CN104266673B - 一种利用摄像头识别反应单元种类的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种利用摄像头识别反应单元种类的方法，包括以下步骤：1)启动摄像头识别系统，并对摄像头和图像处理单元进行初始化；2)将摄像头检测区域划分为反应单元运动轨迹内区域和反应单元运动轨迹外区域，在反应单元运动轨迹外区域内设置图像采集区域；3)在反应单元周围预先设置颜色块，颜色块位于反应单元运动轨迹外区域，面积大于反应单元运动轨迹外的图像采集区域面积，颜色块的颜色特征均值与反应单元的检测种类相对应；4)摄像头采集芯片基板上的像素点值，从像素点值中提取颜色特征均值为阈值，传输至显示单元；5)移动芯片进入摄像头检测区域，实时拍摄检测区域像素点值，从像素点值中实时提取颜色特征均值，输送给显示单元。
Description
技术领域
本发明涉及一种模式识别和图像处理方法，特别是关于一种利用摄像头识别反应单元种类的方法。
背景技术
近年来，随着经济社会的不断发展，各种各样的检测需求不断增大。与此同时材料科学、加工技术和微电子学所取得的突破性进展使得芯片检测也得到了迅速发展。在各类检测中，芯片检测发展迅速使用广泛。芯片检测具有体积微小、试样和试剂消耗少、流体可控、集成度、分析速度快等优点。但是在芯片检测过程中，需要快速准确读取和及时判断检测物的种类。
传统的读取检测信息的方法包括仪器读取、人工识别获取和条形码读取。而采用仪器读取检测信息时，由于仪器费用价格昂贵，因此成本较高。采用人工辨识时，随着检测通量的提高，会越来越费时费力。采用条形码读取检测信息时，条形码的印刷和制作十分繁琐，不利于应用；并且条码的识读必须通过分辨条空的边界和宽窄来实现的，不但要求条和空的颜色对比度差异大越好，而且要求精度较高，也不利于应用。当一张芯片上存在多种不同的检测指标时，传统的方法由于需要按照依次顺序来检测待检点位，因此在芯片前必须规定检测种类的顺序；同时，在移动芯片时如果出现移动距离过度或者不足，都会导致跳跃性检测，使检测顺序被打乱，导致反应单元的实际检测种类与顺序规定的检测种类不能相对应，造成后续检测出现重大误差；另外，随着检测需求的不断发展，还可能存在非次序检测的需求。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种在芯片发生运动时能够准确判断反应单元是否在摄像头范围内，且能够实时准确地判断芯片反应单元的检测内容和种类的利用摄像头识别反应单元种类的方法。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种利用摄像头识别反应单元种类的方法，包括以下步骤：1)检测开始，启动包括摄像头、图像处理单元和显示单元在内的摄像头识别系统，并对摄像头和图像处理单元进行初始化设置；2)将摄像头检测区域划分为反应单元运动轨迹内区域和反应单元运动轨迹外区域，在反应单元运动轨迹外区域内设置图像采集区域；3)在芯片的反应单元周围预先设置颜色块，颜色块位于芯片通过摄像头检测区域时的反应单元运动轨迹外区域，且颜色块面积要大于反应单元运动轨迹外的图像采集区域面积，颜色块的颜色特征值与芯片上反应单元的检测种类相对应；4)摄像头采集芯片基板上的像素点的颜色特征值，并取所有像素点的颜色特征值的平均值为背景颜色特征均值，设定背景颜色特征均值为阈值，并将背景颜色特征均值传输至显示单元；5)移动芯片进入摄像头检测区域，摄像头实时