CN108601893B - 使用视觉系统来测量注射器分度标记 - Google Patents

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Abstract

用于测量注射器上的分度标记的间距的视觉系统。视觉系统可以利用图像数据的频域表示来测量间距。此外，可以与测量相结合地利用诸如插值、加窗和/或校准的数据处理技术。进而，可以与注射器的自动填充相结合地使用分度标记的间距，使得所述注射器基于并根据注射器上的分度标记而被填充。

Description

使用视觉系统来测量注射器分度标记
相关申请
本申请要求2015年12月30日提交的标题为“MEASUREMENT OF SYRINGEGRADUATION MARKS USING A VISION SYSTEM”的美国临时专利申请No.62/272,789的优先权，其整体通过引用并入本文中。本申请涉及并通过引用并入于2015年12月30日提交的标题为“SYRINGE POSITIONING APPARATUS AND METHOD”的共同拥有的美国临时专利申请No.62/272,786。本申请涉及并通过引用并入于2015年12月30日提交的标题为“CAPACITIVESINGLE PLATE BUBBLE DETECTOR”的共同拥有的美国临时专利申请No.62/272,794。本申请涉及并通过引用并入于2015年12月30日提交的标题为“SOURCE FLUID INLET ASSEMBLYFOR AUTOMATED FILLING DEVICE”的共同拥有的美国专利申请No.14/984,022。本申请涉及并通过引用并入于2015年12月30日提交的标题为“SYRINGE GRIPPING APPARATUS ANDMETHOD”的共同拥有的美国临时专利申请No.62/272,798。本申请涉及并通过引用并入于2015年12月30日提交的标题为“SYRINGE PLUNGER POSITION APPARATUS AND METHOD”的共同拥有的美国专利申请No.14/984,285。本申请涉及并通过引用并入于2016年11月23日提交的标题为“LABEL APPLICATOR FOR SYRINGE LABELING”的共同拥有的美国专利申请No.15/360,365。本申请涉及并通过引用并入于2015年12月30日提交的标题为“INLET TUBESET FOR SOURCE INGREDIENT DELIVERY”的共同拥有的美国临时专利申请No.62/272,816。本申请涉及并通过引用并入于2015年12月30日提交的标题为“TIP CAP FOR AUTOMATICSSYRINGE FILLING APPARATUS”的共同拥有的美国专利申请No.14/984,913。本申请涉及并通过引用并入于2016年6月10日提交的标题为“TAMPER EVIDENT SYRINGE TIP CAP”的共同拥有的美国专利申请No.15/179,643。
背景技术
注射器的使用在医疗护理中是普遍的。可以使用注射器来向患者施用和/或为患者准备药物、疗法、药剂或其他物质。在这方面，大多数注射器包括协助测量吸取到注射器中的流体的体积的分度标记。
考虑到注射器的普遍性，药房常常准备大量注射器以供在医疗护理的提供中使用。负责准备药物治疗的药房技术人员或其他个人常常使用注射器。注射器可以在准备期间被使用(例如，在将注射器内容物注入到另一容器中之前作为中间体)或者可以被用作物质被吸取到其中的给药容器。无论如何，药房可以生产大量注射器以供在医疗护理的管理中使用。
因此，已经提出了包括允许注射器填充的自动化实现的自动化注射器填充器的现有方法。这些方法在用于填充注射器的具体方法方面范围广泛。这些提出的自动化注射器填充的方法常常依靠体积或重量分析来确定被吸取到注射器中的流体的量。另外，这种自动化方法对于自动化填充器中的处置、填充、或其他处理常常需要预定义注射器特性。在这方面，注射器填充器的适用性可能是有限的。例如，自动化注射器填充的现有方法相对于可以与给定填充器一起使用的注射器的性质可能是有限的，使得仅由给定提供商制造的给定大小、类型或注射器可以被用在该填充器中。因此，虽然自动化注射器填充可以提供优于注射器的人工准备的优点(例如，提高的效率、较高的吞吐量、更高的准确性等)，但是此类装置继续具有抑制其有用性的局限。
发明内容
本公开总体上涉及使用视觉系统来测量注射器分度标记。具体地，本公开促进连同可能相对于大小、类型、制造商、配置或其他特性而不同的各种不同的注射器一起使用视觉系统。也就是说，视觉系统可以适于任何数目的不同的注射器以对于给定注射器返回分度标记的间距的准确测量结果。可以，但不必，与填充从其测量分度标记的注射器相结合地使用此测量结果。例如，本文中所描述的视觉系统可以被用在期望注射器分度标记的测量的其他场境中，诸如例如用于注射器制造等中的质量保证的目的。
在这方面，本文中所描述的视觉系统可以特别适合于与注射器填充器(例如，自动化注射器填充器)相结合地使用，以协助确定要使用自动化注射器填充器来填充的注射器的分度标记的间距。同使用体积或重量计算来确定注射器的填充体积的现有方法对比，使用如本文中所描述的视觉系统来确定要填充的给定注射器的分度标记的间距可以允许基于并根据分度标记而不是基于吸取到注射器中的流体的体积或重量来填充注射器。
这在许多方面可能是有益的。例如，虽然体积和重量方法可以提供关于填充注射器的高准确性，但是填充的准确性可能不可由处置注射器的人类在视觉上确定。如可以了解的，与注射器的制造相关联的容差可能导致注射器主体上的分度标记的变化。也就是说，当使用体积或重量技术来填充注射器时，因为注射器柱塞可能未与在注射器上设置的反映汲取到注射器中的流体的量的对应分度标记精确地对准，所以结果得到的注射器可以仍然看起来被不适当地填充。因此，处置注射器的用户(例如，施用注射器的内容物的护士、医师或其他用户)可能考虑到相对于在注射器上设置的分度标记的偏差而观察到注射器被不适当地填充。时常此类偏差导致浪费，因为用户可以只基于注射器的内容物相对于分度标记的偏差而丢弃如被不适当地填充的注射器。
然而，通过利用本文中所设想的视觉系统来确定注射器上的分度标记的间距，可以使用自动化注射器填充器来基于在要填充的给定注射器上设置的特定分度标记填充注射器。在这方面，可以根据用于注射器的给定分度标记来准确地填充注射器，并且进而，稍后处置注射器的人类用户可以能够通过观察分度标记来验证注射器中的液体的量。视觉系统的使用可以允许以自动方式基于并根据分度标记填充注射器。进而，可以以人类可验证的方式填充每个注射器。这可以减少浪费，因为使用视觉系统来测量分级标记的间距而填充的注射器可能不会被人类用户判断为不准确填充。
