5.3.2　视觉成像系统分析

视觉部分是整个检测系统的核心部分，它包括检测图像的生成、获取、处理、判断几个步骤。过去的透明药剂在线自动化检测系统一般是在流水线的一旁安装透射光照射，另一旁安装摄像机拍摄单张图像进行处理，利用药液中异物对透射光的遮挡引起光强变化来检测药液中是否含有体积过大的微粒或异物。其照明方式及获取的图像如图5.6所示。

这种检测方法很不稳定，因为一般光源自身误差都在5%左右变化，美国国家标准局(NIST)注释的较准光源在采用最稳定的电源供电时误差也达3%，所以很难判定光强变化是光源引起的还是异物引起的。不仅如此，从图5.6中我们也可以看出这种方法所拍图像阴影多，不利于检测算法的实现，且检测结果受光线影响大、复检稳定性低。

通过对传统的透明药剂检测系统的详细分析及研究，我们发现透明药剂检测系统的视觉部分设计存在以下几个难点：

(1)图像生成方面。由于异物存在于液体溶液中，因此采用可见光成像比红外成像更合适一些。但可见光成像受外界环境影响大，需要人为制造成像环境，这样成像系统照明方式的设计就显得尤为重要。玻璃瓶本身具有高反光特性，不恰当的照明方式将导致拍摄图像包含大量亮斑，丢失图像中的有用信息。因此，选取亮度稳定、寿命长的光源，设计合理的照明方式成为了获取高质量图像的前提。(https://www.daowen.com)

(2)视觉检测方法。国内现在使用的大多数输液瓶本身并不严格符合生产质量标准，瓶壁厚度不均匀且玻璃中可能含有杂质、小气泡等干扰，瓶外也可能附着空气中的灰尘或杂质，除此之外，瓶身浮雕刻度也给检测带来了困难。所以我们必须寻找一种方法使得溶液中异物与瓶身外杂质能够区分。显然单帧图像是很难做到的，如果采用多帧图像处理的方法，那么如何克服每帧图像的视角偏差又成为一个难题。显然，引入复杂的图像配准势必影响检测速度，只能通过合理的机械设计简化这一难题。

(3)连续图像的获取。因为系统要求能在高速流水线上，在线完成产品检测。那么，如何在高速生产线上对每一瓶透明药剂产品拍摄连续无视角偏差的多帧图像也是一个必须克服的难题。

(4)整个系统的准确性和实时性要求，使得检测系统的视觉系统设计与软件算法设计必须反复权衡速度与精度的矛盾。

所以我们采用连续拍摄异物颗粒运动图像，通过三帧差分法提取图像中的运动目标，最后根据异物运动的方向性确定是否存在异物并判断出产品质量。