CN105223139A - 空间多区域颜色同步探测方法和应用该方法的装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种空间多区域颜色同步探测方法与应用该方法的装置。空间多区域颜色同步探测装置包括摄像头、图像处理软件、数据库、用户界面等组成。摄像头用以拍摄被测区域的空间而获得主图像画面，图像处理软件生成与被测区域数量相等的像素采集器，各像素采集器移动到主图像画面上各个被测区域处并采集主图像画面中各被测区域的图像像素；对采集到的图像像素分别进行光学滤波和平均值运算，滤除噪声，得到各个被测区域颜色。本发明实现了无需多传感器无需探测运动机构的全数字化空间多区域颜色同步探测，提高了探测速度，节约了成本。
Description
技术领域
本发明涉及空间多区域颜色同步探测技术，尤其涉及一种空间多区域颜色同步探测方法以及用该方法的空间多区域颜色同步探测装置。
背景技术
以往对空间多区域的颜色探测技术一般都采用逐点或者逐行或者逐区域的探测，速度受到很大的影响，比如探测一块96孔酶标板中每个孔的颜色及混浊度，以往的逐点或者逐行或者逐区域探测需要光学传感器移动到每个孔的上方或下方进行探测，探测完一个孔后再移动到其他孔的上方或者下方继续探测，全部测量完毕需要几分钟，同时还要有相应的X-Y二维机械运动机构；或者每个孔的上方或者下方安装一个颜色传感器，以便提高检测速度，这样不仅使系统复杂，而且系统成本也大大增加。而用本发明来探测96孔酶标板的每个孔或类似的多区域上的颜色或者混浊度，只需要一个摄像头及相应的软件，最快只需几秒钟，即可完成探测。逐点或逐行或逐个区域的探测需要复杂的二维机械运动机构，装置的可靠性和稳定性以及精度都会受到很多影响，同时成本必然大增。本发明可以取消全部的探测运动机构，大大简化了多区域颜色探测装置的复杂性，提高了探测速度和可靠性，降低了成本，实现了无需多个传感器和探测运动机构的全数字化空间多区域颜色同步探测。本发明可以用于医学中的细菌鉴定、药敏、血凝、酶标及其他测量物体表面或液体颜色及混浊度的探测中去，可以同时探测空间多区域的颜色或混浊度，也可以用于其他空间多区域颜色或多目标同步探测的领域，本发明还可以用于对空间多目标的相对位置的判定。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有对空间多区域颜色探测技术的不足，提供了一种空间多区域颜色同步探测方法与应用该方法的空间多区域颜色同步探测装置，能够对空间多区域的颜色同时进行探测，同时获得这些区域的颜色值。
本发明解决其技术问题所采用的技术方法是提供一种空间多区域颜色同步探测方法，其中包括：摄像头捕捉包含所有被探测区域的空间而获得清晰的空间主图像画面；图像处理软件生成与被测区域数量相等的像素采集器；各像素采集器移动到空间主图像画面上各个被探测区域处；拍摄空间主图像画面；各像素采集器同时采集空间主图像画面中各个被探测区域的图像像素；对采集到的各个被探测区域图像像素分别进行光学滤波器滤波和平均值计算，滤除噪声，得到各个被测区域颜色平均值。
优选地，图像处理软件生成与空间主图像画面上被测区域相等数量的像素采集器。
优选地，用图像处理软件生成的各像素采集器同步采集空间主图像画面上各个被测区域的图像像素，每个像素采集器就相当于一个独立的颜色传感器。
优选地，对采集到的空间主图像画面中各个被探测区域图像像素分别进行光学滤波器滤波和平均值计算，滤除噪声，得到各个被测区域颜色平均值。
优选地，经过对获得的各被测区域颜色分量RGB的运算，可获得各个被测区域的光强度(混浊度)平均值。
优选地，保持各个像素采集器互相独立，互不影响其采集功能，每个像素采集器只对其空间主图像画面上覆盖的区域进行图像像素采集。
