導(dǎo)讀：機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)技術(shù)基于圖像自動(dòng)識(shí)別產(chǎn)品質(zhì)量與生產(chǎn)過(guò)程狀態(tài)，收集產(chǎn)品質(zhì)量數(shù)據(jù)，并進(jìn)一步實(shí)時(shí)反饋改進(jìn)生產(chǎn)工藝，對(duì)于促進(jìn)傳統(tǒng)制造行業(yè)的智能化升級(jí)具有重要作用。中藥制造業(yè)作為傳統(tǒng)制造行業(yè)之一，亟需融合現(xiàn)代信息技術(shù)，如利用機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)于藥材、飲片、成品的質(zhì)量檢測(cè)，生產(chǎn)過(guò)程的狀態(tài)識(shí)別，以及生產(chǎn)車(chē)間現(xiàn)場(chǎng)管理，從而驅(qū)動(dòng)中藥生產(chǎn)的高質(zhì)量發(fā)展。文章通過(guò)總結(jié)機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)技術(shù)在各領(lǐng)域中的應(yīng)用情況及關(guān)鍵技術(shù)，從人、物料、生產(chǎn)狀態(tài)和整體環(huán)境4個(gè)角度對(duì)機(jī)器視覺(jué)自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)在中藥智能制藥中的應(yīng)用作出展望。

歡迎引用本文：

繆培琪, 王鐾璇, 司夢(mèng)蘭, 于洋, 所同川, 李正. 機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)技術(shù)及其在中藥智能制藥中的應(yīng)用展望[J]. 天津中醫(yī)藥大學(xué)學(xué)報(bào), 2020, 39(4): 365-373.

MIAO Peiqi, WANG Beixuan, SI Menglan, YU Yang, SUO Tongchuan, LI Zheng. Machine vision technology and its potential application in intelligent pharmaceutical manufacturing of traditional Chinese medicine[J]. Journal of Tianjin University of Traditional Chinese Medicine, 2020, 39(4): 365-373.

機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)技術(shù)及其在中藥智能制藥中的應(yīng)用展望

繆培琪, 王鐾璇, 司夢(mèng)蘭, 于洋, 所同川, 李正

（天津中醫(yī)藥大學(xué)中藥制藥工程學(xué)院, 天津 301617）

傳統(tǒng)中藥質(zhì)量控制以成品質(zhì)量檢驗(yàn)為核心，存在制藥過(guò)程內(nèi)在規(guī)律模糊不清，生產(chǎn)過(guò)程監(jiān)管困難等問(wèn)題，造成質(zhì)控成本較高，且不能持續(xù)有效的提高中藥質(zhì)量的困局?；凇百|(zhì)量是生產(chǎn)出來(lái)的，而不是檢驗(yàn)出來(lái)的”現(xiàn)代質(zhì)量控制理念，需要探索先進(jìn)的在線質(zhì)量檢測(cè)技術(shù)并建立快速、高效、無(wú)損的過(guò)程質(zhì)量檢測(cè)方法，在生產(chǎn)過(guò)程中密切關(guān)注關(guān)鍵質(zhì)量屬性，解決怎么測(cè)、測(cè)什么的問(wèn)題。中藥產(chǎn)業(yè)鏈跨度大，從藥材種植、藥廠制劑到臨床使用，存在著大量隱性知識(shí)的使用和以人為主的生產(chǎn)物料轉(zhuǎn)移，分段式工藝布局形成割裂式控制導(dǎo)致大量數(shù)據(jù)分散累積為“信息孤島”，且生產(chǎn)過(guò)程動(dòng)態(tài)變化、高度復(fù)雜又缺乏有效的檢測(cè)技術(shù)裝備，導(dǎo)致各流程關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的過(guò)程參數(shù)存在盲區(qū)。

結(jié)合機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)技術(shù)可部分解決上述問(wèn)題，應(yīng)用機(jī)器視覺(jué)對(duì)從原料藥到成品的生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并從大量圖像數(shù)據(jù)中提取其蘊(yùn)藏的豐富質(zhì)量信息，是中藥質(zhì)量控制技術(shù)創(chuàng)新發(fā)展的有效途徑。通過(guò)云端或者本地的“智能大腦”對(duì)視覺(jué)數(shù)據(jù)進(jìn)行建模分析生成控制策略，優(yōu)化工藝參數(shù)，可解決中藥生產(chǎn)中的質(zhì)量持續(xù)提升問(wèn)題。利用這種思路不僅可以節(jié)省勞動(dòng)力，提高檢測(cè)速度和精度，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的全檢，還將賦予制藥裝備新的智能決策能力。

