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    1．引言

    機(jī)器視覺就是用攝像機(jī)代替人眼，用計(jì)算機(jī)代替人的大腦。機(jī)器視覺用于印刷，包裝質(zhì)量檢測(cè)的工作原理就是用攝像機(jī)拍攝、采集印品的圖像，在計(jì)算機(jī)中與該印品標(biāo)準(zhǔn)圖像(模板)比較，如果發(fā)現(xiàn)差異并超出設(shè)定的公差范圍，即判定為不合格產(chǎn)品。在實(shí)際的機(jī)器視覺系統(tǒng)應(yīng)用中要復(fù)雜。

　　2．系統(tǒng)配置及理論原理

    通常的視覺檢測(cè)系統(tǒng)，由照明光源、光學(xué)鏡頭、攝像機(jī)、圖像信號(hào)的處理和執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成。好的照明光源及照明系統(tǒng)是整個(gè)系統(tǒng)成敗的關(guān)鍵之一，起著非常重要的作用，它并不是簡(jiǎn)單的照亮物體而已。

　　首先照明光源要能夠真實(shí)地再現(xiàn)印品的色彩，不能夠造成顏色的失真，這就要求光源的發(fā)光光譜接近日光，同時(shí)應(yīng)保證有足夠的亮度并在整個(gè)照明區(qū)域內(nèi)亮度均勻；其次是光源和照明系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要避免印品上的一些高反射率的特殊區(qū)域，如：燙金、激光防偽標(biāo)志等使采集的圖像溢出，造成檢測(cè)精度降低或根本無法檢測(cè)；最后，在某些應(yīng)用場(chǎng)合，還要考慮光源與照明方案的配合應(yīng)盡可能地突出物體特征量，增加對(duì)比度。總之，在選擇光源和設(shè)計(jì)照明系統(tǒng)時(shí)，要根據(jù)印品的具體情況，確定光源所需的幾何形狀。照明亮度、均勻度、發(fā)光的光譜特性等，當(dāng)然同時(shí)還要考慮光源的發(fā)光效率和使用壽命。

    光學(xué)鏡頭相當(dāng)于人眼的晶狀體。光學(xué)鏡頭的品質(zhì)會(huì)影響視覺系統(tǒng)分辨物體的能力，影響圖像的對(duì)比度以及清晰成像的范圍(景深)。而這些特性的優(yōu)劣受鏡頭本身像差的限制，鏡頭對(duì)像差校正的優(yōu)良與否，決定了鏡頭的成像品質(zhì)。常見的像差有球差、彗差、像散、場(chǎng)曲、畸變、色差等六種。 

機(jī)器視覺檢測(cè)過程圖（圖一）

　　鏡頭通過的是被拍攝物體的光學(xué)信息，而在計(jì)算機(jī)中處理的是被拍攝物體的電信息，攝像機(jī)的作用就是完成光學(xué)信息到電信息的轉(zhuǎn)換。在攝像機(jī)中，關(guān)鍵的器件是稱為視覺傳感器的芯片。在芯片上整齊的排列著象小水池一樣的單元(像素)，但它們盛的不是水，而是電荷。攜帶被拍攝物體光學(xué)信息的光線通過鏡頭到達(dá)芯片的表面，光信息變成電荷信號(hào)(曝光)，光強(qiáng)的地方電荷多，光弱的地方電荷少，對(duì)應(yīng)著印品上不同區(qū)域的明暗程度；不同的顏色分解為紅、綠、蘭三種基色，存放在不同的像素中。曝光產(chǎn)生的電荷，按規(guī)定好的順序(掃描方式)依次將電荷讀出，經(jīng)過放大和其它處理，最后從攝像機(jī)輸出。這就是攝像機(jī)的工作原理。