本文中所描述的视觉系统可以被不受限制地用在除上面所描述的那些之外的其他场境中。也就是说，本文中所描述的构思可以用于确定任何感兴趣物体上的任何规则图案的间距。然而，在本文中描述涉及使用视觉系统来测量在注射器主体上设置的分度标记的间距的具体示例。在这方面，视觉系统可以用于确定相邻分度标记之间的距离。结合注射器的已知或实测直径，可以确定每个分度标记的体积。因此，自动化注射器填充器可以在填充注射器时与每个分度标记的体积相结合地使用注射器的已知间距。进而，可以基于由视觉系统针对给定注射器所测量的分级标记填充注射器，使得注射器中的液体的体积对应于注射器的分级标记。虽然可以与注射器填充器(例如，自动化注射器填充器)相结合地使用本文中所描述的系统，但是其也可以作为简单地输出与(例如，针对期望间距的测量的其他场境)所测量的分度标记的间距有关的信息的独立测量系统被提供。
因此，第一方面包括用于测量注射器上的多个分度标记的间距的视觉系统。系统包括光学传感器，所述光学传感器具有视场，光学传感器贯穿该视场可操作来生成图像数据(例如，数字图像数据)。系统也包括固定装置，所述固定装置可与注射器接合以在相对于光学传感器的成像位置处将注射器的注射器主体定位在预定轴线上。因此，注射器主体上的多个分度标记可设置在光学传感器的视场内。图像数据包括与至少一个像素行相对应的测量区域数据，所述至少一个像素行垂直于分度标记中的每个给定分度标记在注射器主体上延伸的方向延伸。系统也包括处理模块，所述处理模块在视觉系统的处理器上执行，被配置成处理与注射器相对应的测量区域数据以将测量区域数据转换成针对注射器的测量区域数据的频域表示(例如，使用傅立叶变换等)。测量区域数据的频域表示指示针对注射器的测量区域数据的基频。进而，处理模块被配置成基于针对注射器的测量区域数据的基频与注射器主体上的分度标记的间距之间的已知对应(例如，数学关系)来确定注射器主体上的多个分度标记的间距。
许多特征细化和附加特征适用于第一方面。可以单独使用或者按照任何组合使用这些特征细化和附加特征。因此，将被讨论的以下特征中的每一个可以但不要求与任何其他特征或第一方面的特征的组合一起使用。
例如，在实施例中处理模块可以被配置成使用离散傅立叶变换(DFT)来将测量区域数据变换到频域中。DFT可以利用相对较低的处理资源来提供测量区域数据的频域表示的高效处理。然而，在有限长度源信号(例如，表示用于间距测量的有限测量区域)上使用DFT限制频域中的数据的分辨率。具体地，DFT的分辨率与以样本数据(例如，本文中所描述的示例中的像素)为单位表示的源信号的长度成反比。进而，系统也可以包括插值模块，所述插值模块在视觉系统的处理器上执行，被配置成在频域中的多个频域数据点上使用结果得到的DFT的插值来为频域中的数据集确定基频。具体地，多个频域数据点可以包括最大幅度频率数据点，以及频率高于最大幅度频率数据点的第一相邻数据点和频率低于最大幅度频率数据点的第二相邻数据点。插值模块可以被配置成对多个频域数据点应用抛物线插值函数并且求解与基频相对应的抛物线插值函数的最大值。然而，可以对频域数据点应用其他插值或曲线拟合技术，以鉴于DFT数据点的有限分辨率插值与基频相对应的最大值。
另外，DFT的使用可以导致与用于分析的区域内的源信号的开始和结束值的随机性相关联的具体泄漏失真。进而，在实施例中视觉系统可以包括加窗模块以生成加窗测量区域数据，所述加窗测量区域数据可以减少或者消除来自测量区域数据的结果得到的频域表示的泄漏失真。具体地，在视觉系统的处理器上执行的加窗模块可以被配置成对测量区域数据应用加窗函数，以生成用于将测量区域数据变换到频域中的加窗测量区域数据。加窗函数可以转换源数据，使得源数据集的开始和结束值变得彼此相等。因此，有关采样数据集的离散开始和结束的异常被减少或者消除。在这方面，正确地选择的加窗函数可以不显著地影响测量区域数据的基频并且可以导致加窗测量区域数据中的泄漏失真的减少或消除。
再进一步地，校准视觉系统以减少或者消除由透镜瑕疵和要测量的注射器相对于光学传感器的可变几何形状产生的光学失真可能是有利的。具体地，光学传感器可以是缺乏先进光学器件或对焦机构等的相对廉价且低复杂度的传感器。另外，各种注射器几何形状可以导致光学传感器与要测量的物体之间的距离改变。因此，传感器上的图像的尺度对于这些各种注射器几何形状来说可以不同。进而，校准可以使用信号处理技术来减少或者消除对来自视觉系统的这种几何或其他光学失真的测量结果的影响。此外，在实施例中，测量区域数据对应于沿着预定轴线偏离视场的图像中心的测量区域。这可以减少在视场的中心附近的眩光或其他光学失真的影响。
关于视觉系统的校准，视觉系统的实施例可以包括具有以第一已知(例如，存储的)校准间距间隔开的多个校准标记的第一校准图案。第一校准图案可以设置在相对于光学传感器的成像位置中，使得测量区域数据对应于垂直于校准标记中的每个给定校准标记延伸的方向延伸的至少一个像素行。例如，校准图案可以被手动地放置在成像位置中或者可以使用视觉系统的可动组件(例如，固定装置)被自动地移动到位。视觉系统也可以包括校准模块，所述校准模块在视觉系统的处理器上执行，被配置成处理针对第一校准图案的测量区域数据，以将测量区域数据变换成针对第一校准图案的测量区域数据的频域表示，所述频域表示指示与第一已知校准间距相对应的、针对第一校准图案的测量区域数据的第一校准频率。进而，处理模块可以被配置成使用至少部分地基于针对注射器的测量区域数据的基频、第一已知校准间距和第一校准频率的函数来确定注射器上的多个分度标记的间距。
在另一实施例中，视觉系统可以包括具有以第二已知校准间距间隔开的多个校准标记的第二校准图案。第二校准图案可以设置在相对于光学传感器的成像位置中，使得测量区域数据与垂直于校准标记中的每个给定校准标记延伸的方向延伸的至少一个像素行相对应。例如，第二校准图案也可以被手动地或自动地移动到成像位置中。在实施例中，可以在承载两种校准图案并且可移动以将任一校准图案放置在成像位置中的公共校准块上提供第一校准图案和第二校准图案。校准模块可以被配置成处理针对第二校准图案的测量区域数据以将测量区域数据变换成针对第二校准图案的测量区域数据的频域表示，所述频域表示指示与第二已知校准间距相对应的、针对第二校准图案的测量区域数据的第二校准频率。进而，处理模块可以被配置成使用至少部分地基于针对注射器的测量区域数据的基频、第一已知校准间距、第二已知校准间距、第一校准频率、和第二校准频率的函数来确定注射器上的多个分度标记的间距。在视觉系统的实施例中，第一校准间距和第二校准间距可以是公共校准间距。
此外，校准图案可以被设置在离光学传感器的不同距离处以针对不同注射器的分度标记相对于光学传感器的所有可能的位置来校准系统。因此，第一校准图案可以是离光学传感器的第一距离，第二校准图案可以是离光学传感器的第二距离，并且注射器上的多个分度标记可以是离光学传感器的第一距离与第二距离之间的第三距离。因此，处理模块可以被配置成使用至少部分地基于针对注射器的测量区域数据的基频、公共校准间距、第一校准频率、第二校准频率、第一距离、和第二距离的函数来确定注射器上的多个分度标记的间距。
在实施例中，视觉系统可以操作来确定注射器上的分度标记何时在视场内，使得视觉系统可以以本文中所描述的方式测量分度标记的间距。进而，视觉系统也可以具有改变注射器绕预定轴线的旋转定向以确定注射器何时被适当地定向使得分度标记出现在测量区域中的能力。具体地，在实施例中，固定装置包括注射器夹紧设备，所述注射器夹紧设备包括多个夹紧构件。夹紧构件可以被设置成在对应的多个周向地偏移的定位处接合位于预定轴线上的轴向地对准的位置处的注射器。多个夹紧构件中的每一个可以包括对应的辊以用于绕辊的纵向轴线旋转。当辊与位于预定轴线上的轴向地对准的位置处的注射器接合时，多个夹紧构件的辊的纵向轴线可以被设置为彼此平行并且与预定轴线平行。系统也可以包括用于多个夹紧构件的辊中的至少一个的驱动旋转的致动器。因此，在驱动旋转时这些辊中的每一个在这些辊与位于预定轴线上的轴向地对准的位置处的注射器主体接合时共同旋转，以使位于预定轴线上的轴向地对准的位置处的注射器主体绕预定轴线旋转到相对于预定轴线的多个旋转定向中。