機(jī)器視覺(jué)起初主要應(yīng)用于半導(dǎo)體制造、汽車(chē)裝配等行業(yè)。中國(guó)機(jī)器視覺(jué)起步較晚，一直到2006年，工業(yè)機(jī)器視覺(jué)開(kāi)始逐漸應(yīng)用到印刷、食品生產(chǎn)等領(lǐng)域。雖然機(jī)器視覺(jué)并非新技術(shù)，但深度學(xué)習(xí)的快速發(fā)展使機(jī)器視覺(jué)能夠更精確、更高效地處理各種圖像問(wèn)題。

目前，機(jī)器視覺(jué)技術(shù)以其精確性好、可靠性高、可適應(yīng)環(huán)境多、持續(xù)工作時(shí)間長(zhǎng)、生產(chǎn)效率高的特點(diǎn)，已在智慧城市、智慧礦山、智慧電網(wǎng)、智慧農(nóng)業(yè)等多個(gè)智能化領(lǐng)域中發(fā)揮了巨大作用，根據(jù)機(jī)器視覺(jué)所應(yīng)用感知對(duì)象的不同，對(duì)機(jī)器視覺(jué)在這些領(lǐng)域中的成功應(yīng)用案例和最新研究成果進(jìn)行如表 1所示的總結(jié)，可以看出在不同的應(yīng)用領(lǐng)域，機(jī)器視覺(jué)應(yīng)用的感知對(duì)象主要集中于人、物料、生產(chǎn)狀態(tài)和整體環(huán)境，以下簡(jiǎn)稱為人、物、態(tài)、環(huán)。本文將綜述基于機(jī)器視覺(jué)的生產(chǎn)監(jiān)測(cè)技術(shù)，并對(duì)其在中藥智能制藥中的應(yīng)用前景作出展望。

1 基于機(jī)器視覺(jué)的中藥生產(chǎn)數(shù)據(jù)感知關(guān)鍵技術(shù)

圖像傳感器是機(jī)器視覺(jué)技術(shù)應(yīng)用于中藥制造過(guò)程的眼睛，是中藥工業(yè)大數(shù)據(jù)的核心。待檢測(cè)物體經(jīng)光源照射后，由光學(xué)成像系統(tǒng)采集圖像信息，再利用圖像采集卡將光學(xué)圖像轉(zhuǎn)換生成可分析的數(shù)字圖像，這是機(jī)器視覺(jué)數(shù)據(jù)感知的過(guò)程。根據(jù)圖像傳感器獲取信息的方式不同，可分為電荷耦合器件（CCD）和互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體（CMOS）兩種圖像傳感器類型。

CCD傳感器相比于CMOS傳感器靈敏度和可拍攝分辨率都要更高，但成本也相對(duì)較高，且在極端環(huán)境下，由于CMOS傳感器制作時(shí)焊點(diǎn)與接頭較少，故其在工業(yè)復(fù)雜環(huán)境應(yīng)用的可靠性優(yōu)于CCD傳感器。通過(guò)圖像傳感器接口芯片，將所需發(fā)送的數(shù)據(jù)根據(jù)網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)通信格式的數(shù)字信號(hào)，再由通信網(wǎng)絡(luò)，發(fā)送至服務(wù)器進(jìn)行存儲(chǔ)或與其他系統(tǒng)進(jìn)行通信。

隨著機(jī)器視覺(jué)技術(shù)在各智能領(lǐng)域的應(yīng)用普及，各種形式的圖像數(shù)據(jù)獲取技術(shù)也在快發(fā)展，如偏振成像對(duì)于傳統(tǒng)技術(shù)無(wú)法檢測(cè)的隱形材料具有很好地特征提取效果，可在高光下對(duì)產(chǎn)品缺陷進(jìn)行檢測(cè)；嵌入式視覺(jué)在尺寸和功耗方面較低，在很多特殊的環(huán)境下都有較高的應(yīng)用價(jià)值；3D相機(jī)成像技術(shù)，不僅采集平面圖像信息，而且可以獲取目標(biāo)深度信息；還有多光譜成像技術(shù)，如現(xiàn)在在中藥質(zhì)量控制領(lǐng)域研究較多的高光譜成像技術(shù)，可提取目標(biāo)物在白光下可能無(wú)法檢測(cè)到的信息。