优选地，像素采集器可在空间主图像画面上任意移动，以便采集空间主图像画面任意区域的图像像素。
优选地，调整像素采集器的采集范围，使采集范围只覆盖被探测区域。
优选地，使各像素采集器的采集面积小于等于被探测区域面积。
优选地，使像素采集器的形状尽量保持与空间主图像画面被探测区域的形状相似。
优选地，使各个像素采集器对准空间主图像画面中各个被探测区域，确保探测结果准确。
优选地，保存设置各个像素采集器的形状大小和平面坐标位置到数据库中，以方便今后对同一空间相同各区域重复进行图像像素采集。
优选地，通过多个固定位置的像素采集器，来判定空间某个区域在空间主图像画面上的相对位置。
优选地，摄像头必须使被测空间各区域清晰成像，以便获取空间各个被测区域的客观图像，从而探测出被测各区域的准确的颜色。
根据不同用途使用不同的光照方式和光源。
优选地，同时测量液体的颜色和混浊度时选用对透射光的探测方法比较好。
每一次探测选择拍摄合适的主图像画面数量，以便在光学滤波器的滤波精度和排除噪声能力与探测时间取得一个合理的平衡。
优选地，选择像素尽可能高的摄像头，以便获得所需要的探测精度。
优选地，对于远距离大空间探测范围，选择高像素摄像头。
本发明还提供一种空间多区域颜色同步探测装置，该装置的摄像头连接于电脑，该电脑中具有一图像处理软件，该空间多区域颜色同步探测装置受该图像处理软件所控制而捕捉并拍摄空间主图像画面，该空间多区域颜色同步探测装置包括：摄像头、图像处理软件、用户界面、数据库、光源，其中，该光源用自然光或人工光源，该摄像头用于捕捉并拍摄包含所有被探测区域的空间主图像画面，该图像处理软件置于该电脑内，图像处理软生成与被探测区域数量相等的像素采集器，各像素采集器用于空间主图像画面上所有被探测区域的图像像素的采集，将采集到的各个被探测区域的图像像素进行光学滤波器滤波和平均值计算，得到各个被探测区域的颜色平均值。
优选地，图像处理软件生成与空间主图像画面上被测区域相等数量的像素采集器。
优选地，用图像处理软件生成的各像素采集器同步采集空间主图像画面上各个被测区域的图像像素，每个像素采集器就相当于一个独立的颜色传感器。
优选地，对采集到的空间主图像画面中各个被探测区域图像像素分别进行光学滤波器滤波和平均值计算，滤除噪声，得到各个被测区域颜色平均值。
优选地，经过对获得的各被测区域颜色分量RGB的运算，可获得各个被测区域的光强度(混浊度)平均值。
优选地，保持各个像素采集器互相独立，互不影响其采集功能，每个像素采集器只对其空间主图像画面上覆盖的区域进行图像像素采集。
优选地，像素采集器可在空间主图像画面上任意移动，以便采集空间主图像画面任意区域的图像像素。
优选地，调整像素采集器的采集范围，使采集范围只覆盖被探测区域。
优选地，使各像素采集器的采集面积小于等于被探测区域面积。
优选地，使像素采集器的形状尽量保持与空间主图像画面被探测区域的形状相似。
优选地，使各个像素采集器对准空间主图像画面中各个被探测区域，确保探测结果准确。
优选地，保存设置各个像素采集器的形状大小和平面坐标位置到数据库中，以方便今后对同一空间相同各区域重复进行图像像素采集。
优选地，通过多个固定位置的像素采集器，来判定空间某个区域在空间主图像画面上的相对位置。
优选地，摄像头必须使被测空间各区域清晰成像，以便获取空间各个被测区域的客观图像，从而探测出被测各区域的准确的颜色。
根据不同用途使用不同的光照方式和光源。
优选地，同时测量液体的颜色和混浊度时选用对透射光的探测方法比较好。
每一次探测选择拍摄合适的主图像画面数量，以便在光学滤波器的滤波精度和排除噪声能力与探测时间取得一个合理的平衡。
优选地，选择像素尽可能高的摄像头，以便获得所需要的探测精度。
优选地，对于远距离大空间探测范围，选择高像素摄像头。
