基于膠囊檢測技術的光照方式研究

鄭 瀚/河池學院物理與機電工程學院

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基于膠囊檢測技術的光照方式研究

鄭 瀚/河池學院物理與機電工程學院

【摘 要】在膠囊檢測系統中，因為膠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，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，從實驗結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。

【關鍵詞】膠囊檢測；LED光源；光照方式

應用機器視覺對膠囊進行缺陷檢測中，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重要的作用，因此在本文中重點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，有效的區分特征目標和背景。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圖像的處理提供有利的條件。

2.本文光照方式選擇

因為實驗之前做了一定量的研究和分析，所以在試驗中，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。并分別做了實驗和比較。

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部結果，其主要的特點就是其邊緣特別突出。但是缺點是觀察不到其表面的細節。主要用于邊緣檢測，以及目標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以及LED和熒光燈。因為在實際實驗當中，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，所以本實驗主要使用LED光源照射。經過處理后的圖片

圖1　 LED管上打光膠囊圖片

圖2　 經過處理后的膠囊圖像

本文又多次做了數據采集，分別人為的加入了膠囊體癟頭，膠囊結合部分破損，膠囊體破損以及膠囊體變形等問題膠囊共計100顆。實驗以10顆一組分10組，隨機反復實驗，驗證本膠囊外殼缺陷檢測系統的可靠性和穩定性。本文在做了大量的膠囊檢測后，得到部分實驗數據如表1、2所示。

表1表示了對同一組膠囊進行了反復的實驗，并從中抽取了5組數據。表2表示的是對所有的樣品進行實驗，并與人工篩選的結果進行了比較，識別的正確率為87%。

表1　 單組膠囊多次實驗結果

表2　 10組膠囊實驗結果

實驗分析：在本小節中，主要選取了四種破損膠囊來做了實驗分析。分別是膠囊體癟頭，膠囊結合部分破損，膠囊體破損以及膠囊變形。在上面實驗結果中可以看出來，在做膠囊體癟頭，膠囊結合部分破損以及膠囊變形的時候，系統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，系統卻出現了判斷錯誤。面對著這個結果，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，因為其不能很好的檢測出破損膠囊，本文在這一小節中采用上打光的光源照射，并采用黑色物體作為實驗的基礎平臺，強化邊緣特征。實驗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　 經過VBAI處理后的破損及變形膠囊圖像

經過處理后的圖片：本文又繼續重復了之前的實驗，人為的加入了膠囊體癟頭，膠囊結合部分破損，膠囊體破損以及膠囊體變形等問題膠囊共計100顆。實驗仍然以10顆一組分10組，隨機反復實驗，驗證本膠囊外殼缺陷檢測系統的可靠性和穩定性。本文在做了大量的膠囊檢測后，得到部分實驗數據如表3、4所示。

表3　.單組膠囊多次實驗結果

表3表示了對同一組膠囊進行了反復的實驗，并從中抽取了5組數據。表4表示的是對所有的樣品進行實驗，并與人工篩選的結果進行了比較，識別的正確率為89%。

表4　.10組膠囊實驗結果

實驗分析：在本小節中，本文參考之前所做的實驗，改進了實驗方法，采用了黑背景的上打光方式照明，但是如實驗結果圖（G）所示，雖然膠囊是破損的，但是實驗結果仍然顯示膠囊是合格的。

3.結束語

在本文中，以VBAI做為實驗工具，采用不同的光照方式，對于破損膠囊進行檢測。在最好的結果中可以看出，采用黑背景上打光可以得到更加優質的破損膠囊圖像，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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基金項目：

河池學院2014年校級青年科研課題經費資助項目（2014QNN007）。