中藥制造過(guò)程需要關(guān)注不同種類的物料，如藥材、飲片，中間體（提取液、濃縮液、離心液等）、成品（片劑、丸劑、顆粒劑、注射劑等），要求圖像傳感器具備快速、靈敏、穩(wěn)定的特點(diǎn)。在選擇圖像傳感器時(shí)，需考慮到客觀環(huán)境因素，而且剛應(yīng)該關(guān)注采集到圖像數(shù)據(jù)所應(yīng)該包含的主要信息。采集哪些圖像，選擇哪種圖像傳感器，如何布置傳感器在中藥生產(chǎn)過(guò)程中的位置，決定了圖像數(shù)據(jù)質(zhì)量的好壞。

2 基于機(jī)器視覺(jué)的中藥生產(chǎn)數(shù)據(jù)分析關(guān)鍵技術(shù)

基于機(jī)器視覺(jué)的中藥工業(yè)圖像大數(shù)據(jù)中包含了大量信息，其中部分無(wú)關(guān)信息會(huì)大大影響數(shù)據(jù)的處理效率及有效特征的提取。需要借助開(kāi)源計(jì)算機(jī)視覺(jué)庫(kù)（OpenCV）、HALCON（德國(guó)MVtec公司開(kāi)發(fā)的機(jī)器視覺(jué)算法包）等圖像處理工具，將碎片化的圖像信息轉(zhuǎn)變?yōu)槌筛哔|(zhì)量、高密度的特征信息，然后利用模式識(shí)別、深度學(xué)習(xí)等方法，并結(jié)合中藥制藥專業(yè)理論知識(shí)和生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，建立可靠地視覺(jué)檢測(cè)模型，將過(guò)程數(shù)據(jù)可視化，為解決中藥生產(chǎn)難題提供決策力。

一般在進(jìn)行圖像分析前需要進(jìn)行圖像數(shù)據(jù)清洗，即將無(wú)關(guān)信息較多、不具有目標(biāo)特征代表性的圖像進(jìn)行修剪、刪除，也可通高斯變換、傅里葉變換、小波降噪等方法減小圖片噪音。如果采集到的圖片量綱不同，可通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化統(tǒng)一圖片尺寸，當(dāng)采用3D成像或多光譜成像技術(shù)采集圖像時(shí)，圖片維度較高，應(yīng)采取降維的方法對(duì)圖像進(jìn)行處理，一般圖像分析需要將圖片處理為2維的灰度圖片。

之后將進(jìn)行圖像特征提取，一般特征提取需要用到輪廓提取、Canny算子檢測(cè)（由John F. Canny開(kāi)發(fā)的多級(jí)邊緣檢測(cè)算法）、形態(tài)學(xué)變換等技術(shù)手段，這是中藥生產(chǎn)大數(shù)據(jù)分析中最重要的部分。中藥生產(chǎn)大數(shù)據(jù)多具有時(shí)序性、工序性、相關(guān)性等特點(diǎn)。從圖片中提取特征變量，不僅反映了中藥生產(chǎn)過(guò)程的關(guān)鍵屬性，而且有助于模型的建立和解釋，增強(qiáng)模型的預(yù)測(cè)性能，為中藥企業(yè)在機(jī)器視覺(jué)的應(yīng)用中創(chuàng)造核心競(jìng)爭(zhēng)力。

3 機(jī)器視覺(jué)在中藥智能制藥領(lǐng)域中的應(yīng)用及展望

與其他領(lǐng)域相似，中藥生產(chǎn)同樣包括人、物、態(tài)、環(huán)4個(gè)感知對(duì)象。針對(duì)不同的感知對(duì)象，課題組提出如圖 1所示的基于機(jī)器視覺(jué)的中藥生產(chǎn)管理技術(shù)路線圖。

3.1 機(jī)器視覺(jué)+中藥生產(chǎn)中的“人”

