基于机器视觉的疫苗蛋胚检测与识别分拣系统研究

来源 :中国石油大学(华东) | 被引量 : 0次 | 上传用户:wan6415383aa
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疫苗是控制传染性疾病最主要的手段,其质量直接决定了免疫效果,而其生产检测手段则决定了疫苗质量。由于疫苗生产以蛋胚作为培养基,因此疫苗制备检测的核心是蛋胚活性检测,如何提高蛋胚活性检测效率,保证疫苗质量,成为亟需解决的关键问题。然而,蛋胚活性的高通量在线检测目前正面临着巨大挑战。本论文结合我国疫苗生产行业要求,以蛋胚活性特征为研究对象,在蛋胚成像理论及方法、蛋胚生物特征量化分析手段、蛋胚活性识别模型建立、蛋胚负压分拣系统控制研究、在线识别分拣成套设备研发等方面开展基础和应用研究,配套研发出高效可靠的蛋胚活性在线检测系统,为疫苗安全生产提供了科学检测手段。主要研究如下:(1)研究蛋胚差异性成像方法,分析在线成像暗箱环境和图像采集系统的不稳定性因素,提出了采用V分量图像自动分类法,对图像进行多元化处理。针对蛋胚图像背景与蛋胚轮廓灰度级相近的问题,提出了一种自适应滤波和双峰阈值分割蛋胚分量图的蛋胚轮廓边缘获取方法。根据蛋胚差异性发育特点,探究生物血脉分布规律,对比蛋姿对血脉和气室分布规律的影响,形成了高效蛋胚图像获取方法,研发蛋胚图像采集系统。(2)研究不同生物活性蛋胚图像特征,针对蛋胚轮廓与血脉灰度级相似度高的问题,提出一种最小类内指数方差阈值法融合多级图像逻辑运算获取血脉二值形态的方法。同时,分析蛋胚血脉分量特征,提出了基于G分量图的蛋胚轮廓获取方法。根据获取的蛋胚轮廓和血脉二值图的特点,设计了多级图像逻辑运算分步去除蛋胚轮廓提取血脉纹理方法,从而能够获得蛋胚活性识别判据并分析蛋胚气室及血脉占比分布规律。(3)深入研究血脉不连续死胚纹理特征及受蛋胚位姿影响图像中胚体与气室面积占比差异规律,建立了血脉纹理与胚体面积比识别方法,提供了血脉不连续快速区分手段。研究模糊团块状死胚的血脉纹理特征及该类死胚血脉纹理与蛋胚活性的关联规律,提出了血脉最大连通区域几何特征的识别方法。通过样本测试数据分析,基于贝叶斯分类器优化了死胚特征参数,创建了基于蛋胚血脉特征的活性判断模型。(4)研究真空吸盘吸持蛋胚的气流场变化规律,建立蛋胚吸持临界负压法,预测蛋胚可靠吸持的真空条件。分析蛋胚吸持动力特性,结合吸盘装置的移动控制要求,分析吸持蛋胚所需的轴向和径向力,设计皱褶式吸盘和吸盘连杆缓冲装置,降低临界气流流速。建立蛋胚吸持负压系统的等效分析模型,分析气管长度、真空发生器性能、吸盘几何参数与负压系统动态响应的关联特性,提出了先供压后耦合的单点负压生成独立控制方法,实现了负压吸持系统的负压均衡。(5)研究蛋胚在不同位姿下的抗压能力,结合蛋车的有限空间约束,发明了一种由升降机构和具有高度差的剪叉式组合装卸系统。由剪叉式刚性传递机构完成蛋盘抓取,柔性传递机构完成蛋盘输送。依托蛋胚血脉纹理特征提取、蛋胚活性识别、蛋胚自动装卸、蛋胚分拣方法等方面研究成果,进一步完善研发了具有蛋胚装卸机械臂、活性识别系统、分拣装置等模块的高效疫苗蛋胚检测与识别分拣成套设备。
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