采集检测区域的像素点值，图像处理单元从像素点值中实时提取以下颜色特征均值，并输送给显示单元：①提取摄像头检测区域中反应单元运动轨迹内区域的颜色特征均值：实时提取摄像头检测区域中反应单元运动轨迹内区域的颜色特征均值，当实时提取的颜色特征均值大于或小于阈值时，表示反应单元进入摄像头检测区域，从颜色特征均值大于或小于阈值直至颜色特征均值等于阈值时的这组数据，经过滤波处理后得到的最大值或最小值为峰值或谷值，从一个波形图出现到该波形图消失说明摄像头检测到了一个反应单元；②提取摄像头检测区域中图像采集区域的颜色特征均值：实时提取摄像头检测区域中反应单元运动轨迹外的图像采集区域的颜色特征均值，通过提取反应单元周围颜色块所形成波形图的峰值或谷值所对应的颜色特征均值，来判定反应单元的检测种类。
所述步骤3)中的颜色块设置在所述芯片反应单元的上方和/或下方。
所述步骤3)中的颜色块的颜色为单一颜色、多种颜色或颜色组合。
所述步骤3)中芯片上的反应单元种类为一种以上，相同的检测种类用同种颜色或相同颜色组合标示。
所述步骤5)的步骤②中，摄像头实时提取检测区域颜色块的图像采集区域与反应单元运动轨迹的采集区域间隔开设置。
所述颜色特征均值为摄像头所拍摄图像的所有像素点在同一颜色模式通道下的颜色特征值的平均值，其中，颜色模式的通道采用RGB、CMYK、HSB、Lab中的一种或一种以上组合。
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明由于是将反应单元周围特定位置赋予颜色，每一种颜色代表一种编码，通过不同的颜色(码)来识别反应单元的类别，因此本发明芯片的检测方法不但可以准确地判定被检测芯片的种类，而且不需要按照顺序对芯片的各反应单元进行检测，而是可以对反应单元进行选择性或跳跃性的检测。2、本发明由于可以通过摄像头识别系统，实时提取芯片上反应单元的颜色特征均值，并根据实时提取的颜色特征均值与阈值进行比较，从而准确判断检测芯片是否在摄像头检测区域内。3、本发明由于反应单元周围特定位置赋予颜色，通过不同颜色码来识别反应单元的类别，因此本发明可以通过摄像头监测区域的波形图来判定有多少反应单元经过检测区域，以及每一波峰或波谷所对应的反应单元的测试内容和种类，大大简化了摄像头检测仪器的结构和检测要求。本发明方法仅仅通过反应单元周围的颜色编码便可快速实时的判定检测物的种类，对标识颜色的要求低，它可以广泛用于各种具有显色反应单元的芯片上反应单元的种类识别过程中。
附图说明
图1是本发明检测区域划分的示意图；
图2是本发明反应单元做圆周运动时检测区域划分示意图；
图3是本发明摄像头实时检测颜色特征均值后所得到的曲线图；
图4是本发明分布有不同数量反应单元的芯片示意图；
图5是本发明实施例1的检测过程中芯片运动方式示意图，(a)是芯片上反应单元未进入摄像头检测区域，(b)是芯片上反应单元刚进入摄像头检测区域，(c)是芯片上反应单元完全进入摄像头检测区域，(d)是芯片上反应单元将要离开摄像头检测区域，(e)是芯片上反应单元完全离开摄像头检测区域。
具体实施方式
本发明的工作原理是：将芯片上的反应单元周围特定位置赋予颜色，颜色可以是单一或多种颜色，也可以是以颜色组合的形式存在，每种颜色代表一种编码。移动芯片进入摄像头检测区域，摄像头实时提取检测区域中反应单元运动轨迹内区域各像素点的颜色特征值，并取所有像素点的颜色特征值的平均值作为该时间点检测区域中反应单元运动轨迹内区域的颜色特征均值，这一系列颜色特征均值形成波形图，根据该区域的波形图判断反应单元是否位于摄像头检测区域内；同时实时提取反应单元周围的颜色特征均值，根据反应单元周围的颜色特征均值来判定反应单元的检测种类。