    高質(zhì)量的圖像信息是系統(tǒng)正確判斷和決策的原始依據(jù)。從攝像機(jī)的應(yīng)用原理，我們能夠簡(jiǎn)單地概括出對(duì)其性能的要求。第一，要有足夠的動(dòng)態(tài)范圍，印品上很亮和很暗的部分都能夠準(zhǔn)確地反映；第二，要有足夠的分辨率(足夠多的像素?cái)?shù))，印品上的微小細(xì)節(jié)都能夠清晰地體現(xiàn)；第三，要能夠真實(shí)地再現(xiàn)印品的色彩；第四，攝像機(jī)的讀出(行頻或幀率)的速度要與印品的速度匹配，保證足夠的精度和100％的采集。當(dāng)然，攝像機(jī)還有其它的性能指標(biāo)，這里不再一一列舉。

    印品檢測(cè)使用的攝像機(jī)根據(jù)實(shí)際情況的不同分為二大類，線陣攝像機(jī)和面陣攝像機(jī)。線陣攝像機(jī)一次只能獲得圖像的一行信息，被拍攝的物體必須以宣線形式從攝像機(jī)前通過，才能獲得完整的圖像，因此非常適合對(duì)以一定速度勻速運(yùn)動(dòng)的物體(印品)的圖像檢測(cè)。而面陣攝像機(jī)則可以一次獲得整幅圖像的信息，象我們?nèi)粘Ｊ褂玫臄?shù)碼相機(jī)。

    圖像信號(hào)的處理是機(jī)器視覺系統(tǒng)的核心，它相當(dāng)于人的大腦。如何對(duì)圖像進(jìn)行處理和運(yùn)算，是機(jī)器視覺系統(tǒng)開發(fā)中的重點(diǎn)和難點(diǎn)所在。“與模板相比，找出差異”，機(jī)器視覺的工作原理說起來比較簡(jiǎn)單，但真正實(shí)現(xiàn)上卻很復(fù)雜。整個(gè)圖像信號(hào)的處理通常包括：

    (1)預(yù)處理；

    (2)特征的提取與識(shí)別；

    (3)測(cè)量。

　　高速運(yùn)動(dòng)的印品通過攝像機(jī)時(shí)，與模板圖像相比，往往會(huì)產(chǎn)生位置的移動(dòng)、旋轉(zhuǎn)。有時(shí)甚至有飄動(dòng)，使采集的圖像發(fā)生變形失真；光源的不穩(wěn)定和外界環(huán)境的影響，使采集的圖像亮度不均勻。顏色發(fā)生變化；其它外部設(shè)備、供電電源和采集設(shè)備本身也會(huì)引入一定的干擾和噪聲。為此，在安裝視覺系統(tǒng)的過程中，一方面要消除這些不利的因素，另一方面還要通過圖像預(yù)處理排除和淡化它們的影響。

    綜上所述，機(jī)器視覺是光、機(jī)、電、計(jì)算機(jī)相結(jié)合的技術(shù)，極適用于大批量生產(chǎn)過程中的重復(fù)性的測(cè)量、檢查和辨識(shí)。視覺質(zhì)量檢測(cè)在印刷包裝行業(yè)中的應(yīng)用可以在印前、印刷過程中和印后，但目前多數(shù)應(yīng)用集中在印后質(zhì)量檢查。中國(guó)有幾萬(wàn)家印刷企業(yè)，真正使用檢測(cè)系統(tǒng)的很少，除印鈔、票證等特殊行業(yè)外，主要集中在食品和藥品等包裝行業(yè)，食藥品包裝行業(yè)對(duì)印刷要求較高，對(duì)質(zhì)量和色彩的要求比較特殊。

　　3. 邦納機(jī)器視覺在印包行業(yè)及食品行業(yè)的應(yīng)用

　　眾所周知，食藥品關(guān)系到人類的生命健康，如果因?yàn)樗幤返馁|(zhì)量問題而對(duì)人的生命造成威脅，這將是一個(gè)大的災(zāi)難。因而各藥品生產(chǎn)廠家，尤其是世界知名大廠對(duì)藥品的整個(gè)生產(chǎn)過程甚至后段的包裝都給與了非常大的重視。