人是中藥生產(chǎn)中過(guò)程中最大的不確定因素，人員的安全保障和規(guī)范化管理是中藥企業(yè)發(fā)展中的重要一環(huán)，利用現(xiàn)代信息技術(shù)技術(shù)對(duì)中藥生產(chǎn)中的“人”進(jìn)行檢測(cè)是中藥企業(yè)智能化發(fā)展的關(guān)鍵一步。中藥生產(chǎn)中的“人”主要指生產(chǎn)線上的工作人員，將機(jī)器視覺(jué)應(yīng)用在“人”的檢測(cè)主要包括安全保障和規(guī)范管理兩個(gè)方面。

在安全保障方面，普遍存在于中藥生產(chǎn)線中的大量高溫高壓高轉(zhuǎn)速設(shè)備對(duì)員工的安全產(chǎn)生了潛在威脅，所以亟需建立一套人員安全預(yù)警系統(tǒng)來(lái)保障員工的生命安全。針對(duì)這個(gè)問(wèn)題，可以通過(guò)機(jī)器視覺(jué)技術(shù)建立危險(xiǎn)區(qū)域電子圍欄，當(dāng)工人靠近危險(xiǎn)區(qū)域便及時(shí)提醒。類似的，在智慧城市領(lǐng)域有相關(guān)應(yīng)用，主要用到了方向梯度直方圖（HOG）特征提取及背景減除等技術(shù)手段。也可建立基于機(jī)器視覺(jué)手勢(shì)控制系統(tǒng)，在一定距離通過(guò)手勢(shì)控制完成設(shè)備操作，不僅實(shí)現(xiàn)了“人機(jī)合一”的真正物聯(lián)網(wǎng)，而且保障了工人的操作安全。比如在家電智能控制領(lǐng)域，趙樹(shù)言研究了7種常用手勢(shì)的人機(jī)交互，識(shí)別率達(dá)到79%，且交互工作效率達(dá)75%。除此之外，還應(yīng)該建立工人體態(tài)識(shí)別系統(tǒng)，如人體關(guān)鍵點(diǎn)的識(shí)別，對(duì)其不慎摔倒等狀況進(jìn)行識(shí)別，在短時(shí)間內(nèi)對(duì)其進(jìn)行救助。

在人員規(guī)范管理方面，工作人員的不規(guī)范操作是影響潔凈區(qū)衛(wèi)生狀態(tài)的最大因素之一，可根據(jù)目標(biāo)檢測(cè)的思維建立規(guī)范化操作視頻圖像庫(kù)，對(duì)不規(guī)范佩戴口罩，進(jìn)入潔凈區(qū)不洗手等違規(guī)行為進(jìn)行檢測(cè)識(shí)別，也可利用OpenPose（卡內(nèi)基梅隆大學(xué)開(kāi)源項(xiàng)目）等人體關(guān)鍵點(diǎn)檢測(cè)技術(shù)及時(shí)發(fā)現(xiàn)違規(guī)行為并及時(shí)糾正，并且可以基于機(jī)器視覺(jué)對(duì)作業(yè)人員工作準(zhǔn)則（SOP）進(jìn)行量化，一方面規(guī)范行為操作，另一方面也將高質(zhì)量的操作流程記錄保存，解決隱性知識(shí)無(wú)法傳承的問(wèn)題，為崗位人員更替提供依據(jù)和保障。

總的來(lái)說(shuō)，將機(jī)器視覺(jué)技術(shù)應(yīng)用到中藥生產(chǎn)中的“人”，就是解決生產(chǎn)過(guò)程中的人流合規(guī)化問(wèn)題，即通過(guò)視覺(jué)識(shí)別的方式將工作人員的基本信息和其崗職能信息相聯(lián)系，預(yù)判可能發(fā)生的危險(xiǎn)并防止無(wú)關(guān)工作人員進(jìn)入危險(xiǎn)區(qū)域，工況發(fā)生時(shí)，快速通知相關(guān)職能人員到現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施設(shè)備復(fù)位。通過(guò)視覺(jué)信息匹配工作人員權(quán)限，進(jìn)而控制規(guī)定工作人員可以到指定崗位完成其任務(wù)，以使工人在安全高效無(wú)接觸式的生產(chǎn)環(huán)境下完成其職能。