本发明利用摄像头识别反应单元种类的方法，包括以下步骤：
1)检测开始，启动包括摄像头、图像处理单元和显示单元在内的摄像头识别系统，并对摄像头和图像处理单元进行初始化；
2)如图1、图2所示，将摄像头检测区域划分为反应单元运动轨迹(图中两虚线所示)内区域A和反应单元运动轨迹外区域B，在反应单元运动轨迹外区域B内设置图像采集区域C；其中，反应单元运动轨迹可以是直线运动(如图1所示)，也可以是旋转运动(如图2所示)；
3)如图1、图2所示，在芯片的反应单元1周围(上方和/或下方)预先设置赋予颜色的颜色块2，颜色块2的颜色特征值要与芯片上反应单元1的检测种类相对应，反应单元1的上方和/或下方的颜色块2可以是单一颜色或多种颜色，也可以是以颜色组合的形式存在；各个反应单元1内的检测种类可以相同，也可以不同，相同的检测种类用同种颜色或相同颜色组合进行标示；
4)摄像头采集芯片基板上的像素点的颜色特征值，并取所有像素点的颜色特征值的平均值为背景颜色特征均值，设定背景颜色特征均值为阈值(如图3的水平虚线所示)，并将背景颜色特征均值传输至显示单元；
5)如图1、图2所示，移动芯片进入摄像头检测区域，摄像头实时采集检测区域的像素点值，图像处理单元从像素点值中实时提取以下颜色特征均值，并输送给显示单元：
①提取摄像头检测区域中反应单元运动轨迹内区域A的颜色特征均值：
实时提取摄像头检测区域中反应单元运动轨迹内区域A的颜色特征均值，当实时提取的颜色特征均值大于或小于阈值时，表示反应单元1进入摄像头检测区域，从颜色特征均值大于或小于阈值直至颜色特征均值等于阈值时的这组数据，经过滤波处理后得到的最大值或最小值为峰值或谷值，从一个波形图(如图3中的虚线波形所示)出现到该波形图消失说明摄像头检测到了一个反应单元1，而反应单元1的波形图表示反应单元1正位于检测区域内；
②提取摄像头检测区域中图像采集区域C的颜色特征均值：
实时提取图像采集区域C的颜色特征均值，通过提取反应单元1周围颜色块2所形成波形图(如图3中实线波形所示)的峰值或谷值所对应的颜色特征均值，来判定反应单元1的检测种类。
上述颜色块2可以在芯片通过摄像头检测区域时位于反应单元运动轨迹外区域B的任意位置，且颜色块2面积要大于图像采集区域C面积，但不能出现在反应单元运动轨迹内的区域A，避免采集反应单元1时颜色块2对反应单元1的颜色特征均值形成干扰。逐步进入摄像头检测区域的芯片，图像采集区域C应该位于反应单元1的垂直上方和/或下方，那么曲线是同步出现波峰波谷值(如图3的实线波形和虚线波形所示)，如果不是垂直的上方和/或下方，那么两个曲线的波峰波谷不是同步出现。
下面列举几个实用实施例。
实施例1：
本实施例使用CMOS摄像头对具有显色反应单元的芯片进行反应单元1的种类识别，芯片上分布有不同数量的反应单元1(如图4所示)，芯片直线运动通过摄像头检测区域(如图5(a)～(e)所示)。
1、检测开始时，启动摄像头识别系统，初始化摄像头和图像处理单元。
2、摄像头采集芯片基板的像素点值，选用RGB(红，绿，蓝)通道，图像处理单元从像素点值中的R通道提取颜色特征均值，并将颜色特征均值传输至显示单元，显示单元显示设定此背景颜色特征均值为100，设该颜色特征均值100为阈值。
