医药大输液是我国医药行业五大重要制剂之一，是医疗机构日常必须使用的药品，在现代临床上占据十分重要的地位。但是，由于生产工艺以及封装技术的原因，在灌装过程中，大输液产品中可能含有玻璃屑、纤维、毛发、漂浮物等可见异物，异物的存在将危害用药安全。目前，我国制药企业由于缺乏相关配套技术和生产成本考虑，大部分都没有在瓶装液体药品生产线中引进或建立自动化医药检测装备系统，而基本上都是采用人工灯检的方法，要求工作人员在暗室中进行，配备简单的检测灯箱，通过目视检测药液中的可见异物，这种方法检查速度慢、操作繁琐、可靠性差，还容易对药品造成二次污染，从而危害制药安全。而基于机器视觉的药品检测机器人能够实现药品在线、高速、高精度的自动化检测。我国在灌装后的药品视觉检测设备研究开发方面远远落后于国外发达国家，而这与我国大输液生产使用量世界首位极不相称。为此，针对现有人工检测方法存在的问题和我国药企的需求，本论文对大输液智能视觉检测机器人技术进行了深入的研究。论文介绍了大输液视觉检测的概念和要求，从大输液视觉检测机器人的检测原理、机械结构、电气控制系统、光学照明与图像获取方案到可见异物的图像检测算法都进行了详细研究，在此基础上，开发出视觉检测机器人并进行了多项指标测试和验证。本论文的研究工作、主要成果和创新点包括以下几个方面：1、介绍了医药大输液视觉检测机器人的研究背景与意义，分析了我国医药市场和制药装备的现状，以及大输液药品的生产制造流程，指出在医药检测环节人工灯检存在的问题；概述了医药视觉检测机器人相关的一些重要机器视觉技术，包括光源照明技术、视觉成像等，还介绍了机器视觉在医药、饮料、电子生产线检测中的应用情况；最后分析并总结了国外开发类似检测技术与设备的相关成果。2、根据医药生产企业对大输液药品在线检测的应用要求，结合我国大输液的实际生产工艺，分析了医药自动化生产线上智能检测机器人的技术可行性。论文提出了模拟人工检测动作，药品高速旋转-急停-跟踪拍摄的视觉检测原理。设计了用于检测100ml以下大输液的机器人机械结构和检测100ml及以上大输液的机器人机械结构及多个重要机械机构，包括：抓瓶机构（药瓶夹持机构）、旋转搓瓶机构、次品剔除机构等；设计了由控制子系统和图像处理子系统两部分组成的总体控制系统。在控制子系统中，开发了基于多PC机并行处理的分布式控制结构，设计了系统中的旋转-急停-跟踪拍摄的控制时序、多段分区域搓瓶时间控制、以及跟踪摆臂运动控制等。在图像采集与处理子系统，从相机镜头选型到光学系统设计，经过反复实验，实现了在高速运动中获取清晰的药品图像。论文还分析了医药大输液视觉检测机器人的系统工作过程及软件构架方案。3、提出了一种基于FFT频域变换的图像校正与配准方法，测试了多组检测序列图像，完成对序列图像参数的粗略配准，在此基础上，采用Powell最优化搜索算法进一步寻找最佳匹配参数，以图像子集的平均互相关度量值为配准的代价函数，最终获得图像的精确配准参数，配准精度达到了亚像素级。为了减少后续处理的运算量，提出一种基于概率统计的方法对输液图像进行感兴趣区域提取，首先对获得的图像进行直方图均衡化，增强图像整体对比度，然后对药品图像进行二维最大熵阀值分割，最后使用概率统计的方法求出图像中包含药液区域的左右和上下边界位置。为了抑制背景噪声的干扰，提出了一种基于极值的自适应均值滤波算法，与传统的滤波算法比较，该算法能够去除噪声的同时较好地保留边缘等细节信息，降低图像处理后的模糊化程度，可以有效的对检测区域内的药液图像进行了噪声滤除。4、结合药液中可见异物的检测特点，提出基于细胞神经网络（Cellular neuralnetworks, CNN）的药液图像分割方法，设计恰当的细胞神经网络模板分割图像，然后为改变CNN的线性加权联结方式，引入了非线性模糊运算min/max联结权，设计了模糊细胞神经网络（FCNN）结构，通过实验测试，FCNN分割效果优于传统的CNN，但在边缘检出上其效果尚不理想；本文针对此问题，提出改进型模糊细胞神经网络（IFCNN），研究了其收敛性和稳定性，实验测试结果表明，它能有效的克服现有方法无法解决的边缘检出问题，使得异物分割图像能更好的接近真实图像。5、根据药液异物图像形态复杂、类型多样等特点，对连续多帧医药图像选取了目标的一系列形态特征、统计特征、运动特征等，介绍了使用的各个特征参数的计算方法，然后针对实验图像，提取各个目标的特征参数，并进行分析。在此基础上，提出了一种改进的ReliefF算法-k个最近邻ReliefF算法来选取特征，通过该特征选择算法滤除无关特征，该算法能在进行权值迭代中用k个最近邻距离的平均代替传统的一个最近邻，从而较大程度的减少了噪声等虚假特征对权值的影响，使得特征的选择更为精确。论文分析了支持向量机和Boosting之后，通过实验比较两者在药液中多种异物分类应用中的优缺点，提出了基于SVM的AdaBoosting多值分类算法，并给出实验结果，该方法集成在药品缺陷检测软件系统中，取得了良好的效果。6、研制出了一台大输液检测机器人样机和一套软件平台。从工程应用角度，详细介绍了研制的大输液检测机器人硬件系统，对进瓶机构、抓瓶与搓瓶机构以及电气控制等多个组成部分进行了说明，并开发了检测与分析软件各组成模块，在系统性能的测试过程中，通过国际通用测试方法（Knapp-Kushner）对本文设计的药液异物检测系统和算法的有效性进行验证，另一方面也对检测方法的重复性、检测精度、不同种类异物检测性能进行了测试，完全能够满足输液在线检测的要求。本论文通过理论分析研究和实验证明了提出的大输液医药视觉检测机器人光学、机械、电气结构的合理性，以及大输液可见异物检测方法的有效性和可行性，研制的检测机器人系统做为国家863课题―大型高速医药自动化生产线上的产品检测包装智能机器人‖的重要成果之一，在2011.12.9通过了国家科技部组织的专家验收。检测机器人现场应用表明，本文研制的检测系统解决了实际应用的大部分问题，将在医药自动化检测中发挥重要的作用，具有极高的实用价值和推广应用前景。