本发明空间多区域颜色同步探测方法和应用该方法的空间多区域颜色同步探测装置，将空间多区域颜色同步探测装置所捕捉拍摄到的空间主图像画面中的各个被测区域用相应的像素采集器锁定并采集其图像像素，被采集到的图像像素经过光学滤波器和平均值计算得到各个被测区域的颜色平均值，对颜色平均值分量RGB进一步运算，得到各被测区域的光强度值，这些值供使用者用于各种具体应用中。
附图说明
图1为本发明空间多区域颜色同步探测装置较佳实施例的应用示意图，该装置探测酶标板上各个孔的透射光来获得各个孔中液体的颜色和混浊度。
图2为本发明空间多区域颜色同步探测装置的另一较佳实施例的应用示意图，该装置探测血培养仪搁架上各个血培养瓶底部颜色型CO2传感膜的颜色或荧光型CO2传感膜的荧光强度。
图3为96孔酶标板外形图，酶标板由无色透明的塑料制成。
图4为本发明图1实施例中96孔酶标板上各像素采集器安放示意图，像素采集器都安放在酶标板的每个孔的范围之内，本例中像素采集器形状为圆形。
图5为血培养瓶外观图，血培养瓶由无色透明的塑料制成，底部外径为35毫米，高为130毫米。
图6为图2实施例中的120瓶血培养瓶底部CO2传感膜上各像素采集器安放示意图，像素采集器都安放在血培养瓶底部CO2传感器的范围之内，本例中像素采集器形状为圆形。
图7为图1实施例中的测量结果在用户界面的显示示意图。这些值可用于细菌鉴定、药敏、血凝、动物疫病、血培养、酶标等检测中判定检测结果使用。
图8为图2实施例中的测量结果在用户界面的显示示意图。
具体实施方式
图1为本发明空间多区域颜色同步探测装置一较佳实施例的应用示意图，为透射式空间多区域颜色同步探测装置，光线穿过被测空间酶标板到达摄像头，实施例图1空间多区域颜色同步探测装置1为一摄像头，通过通用串行总线(USB)12连接于计算机4上，空间多区域颜色同步探测装置包括用以捕捉和拍摄空间主图像画面的摄像头1、用以照明的LED白光面光源3、设置于计算机内的图像处理软件、用以引导用户的用户界面(图7)、用以保存相关数据的数据库，黑盒子8用以固定摄像头、面光源和酶标板，图1中的5、6、7分别是显示器、鼠标、键盘，被测酶标板通过托盘滑入黑盒子，被测空间2是一块96孔的酶标板，酶标板外形图如图3所示，被测区域是酶标板上的96个孔，探测项目不同，孔内液体的颜色或者混浊度不同，归纳起来就是颜色和混浊度的探测；当图像处理软件被执行的时候，摄像头1会进行捕捉空间主图像画面的动作，而图像处理程序会对主图像画面中被探测的各个区域用像素采集器锁定并采集其像素，然后对这些图像像素进行数据处理，处理的结果会通过用户界面(如图7所示)或数据库输出。此外，本实施例中的用户界面(如图7)会显示在图1中的显示器5上，以利于用户观看，当然用户界面图7亦可显示在另外的电子显示设备上。
本实施例中对光源的要求是光源颜色尽量接近日光或者白光，本例中图1光源2用LED白光面光源，光线均匀照射在酶标板上，面光源面积为120×170毫米。
图1中的1为摄像头，摄像头上的镜头焦距可调，摄像头的图像输出信号可以是模拟信号，也可以是USB输出格式，也可以是其他输出格式，模拟视频信号需要通过图像采集卡来采集图像，其他信号可以直接用本发明中的图像处理软件直接采集图像，图1实施例中的摄像头采用了700线的1/4寸CCD二维图像传感器，摄像头为USB输出，镜头选用了8MM镜头。
请参阅图3，其为被测空间酶标板外观示意图，由透明无色的塑料制成，体积一般为86×128×13毫米，上面有96个无色透明的孔，每个孔的容积在300微升左右，孔的直径在6毫米左右，深度在10毫米左右，孔里面可以盛着各种颜色的液体状试剂，这些试剂在反应时会使颜色或混浊度改变，根据颜色或混浊度变化可以判定试剂有无反应，容器中液体状生化反应试剂如果混浊，在算法中需对被采集图像像素的光进行非线性校准，再经过光学滤波器和平均值计算，才能得到准确的颜色和混浊度。