3、预先将反应单元正上方和/或正下方的芯片上印刷成三种不同颜色，所述颜色的RGB通道中R通道的摄像头提取颜色特征均值已知，分别是120，160，90，颜色赋予区域不能与反应单元1所运动的轨迹区域相重合。所赋颜色与检测种类相对应，颜色特征均值为120的颜色块2代表检测种类为血糖，颜色特征均值为160的颜色块2代表检测种类物为乳酸，颜色特征均值为90的颜色块2代表检测种类为胆固醇。
4、直线移动芯片进入摄像头检测区域，摄像头实时拍摄检测区域，图形处理单元同时提取反应单元运动轨迹内区域A和图像采集区域C的颜色特征均值，当摄像头检测到反应单元1时，同时运动轨迹内区域A的颜色特征均值达到峰值或谷值时，如果上方和/或下方的颜色特征均值为120时，说明此时摄像头的检测种类是血糖；如果摄像头提取上方和/或下方的颜色特征均值为90时，说明此时摄像头的检测种类是胆固醇；如果摄像头提取上方和/或下方的颜色特征均值为160时，说明此时摄像头的检测种类是乳酸。
实施例2：
本实施例使用CMOS摄像头对具有显色反应单元的芯片进行反应单元1的种类识别。所述芯片分布有不同数量的反应单元1，芯片旋转运动通过摄像头检测区域。
1、检测开始时启动摄像头识别系统，初始化摄像头和图像处理单元。
2、摄像头采集芯片基板的像素点值，选用CMYK通道(青、品红、黄、黑)，图像处理单元从像素点值中的M通道提取颜色特征均值，并将颜色特征均值传输至显示单元，显示单元显示设定此背景颜色特征均值为50，设该颜色特征均值50为阈值。
3、预先将反应单元1上方和/或下方的芯片上印刷成三种不同颜色，所述颜色的CMYK通道中M通道的摄像头提取颜色特征均值已知，分别是90，130，70，颜色赋予区域不能与反应单元1所运动的轨迹区域相重合；所赋颜色与检测种类相对应，颜色特征均值为90的颜色块2代表检测种类为血糖，颜色特征均值为130的颜色块2代表检测种类物为乳酸，颜色特征均值为70的颜色块2代表检测种类为胆固醇。
4、旋转移动芯片进入摄像头检测区域(如图2所示)，摄像头实时拍摄检测区域，摄像头同时提取反应单元运动轨迹内区域A和图像采集区域C的颜色特征均值，当反应单元运动轨迹内区域A的颜色特征均值出现波峰或波谷值，说明芯片上的反应单元1正好出现在摄像头的检测区域内，摄像头从检测到反应单元1进入反应单元运动轨迹内区域A到反应单元1离开反应单元运动轨迹内区域A(即反应单元运动轨迹内区域A的颜色特征均值不等于阈值50这段时间内)，实时提取图像采集区域C的颜色特征均值，如果上方和/或下方的颜色特征均值出现峰值，且峰值为90时，说明此时摄像头的检测种类是血糖；如果摄像头提取上方和/或下方的颜色特征均值出现峰值，且峰值为130时，说明此时摄像头的检测种类是乳酸；如果摄像头提取上方和/或下方的颜色特征均值出现峰值，且峰值为70时，说明此时摄像头的检测种类是胆固醇。
本发明摄像头识别检测方法可以是依次对反应单元1进行检测，也可以是选择性的或跳跃性的对反应单元1进行检测。本发明中颜色模式的通道可以采用RGB、CMYK、HSB(色相，饱和度，亮度)、Lab(L表示明度通道，a，b表示色彩通道)中的一种，或一种以上组合。
上述各实施例仅用于说明本发明，其中方法的各个步骤都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。
Claims (10)
1.一种利用摄像头识别反应单元种类的方法，包括以下步骤：
1)检测开始，启动包括摄像头、图像处理单元和显示单元在内的摄像头识别系统，并对摄像头和图像处理单元进行初始化设置；
