CN107389139B

CN107389139B - 微流量视觉测量装置及视觉测量方法

Info

Publication number: CN107389139B
Application number: CN201710679316.1A
Authority: CN
Inventors: 郑永贵; 石纯龙
Original assignee: You Lirong
Current assignee: You Lirong
Priority date: 2017-08-03
Filing date: 2017-08-03
Publication date: 2023-01-24
Anticipated expiration: 2037-08-03
Also published as: CN107389139A

Abstract

一种微流量视觉测量装置及视觉测量方法，所述微流量视觉测量装置包括液体输入装置、液体传输管径、取像装置、数据处理模块、计算模块及数据输出模块，其中，所述液体输入装置用于提供液体的输入；液体传输管径用于传输液体；取像装置用于对液体传输管径中的液位在t时刻及t+1时刻进行取像；数据处理模块用于对取像装置获取的图像信息进行处理，并将图像信息转换成像素值，进而获取t时刻及t+1时刻的图像像素矩阵；计算模块用于将数据处理模块获得的t时刻及t+1时刻的图像像素矩阵差进行计算，得到液体传输管径中的液位变化值Δh，进而计算得到液体传输管径中液体的瞬时流量L；数据输出模块，用于将瞬时流量L传输出去。

Description

微流量视觉测量装置及视觉测量方法

【技术领域】

本发明涉及视觉检测领域，尤其涉及管路中液体微流量的视觉测量装置及测量方法。

【背景技术】

在现代医院的临床治疗中，微量注射泵的应用有助于减轻医护工作者的工作强度，提高安全性、准确性和工作效率，并提高护理质量，所以被广泛应用于临床。在临床中由于注射泵直接将液体输入患者血液系统，且大多数脱离了医护人员的监护，其临床风险性也随之增高，有时会给患者带来无法挽回的损害。

所以，如何将药物精准、均匀、持续地输入人体，调节输入的速度，严格控制药物用量，保证药物的最佳有效浓度，是在抢救危重患者时提高准确率、避免失误的有力保证。

目前常用的流量测试法有称重法，其主要利用电子天平作为主要检测设备，对单位时间内的液体流量进行称重，根据液体的密度来换算流量，而液体的密度与温度环境条件密切相关，这种方法对使用条件要求较高，测量时时间较长，由于电子天平可以选用的精度较高，由此带来的不确定度对测量结果的影响较小。但是，它适合于实验室环境，不适合现场校准或者测量使用。

还有一种是流量比对法，就是采用被检输液泵注射泵与输液泵注射泵检测仪串联，对被检设备进行检测校准，主要原理是利用输液泵注射泵检测仪的流量检测传感器输出的流量值与被检设备的流量进行同时比较，从而得到被检设备的校准值及误差。这种方法自动化程度高，操作简单，适合于现场的校准。

根据测量原理，流量比对测量法又分为体积测量法和液位测量法，体积测量法主要是通过测量单位时间内流过的液体体积来换算流量，技术实现比较复杂。

液位测量法主要是采用红外探测器及红外对管来检测液位的变化。每组红外对管隔间为8mm，共使用6-12组对管。如图1所示，其测量原理为：输液泵检测仪200通过将输液泵202设置某个流量，然后通过输液软管连接至检测仪200的液体输入口203，在检测仪200内部，三通电磁阀204对液体流向进行控制。当检测开始时，液体从入口203→三通电磁阀204→缓冲球206→红外对管208方向流动，这个过程称为“充水”。当液位到达最高端的红外探测器位置时，三通电磁阀204控制液体从红外对管208→缓冲球206→三通204→出口212方向流动，这个过程称为“放水”，即把测量管路里的水放空，等待下一次测量。溢流管的作用是防止液位冲出最高测量位置，这种测量方法存在以下缺点：

1)反应速度慢，需要水位到了最顶上的探测器，或者经过一个红外对管才刷新数据，在小流量情况下，需要很长时间才有数据输出。

2)红外对管信号容易受到管壁液滴的影响，数据稳定性不好。

因红外线本身的特殊性，容易受到环境温度、可见光以及其他杂散因素的干扰，在研制红外传感器时就需要严谨的计算出红外二极管的排列位置，此外红外二极管与玻璃管表面的间距也需要精确计算，否则可能出现液体表面探测灵敏度不够等问题。