3.2 機(jī)器視覺(jué)+中藥生產(chǎn)中的“物”

中藥生產(chǎn)中的“物”包括藥材飲片、成品以及每個(gè)工序產(chǎn)生的中間體。在中藥飲片檢測(cè)方面，已有學(xué)者做出相關(guān)研究，其主流的思路一般分為“辨形”和“辨色”。侯青等通過(guò)簡(jiǎn)單的閾值分割對(duì)葉片中氣孔數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，為葉類中藥視覺(jué)檢測(cè)提供了支持；梁麗金等從防風(fēng)藥材的顯微圖像中提取木栓層、韌皮部、油管等主要形態(tài)結(jié)構(gòu)的特征，并對(duì)4個(gè)產(chǎn)地的防風(fēng)藥材進(jìn)行了劃分；賈偉等通過(guò)Tamura方法比較研究了12種中藥飲片切面的6個(gè)特征參數(shù)，為基于機(jī)器視覺(jué)的中藥飲片檢測(cè)提供理論依據(jù)。

研究表明，中藥的色澤與其藥性及有效成分的含量息息相關(guān)，另外，根據(jù)采收期、產(chǎn)地和炮制方法的不同，藥材的色澤也會(huì)表現(xiàn)出差異性。對(duì)于中藥材的質(zhì)量評(píng)價(jià)，由于顏色的波動(dòng)往往要比形狀紋理的波動(dòng)要小，故在傳統(tǒng)的藥材鑒定中，顏色往往是作為藥材質(zhì)量評(píng)價(jià)的最根本依據(jù)。

周明運(yùn)用斑點(diǎn)、輪廓、最小矩形面積和凸包檢測(cè)等算法先對(duì)異常飲片進(jìn)行排除，再運(yùn)用分水嶺、顏色直方圖等算法分析飲片表面顏色特征，進(jìn)而對(duì)其進(jìn)行等級(jí)判定，最終完成對(duì)大黃飲片的計(jì)算機(jī)視覺(jué)分析。錢(qián)丹丹等[66]對(duì)采集到的大棗飲片圖像進(jìn)行面積、顏色H分量值和缺陷面積百分比的特征值提取，并以這3個(gè)特征值作為大棗品質(zhì)分級(jí)的特征參數(shù)輸入到樸素貝葉斯分類器進(jìn)行優(yōu)、中、劣等級(jí)區(qū)分，識(shí)別率分別達(dá)到96%、92%、94%，高效、精確地完成分類工作，適應(yīng)大規(guī)模中藥飲片生產(chǎn)檢測(cè)，彌補(bǔ)了人工質(zhì)檢的不足。

在成品質(zhì)量的檢測(cè)方面，胡安翔[67]通過(guò)VIBE（一種視頻序列背景檢測(cè)與減影技術(shù)）和基于像素的自適應(yīng)分割器（PBAS）兩種背景減除算法聯(lián)合支持基向量機(jī)、反向傳播（BP）神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)兩種分類器，并利用Faster-R-CNN及VGG16神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)中藥片劑進(jìn)行缺陷檢測(cè)；劉君動(dòng)等依托CIELab顏色空間實(shí)現(xiàn)了丹參多酚酸溶液的顏色檢測(cè)，提出了中藥注射劑的圖像檢測(cè)方法；姚冠宇等通過(guò)邊緣匹配定位口服液瓶，并采用兩幀差分法對(duì)輪廓中的異物進(jìn)行檢測(cè)，可對(duì)中藥口服液中異物進(jìn)行很好地識(shí)別。通過(guò)這些檢測(cè)方法填補(bǔ)了中藥制劑成品檢測(cè)應(yīng)用中的一些空白，提高了中藥制劑成品質(zhì)檢的自動(dòng)化程度，進(jìn)而提升了中藥制劑安全性。

然而，中藥生產(chǎn)工序的復(fù)雜性決定了只在源頭和終點(diǎn)對(duì)其質(zhì)量進(jìn)行控制是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，對(duì)提取、濃縮等工序產(chǎn)生的中間體的質(zhì)量數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)同樣具有重要意義。目前常用的中間體質(zhì)量檢測(cè)方法大多是基于微觀有效成分的含量測(cè)定，檢測(cè)耗時(shí)費(fèi)力且不具時(shí)效性，不能滿足在線檢測(cè)的需求。

