一种片剂外观检测与分拣方法及系统与流程

本发明涉及机器视觉和分拣控制，尤其涉及一种片剂外观检测与分拣方法及系统。

背景技术：

1、片剂是药品最常见的剂型之一，其外观质量直接关系到用药安全与药品批次合格率。片剂在压制、包衣、输送及包装过程中，受模具磨损、辅料结块、工艺波动等因素影响，易产生缺角、崩边、裂纹、色差、污渍、附着物以及空粒等外观缺陷。传统人工目检依赖检验员经验，存在劳动强度大、检测速度慢、漏检率高、判定标准主观等固有缺陷，难以满足高速片剂产线的质量管控需求。

2、随着机器视觉与深度学习技术的进步，基于图像的自动化片剂外观检测逐步应用于制药行业。现有视觉检测方案通常在传送带上方布置检测相机，采集片剂图像后由统一模型进行缺陷判定。然而，此类方案存在以下不足：其一，不同类别缺陷在图像中的表征差异显著，缺角、崩边、裂纹主要体现为轮廓与结构的改变，而色差、污渍、附着物主要体现为灰度与纹理的变化，单一模型或单一频域特征难以同时兼顾各类缺陷，导致某类缺陷检出率低、误检率高；其二，缺陷图像采集与剔除执行之间隔着传送带传输过程，片剂位置随时间变化，若缺乏对片剂运动状态的精确预测，剔除动作的时机与力度难以匹配，容易出现误剔与漏剔；其三，产线在换批次、换规格、换光源工况时，检测参数往往需要人工重新标定，参数适应性差，影响产线连续运行效率。

3、因此，如何在保证产线高速运行的同时，提高不同类别片剂外观缺陷的检测准确率，并对缺陷片剂进行精准、可靠的剔除与分拣，是本领域亟待解决的技术问题。

技术实现思路

1、本发明旨在解决上述问题。为此，本发明提供一种片剂外观检测与分拣方法及系统。

2、本发明提供一种片剂外观检测与分拣方法，采用的技术方案如下：包括：

3、在待检测片剂进入主检测工位时，主检测相机采集其图像，得到待分析图像；

4、从待分析图像提取得到幅度谱和相位谱，生成频域相似度；并从待分析图像提取得到中心偏差、最小外接圆半径、当前片剂区域面积，生成空粒缺陷指数；根据频域相似度和空粒缺陷指数生成缺陷候选标志，并基于缺陷候选标志生成缺陷事件；

5、根据相机标定结果和传送带编码器数据，将缺陷事件中的图像坐标转换为传送带状态，并利用包含预测和校正步骤的状态估计得到片剂的预测纵向位置、预测横向位置和传送带速度；

6、根据预测纵向位置、传送带速度和预设的剔除区域坐标确定预测到达时刻，并根据片剂的质量、预测横向位置确定候选喷嘴压力；根据预测到达时刻和候选喷嘴压力生成气动控制阀控制输入。

7、进一步的，在待检测片剂进入主检测工位前，利用预筛相机采集待检测片剂的预筛图像，由预筛模型根据预筛图像计算得到预筛合格置信度；并依据预筛合格置信度和预筛门限生成精检触发标志；

8、对于精检触发标志指示需要精检的待检测片剂，在其进入主检测工位时，主检测相机采集得到待分析图像。

9、进一步的，频域相似度的计算公式为：

10、

11、其中，为频域相似度；为幅度谱权重；为幅度谱归一化互相关结果；为相位谱权重；为相位谱归一化互相关结果。

12、进一步的，对待分析图像依次执行背景去除、片剂区域定位、旋转校正和光照校正，得到校正后的图像；对校正后的图像执行快速傅里叶变换，得到幅度谱和相位谱；幅度谱与标准幅度谱进行归一化互相关，得到幅度谱归一化互相关结果；相位谱与标准相位谱进行归一化互相关，得到相位谱归一化互相关结果。