请参阅图4，其为本发明空间多区域颜色同步探测装置图1实施例中对被探测空间主图像画面进行像素采集的原理示意图，图4为摄像头捕捉到的包含酶标板上各个孔的主图像画面，图4中1为酶标板上孔的周边，图4中2为圆形像素采集器，画面中的酶标板共有96个孔，移动每个像素采集器落在对应的孔的范围之内，如图4所示，保存各个孔和像素采集器的位置坐标值，空间多区域颜色同步探测装置拍摄酶标板的图像，然后图像软件自动采集主图像画面中像素采集器范围内的各个孔中液体的图像像素，通过图像处理软件的光学滤波器和平均值计算滤除噪声，得到各个孔中液体的颜色和混浊度。
请同步参阅图1、图4和图7，图1中的被探测空间为一96孔酶标板2，但不以此为限，当使用者欲探测酶标板上的每个孔中液体的颜色和混浊度时，可将酶标板2移至面光源3和摄像头1之间，利用图1中的摄像头1对酶标板2上96孔所在的被测空间聚焦获得主图像画面，然后将图像处理软件中生成的96个像素采集器移动到各个待采集颜色的的孔的范围内，如图4所示，调节像素采集器的大小，使每个像素采集器的范围只包含需要进行颜色和混浊度采集所对应的孔的区域，保存各个像素采集器的坐标位置和采集范围信息，图像处理软件采集各个像素采集器覆盖区域内的各个孔中液体的图像像素，采集到各孔的图像像素后，图像处理软件分别对各个孔中液体图像像素进行光学滤波器滤波和平均值计算，去除噪声干扰，计算得到像素采集器覆盖区域内的各个孔中液体的颜色平均值和相应的光强度(混浊度)，将这些值保存到数据库并显示在用户界面图7上，用户根据每个孔的颜色或混浊度值，可做进一步的运算，得到相应的结果，图7为空间多区域颜色同步探测方法构成的实施例的测量结果用户界面示意图，每个测得的孔中液体颜色显示在相应的位置上。图7中的1圆形显示探测到的相应孔中液体颜色，图7中的2显示圆形颜色相应的RGB值，本实施例中的用户界面会显示在图1中的显示器5上，以便用户进行操作和观看，也可以显示在另外的电子显示设备上。
图2为本发明空间多区域颜色同步探测装置另一较佳实施例的应用示意图，为反射式空间多区域颜色同步探测装置，光源光线照射被测空间血培养瓶搁架背面81再反射回摄像头，该实施例图2中1为一摄像头，通过通用串行总线(USB)3连接于计算机4上，空间多区域颜色同步探测装置包括用以拍摄图像的摄像头1、用以照明的LED白光面光源2(如果探测的是荧光型CO2传感膜，则选用能激发CO2传感膜荧光强度变化的紫光激发光源)、设置于计算机内的图像处理软件、用以引导用户的用户界面(图8)、用以存储相关数据的数据库；被测空间是可以放置120瓶血培养瓶搁架8的背面81，背面81朝着摄像头，被测区域是被测空间中的120个血培养瓶CO2传感膜，血培养瓶9放入搁架后，瓶底的CO2传感膜10朝着摄像头；搁架底部固定一个永久磁铁11，永久磁铁下方机架13上固定一个电磁铁12，电磁铁12通电后，电磁铁的极性与永久磁铁相斥，驱动搁架摆动。当图像处理软件被执行的时候，摄像头1会进行捕捉空间主图像画面的动作，而图像处理程序会对主图像画面中被探测的各个CO2传感膜用像素采集器锁定并采集其图像像素，然后对这些图像像素进行数据处理，处理的结果会通过用户界面(如图8所示)或数据库输出。此外，本实施例中的用户界面(如图8)会显示在图2中的显示器5上，以利用户观看，当然用户界面图8亦可显示在另外的电于显示设备上。
图2中的1为摄像头，摄像头上的镜头焦距可调，摄像头的图像输出信号可以是模拟信号，也可以是USB输出格式，也可以是其他输出格式，模拟视频信号需要通过图像采集卡来采集图像，其他信号可以直接用本发明中的图像处理软件直接采集图像。摄像头最好选用600线以上的摄像头，以便保证测量的精度。图2实施例中的摄像头采用了700线的1/4寸CCD二维图像传感器，摄像头为USB输出，镜头选用了3MM广角镜头。如果是探测荧光型血培养瓶，则图2的实施例中的摄像头2选用了1/3寸132万像素高敏感摄像头，同时在摄像头前面还要加装一块带通滤波器14，保证只有CO2传感膜发出的荧光才能进入摄像头。