中藥制藥過(guò)程工藝繁多，通過(guò)機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)技術(shù)，從宏觀角度檢測(cè)全過(guò)程物料變化規(guī)律，及時(shí)檢出物料異常狀態(tài)并對(duì)工藝參數(shù)進(jìn)行修正，對(duì)中藥產(chǎn)品的一致性評(píng)價(jià)具有重要意義。而且通過(guò)視覺(jué)特征匹配，可以使生產(chǎn)物料、中間體及產(chǎn)品信息相關(guān)聯(lián)，解決物流自動(dòng)合規(guī)運(yùn)轉(zhuǎn)問(wèn)題，再結(jié)合之前提到的“人”的機(jī)器視覺(jué)化，進(jìn)而控制“物”由指定的“人”運(yùn)往相對(duì)應(yīng)的位置。通過(guò)圖像視頻數(shù)據(jù)作為基礎(chǔ)，使物料加工信息化，實(shí)現(xiàn)物料生產(chǎn)質(zhì)量等多環(huán)節(jié)的統(tǒng)一管理以及生產(chǎn)過(guò)程質(zhì)量的可追溯。

3.3 機(jī)器視覺(jué)+中藥生產(chǎn)中的“態(tài)”

中藥生產(chǎn)中的“態(tài)”指狀態(tài)，包括設(shè)備的工作狀態(tài)和物料在生產(chǎn)過(guò)程中所處的狀態(tài)。由于中藥制藥行業(yè)智能化進(jìn)程緩慢，我國(guó)大部分制藥企業(yè)仍處在工業(yè)2.0的水平，設(shè)備儀表為簡(jiǎn)單的電子儀表或者指針式儀表，這類儀表不能直接輸出數(shù)字信號(hào)到數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)，需要人工巡檢，手動(dòng)記錄數(shù)據(jù)，不但耗時(shí)費(fèi)力且存在主觀性問(wèn)題。中國(guó)的電力系統(tǒng)同樣存在這些問(wèn)題，不過(guò)再近些年的電網(wǎng)智能升級(jí)改造中，機(jī)器視覺(jué)技術(shù)大量被使用，在傳統(tǒng)指針式儀表檢測(cè)中，徐冬生采用Canny邊緣檢測(cè)，并進(jìn)行Hough（1962年由Hough提出）直線檢測(cè)確定儀表指針位置已獲得讀數(shù)。

劉楊等將機(jī)器人采集的儀表圖像通過(guò)Lucy-Richardson方法復(fù)原，運(yùn)用同心圓環(huán)搜索法識(shí)別指針角度，比傳統(tǒng)的Hough變換算法計(jì)算量小且運(yùn)行速度快，讀數(shù)效果好，在大幅降低人力成本的同時(shí)，避免了人工讀數(shù)帶來(lái)的誤差。這對(duì)指導(dǎo)中藥生產(chǎn)裝備智能升級(jí)具有很高的指導(dǎo)價(jià)值。

履帶的工作狀態(tài)也是值得關(guān)注的點(diǎn)，中藥生產(chǎn)裝備中存在大量履帶，如提取罐進(jìn)料傳送帶、帶式干燥機(jī)干燥履帶等，履帶承載物重量過(guò)大、維護(hù)不及、轉(zhuǎn)速過(guò)高等都會(huì)導(dǎo)致安全問(wèn)題。在智慧礦山領(lǐng)域存在同樣的問(wèn)題，一些學(xué)者研究了基于機(jī)器視覺(jué)的傳送履帶智能控制方案，通過(guò)視頻數(shù)據(jù)，在對(duì)輸送帶進(jìn)行工況監(jiān)測(cè)的同時(shí)對(duì)輸送量進(jìn)行計(jì)算，并對(duì)傳輸速度進(jìn)行智能調(diào)節(jié)，通過(guò)機(jī)器視覺(jué)監(jiān)測(cè)傳送履帶的各項(xiàng)視覺(jué)參數(shù)，可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)設(shè)備的工作狀況并對(duì)其進(jìn)行智能控制，節(jié)約企業(yè)能源的同時(shí)避免了意外發(fā)生。