13、进一步的，空粒缺陷指数的计算公式为：

14、

15、其中，为空粒缺陷指数；为中心偏差；为最小外接圆半径；为面积偏差权重；为当前片剂区域面积；为标准片剂面积。

16、进一步的，频域相似度小于频域相似度阈值，或者空粒缺陷指数大于等于空粒缺陷指数阈值时，缺陷候选标志置1，并生成缺陷事件。

17、进一步的，频域相似度小于频域相似度阈值时，利用主检测深度网络对缺陷类别进行复核；主检测深度网络输出的缺陷检测结果与频域相似度对应的缺陷一致时，生成缺陷事件，否则，不生成缺陷事件。

18、进一步的，根据片剂的质量、目标横向速度、当前横向速度、预测横向位置偏差和剩余响应时间确定候选剔除作用力，将所述候选剔除作用力和预测横向位置偏差映射为候选喷嘴压力。

19、进一步的，候选剔除作用力的计算公式为：

20、

21、其中，为候选剔除作用力；为片剂的质量；为目标横向速度；为当前横向速度；为剩余响应时间；为偏差补偿刚度；为预测横向位置偏差；

22、候选喷嘴压力的计算公式为：

23、

24、其中，为候选喷嘴压力；为喷嘴基准压力；为力压映射系数；为位置偏差压力系数。

25、本发明还提供一种片剂外观检测与分拣系统，采用的技术方案如下：包括：

26、主检测相机，设置于主检测工位，用于在待检测片剂进入主检测工位时，采集其图像，得到待分析图像；

27、缺陷事件生成模块，用于从待分析图像提取得到幅度谱和相位谱，生成频域相似度；并从待分析图像提取得到中心偏差、最小外接圆半径、当前片剂区域面积，生成空粒缺陷指数；根据频域相似度和空粒缺陷指数生成缺陷候选标志，并基于缺陷候选标志生成缺陷事件；

28、状态估计模块，用于根据相机标定结果和传送带编码器数据将缺陷事件中的图像坐标转换为传送带状态，并利用包含预测和校正步骤的状态估计得到片剂的预测纵向位置、预测横向位置和传送带速度；

29、控制指令生成模块，用于根据预测纵向位置、传送带速度和预设的剔除区域坐标确定预测到达时刻，并根据片剂的质量、预测横向位置确定候选喷嘴压力；根据预测到达时刻和候选喷嘴压力生成气动控制阀控制输入。

30、本发明实施例中的上述一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果之一：

31、（1）本发明针对缺角、崩边和裂纹类以轮廓结构变化为主的结构性缺陷，选择较高相位谱权重；针对色差、污渍和附着物类以灰度纹理变化为主的色度性缺陷，选择较高的幅度谱权重。通过幅度谱归一化互相关结果与相位谱归一化互相关结果按缺陷类别自适应加权，使频域相似度与不同缺陷类别的频域表征特性相匹配，显著提高各类片剂外观缺陷的检出率，降低漏检与误检。

32、（2）本发明通过低分辨率预筛与高分辨率主检的两级配合，精检触发标志只用于决定是否采集高分辨率图像、不单独作为缺陷判定依据；预筛图像无效或预筛模型版本未通过生效检查时强制置1触发精检，在保证高速产线吞吐率的同时兼顾检测精度，并有效避免因预筛失效导致的漏检。

33、（3）本发明通过频域相似度与空粒缺陷指数（中心偏差、面积偏差联合表征）生成缺陷候选标志，全面覆盖缺角/崩边/裂纹、色差/污渍/附着物、空粒或整体外形异常三类缺陷；并可通过主检测深度网络对缺陷类别进行复核，仅当复核结论与频域候选一致时才生成可执行缺陷事件，进一步提高缺陷判定的可靠性。

34、（4）本发明基于传送带编码器与包含预测、校正步骤的状态估计实现片剂位置跟踪，根据预测到达时刻、片剂的质量与预测横向位置偏差自适应计算候选喷嘴压力并施加安全压力边界约束，实现缺陷片剂的高速精准剔除；在不满足可执行条件或出现异常时冻结喷吹、转入人工复核，达到批次最大数量阈值时触发产线停机报警，全面保障产线运行可靠性与安全性。

35、本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。