【发明内容】

本发明要解决的技术问题是提供一种能对管路中液体微流量进行自动测量的视觉测量装置及视觉测量方法。

为解决上述技术问题，本发明实施例提供以下技术方案：

提供一种微流量视觉测量装置，包括液体输入装置、液体传输管径、取像装置、数据处理模块、计算模块及数据输出模块，其中，所述液体输入装置用于提供液体的输入；液体传输管径用于传输液体输入装置输入的液体；取像装置用于对液体传输管径中的液位在t时刻及t+1时刻进行取像；数据处理模块用于对取像装置获取的图像信息进行处理，并将图像信息转换成像素值，进而获取t时刻及t+1时刻的图像像素矩阵；计算模块用于将数据处理模块获得的t时刻及t+1时刻的图像像素矩阵差进行计算，得到液体传输管径中的液位从t时刻到t+1时刻的变化值Δh，进而计算得到液体传输管径中液体的瞬时流量L；数据输出模块，用于将计算得到的瞬时流量L传输出去。

为解决上述技术问题，本发明实施例还提供以下技术方案：

一种微流量视觉测量方法，包括以下步骤：

S110：提供一液体输入装置，以使其将液体输入到一液体传输管径中；

S120：提供一取像装置，在t时刻对液体传输管径中液体的液位进行取像，并得到t时刻液体的图像像素矩阵At；

S130：经过Δt时间后，取像装置对液体传输管径中液体的液位再进行取像，并到得液体的图像像素矩阵A_t+1；

S140：计算比较A_t及A_t+1，得出液体液位在Δt时间段内液位的变化值Δh；

S150：根据Δt、Δh和固定的液体传输管内截面积，计算得出被检测的输入液体瞬时流量L；

S160：输出瞬时流量L的测量结果。

本发明的有益效果是：通过设置取像装置对液体传输管径中液体的液位在不同时刻的图像进行取像，并将图像信息转换成并将图像信息转换成像素值，进而获得不同时刻的图像像素矩阵；通过对不同时刻的图像像素矩阵差进行计算，进而得到液体传输管径中的液位在两个不同时刻的变化值，进而计算得到液体传输管径中液体的瞬时流量，再通过数据输出模块将计算得到的瞬时流量传输出去，方便用户及时了解液体传输管径中液体的瞬时流量信息。

【附图说明】

图1是现有输液泵检测仪的示意图。

图2是本发明具体实施例微流量视觉测量装置的示意图。

图3是本发明具体实施例微流量检测方法示意图。

【具体实施方式】

以下，将结合附图，对本发明作进一步具体的描述。

如图2所示，为本发明具体实施例微流量视觉测量装置100的示意图，其包括液体输入装置102、液体传输管径108、取像装置109、数据处理模块112、计算模块114、数据输出模块116。

其中，液体输入装置102一般为输液泵，用于提供液体的输入，液体传输管径108一般为玻璃管径，也可以为其他材质的传输管径，用于传输液体输入装置102输入的液体；所述取像装置109一般为相机，用于对液体传输管径108中的液位在t时刻及t+1时刻进行取像；所述数据处理模块112用于对取像装置109获取的图像信息进行处理，并将图像信息转换成像素值，进而获取t时刻及t+1时刻的图像像素矩阵；计算模块114用于将数据处理模块112获得的t时刻及t+1时刻的图像像素矩阵差进行计算，得到液体传输管径中的液位从t时刻到t+1时刻的变化值Δh，进而计算得到液体传输管径中液体的瞬时流量L，数据输出模块116用于将计算得到的瞬时流量L传输出去，方便用户及时了解流量信息。

所述液体输入装置100还包括三通电磁阀104、缓冲装置106及溢流管110，所述三通电磁阀104用于对液体流向进行控制，所述缓冲装置106用于在“充水”和“放水”过程避免液体中产生气泡，并减少“放水”过程中液体“挂水”现象，提高测量精度。

工作时，微流量视觉测量装置100通过将液体输入装置102设置某个流量，检测时，液体输入装置102中的液体从微流量视觉测量装置100的液体输入口103流入，经过三通电磁阀104及缓冲装置106后向液体传输管径108方向流动，液体在液体传输管径108流动时，取像装置109会对液体传输管径108中的液位进行取像，一般情况下，液位只需要变化0.2mm，取像装置109即可实现瞬时流量结果的输出，并可即时实现测量数据刷新，举例而言，以相机的像素为500万像素来计算，500万像素即2500*2000，拍摄的范围是10cm，每个像素代表的距离就是100mm/2500＝0.04mm，考虑到液位边缘模糊等影响，液位上升五个像素代表的就是0.2mm，这样可以保证检测到液位变化了，人眼对0.2mm是模糊的，而机器视觉是可以的。当液位到达液体传输管径108最高端的位置时，三通电磁阀104控制液体从液体传输管径108中流出，并经缓冲装置106及三通电磁阀104向微流量视觉测量装置100的液体输出口112方向流动，另外溢流管110的作用就是防止液体冲出最高测量位置，如果没有溢流管，液体或许有可能冲出测量最高测量位置，导致电路系统短路。