2)将摄像头检测区域划分为反应单元运动轨迹内区域和反应单元运动轨迹外区域，在反应单元运动轨迹外区域内设置图像采集区域；
3)在芯片的反应单元周围预先设置颜色块，颜色块位于芯片通过摄像头检测区域时的反应单元运动轨迹外区域，且颜色块面积要大于反应单元运动轨迹外的图像采集区域面积，颜色块的颜色特征值与芯片的反应单元的检测种类相对应；
4)摄像头采集芯片基板上的像素点的颜色特征值，并取所有像素点的颜色特征值的平均值为背景颜色特征均值，设定背景颜色特征均值为阈值，并将背景颜色特征均值传输至显示单元；
5)移动芯片进入摄像头检测区域，摄像头实时采集检测区域的像素点值，图像处理单元从像素点值中实时提取以下颜色特征均值，并输送给显示单元：
①提取摄像头检测区域中反应单元运动轨迹内区域的颜色特征均值：
实时提取摄像头检测区域中反应单元运动轨迹内区域的颜色特征均值，当实时提取的颜色特征均值大于或小于阈值时，表示反应单元进入摄像头检测区域，从颜色特征均值大于或小于阈值直至颜色特征均值等于阈值时的这组数据，经过滤波处理后得到的最大值或最小值为峰值或谷值，从一个波形图出现到该波形图消失说明摄像头检测到了一个反应单元；
②提取摄像头检测区域中图像采集区域的颜色特征均值：
实时提取摄像头检测区域中反应单元运动轨迹外的图像采集区域的颜色特征均值，通过提取反应单元周围颜色块所形成波形图的峰值或谷值所对应的颜色特征均值，来判定反应单元的检测种类。
2.如权利要求1所述的一种利用摄像头识别反应单元种类的方法，其特征在于：所述步骤3)中的颜色块设置在所述芯片的反应单元的上方和/或下方。
3.如权利要求1所述的一种利用摄像头识别反应单元种类的方法，其特征在于：所述步骤3)中的颜色块的颜色为单一颜色或颜色组合。
4.如权利要求2所述的一种利用摄像头识别反应单元种类的方法，其特征在于：所述步骤3)中的颜色块的颜色为单一颜色或颜色组合。
5.如权利要求1或2或3或4所述的一种利用摄像头识别反应单元种类的方法，其特征在于：所述步骤3)中芯片上的反应单元种类为一种以上，相同的检测种类用同种颜色标示。
6.如权利要求1或2或3或4所述的一种利用摄像头识别反应单元种类的方法，其特征在于：所述步骤5)的步骤②中，摄像头实时提取检测区域颜色块的图像采集区域与反应单元运动轨迹的采集区域间隔开设置。
7.如权利要求5所述的一种利用摄像头识别反应单元种类的方法，其特征在于：所述步骤5)的步骤②中，摄像头实时提取检测区域颜色块的图像采集区域与反应单元运动轨迹的采集区域间隔开设置。
8.如权利要求1或2或3或4或7所述的一种利用摄像头识别反应单元种类的方法，其特征在于：所述颜色特征均值为摄像头所拍摄图像的所有像素点在同一颜色模式通道下的颜色特征值的平均值，其中，颜色模式的通道采用RGB、CMYK、HSB、Lab中的一种或两种以上组合。
9.如权利要求5所述的一种利用摄像头识别反应单元种类的方法，其特征在于：所述颜色特征均值为摄像头所拍摄图像的所有像素点在同一颜色模式通道下的颜色特征值的平均值，其中，颜色模式的通道采用RGB、CMYK、HSB、Lab中的一种或两种以上组合。
10.如权利要求6所述的一种利用摄像头识别反应单元种类的方法，其特征在于：所述颜色特征均值为摄像头所拍摄图像的所有像素点在同一颜色模式通道下的颜色特征值的平均值，其中，颜色模式的通道采用RGB、CMYK、HSB、Lab中的一种或两种以上组合。
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