基于Halcon機(jī)器視覺藥品分揀系統(tǒng)設(shè)計(jì)

何靜 吳翠楊

摘要：設(shè)計(jì)得當(dāng)?shù)乃幤贩謷到y(tǒng)可以明顯加快出藥、售藥的速度，有效提升醫(yī)療服務(wù)質(zhì)量。本文利用Halcon機(jī)器視覺軟件展開對(duì)藥品分揀系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，從主要功能單元設(shè)計(jì)、軟件部分設(shè)計(jì)、圖像處理部分設(shè)計(jì)這三方面入手，詳細(xì)闡述了基于Halcon機(jī)器視覺藥品分揀系統(tǒng)的具體設(shè)計(jì)方案內(nèi)容，旨在提升藥品自動(dòng)分揀的效率與精準(zhǔn)程度。

關(guān)鍵詞：Halcon機(jī)器視覺軟件 藥品分揀 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 單片機(jī)

Abstract： A properly designed drug sorting system can significantly accelerate the speed of drug delivery and sales， and effectively improve the quality of medical service. In this article， Halcon machine vision software is used to design the drug sorting system. It started from the three aspects of main functional unit design， software part design， and image processing part design， and elaborated on the specific design content of the Halcon machine vision drug sorting system，? in order to improve the efficiency and accuracy of automatic drug sorting.

Key Words： Halcon machine vision software; Drug sorting; System design; Singlechip

Halcon機(jī)器視覺軟件有著較為廣泛的應(yīng)用場(chǎng)景以及良好的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，因此將其投放于對(duì)藥品自動(dòng)分揀軟件系統(tǒng)的開發(fā)與構(gòu)建中有著極高的可行性與現(xiàn)實(shí)價(jià)值，相應(yīng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案值得重點(diǎn)探究。

1 Halcon機(jī)器視覺軟件的概述

在Halcon機(jī)器視覺軟件內(nèi)，包含著機(jī)器視覺算法包，為機(jī)器視覺的構(gòu)建提供更為方便的條件與集成開發(fā)環(huán)境，促使對(duì)應(yīng)功能軟件系統(tǒng)的開發(fā)周期有所縮減[1]。在當(dāng)前的實(shí)踐中，只要能夠應(yīng)用圖像處理，就可以利用Halcon機(jī)器視覺軟件更為強(qiáng)大的計(jì)算分析能力完成對(duì)應(yīng)工作，促使檢測(cè)工作更加自動(dòng)化、智能化。

2基于Halcon機(jī)器視覺藥品分揀系統(tǒng)的總體性設(shè)計(jì)分析

本次研究中，所設(shè)計(jì)的基于Halcon機(jī)器視覺藥品分揀系統(tǒng)主要由蓄電池單元、攝像頭單元、計(jì)算機(jī)處理器單元等結(jié)構(gòu)所構(gòu)成。在實(shí)際的系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，蓄電池單元為轉(zhuǎn)接板單元提供動(dòng)能支持;計(jì)算機(jī)處理器單元同步展開運(yùn)作，匯總并分析處理攝像頭單元傳遞的信息;聯(lián)合紅外傳感器獲取到的信息，結(jié)合串口單元的使用進(jìn)行信息傳輸，將綜合信息傳遞至單片機(jī)單元;由單片機(jī)單元將轉(zhuǎn)入步進(jìn)電機(jī)單元，以此實(shí)現(xiàn)對(duì)主傳送帶以及次傳送帶實(shí)際動(dòng)作的合理控制。

計(jì)算機(jī)系統(tǒng)為該基于Halcon機(jī)器視覺藥品分揀系統(tǒng)中的核心處理器結(jié)構(gòu)，攝像頭單元主要承擔(dān)著全面采集現(xiàn)場(chǎng)圖像信息的任務(wù)，同時(shí)需要在Halcon庫(kù)內(nèi)進(jìn)行算法的調(diào)取，以此完成對(duì)圖像信息的全面解析，并結(jié)合HDevelop變量控制界面完成對(duì)所有分析數(shù)據(jù)結(jié)果的輸出顯示;實(shí)現(xiàn)對(duì)圖像的處理后，相應(yīng)數(shù)據(jù)可以通過(guò)串口單元直接轉(zhuǎn)入單片機(jī)單元內(nèi);此后，依托I/O口實(shí)現(xiàn)對(duì)驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行的控制，促使步進(jìn)電機(jī)迅速轉(zhuǎn)入驅(qū)動(dòng)狀態(tài)。在此過(guò)程中，若是檢測(cè)分析到的藥品位置、數(shù)量等參數(shù)與前期預(yù)設(shè)值保持在一致水平，那么在藥品傳送至傳動(dòng)帶的末端位置后，并在紅外感應(yīng)器檢測(cè)到藥品包裝后，即可自動(dòng)將次傳送帶的步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)入正轉(zhuǎn)運(yùn)行狀態(tài);若不一致，則自動(dòng)將次傳送帶的步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)入反轉(zhuǎn)運(yùn)行狀態(tài)。