连同这种类型的固定装置一起，视觉系统也可以包括控制模块，所述控制模块在视觉系统的处理器上执行，被配置用于控制致动器。因此，控制模块可以被配置成控制致动器以使注射器主体绕预定轴线旋转，使得光学传感器捕获测量区域数据的多个帧，所述多个帧各自对应于注射器绕预定轴线的不同的相应的旋转定向。具体地，处理模块可以被配置成针对测量区域的多个帧确定测量区域数据的基频的幅度。当DFT的第一最大值的幅度(其对应于测量区域数据的多个帧中的测量区域数据的基频)超过预定幅度阈值时，注射器可以处于这样的定向，即分度标记相对于光学传感器被适当地定向。因此，处理模块可以与控制模块操作通信，以在多个帧中的测量区域数据的基频超过预定幅度阈值时停止注射器绕预定轴线的旋转。在实施例中，当基频相差不大于测量区域数据的多个帧的两个连续帧之间的预定相似性阈值时，控制模块可以停止注射器绕预定轴线的旋转。在这方面，除分度标记(例如，注射器上的文本或其他标记)以外的对基频的任何贡献可以在它们对从帧到帧变化的基频作出贡献的程度上被忽略不计。控制模块可以被配置成基于注射器主体的直径来控制注射器绕预定轴线的旋转的速度。
在实施例中，测量区域数据可以包括沿着分度标记延伸的单行像素。然而，在其他实施例中，测量区域数据可以包括多个像素行的集合(例如，平均值)。例如，基频可以被确定为针对垂直于分度标记中的每个给定分度标记在注射器主体上延伸的方向延伸的不同的多个像素行而计算出的多个基频的平均值。在另一实施例中，测量区域数据可以包括平均像素行。平均像素行中的每个像素可以包括与垂直于分度标记中的每个给定分度标记在注射器主体上延伸的方向延伸的多个像素行相对应的测量区域数据的对应像素列中的图像数据的平均值。进而，可以生成平均像素行的单个频域表示以确定基频。
如上面简要地讨论的，可以利用如本文中所描述的视觉系统来在各自场境中测量注射器上的分度标记的间距。可以与自动化注射器填充应用相结合地使用一个特定场境。在这方面，视觉系统可以包括体积确定模块，所述体积确定模块在视觉系统的处理器上执行，其可以被配置成基于注射器主体上的多个分级标记的间距和注射器主体的直径来确定注射器的每一个分度标记的所计算的体积。体积确定模块可以被配置成将注射器的每一个分度标记的所计算的体积与多个标准体积相比较，以确定所计算的体积所对应(例如，所计算的体积最接近于)的标准体积。体积确定模块也可以被配置成基于请求的填充体积除以标准体积乘以注射器主体上的多个分度标记的间距来确定用于注射器的注射器柱塞的线性行进的填充距离。此外，体积确定模块可以被配置成通过将填充距离与注射器长度相比较以确定填充距离是否超过注射器长度来进行填充检查。
各种实施例可以包括在上面和/或在下文描述的设备和/或方法特征的任何数目的组合。此类组合可以包括由以下实施例包含的那些组合：
1.一种用于测量注射器上的多个分度标记的间距的视觉系统，包括：
光学传感器，所述光学传感器具有视场，所述光学传感器贯穿该视场可操作来生成图像数据；
固定装置，所述固定装置与注射器可接合，以在相对于所述光学传感器的成像位置处将所述注射器的注射器主体定位在预定轴线上，使得所述注射器主体上的多个分度标记可设置在所述光学传感器的视场内，其中，所述图像数据包括与至少一个像素行相对应的测量区域数据，所述至少一个像素行垂直于所述分度标记中的每个给定分度标记在所述注射器主体上延伸的方向延伸；以及
处理模块，所述处理模块在所述视觉系统的处理器上执行，被配置成处理与所述注射器相对应的所述测量区域数据以将所述测量区域数据变换成针对所述注射器的所述测量区域数据的频域表示，所述频域表示指示针对所述注射器的所述测量区域数据的基频，其中，所述处理模块被配置成基于针对所述注射器的所述测量区域数据的基频与所述注射器主体上的所述分度标记的间距之间的已知对应来确定所述注射器主体上的所述多个分级标记的间距。
2.根据实施例1所述的视觉系统，其中，所述处理模块被配置成使用离散傅立叶变换(DFT)来将所述测量区域数据变换到频域中，并且所述系统还包括：
插值模块，所述插值模块在所述视觉系统的处理器上执行，被配置成使用所述频域中的多个频域数据点来插值所述基频。
3.根据实施例1或2所述的视觉系统，其中，所述多个频域数据点包括最大幅度频率数据点，以及频率高于所述最大幅度频率数据点的第一相邻数据点和频率低于所述最大幅度频率数据点的第二相邻数据点。
4.根据实施例1至3中的任一项所述的视觉系统，其中，所述插值模块被配置成对所述多个频域数据点应用抛物线插值函数并且求解与所述基频相对应的所述抛物线插值函数的最大值。
5.根据实施例1至4中的任一项所述的视觉系统，还包括：
加窗模块，所述加窗模块在所述视觉系统的处理器上执行，被配置成对所述测量区域数据应用加窗函数以生成用于将所述测量区域数据变换到所述频域中的加窗测量区域数据，其中，所述加窗函数不会显著地影响所述测量区域数据的基频并且减少所述加窗测量区域数据中的泄漏失真。
6.根据实施例1至5中的任一项所述的视觉系统，还包括：
第一校准图案，所述第一校准图案具有以第一已知校准间距间隔开的多个校准标记，其中，所述第一校准图案可设置在相对于所述光学传感器的所述成像位置中，使得所述测量区域数据与垂直于所述校准标记中的每个给定校准标记延伸的方向延伸的至少一个像素行相对应；以及
校准模块，所述校准模块在所述视觉系统的处理器上执行，被配置成处理针对所述第一校准图案的所述测量区域数据以将所述测量区域数据变换成针对所述第一校准图案的所述测量区域数据的频域表示，所述频域表示指示与所述第一已知校准间距相对应的针对所述第一校准图案的所述测量区域数据的第一校准频率；
其中，所述处理模块被配置成使用至少部分地基于针对所述注射器的所述测量区数据的基频、所述第一已知校准间距和所述第一校准频率的函数来确定所述注射器上的所述多个分度标记的间距。
7.根据实施例1至6中的任一项所述的视觉系统，还包括：
第二校准图案，所述第二校准图案具有以第二已知校准间距间隔开的多个校准标记，其中，所述第二校准图案可设置在相对于所述光学传感器的所述成像位置中，使得所述测量区域数据与垂直于所述校准标记中的每个给定校准标记延伸的方向延伸的至少一个像素行相对应；以及
其中，所述校准模块被配置成处理针对所述第二校准图案的所述测量区域数据，以将所述测量区域数据变换成针对所述第二校准图案的所述测量区域数据的频域表示，所述频域表示指示与所述第二已知校准间距相对应的针对所述第二校准图案的所述测量区域数据的第二校准频率；
其中，所述处理模块被配置成使用至少部分基于针对所述注射器的所述测量区数据的基频、所述第一已知校准间距、所述第二已知校准间距、所述第一校准频率和所述第二校准频率的函数来确定所述注射器上的所述多个分度标记的间距。