　　美國(guó)邦納工程國(guó)際有限公司（以下簡(jiǎn)稱邦納）在全球范圍內(nèi)與許多世界知名藥廠和食品包裝廠商都有著良好的合作，無論是藥品的泡罩包裝、液體灌裝，還是后段的壓蓋、貼標(biāo)、噴碼，以及最后的裝盒檢測(cè)，邦納公司都可以提供完整的解決方案。

    邦納公司的視覺產(chǎn)品包括分體式的P3系列相機(jī)，一體式的P4系列相機(jī)，及最近推出的P5 iVu系列圖像傳感器。傳統(tǒng)的視覺相機(jī)體型較大，更改程序操作時(shí)需要電腦進(jìn)行設(shè)定。針對(duì)中國(guó)的視覺相機(jī)市場(chǎng)需求，邦納開發(fā)了全新的操作方便、不需要PC進(jìn)行設(shè)定的圖像傳感器—P5 iVu。集成光源和鏡頭，自帶觸摸屏，不需要PC即可完成程序設(shè)定，完全擺脫了電腦的束縛，36萬(wàn)像素分辨率可滿足多數(shù)的檢測(cè)應(yīng)用，其精小的體型、強(qiáng)大的功能、獨(dú)特的外觀尤其適用于普通光電傳感器不能解決問題的場(chǎng)合。

　　下面僅就邦納公司的iVu系列視覺傳感器在食品液體灌裝檢測(cè)和瓶裝藥品的貼標(biāo)及噴碼檢測(cè)做簡(jiǎn)單介紹，希望對(duì)大家能有所幫助。

　　4.典型應(yīng)用

　　視覺應(yīng)用一：藥粒泡罩檢測(cè)

　　由于醫(yī)藥行業(yè)的嚴(yán)格規(guī)范，對(duì)制藥包裝的質(zhì)量也越來越苛刻，當(dāng)藥粒被包裝進(jìn)泡罩后，生產(chǎn)商必須保證所有泡罩內(nèi)的藥粒都是完好無損的。

 
藥粒泡罩檢測(cè)（圖二）

　　邦納的視覺產(chǎn)品解決方案可以快速、準(zhǔn)確地檢測(cè)到藥粒是否完好無損，通過設(shè)定iVu圖像傳感器的Area工具來檢測(cè)，該工具通過預(yù)先設(shè)定的面積參數(shù)對(duì)每個(gè)泡罩內(nèi)的藥粒進(jìn)行檢測(cè)比對(duì)，這樣破損的藥粒將被檢測(cè)出來，正確的藥粒正常通過。

　　視覺應(yīng)用二：瓶塞檢測(cè)

　　制藥行業(yè)中藥瓶的灌裝通常是在高速的情況下進(jìn)行的，當(dāng)藥品灌裝結(jié)束后必須馬上將瓶塞準(zhǔn)確的蓋上。而瓶塞必須進(jìn)入到瓶頸的正確位置后才能保證合格的密封，此環(huán)節(jié)相中的重要，直接影響到藥瓶的質(zhì)量和藥品的安全。

瓶塞檢測(cè)（圖三）

　　為了保證每個(gè)藥瓶在灌裝結(jié)束后瓶塞能夠準(zhǔn)確的蓋上，通過設(shè)定iVu圖像傳感器的Area+Motion工具進(jìn)行檢測(cè)，瓶塞必須進(jìn)入到瓶頸的正確位置后才能保證合格的密封，因此圖像傳感器通過檢測(cè)每個(gè)瓶塞在瓶頸的位置是否達(dá)到要求，如果達(dá)不到要求則給生產(chǎn)線發(fā)出FAIL信號(hào)，將該產(chǎn)品剔除。通過邦納機(jī)器視覺iVu系統(tǒng)，可以將達(dá)不到要求的產(chǎn)品一一“挑揀”出來。

　　視覺應(yīng)用三：包裝盒內(nèi)物體檢測(cè)