此外，中藥生產(chǎn)過(guò)程包含大量物理化學(xué)反應(yīng)，需要掌握關(guān)鍵過(guò)程參數(shù)以控制產(chǎn)品質(zhì)量。但是由于一些生產(chǎn)設(shè)備具有高溫高壓高真空等特殊性質(zhì)使得過(guò)程參數(shù)無(wú)法準(zhǔn)確測(cè)量只能通過(guò)工人的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，這大大影響了產(chǎn)品質(zhì)量的一致性，也使企業(yè)擔(dān)負(fù)了更高的風(fēng)險(xiǎn)。其實(shí)這些生產(chǎn)過(guò)程中的物化反應(yīng)大多都存在起泡、變色等現(xiàn)象，這些現(xiàn)象包含了大量的過(guò)程物料參數(shù)信息，通過(guò)機(jī)器視覺(jué)的方法將這些圖像數(shù)據(jù)收集起來(lái)，與溫度、濃度等物料參數(shù)進(jìn)行比對(duì)分析，建立合理的控制模型，可對(duì)物料的狀態(tài)提前進(jìn)行預(yù)測(cè)，以獲得設(shè)備最佳控制參數(shù)。相關(guān)檢測(cè)建模方法在智慧礦山、核工業(yè)等領(lǐng)域都已成熟應(yīng)用。

通過(guò)機(jī)器視覺(jué)的方式將原本不可見(jiàn)的設(shè)備狀態(tài)可視化，彌補(bǔ)了生產(chǎn)過(guò)程關(guān)鍵工藝參數(shù)不可測(cè)的短板，而且以工位為單位實(shí)現(xiàn)了人、機(jī)、物的一體化，在保障生產(chǎn)質(zhì)量的同時(shí)，使企業(yè)獲得生產(chǎn)過(guò)程的關(guān)鍵工藝參數(shù)，這是中藥生產(chǎn)過(guò)程智能升級(jí)的根本，也是質(zhì)量數(shù)字化的關(guān)鍵。質(zhì)量數(shù)字不僅保證了藥品質(zhì)量的穩(wěn)定性和均一性，也將形成藥品企業(yè)的核心競(jìng)爭(zhēng)力。

3.4 機(jī)器視覺(jué)+中藥生產(chǎn)中的“環(huán)”

中藥生產(chǎn)中的智能化最終要體現(xiàn)在“環(huán)”的檢測(cè)上，如車(chē)間人數(shù)統(tǒng)計(jì)、物料擺放位置、工具挪用情況等，這些信息的掌握對(duì)于企業(yè)生產(chǎn)資源的合理調(diào)度具有很大幫助。在智慧城市中，王敬仁等[15]通過(guò)樹(shù)莓派平臺(tái)搭建人臉識(shí)別系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)地鐵人流量統(tǒng)計(jì)并進(jìn)行分流預(yù)警，有效解決了擁堵問(wèn)題。這對(duì)于中藥企業(yè)具有很好的借鑒意義。

在中藥智能倉(cāng)庫(kù)的建設(shè)方面，要求通過(guò)機(jī)器視覺(jué)技術(shù)對(duì)藥材位置等信息準(zhǔn)確統(tǒng)計(jì)，這屬于機(jī)器視覺(jué)測(cè)距定位及三維建模的范疇。如在智慧電網(wǎng)中的審計(jì)工作，肖琴等基于雙目視覺(jué)法的GRBD深度相機(jī)的研究了距離檢測(cè)方法和基于活動(dòng)目標(biāo)追蹤的塔桿數(shù)量統(tǒng)計(jì)法。

在中藥智能倉(cāng)庫(kù)中，同樣存在測(cè)距和統(tǒng)計(jì)等任務(wù)，結(jié)合機(jī)器視覺(jué)技術(shù)可輕松獲取貨架的位置、貨架之間的距離以及貨物所在的貨位等信息，這對(duì)建立倉(cāng)庫(kù)的立體三維模型具有很大幫助，通過(guò)機(jī)器視覺(jué)技術(shù)建立精確的中藥智能倉(cāng)庫(kù)三維模型，再結(jié)合“物”的視覺(jué)系信息化，進(jìn)而可實(shí)現(xiàn)飲片的數(shù)字化入庫(kù)與出庫(kù)，在滿足給定優(yōu)化目標(biāo)組合的前提下，可實(shí)現(xiàn)不同等級(jí)的飲片調(diào)配組合，同時(shí)減少倉(cāng)庫(kù)囤積時(shí)間，優(yōu)化物料自動(dòng)化轉(zhuǎn)運(yùn)路徑的同時(shí)解決了保證物料存放質(zhì)量的難題。