8.根据实施例1至7中的任一项所述的视觉系统，其中，所述第一校准间距和所述第二校准间距包括公共校准间距。
9.根据实施例1至8中的任一项所述的视觉系统，其中，所述第一校准图案是离所述光学传感器的第一距离，所述第二校准图案是离所述光学传感器的第二距离，并且所述注射器上的所述多个分度标记是离所述光学传感器的第三距离。
10.根据实施例1至9中的任一项所述的视觉系统，其中，所述处理模块被配置成使用至少部分地基于针对所述注射器的所述测量区域数据的基频、所述公共校准间距、所述第一校准频率、所述第二校准频率、所述第一距离、和所述第二距离的函数来确定所述注射器上的所述多个分度标记的间距。
11.根据实施例1至10中的任一项所述的视觉系统，其中，所述固定装置还包括：
注射器夹紧设备，包括：
多个夹紧构件，所述多个夹紧构件被设置成在对应的多个周向地偏移的定位处接合位于所述预定轴线上的轴向地对准的位置处的注射器，其中，所述多个夹紧构件中的每一个包括对应的辊以用于绕所述辊的纵向轴线旋转，其中，当所述辊与位于所述预定轴线上的轴向地对准的位置处的注射器接合时，所述多个夹紧构件的辊的纵向轴线被设置为彼此平行并且与所述预定轴线平行，以及
致动器，所述致动器用于驱动所述多个夹紧构件的辊中的至少一个的旋转，其中，在驱动旋转时所述辊中的每一个在所述辊与位于所述预定轴线上的轴向地对准的位置处的注射器主体接合时共同旋转，以使位于所述预定轴线上的轴向地对准的位置处的注射器主体绕所述预定轴线旋转到相对于所述预定轴线的多个旋转定向中，以及
控制模块，所述控制模块在所述视觉系统的处理器上执行，被配置用于控制所述致动器；
其中，所述控制模块被配置成控制所述致动器以使所述注射器主体绕所述预定轴线旋转，使得所述光学传感器捕获测量区域数据的多个帧，所述多个帧各自对应于所述注射器绕所述预定轴线的不同的相应的旋转定向；
其中，所述处理模块被配置成针对所述测量区域的多个帧确定所述测量区域数据的基频的幅度，并且被配置成确定在所述测量区域数据的所述多个帧中所述测量区域数据的基频的幅度何时超过预定幅度阈值；
其中，所述处理模块与所述控制模块操作通信以当在所述多个帧中所述测量区域数据的基频超过所述预定幅度阈值时停止所述注射器绕所述预定轴线的旋转。
12.根据实施例1至11中的任一项所述的视觉系统，其中，当用于测量区域数据的相应的连续帧的基频相差不大于所述测量数据区域的多个帧中的两个连续帧之间的预定值时，所述控制模块停止所述注射器绕所述预定轴线的旋转。
13.根据实施例1至12中的任一项所述的视觉系统，其中，所述控制模块被配置成基于所述注射器主体的直径控制所述注射器绕所述预定轴线的旋转的速度。
14.根据实施例1至13中的任一项所述的视觉系统，其中，基频被确定为垂直于所述分度标记中的每个给定分度标记在所述注射器主体上延伸的方向延伸的多行像素的平均值。
15.根据实施例1至14中的任一项所述的视觉系统，其中，所述测量区域数据包括平均像素行，其中，所述平均像素行中的每个像素包括与垂直于所述分度标记中的每个给定分度标记在所述注射器主体上延伸的方向延伸的多个像素行相对应的所述测量区域数据的对应像素列中的所述图像数据的平均值，并且其中，所述平均像素行的单个频域表示被生成以确定所述基频。
16.根据实施例1至15中的任一项所述的视觉系统，还包括：
体积确定模块，所述体积确定模块在所述视觉系统的处理器上执行，被配置成基于所述注射器主体上的所述多个分度标记的间距和所述注射器主体的直径来确定所述注射器的每一个分度标记的所计算的体积。
17.根据实施例1至16中的任一项所述的视觉系统，其中，所述体积确定模块被配置成将所述注射器的每一个分度标记的所计算的体积与多个标准体积相比较，以确定所计算的体积所对应的标准体积。
18.根据实施例1至17中的任一项所述的视觉系统，其中，所述体积确定模块被配置成基于请求的填充体积除以所述标准体积乘以所述多个注射器主体上的所述多个分度标记的间距来确定用于所述注射器的注射器柱塞的线性行进的填充距离。
19.根据实施例1至18中的任一项所述的视觉系统，其中，所述体积确定模块被配置成通过将所述填充距离与注射器长度相比较以确定所述填充距离是否超过所述注射器长度来进行填充检查。
20.根据实施例1至19中的任一项所述的视觉系统，其中，所述测量区域数据对应于沿着所述预定轴线偏离所述视场的图像中心的测量区域。
21.一种用于测量注射器上的多个分度标记的间距的方法，包括：
接合具有注射器主体的注射器，该注射器主体具有多个分度标记，其中，所述注射器沿着预定轴线在相对于光学传感器的成像位置处接合；
捕获与所述光学传感器的视场的测量区域相对应的图像数据以生成与所述测量区域相对应的测量区域数据，其中，所述测量区域数据与垂直于所述分度标记中的每个给定分度标记在所述注射器主体上延伸的方向延伸的至少一个像素行相对应；
通过对所述测量区域数据应用傅里叶变换来生成所述测量区域数据的频域表示；
确定所述测量区域数据的基频；以及
基于所述注射器的测量区域数据的基频与所述注射器主体上的所述分度标记的间距之间的已知对应来计算所述多个分度标记的间距。
附图说明
图1描绘具有分度标记的注射器的实施例。
图2描绘视觉系统的实施例的示意表示。
图3描绘从视觉系统生成的图像的实施例。
图4以像素强度数据的曲线图的形式描绘关于来自图像的图像数据的表示从视觉系统生成的图像的实施例。
图5描绘视觉系统关于相对于其定位的注射器的视场的实施例。
图6描绘图像数据的曲线图和与图像数据相对应的对应频域曲线图的实施例。
图7描绘包括有关用于在围绕DFT最大值的三个频域数据点之中利用DFT插值减少或者消除分辨率限制的过程的实施例的细节的一组图像数据的频域曲线图的详细视图。
图8描绘应用于图像数据以实现加窗的信号的加窗函数的使用的实施例。
图9A-9D描绘校准系统的实施例，其可以与如在本文中与校准系统在这些图中的不同位置处的各种元件一起描述的视觉系统一起使用。
图10A-10C描绘用于确定与视觉系统接合的注射器的定向以确定注射器的分度标记何时在成像系统的视场中的方法的实施例。
图11描绘与能够修改注射器相对于预定轴线的旋转定向的固定装置接合的注射器的立体图。
图12描绘使用视觉系统来确定注射器上的分度标记的间距的方法的实施例。
图13描绘用于测量注射器上的分度标记的间距以减少或者消除系统中的几何失真的视觉系统的校准的方法的实施例。
图14描绘用于相对于视觉系统定向注射器的方法的实施例。
图15和图16描绘使用视觉系统测量的两个不同注射器的测量数据的示例。
具体实施方式
以下描述不旨在将本发明限于本文中所公开的形式。因此，与相关技术的以下教导、技能和知识相称的变化和修改在本发明的范围内。本文中所描述的实施例还旨在说明知道实践本发明的模式并且使得本领域的其他技术人员能够在此类或其他实施例中利用本发明，并且同时各种修改是本发明的特定(一个或多个)应用或(一个或多个)用途所需要的。
参考图1，示出了注射器100的实施例。注射器100可以包括注射器主体110。注射器主体110可以包括凸缘112和端口114。在各种实施例中，可以提供端口114的不同配置，诸如例如滑动鲁尔(luer)连接、螺纹鲁尔连接、或其他适当的端口配置。注射器100也可以包括可相对于注射器主体110移位的柱塞120。柱塞120可以包括在其第一端的按钮122和在柱塞120的相对端的密封件124。密封件124可以压贴注射器主体110的内壁。进而，柱塞120与注射器主体110之间的相对移动可以使流体通过端口114被汲取到注射器主体110中。