3基于Halcon機(jī)器視覺藥品分揀系統(tǒng)的具體設(shè)計(jì)方案

3.1藥品分揀系統(tǒng)的主要功能單元設(shè)計(jì)

3.1.1攝像頭單元的設(shè)計(jì)

攝像頭單元在本研究設(shè)計(jì)的藥品分揀系統(tǒng)運(yùn)行中主要承擔(dān)著采集圖像信息的任務(wù)，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)與構(gòu)建的主要目的為對(duì)藥品缺失問題進(jìn)行檢測(cè)?；跍?zhǔn)確性要求，要在系統(tǒng)內(nèi)引入具備更高靈敏程度、分辨率以及傳輸速度的攝像機(jī)硬件設(shè)備，且要同時(shí)保證具有良好的抗干擾能力。在本次系統(tǒng)設(shè)計(jì)中選用CCD相機(jī)，在感光設(shè)備的支持下完成光信號(hào)的捕捉，并將其迅速轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，以此提升圖像數(shù)據(jù)處理速度，帶動(dòng)檢測(cè)速度上升。

3.1.2單片機(jī)單元的設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)設(shè)定輔助芯片為AT89S52芯片，同時(shí)利用+5V電源為單片機(jī)的運(yùn)行供應(yīng)電源。該單片機(jī)單元能夠?qū)?biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)的運(yùn)行進(jìn)行兼容，且具備全雙工UART串行I/O接口[2]。在實(shí)際的系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，單片機(jī)單元主要承擔(dān)著對(duì)串口數(shù)據(jù)進(jìn)行接收的任務(wù)，同時(shí)使電機(jī)轉(zhuǎn)入轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)行的狀態(tài)，從而達(dá)到對(duì)藥品展開精準(zhǔn)分類與傳送的效果。

3.1.3步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元的設(shè)計(jì)

對(duì)于步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元來(lái)說(shuō)，在紅外傳感器檢測(cè)到藥品的存在后，依托電信號(hào)的形式將相應(yīng)信息傳遞至單片機(jī)單元進(jìn)行處理，促使單片機(jī)輸出PWM波，由此落實(shí)對(duì)電機(jī)驅(qū)動(dòng)實(shí)際運(yùn)行方式的有效控制，從而驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)入轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)。

3.1.4紅外傳感器單元的設(shè)計(jì)

本單元主要承擔(dān)著定位的任務(wù)，對(duì)藥品是否達(dá)到傳送帶的末端位置進(jìn)行判斷，核心定位模塊設(shè)定為L(zhǎng)M393比較器。在實(shí)際的運(yùn)行過(guò)程中，本單元一旦檢測(cè)到藥品達(dá)到傳送帶末端，那么其中的定位模塊輸出端口會(huì)與單片機(jī)P12形成連接關(guān)系;利用在輸出端口反饋回來(lái)的電信號(hào)，配合Halcon軟件的應(yīng)用，促使單片機(jī)對(duì)進(jìn)步電機(jī)的正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)狀態(tài)展開控制，最終完成對(duì)藥品的精準(zhǔn)分類。

3.2藥品分揀系統(tǒng)的軟件部分設(shè)計(jì)

在本藥品分揀系統(tǒng)的設(shè)計(jì)運(yùn)行過(guò)程中，主要對(duì)藥品缺失的實(shí)際情況作出判斷，即結(jié)合圖像信息完成綜合判斷;在此基礎(chǔ)上，對(duì)Halcon庫(kù)中所保存著的算法進(jìn)行合理選擇與提取，對(duì)圖像信息進(jìn)行運(yùn)算，以此確定出藥片的坐標(biāo)位置，同時(shí)明確相應(yīng)位置的藥片是否處于缺失狀態(tài);使用HDevelop變量控制界面完成對(duì)所有分析數(shù)據(jù)結(jié)果的輸出與直觀顯示;實(shí)現(xiàn)對(duì)圖像的處理后，在上位機(jī)的支持下，相應(yīng)數(shù)據(jù)可以通過(guò)串口單元直接轉(zhuǎn)入單片機(jī)單元內(nèi)[3];隨后，單片機(jī)單元會(huì)向電機(jī)發(fā)出驅(qū)動(dòng)信號(hào)，以此促使步進(jìn)電機(jī)迅速轉(zhuǎn)入驅(qū)動(dòng)狀態(tài)，由此實(shí)現(xiàn)對(duì)藥片的迅速、精準(zhǔn)、自動(dòng)化分揀。