　　制藥行業(yè)中藥品最終都需要進(jìn)行盒裝，每一個(gè)包裝盒內(nèi)都必須附帶有該藥品的說明書。通過機(jī)器視覺系統(tǒng)，可以檢測(cè)包裝盒內(nèi)說明書是否遺漏。

包裝盒內(nèi)物體檢測(cè)（圖四）

　　在包裝線的上方安裝iVu圖像傳感器來確保每個(gè)包裝盒內(nèi)都附帶有說明書，通過設(shè)定Match工具來進(jìn)行檢測(cè)，Match工具可以360度范圍對(duì)被測(cè)物進(jìn)行查找，因此藥盒內(nèi)的說明書的擺放可以是任意角度的，但表面必須朝上。當(dāng)檢測(cè)到藥盒內(nèi)沒有說明書時(shí)，傳感器會(huì)給生產(chǎn)線發(fā)出FAIL信號(hào)，從而將該藥盒剔除。

　　視覺應(yīng)用四：包裝盒內(nèi)物體檢測(cè)

　　大多數(shù)食品飲料在生產(chǎn)過程中要求在包裝上必須有日期/標(biāo)簽的噴碼信息,這就需要一個(gè)經(jīng)濟(jì)有效的方法來確保噴碼信息是否存在。邦納的iVu機(jī)器視覺系統(tǒng)有效的精確檢測(cè)到噴碼信息是否存在。

日期/標(biāo)簽的噴碼檢測(cè)（圖五）

　　通過設(shè)定iVu圖像傳感器的Match工具來檢測(cè)每個(gè)包裝上是否有噴碼信息，首先抓取一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)噴碼圖像作為模版，檢測(cè)過程中將每個(gè)包裝盒的表面與模版進(jìn)行對(duì)比，當(dāng)發(fā)現(xiàn)包裝盒表面沒有噴碼信息時(shí)，給生產(chǎn)線發(fā)出FAIL信號(hào)，將該產(chǎn)品剔除。

　　5．結(jié)束語(yǔ)

    以上介紹了幾個(gè)在食品和藥品生產(chǎn)中典型機(jī)器視覺檢測(cè)應(yīng)用，推廣機(jī)器視覺檢測(cè)，首先要使食藥品企業(yè)更多的了解機(jī)器視覺。裝在哪里、怎么安裝、如何達(dá)到最好效果、能帶來什么具體效益，這一切都需要不斷地普及和宣傳。印刷包裝行業(yè)的從業(yè)者要提出自己的具體需求，學(xué)習(xí)和掌握機(jī)器視覺檢測(cè)的概念和操作；機(jī)器視覺行業(yè)的從業(yè)者要了解印刷的工藝，生產(chǎn)流程，操作方式和質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，只有兩者的緊密結(jié)合，才能有真正符合中國(guó)國(guó)情的自動(dòng)化視覺檢測(cè)系統(tǒng)，才能達(dá)到提高質(zhì)量、提高效率、降低成本的目的。

　　作為世界范圍內(nèi)傳感器知名品牌，邦納公司了解客戶的需求， 從單一的視覺檢測(cè)到視覺系統(tǒng)集成，邦納公司均可提供完整的視覺檢測(cè)方案。“讓視覺簡(jiǎn)單化”是邦納公司一直倡導(dǎo)并不斷追求的設(shè)計(jì)理念，因?yàn)槲覀兩钪獰o論什么產(chǎn)品最終都要服務(wù)于用戶，所以如何讓用戶使用產(chǎn)品時(shí)感覺簡(jiǎn)單方便，容易上手這是我們?cè)谠O(shè)計(jì)產(chǎn)品時(shí)要考慮的一個(gè)重要因素。視覺檢測(cè)方案主要包括兩個(gè)方面：硬件—相機(jī)，控制器，光源及支架；軟件—控制系統(tǒng)，圖形用戶界面(GUI)和圖像分析算法。邦納為全世界食品及藥品制造企業(yè)提供所有這些視覺檢測(cè)成功的解決方案和技術(shù)支持。