注射器主体110可以包括沿着注射器100的主体110布置的多个分度标记130。可以相对于注射器主体110和柱塞120校准分度标记130，使得分度标记130针对注射器主体110与柱塞120之间的相对运动的给定距离表示汲取到主体110中的流体的体积。在这方面，密封件124相对于分度标记130的位置可以指示包含在注射器主体110中的流体的量。分度标记130中的每个单独的分度标记可以各自相对于注射器主体110周向地延伸。进而，多个分度标记130可以共同地沿着对应于注射器主体110与柱塞120之间的相对运动的方向110的注射器主体110的长度而延伸。进而，随着柱塞120相对于注射器主体110缩回，密封件124可以相对于多个分度标记130指示注射器主体110中的流体的体积。因此，多个分度标记130可以具有规则间距(即，每个相邻分度标记130之间的规则距离)以表示注射器主体110在分度标记130之间的给定体积。注射器100也可以包括指示通过分度标记130表示的给定体积的刻度。
在注射器100的制造期间，可以使用任何数目的适当过程来将分度标记130施加到注射器主体110。分度标记130的施加和/或注射器制造过程中的其他变化可能导致分度标记130的指示体积与绝对体积产生偏差。也就是说，对于注射器100中的流体的给定指示体积，该流体的实际体积可能由于注射器100的制造构成中的偏差而不同于指示体积。因此，如上所述，当在不顾给定注射器100的具体分度标记130的情况下填充注射器100时使用体积的绝对量度——像当自动地填充注射器时传统范例那样——可能导致注射器100看上去被不准确地填充，因为密封件124可能不与指示填充体积的对应分度标记130对准。因此，如将在本文中描述的视觉系统150的使用可以允许确定每个注射器100中的偏差，使得每个注射器100可以被填充到适当的对应分度标记130。如上所述，这可以允许人类甚至在注射器100已被填充并且离开制备它的药房或其他设施之后验证注射器100中的体积。
进一步参考图2，示出了视觉系统150的实施例的示意图。视觉系统150可以操作来测量与系统150接合的注射器100上的分度标记130的间距。在这方面，视觉系统150可以包括可以接合注射器100的固定装置200。固定装置200将注射器100定位在成像位置中。成像位置可以相对于预定轴线102。也就是说，可以通过固定装置200来接合注射器100，使得注射器100被沿着预定轴线102设置。预定轴线102可以与光学传感器160对准，使得注射器100当在成像位置中时被设置在光学传感器160的视场162内。可以相对于光学传感器160使固定装置200固定。可替选地，固定装置200可以是可移动的，使得可以将接合的注射器100从不同位置移动到成像位置中。固定装置200可以包括用户可以设置要测量的注射器100的注射器接收部分。可替选地，注射器接收部分可以被适配为在无需人类用户的干预的情况下自主地接合注射器100。注射器接收部分可以是静止的或可移动的以接合注射器100。
光学传感器160可以操作来生成与视场162相对应的图像数据。例如，光学传感器160可以是数字成像传感器，其能够针对与传感器的视场162相对应的多个像素生成多个像素值的形式的图像数据。如将在本文中利用的，一行像素可以对应于沿着注射器100的长度(即，从按钮122到端口114)延伸的像素，而一列像素可以对应于垂直于注射器100的长度延伸的像素。在实施例中，光学传感器160可以是能够生成介于0与255之间的个体像素值的8比特传感器，其中像素值是给定像素的图像数据的强度的表示。因此，0值可以与完全缺少强度(即，黑色像素)对应并且255可以对应于完全强度(即，白色像素)，其中像素值的范围表示黑色与白色之间的各种灰度阴影。在这方面，光学传感器160可以是仅能够生成表示单一单色性质的像素值的单通道传感器(即，黑色和白色传感器)。在其他实施例中，光学传感器160可以是能够针对表示不同颜色的多个通道生成强度值的颜色传感器。
光学传感器160可以与处理模块250操作通信。进而，光学传感器160可以将从视场162生成的图像数据提供给处理模块250。光学传感器160可以提供不断刷新的图像数据(即，视频流)或者可以周期性地提供或者按需提供视场162的图像数据。
处理模块250可以包括与存储器254操作通信的处理器252(例如，物理计算机处理器装置)。在这方面，处理器252可以操作来访问存储器254中的包括非暂时性机器可读数据的机器可读指令。存储在存储器254中的机器可读数据可以操作来具体地配置处理器252以用于执行本文中所描述的各种功能。因此，可以将处理器252从通用计算处理器变换为用于在访问并执行存储在存储器254中的数据时完成与本文中所描述的各种模块有关的功能的具体地配置的处理器。例如，各种功能性在本文中被描述为由模块的处理器执行。此类模块一般地可以对应于处理模块250或者可以涉及要在下面更详细地讨论的具体模块。如可以了解的，本文中所描述的每个模块可以是具有如上所述的对应处理器252和存储器254的单独的离散模块，其中存储器254存储非暂时性机器可读数据以将处理器252配置成像关于给定模块所描述的那样起作用。可替选地，多个模块可以由与包括存储器254的一个或多个物理存储器装置通信的单个处理器252来执行。在这方面，模块可以对应于存储在一个或多个物理存储器装置中的非暂时性机器可读数据的不同部分。再进一步地，可以使用诸如现场可编程门阵列、专用集成电路等的具体地配置的硬件和/或软件来执行这些模块中的各种模块或全部。因此，在理解了可以使用本文中所描述的硬件、软件、数据或技术中的任一个来实现功能性的情况下，可以在本文中关于功能性描述各种模块的功能性。
在任何方面，处理模块250可以操作来从光学传感器160接收图像数据。进一步参考图3，示出了与光学传感器160的视场162的图像数据相对应的图像164，同时注射器100处于成像位置中。测量区域166被示出为图像164的轮廓子集。测量区域166可以是要在注射器100的分度标记130的间距的测量中使用的感兴趣图像数据的预定义部分。进一步参考图4，图像164被示出为关于与图像数据164的一行像素相对应的图像164的图像数据174的曲线图并置。如可以了解的，测量区域166是关于图像164和数据174而示出的并且可以表示来自测量区域166的像素的范围。
测量区域166可以从图像164的一侧偏移以说明与例如注射器100的端口114、注射器100的密封件124、或可能存在于图像164的该侧附近的其他变化相关联的成像异常。也就是说，可以具体地限定测量区域166以便对应于分度标记130出现在的注射器100的区域，而不管注射器类型、大小、制造商、或其他注射器变化如何。进而，可以从图像数据174中提取用于测量区域166的图像数据174的子集。这可以被称为测量区域数据176。在这方面，取自与图像164相对应的图像数据的测量区域数据176可以对应于设置在成像位置中的注射器100的分度标记130，而不管被成像的具体注射器如何。因此，测量区域数据176可以包括沿着测量区域166取得的反映分度标记130的存在和不存在的像素值的数据。此外，与测量区域数据176相对应的图像数据样本的长度可以对应于2的指数，以在利用被称为快速傅立叶变换(FFT)的算法实现DFT的情况下提供处理效率。例如，测量区域数据176可以包括512个值(即，与图像164中的512个像素的长度对应)。