3.3藥品分揀系統(tǒng)的圖像處理部分設(shè)計(jì)

3.3.1圖像預(yù)處理的方案設(shè)計(jì)

在攝像頭單元展開圖像信息采集的過(guò)程中，可以使用Halcon編輯的視覺測(cè)量軟件工具支持完成，此時(shí)，受到多樣性雜質(zhì)、光線等多種復(fù)雜因素的影響，圖像清晰度有差異，容易造成信息缺失;同時(shí)，也會(huì)對(duì)系統(tǒng)分析圖像信息、執(zhí)行命令造成影響，從而導(dǎo)致檢測(cè)結(jié)果不準(zhǔn)確。因此，必須要落實(shí)圖像信息的預(yù)處理操作，從而促使檢測(cè)結(jié)果錯(cuò)誤問題的發(fā)生概率大幅下降。

3.3.2圖像灰度化以及圖像噪聲處理的方案設(shè)計(jì)

在本研究中設(shè)計(jì)所采集到的圖像信息呈現(xiàn)出彩色狀態(tài)，要求在實(shí)施圖像信息處理的過(guò)程中落實(shí)RGB三原色處理。對(duì)于RGB的3個(gè)通道來(lái)說(shuō)，取值均維持在8bit，因此，單一像素點(diǎn)的顏色變化范圍需要穩(wěn)定在24bit，依托彩色圖像轉(zhuǎn)變?yōu)榛叶葓D進(jìn)行處理與存儲(chǔ)的操作，可以在大幅降低系統(tǒng)內(nèi)存承擔(dān)的負(fù)擔(dān)的基礎(chǔ)上，推動(dòng)計(jì)算速度以及采集速度表現(xiàn)出明顯提升的狀態(tài)[4]。

在本研究設(shè)計(jì)方案中，選用的圖像噪音處理方法為中值濾波法，該方法的噪音處理原理主要如下：針對(duì)圖像信息或者是數(shù)字序列中的某一點(diǎn)數(shù)值，使用相應(yīng)點(diǎn)的一個(gè)鄰域中各個(gè)點(diǎn)值的中值進(jìn)行替代，依托這樣的處理方式，能夠讓周邊像素點(diǎn)的數(shù)值與像素點(diǎn)現(xiàn)實(shí)數(shù)值之間更貼近，以此達(dá)到消除噪音的效果。

3.3.3圖像分割與邊緣檢測(cè)的方案設(shè)計(jì)

在圖像分割處理過(guò)程中，主要對(duì)所有采集到的圖像信息進(jìn)行匯總，并細(xì)化為多個(gè)感興趣的區(qū)域分別處理，將存在差異性的像素點(diǎn)分開并分類處理[5]。在本研究設(shè)計(jì)方案中，選用的圖像分割處理方法為對(duì)包含在Halcon內(nèi)的圖像灰度閾值算法進(jìn)行調(diào)用。結(jié)合圖像灰度級(jí)之間的差異性，確定像素之間的差別，并以此為基礎(chǔ)劃分處理圖像，由此可以獲取到具備相同屬性的多個(gè)像素區(qū)域。此時(shí)，可以通過(guò)對(duì)灰度級(jí)的簡(jiǎn)單利用，迅速完成對(duì)單個(gè)或是多個(gè)閾值的取得。

此外，邊緣檢測(cè)發(fā)揮著重要性作用，需要著重落實(shí)優(yōu)化設(shè)計(jì)。對(duì)于邊緣檢測(cè)而言，相應(yīng)操作展開的主要目的在于對(duì)圖像中強(qiáng)度保持在相對(duì)較高水平的部分實(shí)施精準(zhǔn)識(shí)別與標(biāo)識(shí)，以此促使圖像所具備的形狀特征、紋理特征得到更為清晰、顯著性的顯現(xiàn)[6]。在攝像頭單元的支持下，系統(tǒng)中包含著的視覺測(cè)量軟件工具可以完成對(duì)實(shí)際藥品圖像信息的精準(zhǔn)、全面、迅速獲取。

4結(jié)語(yǔ)

綜上所述，基于Halcon機(jī)器視覺藥品分揀系統(tǒng)主要由攝像頭單元、計(jì)算機(jī)處理器單元、串口單元、紅外傳感器單元、單片機(jī)單元、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)功能單元等結(jié)構(gòu)所構(gòu)成，在實(shí)際運(yùn)行中主要對(duì)殘缺藥品與完整藥品進(jìn)行迅速檢測(cè)與精準(zhǔn)分類，從而實(shí)現(xiàn)藥品分揀的自動(dòng)化與智能化。

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