采用面光源照射血培养瓶底部，作为照射光源或荧光激发光源。如果血培养瓶的CO2传感膜是变色型，则采用接近日光色的光源或者白光光源；如果CO2传感膜是荧光型，则要选用能激发血培养瓶中的CO2传感器产生荧光的紫光光源；探测血培养瓶底部CO2荧光型传感膜，需要在镜头前安置滤波器，使摄像头只接收荧光，其他波长的光被滤除；图2实施例中采用的面光源面积为400×500，面光源正对着搁架8背面81(图2)，保证光线均匀照在搁架背面81上。
请参阅图5，其为血培养瓶外观示意图，由透明无色的塑料制成，血培养瓶底部直径为35毫米，瓶高为130毫米，里面装着血培养液基，3为瓶盖，1为血培养瓶瓶底，瓶底中有一层3毫米左右厚的CO2传感膜，分为颜色型和荧光型两种CO2传感膜。血培养瓶中如果微生物生长，则会产生CO2，CO2会使CO2传感膜改变颜色或者产生荧光变化。血培养瓶瓶底朝着摄像头放入图2的血培养瓶搁架8的孔中，以便捕获血培养瓶底部CO2传感膜的图像。
清参阅图6，其为图2实施例对被测空间进行图像像素采集的示意图，图6为摄像头捕捉到的空间血培养瓶搁架背面上各个孔的主图像画面，图6中1为血培养瓶底部CO2传感膜，图6中2为圆形像素采集器，画面中共有120个血培养瓶底部CO2传感膜和120个像素采集器，移动每个像素采集器落到对应的血培养瓶底部CO2传感膜的范围之内，如图6所示，保存120个孔和像素采集器的位置坐标值，空间多区域颜色同步探测装置受图像软件控制定时拍摄包含120瓶血培养瓶底部CO2传感膜的主图像画面，然后图像软件自动同步采集主图像画面中像素采集器范围内的各个CO2传感膜图像像素，通过图像处理软件的光学滤波器和平均值计算，滤除杂波，得到各个血培养瓶底部CO2传感膜的颜色或光强度。
请同步参阅图2、图6和图8，图2中的被探测空间为血培养瓶搁架8的背面81，但不以此为限，当使用者欲探测搁架上的每个孔中血培养瓶底部CO2传感膜颜色或荧光光强时，利用图2中的摄像头1对搁架8背面81上120个放置血培养瓶的CO2传感膜所在的被测空间聚焦获得主图像画面，然后将图像处理软件中生成的120个像素采集器移动到各个待采集颜色的120个放置血培养瓶的CO2传感膜图像内，如图6所示，调节像素采集器的大小，使像素采集器的范围只包含需要进行颜色或光强度采集的血培养瓶底部CO2传感膜区域，保存各个像素采集器的坐标位置和采集范围等信息，没有探测时，放有血培养瓶的搁架绕着图2转轴82左右摆动，加快血培养瓶中的微生物生长，不摆动时，放入血培养瓶，并输入瓶子的位置信息和病历信息，图像处理软件定时采集各个像素采集器覆盖区域内的各个血培养瓶底部CO2传感膜的图像像素，采集到图像像素后，图像处理软件分别对各个瓶底的图像像素进行光学滤波器滤波和平均值计算，滤除噪声，计算得到像素采集器覆盖区域内的各个血培养瓶底部CO2传感膜的颜色平均值，荧光型血培养瓶的探测装置可根据颜色分量RGB的值计算出各个血培养瓶底部CO2传感膜的荧光强度，判断有无瓶子底部的颜色或光强度变成阳性颜色或阳性光强度，如有，发出报警提示取出该瓶子；再判断有无瓶子到了规定培养的时间仍为阴性，如有，发出报警提示取出该瓶子，图8为图2实施例的测量结果用户界面示意图，每个血培养瓶底部的颜色显示在相应位置的圆形上。图8中的1圆形显示探测到的相应血培养瓶底部CO2传感膜颜色，本发明中的用户界面会显示在图2中的显示器5上，以便用户进行操作和观看，也可以显示在另外的电子显示设备上。