进一步参考图5，可以了解的是，除了从视场162的外围边缘偏移之外，测量区域166也可能从视场162的中心线168偏移。在这方面，测量区域166可以对应于视场162的子集172。这可以用于减少可能在图像数据174的中心线168附近发生的眩光或其他辐射测量噪声的影响。例如，如图3中所示，关于在图像164的中心附近的分度标记130发生显著眩光区域170。进而，与测量区域166相关联的视场162的部分可能从视场162的外围边缘以及从视场162的中心线168偏移。
如图3中完全看到的，测量区域166可以与垂直于分度标记130中的每个给定分度标记在注射器主体110上延伸的方向延伸的至少一个像素行相对应。因此，处理模块250可以操作来接收与测量区域166相对应的测量区域数据176。如曲线图174中所示，测量区域数据176可以与垂直于分度标记130延伸的像素行的图像数据(例如，对于8比特传感器来说为介于0与255之间的像素强度值)相对应。在这方面，测量区域数据176可以将分度标记130反映为与反映减小的像素强度的图像数据相对应的图像数据174中的变暗区域。
如将在下面的讨论中了解的，可以针对来自测量区域166的多个行单独执行用于确定注射器100的分度标记130的间距的测量技术，其中测量区域166中的每行像素表示一组测量区域数据176。进而，可以在到达间距时计算来自每个测量的结果的平均值。可替选地，可以计算多行像素的平均值以生成测量区域数据176。在这方面，可以计算一列像素——各自表示来自测量区域166的行的给定像素——的平均值以针对该列像素确定平均像素强度。因此，测量区域数据166可以包括与测量区域166中的多行像素相对应的平均像素行。例如，可以在测量区域166中设置20行像素。因此，测量区域数据176中的每个值可以表示跨越所有像素行的给定像素位置中的像素列的平均像素强度。在这方面，测量区域数据176可以对应于沿着测量区域166取得的一行或多行像素的像素强度值。因此，可以执行包括测量区域数据176的平均像素数据的单一测量。
进而，并且进一步参考图6，处理模块250可以操作来将测量区域数据176变换到频域中，其通过在水平轴线上表示频率并且在垂直轴线上表示幅度的曲线图178来表示。例如，测量区域数据166可以由处理模块250处理，使得可以计算测量区域数据166的傅立叶变换以在频域中表示测量区域数据176。进而，可以像曲线图178中所示的那样在频域中表示测量区域数据166。如可以了解的，测量区域数据166的基频180可以在曲线图178中被标识为具有频域曲线图178的最大幅度的频率。
基频180可以与多个分度标记130的间距具有已知的对应。例如，基频180的倒数可以对应于分度标记130的间距。如图6中所示，基频180可以在与相邻分度标记130之间的33个像素的间距相对应的0.03处。因此，在频域中标识测量区域数据176的基频180时，可以通过取基频180的倒数来计算分度标记130的间距。
处理模块250可以操作来对测量区域数据176应用傅里叶变换。在实施例中，这可以是通过对测量区域数据176应用快速傅立叶变换(FFT)。在这方面，FFT可以包括测量区域数据176的离散傅立叶变换(DFT)。如可以了解的，频域中的测量区域数据176的表示的分辨率可以与测量区域数据176的样本大小有关。具体地，测量区域数据176的长度(例如，测量区域数据176中的图像数据的像素的数目)可以对应于频域曲线图178的分辨率。因为测量区域数据176的大小可能是有限的，所以频域曲线图178的分辨率也可能是有限的。具体地，可以以在频域曲线图178中与测量区域数据176的像素的数目的倒数相对应的分辨率提供多个频域数据点182。因为这个分辨率可能是有限的，所以与指示的基频180相关联的最大频域数据点182可能包括与频域曲线图178中的混叠相关联的误差。
进而，可以设置插值模块256来在频域中插值频域数据点182以克服测量区域数据176中的任何混叠。具体地，与频域178的最大数据点182b相邻的频域数据点182a和182c可以用于使用插值来确定基频180的更准确量度。
如图7中所示，示出了与测量区域数据176相关联的频域曲线图178的实施例。频域曲线图178包括多个频域数据点182。进而，插值模块256可以操作来标识在频域178中相对于其他频域数据点182具有相对最大幅度的频域数据点182b。附加地，插值模块256可以标识频域曲线图178中较低频率的相邻频域数据点182a和频域曲线图178中的较高频率的相邻频域数据点182c。进而，使用三个频域数据点182a、182b和182c，插值模块256可以操作来使用适当的插值技术来表征频域数据点182a、182b和182c。例如，可以对频域数据点182应用抛物线插值以到达表征数据点182的多项式函数。在替选实施例中，可以采用其他曲线拟合技术。此外，可以利用高阶多项式函数。更进一步地，可以在插值中使用多于三个频域数据点182。然而，已经发现抛物线插值在减少计算开销的同时提供良好的结果。
进而，可以找到描述频域数据点182的多项式函数的最大值以确定与频域178的基频180相对应的函数的最大值。例如，多项式函数的导数可以等同于零以求解基频180。进而，插值模块256可以将基频180提供给处理模块250，其可以用于如上所述(例如，通过取基频180°的倒数)确定分度标记130的间距。
此外，考虑到测量区域数据176对应于有限的离散长度的图像数据而不是无限的连续长度函数，当将测量区域数据176变换到频域中时，测量区域数据176中表示的数据可能经受泄漏失真。这些失真的主要原因是数据集176的开始和结束值的随机特性，其优选地彼此相等以避免这些失真。因此，处理模块250可以包括加窗模块258。进一步参考图8，加窗模块258可以操作来对测量区域数据176应用加窗函数184。这可以产生加窗的信号186。加窗的信号186可以用于将测量区域数据176变换到频域中，因为加窗的信号186可以包括测量区域数据176的所有频率信息，而没有由于由与测量区域166相关联的数据集176的第一元素和最后元素的不同随机值产生的泄漏而导致的任何失真。
附加地，测量区域数据176可以经受各种失真或基于光学传感器160的几何和其他失真的其他光学噪声。例如，使用相对简单的光学传感器160来降低视觉系统150的复杂度和/或成本可能是有利的。例如，光学传感器可以是CCD传感器或其他类型的相对简单的光学传感器。因此，光学传感器160可能缺少高级光学元件(例如，高精度透镜等)并且因此这种传感器中的透镜的几何失真可能非常高(例如，具有基于几何失真的高达10％-15％的误差)。附加地，因为可以与各种直径的注射器100相结合地使用成像系统150，所以在捕获图像数据时相对于光学传感器160设置分度标记130的精确距离和/或角度也可以从注射器到注射器不同。具体地，因为注射器100可以相对于光学传感器160位于预定轴线102上，所以当不同直径的注射器100在成像位置中位于预定轴线102上时，注射器主体110的直径可能导致分度标记130被设置在相对于光学传感器160的不同距离和/或角度下。