取像装置109通过拍照获取液体传输管径108中的液位图像信息，并将图像信息发送至数据处理模块112，数据处理模块112对接收到的图像信息进行处理，并将图像信息转换成像素值，即：在任何t时刻，将获取的图像信息转换成图像像素值矩阵A_t，其计算公式为：

同时，在t+1时刻获取图像像素矩阵A_t+1。

数据处理模块112将处理得到的t时刻及t+1时刻的图像像素矩阵发送给计算模块114，计算模块114将获取到的t时刻及t+1时刻的图像像素矩阵差进行计算，得到液体传输管径108中的液位从t时刻到t+1时刻的变化值Δh，进而得到液体传输管径108中液体的瞬时流量L。

其中，t时刻及t+1时刻的图像像素矩阵差ΔA的计算公式为：

间差。在不考虑相机本身的像素值重复性以及光线的影响下：

实际上，相机本身像素值重复性和光线的影响，可以通过非线性滤波的方法去除斑点噪声和椒盐噪声，从而得到上述矩阵。

设Δt时间内液位变化为Δh，取像装置109的分辨率在高度方向的分辨率为Cz(1/cm)，瞬时流量为L，液体传输管径108的内壁截面积为φ，则，从时间t到时间t+1时间段内，液位的变化为：

Δh＝(i-k)/Cz

根据Δt及Δh，得出液体传输管径108中液体的瞬时流量L，其计算公式为：

其中，φ为液体传输管径108的内壁截面积。Cz为相机在高度方向固有的像素分辨率，即：每cm有多少个像素点；

i、k表示在矩阵差ΔA中，不为0的像素所在的行位置的两个边界。

计算模块114将计算得到的瞬时流量L通过数据输出模块116输出，为使测量数据能更准确输出，可将微流量视觉测量装置100与互联网共享，通过设置相应的APP，测量结果全数字化，无需手写检测记录，采用标准化的数据处理流程，自动分析计算结果，实现多部门之间的检测数据共享及医疗器械质控的有效监管。

另外，取像装置109可同时对多路管径进行测量，若要增加测量通道，只需要增加管路即可，一个取像装置109可实现并排四路管路的检测。目前临床上在用的输液泵有一通道，二通道。那么在检测的时候，可以为提高检测效率，可以将测量装置也增加到多通道。例如四通道，它可以同时对两台两通道的输液泵进行检测。

本发明具体实施还提供一种微流量的测量方法，其具体步骤为：

取像装置109在t时刻采集到的液体传输管径108中液体的图像像素值矩阵为A_t，其第i行第j列的像素值为Pij，行表示液位高度，代表的是液体传输管径108的长度方向；列代表的是液体传输管径108的宽度方向。矩阵A_t的计算公式为：

第t时刻采集到的像素矩阵为A_t，第t+1时刻采集到的像素为A_t+1，时间差为Δt，那么，t时刻及t+1时刻的图像像素矩阵差ΔA的计算公式为：

在不考虑相机本身的像素值重复性以及光线的影响下：

也就是说，只有液体传输管径108中的液位升高了Δh，对应矩阵中的第k行到i行的像素是有数据的，其它部分的像素值为0。

设Δt时间内液位变化为Δh，取像装置109的分辨率在高度方向的分辨率为Cz(1/cm)，Cz为相机在高度方向固有的像素分辨率，即：每cm有多少个像素点。从时间t到时间t+1时间段内，液位的变化为：

Δh＝(i-k)/Cz

其中，i、k表示在矩阵差ΔA中，不为0的像素所在的行位置的两个边界。

S150：根据Δt及Δh，计算得出液体传输管径中液体的瞬时流量L。

其中，φ为液体传输管径108的内壁截面积。

S160：输出瞬时流量L的测量结果。

S170：将瞬时流量L的测量结果传输至一数据分析模块，所述数据分析模块用于对检测结果进行分析与统计。其中，所述数据分析模块可为智能设备上相应的APP，所述APP软件可对测量结果进行统计分析，并将被检测对象信息和测量数据上传至数据平台，并将测量数据进行存放，为后续数据分析、检测监管做好基础。进而实现多部门之间的检测数据共享及器械质控的有效监管。

