并将所\n述图像信息发送至下述的控制装置；\n[0048] S4、控制装置对所述图像信息进行处理，判断出药瓶的形状特征参数，然后发送相\n关的指令给配药机器人进行相应的动作。\n[0049] 进一步地，所述步骤S3中还包括： LED背光源发出平行光，增强药瓶在采集工位\n上背景的对比度。另外，所述步骤S4中还包括：通过图像采集装置采集标准件数据信息，对\n所述药瓶测量系统进行标定。\n[0050] 在本实施例中，定标过程如下：取标准标定药瓶，比如高H=30毫米，直径W=30毫\n米，放于载物转盘上；转盘旋转一周，激光扫描仪对转盘上的药瓶进行条码扫描，计算机将\n其扫描的数据进行识别，确认为标准药瓶，并启动系统标定程序，其中标定程序与步骤S4\n中图像信息处理程序一致，下面会进行详细描述。\n[0051] 更进一步地，所述步骤S4中控制装置对所述图像信息进行处理，判断出药瓶的形\n状特征参数具体包括：\n[0052] S41、对所述图像信息进行二值化处理；\n[0053] S42、对二值化处理后的图像进行滤波处理，去除图像上的干扰；\n[0054] S43、滤波完成后，对图像进行边缘检测，获取药瓶的边缘轮廓；\n[0055] S44、对药瓶的左、右边缘线进行标记，计算出左、右边缘线之间的像素个数，然后\n计算出药瓶左右方向上的尺寸；\n[0056] S45、对药瓶的上、下边缘线进行标记，计算出上、下边缘线之间的像素个数，然后\n计算出药瓶的高度。\n[0057] 下面分别针对上述步骤进行具体描述：\n[0058] 首先，计算机对捕获的图像进行二值化处理，二值化的方法很多，本\n系统中采用灰度阈值分割法，算法简单，运算速度快，效率高； 其表示式为： ；\n[0059] 其中，T为阈值，g (i,j )=1表示目标物体的图像元素，g (i,j )=0表示背景的图\n像元素。\n[0060] 二值化后，对图像进行滤波处理；去除药瓶图像在形成、采集和接收过程中，存在\n的干扰，比如复杂的背景、光源照度和信号传输等； 本系统采用中值滤波对图像进行处\n理，经过多次实验，处理效果良好；滤波完成之后，对图像进行边缘检测，获取药瓶的边缘轮\n廓。\n[0061] 在获取药瓶边缘轮廓之后，对药瓶的左、右边缘线进行标记，计算出左、右边缘线\n之间的像素个数，比如N=30；则可知，在左、右方向上，像素N与药瓶实际尺寸之间的关系如\n下：\n[0062] W=30/30*N；其中，W为药瓶直径/毫米，N为像素/个。\n[0063] 同理，可以计算出在上、下方向上，药瓶高度与像素之间的关系：\n[0064] H=30/30*N；其中，H为药瓶高度/毫米，N为像素/个。\n[0065] 进一步地，所述步骤S2中还包括：当激光扫描仪扫描出的物品不是药瓶（比如：为\n药具或者其他产品）时，停止测量。\n[0066] 综上所述，本发明的基于机器视觉的药瓶测量系统及其测量方法，其中，所述基于\n机器视觉的药瓶测量系统包括：图像采集装置、控制装置、载物转盘、激光扫描仪和LED背\n光源。其中，所述图像采集装置固定在载物转盘的正上方，控制装置连接图像采集装置，LED\n背光源设置在载物转盘的外侧，激光扫描仪固定在LED背光源的旁边。所述测量方法能准\n确地测量药瓶的特征参数，以便机械手精确地抓取、开启药瓶以及配制药液，进而可以减少\n配药人员的工作量，具有很好的经济效益和社会效益，市场推广前景较佳。\n[0067] 应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可\n以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保\n护范围。