然而，取代提供具有昂贵且复杂的光学器件的光学传感器160，已经发现可以利用校准来减少或者消除光学传感器160的几何失真。在这方面，可以在不使用诸如精密透镜或对焦装置的高级光学器件的情况下提供校准模块260来对可能存在于视觉系统150中的各种噪声或其他光学失真采取动作。具体地，已经发现，与在测量区域数据176中导致光学传感器160相对于被成像注射器100的物理几何形状的光学失真有关的误差相对于要测量的间距和光学传感器与感兴趣物体之间的距离两者可以是线性的。因此，校准模块260可以操作来生成校准函数(例如，线性校准函数)，其可以被应用来在计算分度标记130的间距时对任何几何失真采取动作。
具体地，校准模块260可以操作来基于由校准模块260获得的校准数据在测量区域数据176的处理期间应用校准函数。进一步参考图9A-9D，示出了可以与校准模块260相结合地采用的校准系统350的实施例。校准系统350可以包括校准块300，其可以包括一个或多个校准图案。例如，可以相对于光学传感器160放置已知间距的校准图案302。可以将校准图案302印刷或者以其他方式设置在校准块300上，其可以被移动到相对于光学传感器160的成像位置中。例如，可以在可以相对于光学传感器160移动的固定装置200上设置校准块300。可替选地，校准块300可以与固定装置200分离并且被自动地或手动地移动到成像位置中以获得有关校准图案302的校准数据。
参考图9B，校准图案302在成像位置中就位。当在此位置中时，光学传感器160可以操作来从与校准图案302相对应的测量区域166捕获图像数据。也就是说，可以关于校准图案302使用用于测量注射器100的相同像素区域和/或求平均技术。进而，校准模块260可以操作以使用校准图案302的测量区域数据176的频域表示(例如，使用如上所述的技术)来计算包括与具有已知间距的校准图案302相对应的测量区域数据176的基频的校准数据。
进一步参考图9C，校准块300也可以包括第二校准图案304，其可以相对于光学传感器160移动，使得校准图案304被设置在相对于光学传感器160的成像位置中。不必像描绘的那样将校准图案302和校准图案304放置在公共校准块300上。当校准图案304在成像位置中时，光学传感器160可以操作来从测量区域166捕获数据。校准模块260可以进一步操作以使用校准图案304的测量区域数据176的频域表示来生成包括具有已知间距的校准图案304的基频的校准数据。
参考图9A，当注射器100在成像位置中(如图9D中所示)时注射器100的预定轴线102可以是离光学传感器160的第一距离306。第一校准图案302可以是离光学传感器160的第二距离308并且第二校准图案304可以是离光学传感器160的第三距离310。如可以了解的是，第二距离308可以但不要求大于第一距离306并且第三距离310可以但不要求小于第一距离306。虽然注射器100的直径312可以根据要成像的特定注射器100而变化，但是在一个实施例中第三距离310可以被选择为使得校准图案304被放置得比在视觉系统150中使用的任何注射器主体110上出现的任何分度标记更靠近光学传感器106。也就是说，第三距离310可以小于第一距离306减少了可能在系统150中使用的任何注射器100的任何直径312的一半。如可以从图9A了解的，第二距离308可以大于第一距离306，使得当校准图案302在成像位置中时校准图案302被设置在预定轴线102外的距离上。然而，可以以其他方式提供第一校准图案302和第二校准图案304的布置，使得第二距离308和第三距离310不同于在本文中描述并且在图9A-9D中描绘的实施例。
因此，校准模块260可以操作来利用有关校准图案302和304所收集的校准数据以及有关校准图案302和304的已知特性来提供注射器100上的分度标记130的校准量度，使得由于注射器100相对于成像装置160的几何形状而导致的变化或光学失真被减少或者消除。例如，校准模块260可以操作以基于针对注射器100测量的测量区域数据176的基频180、用于校准图案302或304中的给定校准图案的已知校准间距、以及用于校准图案302或304中的给定校准图案的测量校准频率(例如，使用包括以上各项的函数)来确定用于注射器100的校准间距。如上所述，用于校准图案的校准频率可以对应于用于校准图案的基频，其可以如上所述像上面关于DFT的使用(例如，可以使用插值模块256和/或加窗模块258)所描述的那样使用处理模块250来确定。
在实施例中，可以利用校准图案302和304两者来为注射器100提供校准间距量度以对由于视觉系统150的几何形状而导致的线性光学失真采取动作。第二距离308和第三距离310是已知的。另外，也可以通过已知第一距离306和注射器100的直径来知道分度标记130所出现的注射器主体110与光学传感器160之间的距离，注射器100的直径可以是用户已知的输入或者在别处测量并提供给校准模块260。因此，可以使用第一校准图案302的第一已知校准间距、第二校准图案304的第二已知校准间距、如由校准模块260测量的第一校准图案302的校准频率、如由校准模块260测量的第二校准图案304的校准频率、第二距离308、和第三距离310来校准用于注射器100的基频180，以确定用于注射器100的校准间距。具体地，此关系用等式来描述：
Figure BDA0001711853960000271
等式1
在等式1中，Px是用于注射器的校准间距，Pc是已知校准间距(为了简单，其对于两个校准图案302和304来说可以是相同的)，Ld是第二距离308与第一距离306之间的差，d是注射器100的直径(其可以是用户已知的输入或者在别处测量并提供给校准模块260)，F1是第一校准图案302的测量校准频率，F2是第二校准图案304的测量校准频率，Lc是第二距离308与第三距离310之间的差，并且Fx是用于被测量的注射器100的分度标记130的基频180(例如，如使用上述的FFT处理所确定的)。如上面所陈述的，第一已知校准间距和第二已知校准间距可以是相同的以简化校准间距的计算。此外，不必为被测量的每一注射器100执行第一校准频率和第二校准频率的测量。例如，这些校准频率可以被周期性地(例如，在视觉系统150的初始化时)计算并且存储在存储器254中以供与多个注射器100一起使用。
返回参考图2，注射器100可以与固定装置200接合以便将注射器100定位在相对于光学传感器160的成像位置中。出现在注射器100上的分度标记130可以被设置为使得分度标记130在光学传感器160的视场162中可见。固定装置200可以被配置为使得固定装置200接合注射器100，使得分度标记130被布置在光学传感器160的视场162中。可替选地，固定装置200可以被配置成允许固定装置200相对于光学传感器160定向注射器100，使得分度标记130被定向在视场162中。在这后者方面，处理模块250可以在注射器100的定向期间监视测量区域数据176，以确定分度标记130何时被设置在成像场162中。