智能制造也是綠色制造，節(jié)能減排也是中藥產(chǎn)業(yè)智能化升級(jí)重要任務(wù)。中藥生產(chǎn)車(chē)間存在大量耗電耗能系統(tǒng)，不必要且過(guò)度的空調(diào)、照明系統(tǒng)的使用都會(huì)造成能源浪費(fèi)。在智能家居領(lǐng)域，周浩通過(guò)機(jī)器視覺(jué)識(shí)別室內(nèi)人員情況以實(shí)現(xiàn)房間光線強(qiáng)弱和分布的智能調(diào)節(jié)，節(jié)約并有效利用能源同時(shí)提升了生活環(huán)境的舒適度。這種基于機(jī)器視覺(jué)的能源配置系統(tǒng)可用于精益生產(chǎn)物耗與能耗管理及優(yōu)化。公用系統(tǒng)如空調(diào)系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)，濾網(wǎng)更換，依據(jù)車(chē)間內(nèi)的人員數(shù)量、設(shè)備數(shù)量，對(duì)空調(diào)循環(huán)、回風(fēng)次數(shù)等參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，進(jìn)而在保證生產(chǎn)車(chē)間舒適性與安全性的同時(shí)使能耗最低。

4 結(jié)語(yǔ)

中藥生產(chǎn)過(guò)程質(zhì)量智能優(yōu)化控制依賴于生產(chǎn)過(guò)程中各生產(chǎn)要素的數(shù)字化狀態(tài)采集與過(guò)程建模。機(jī)器視覺(jué)自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)具有快速、無(wú)損的優(yōu)勢(shì)，認(rèn)為機(jī)器視覺(jué)有助于實(shí)現(xiàn)制藥過(guò)程中涉及的人、物料、儀器設(shè)備、環(huán)境的數(shù)字化客觀表征，理解他們與藥品質(zhì)量的相互關(guān)系，解決中藥生產(chǎn)問(wèn)題中的復(fù)雜性和非線性，并更好地制定規(guī)范和規(guī)劃更安全的生產(chǎn)環(huán)境。但是目前還存在著很多局限性，亟需開(kāi)展相關(guān)研究，以達(dá)到中藥制藥過(guò)程質(zhì)量的動(dòng)態(tài)優(yōu)化調(diào)控。深度學(xué)習(xí)、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等的快速發(fā)展使得機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)技術(shù)精度更高，使用更廣，加上圖形處理器（GPU）等計(jì)算設(shè)備的快速發(fā)展，使其在未來(lái)食品、藥品等質(zhì)量檢測(cè)中應(yīng)用前景廣闊。

因此，研究準(zhǔn)確、輕量、快速、高效的機(jī)器視覺(jué)檢檢測(cè)模型仍是未來(lái)機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)領(lǐng)域的重點(diǎn)。此外，由于中藥種類繁多，成分復(fù)雜，批次間又存在差異，實(shí)現(xiàn)一種通用中藥檢測(cè)模式仍是一大挑戰(zhàn)，這不僅要控制中藥原藥材的質(zhì)量，還需要在中藥生產(chǎn)的每個(gè)環(huán)節(jié)關(guān)注物料的關(guān)鍵信息。隨著機(jī)器視覺(jué)技術(shù)的不斷發(fā)展，基于機(jī)器視覺(jué)的中藥質(zhì)量檢測(cè)、生產(chǎn)過(guò)程的狀態(tài)識(shí)別、以及生產(chǎn)車(chē)間自動(dòng)化現(xiàn)場(chǎng)管理的應(yīng)用前景會(huì)更加廣闊。

基金項(xiàng)目:重大新藥創(chuàng)制科技重大專項(xiàng)（2018ZX09201011）；中國(guó)工程科技中長(zhǎng)期發(fā)展戰(zhàn)略研究項(xiàng)目（2019-ZCQ-10）。

責(zé)任編輯：xj

原文標(biāo)題：機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)技術(shù)及其在中藥智能制藥中的應(yīng)用展望

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