以上所述仅为本发明的二个较佳实施例，并非限定本发明的权利要求，因此凡其他未脱离本发明所揭示的精神下所完成的等效改变或修饰，均应包含于本发明的权利范围内。
Claims (10)
1.一种空间多区域颜色同步探测方法，其特征在于：
捕捉包含所有被探测区域的空间而获得清晰的空间主图像画面；
图像处理软件生成与被探测区域数量相等的像素采集器；
各像素采集器移动到空间主图像画面上各个被探测区域处；
拍摄空间主图像画面；
各像素采集器同时采集空间主图像画面上各个被探测区域的图像像素；
对采集到的各个被探测区域图像像素分别进行光学滤波器滤波和平均值计算，滤除噪声，得到各个被探测区域颜色平均值。
2.如权利要求1所述的空间多区域颜色同步探测方法，其特征在于：像素采集器由图像处理软件生成，图像处理软件可以生成有限任意个像素采集器，各像素采集器同步采集空间主图像画面上各个被测区域的图像像素，像素采集器只采集其所覆盖区域内的图像像素，每个像素采集器相当于一个独立的颜色传感器。
3.如权利要求1所述的空间多区域颜色同步探测方法，其特征在于：对采集到的空间主图像画面上各个被探测区域图像像素分别进行光学滤波器滤波和平均值计算，滤除噪声，得到空间主图像画面上各个被测区域颜色平均值，经过对获得的各被测区域颜色平均值分量RGB运算，即可获得空间主图像画面上各个被测区域的光强度。
4.如权利要求1所述的空间多区域颜色同步探测方法，其特征在于：各像素采集器可以在空间主图像画面上任意移动，采集空间主图像画面上任意区域的图像像素。
5.如权利要求1所述的空间多区域颜色同步探测方法，其特征在于：各像素采集器的采集范围可以调整，各像素采集器的采集面积可以不同，像素采集器可以设置成各种形状，比如圆形，方形，等等，根据采集区域的要求来设置像素采集器的形状和大小。
6.各个像素采集器的形状大小和坐标位置可以保存到数据库中，以方便今后对同一空间相同各区域重复进行图像像素采集。
7.如权利要求1所述的空间多区域颜色同步探测方法，其特征在于：通过多个固定位置的像素采集器，可以判定空间某个区域在空间主图像画面上的相对位置。
8.如权利要求1所述的空间多区域颜色同步探测方法，其特征在于：光源可以用人工光源或自然光，还可以是物体的自发光，根据用途不同使用不同的光照方式，可以透射光式探测，也可以反射光式探测，也可以自发光探测。
9.如权利要求1所述的空间多区域颜色同步探测方法，其特征在于：空间主图像画面所需拍摄的数量由光学滤波器和平均值计算的精度来确定，数量可以在1-N张，拍摄的主图像数量在某个范围内增加，可以提高光学滤波器的滤波精度和排除噪声能力。
10.一种空间多区域颜色同步探测装置，该装置连接于电脑，该空间多区域颜色同步探测装置受图像处理软件所控制，其特征在于，该空间多区域颜色同步探测的装置包括：
摄像头，用于捕捉并拍摄包含所有被测区域的空间而获得主图像画面；
图像处理软件，设置于电脑内，用于将空间主图像画面上的被测区域用像素采集器锁定，设置像素采集器的大小、形状和数量，设置光学滤波器和平均值计算参数，保存像素采集器的各个参数和光学滤波器及平均值计算参数，用多个像素采集器对空间主图像画面同步进行多个区域的图像像素采集，对采集到的图像像素行进光学滤波器滤波和平均值计算，得到各个被测区域的颜色和光强度平均值并保存；
用户界面，根据图像处理软件的运算结果，将得到各个区域的颜色值显示在界面上，或者将各个被测区域的颜色值进行其他处理，对数据库进行操作；
数据库，保存各像素采集器的形状大小坐标位置，保存探测到的各区域颜色和光强度值，参与某些运算；
光源，可以用人工光源或自然光，还可以是物体的自发光，根据用途不同使用不同的光照方式。
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