其中，步骤S110进一步包括如下步骤：

S112：液体输入装置将液体输入后，通过一三通电磁阀及一缓冲装置后进入液体传输管径中。

本发明实施例通过设置取像装置对液体传输管径中液体的液位在不同时刻的图像进行取像，并将图像信息转换成并将图像信息转换成像素值，进而获得不同时刻的图像像素矩阵；通过对不同时刻的图像像素矩阵差进行计算，进而得到液体传输管径中的液位在两个不同时刻的变化值，进而计算得到液体传输管径中液体的瞬时流量，再通过数据输出模块将计算得到的瞬时流量传输出去，方便用户及时了解液体传输管径中液体的瞬时流量信息。通过数据分析模块对检测结果进行统计分析，并同时将被检测对象信息和测量数据上传至数据平台，对测量数据进行有效存放，为后续数据分析、检测监管做好基础。进而实现多部门之间的检测数据共享及器械质控的有效监管。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种微流量视觉测量装置，其特征在于包括：

液体输入装置，提供液体输入；

液体传输管径，用于传输液体输入装置输入的液体；

取像装置，对液体传输管径中的液位在t时刻及t+1时刻进行取像；

数据处理模块，对取像装置获取的图像信息进行处理，并将图像信息转换成像素值，进而获取t时刻及t+1时刻的图像像素矩阵；

计算模块，用于将数据处理模块获得的t时刻及t+1时刻的图像像素矩阵差进行计算，得到液体传输管径中的液位从t时刻到t+1时刻的变化值△h，进而计算得到液体传输管径中液体的瞬时流量L；

数据输出模块，用于将计算得到的瞬时流量L传输出去。

2.根据权利要求1所述的微流量视觉测量装置，其特征在于，其进一步包括一个三通电磁阀及缓冲装置，所述三通电磁阀用于对液体流向进行控制，所述缓冲装置用于减少液体输入过程中产生的气泡。

3.根据权利要求2所述的微流量视觉测量装置，其特征在于，其进一步包括溢流管，所述溢流管用于在液位高于最大测量位置时，使液体从微流量视觉测量装置的出口流出。

4.根据权利要求1所述的微流量视觉测量装置，其特征在于，进一步包括一数据分析模块，用于接收数据输出模块输出的测量数据，以对测量数据结果进行分析与统计。

5.一种微流量视觉测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

S120：提供一取像装置，在t时刻对液体传输管径中液体的液位进行取像，通过一数据处理模块对取像装置获取的图像进行处理并得到t时刻液体的图像像素矩阵At；

S130：经过△t时间后，取像装置对液体传输管径中液体的液位再进行取像，通过数据处理模块对取像装置获取的图像进行处理并得到液体的图像像素矩阵A_t+1；

S140：计算比较A_t及A_t+1，得出液位在△t时间段内的变化值△h；

S150：根据△t、△h和固定的液体传输管内截面积，计算得出被检测的输入液体瞬时流量L；

S160：输出瞬时流量L的测量结果。

6.根据权利要求5所述的微流量视觉测量方法，其特征在于：取像装置在t时刻采集到的液体传输管径中液体的图像像素矩阵A_t的计算公式为：

其中，第i行第j列的像素值为Pij，行指示液位高度，代表的是液体传输管径的长度方向，列代表的是液体传输管径的宽度方向。

7.根据权利要求6所述的微流量视觉测量方法，其特征在于：取像装置在t+1时刻采集到的图像像素矩阵为A_t+1，那么，t时刻与t+1时刻的图像像素矩阵差△A的计算公式为：

8.根据权利要求7所述的微流量视觉测量方法，其特征在于：在不考虑取像装置本身的像素值重复性及光线的影响下，△A的计算公式为：

9.根据权利要求8所述的微流量视觉测量方法，其特征在于：设取像装置的分辨率在高度方向的分辨率为Cz(1/cm)，即每cm有多少个像素点，在△t时间段内，液位△h的计算公式为：

Δh＝(i-k)/Cz

其中，i、k表示在矩阵差△A中，不为0的像素所在的行位置的两个边界。

10.根据权利要求9所述的微流量视觉测量方法，其特征在于：所述液体传输管径中液体的瞬时流量L的计算公式为：

其中，φ为液体传输管径的内壁截面积，△t为从t时刻到t+1时刻的时间差。

11.根据权利要求5至10项任一项所述的微流量视觉测量方法，其特征在于：步骤S160数据输出后，进一步包括如下步骤：

将瞬时流量L的测量结果传输至一数据分析模块，对检测结果进行分析与统计。