附加参考图10A-10C和图11，固定装置200的实施例被示出用于接合注射器100。固定装置200可以包括含有多个夹紧构件202的注射器夹紧设备。夹紧构件202可以在对应的多个周向地偏移的定位处接合注射器100。如图11中最佳地所示，夹紧构件202可以包括辊以用于绕这些辊中的每一个的纵向轴线旋转。这些辊中的每一个的纵向轴线可以彼此平行并且与可以在其上轴向地对准注射器100的预定轴线102平行。附加地，致动器(未示出)可以与夹紧构件202中的一个或多个接合。致动器可以操作来使夹紧构件202中的一个或多个旋转。例如，可以通过致动器来使辊绕纵向轴线旋转。在使一个或多个夹紧构件202旋转时，也可以使注射器100绕预定轴线102旋转。这可允许注射器100相对于预定轴线102被设置到不同的旋转定向中。
进一步参考图10A-10C，在图10A-10C的上部中示出了沿着图11中的截面线A-A截取的注射器100的横截面视图。如可以了解的，分度标记130被沿着注射器100的注射器主体110表示为注射器主体110的变暗部分。在图10A中，分度标记130可以背对着光学传感器160。在这方面，图10A中的针对注射器100的测量区域数据176的频域表示的频域曲线图178可以不具有任何主要频率。也就是说，可以确立阈值幅度204。幅度阈值204可以是预定值。例如，幅度阈值204可以是基于注射器100的直径和/或测量区域数据176内的像素的最大值的预定值。
无论如何，固定装置200可以与如图2中所示的控制器206操作通信。处理模块250可以命令控制器206发起使注射器100绕预定轴线102旋转。在实施例中，由(一个或多个)夹紧构件202给予的注射器100的旋转速度可以基于注射器100的直径。直径100可以是已知的(例如，由用户或另一系统提供)或者被测量。进而，致动器可以驱动夹紧构件202中的一个或多个以发起注射器100的旋转，以如上所述将注射器移动到不同的旋转定向。
在注射器100的这种旋转期间，处理模块250可以操作来继续确定针对注射器100取得的测量区域数据176的频域表示178。如可在图10B中了解的，注射器100可以在第二旋转定向中，使得分度标记130的一部分可以出现在光学传感器160的视场162中。因此，频域曲线图178可以示出一些频率信息。然而，在频域曲线图178中表示的频率中的每一个都不可以超过阈值幅度204。因此，控制器206可以继续控制致动器以继续注射器100的旋转。
具体地，如图10C中所示控制器206可以继续使注射器100旋转，直到频域曲线图178中的频率的幅度超过幅度阈值204为止。一旦频域曲线图178中的频率已超过了幅度阈值204，控制器206就可以停止注射器100的旋转。超过幅度阈值204的频率的幅度可以指示分度标记130充分地在视场162中，使得可以通过处理模块250进行准确的测量。进而，处理模块250可以操作以使用所描述的FFT处理来如上所述继续进行分度标记130的间距的测量。在实施例中，可能需要超过幅度阈值204的给定频率的后续实例来触发控制器206停止注射器100。例如，注射器100上的规则的或半规则的标记(例如，与文本等相对应)可以产生频域曲线图178中的频率信息。通过确保测量区域数据176的相邻实例关于超过幅度阈值204的频率一致，可以降低正在测量的标记不是注射器100的分度标记130的可能性。
返回参考图2，也可以提供体积确定模块262。体积确定模块262可以接收给定注射器100的有关分度标记130的间距长度的信息。进而，体积确定模块262可以操作以基于多个分度标记130的间距来计算注射器100的每一个分度标记130的体积。体积确定模块262可以基于注射器100的直径计算注射器100的每一个分度标记130的体积。注射器100的直径可以由用户输入或者由视觉系统150或向体积确定模块262提供直径信息的其他设备以其他方式测量。
无论如何，体积确定模块262可以存储多个标准体积值。例如，用于注射器100的给定分度标记130的标准体积值可以包括0.01mL、0.1mL、0.2mL、0.5mL、1mL或某个其他标准体积。体积确定模块262可以将所计算出的每一个分度标记130的体积与存储在体积确定模块262中的标准体积相比较以确定所计算出的体积最接近地近似这些标准体积中的哪一个。例如，如果所计算出的体积是0.11mL，则体积确定模块262可以将0.1mL认为是与所计算出的体积最接近的标准体积。
进而，一旦知道每一个分度标记130的标准体积，体积确定模块262也可以计算要填充到注射器100中的注射器柱塞112对于给定命令的线性行进。在这方面，体积确定模块262可以将所定体积除以每一个分度标记的标准体积。这可以提供柱塞112将行进以使得柱塞112针对所定体积与注射器的适当的分度标记130对准的分度标记的数目。进而，分度标记130的此数目可以被乘以注射器的间距长度以计算柱塞112将经历以针对所定体积将注射器填充到适当的分度标记130的线性行进的距离。
体积确定模块262可以在填充之前通过将所需线性行进的距离与注射器100的测量长度相比较来进一步验证这个量。注射器100的测量长度可以由用户输入和/或在系统150中或者由与视觉系统150操作通信的另一系统以其他方式测量。如果命令所需要的柱塞112的线性行进的距离超过注射器100的长度，则可以返回错误并且可以从视觉系统150放弃或者拒绝注射器100。如果柱塞112的线性行进的距离不超过注射器100的长度，则体积确定模块262和/或处理模块250可以将线性行进的距离输出到用于注射器填充器的填充系统。在这方面，可以通过使柱塞112缩回给定距离使得柱塞112可以与对应于所定体积的分度标记130对准来填充注射器100。
进一步参考图12，描绘了用于测量注射器上的多个分度标记的间距的方法400的实施例。方法400可以通过使用视觉系统的光学传感器来获得402校准数据而开始。参考图13，获得402可以包括将第一校准图案定位422到成像位置中。获得402可以进一步包括为第一校准图案生成424测量区域数据并且对第一校准图案数据应用426离散傅立叶变换。进而，获得402可以包括根据离散傅立叶变换标识428用于第一校准图案数据的基频。获得402也可以包括将第二校准图案定位430到成像位置中。获得402可以进而包括为第二校准图案生成432测量区域数据并且对第二校准图案数据应用434离散傅立叶变换。进而，获得402可以包括标识436第二校准图案数据的基频。最后，获得402可以包括将用于第一校准图案的第一基频和用于第二校准图案的第二基频存储438在存储器中以供稍后用在方法400中。
返回到图12，方法400也可包括接合404注射器，使得注射器被设置在相对于光学传感器的成像位置中。方法400可以包括相对于光学传感器定向406注射器。图14描绘定向406的实施例的细节。具体地，定向406可以包括使注射器与夹紧构件接合442。定向406可以进一步包括通过能够向夹紧构件给予旋转的致动器的致动来使注射器旋转444。在旋转444期间，可以生成446测量区域数据的离散傅里叶变换。可以确定448离散傅立叶变换是否具有高于预定幅度阈值的频率。如果离散傅立叶变换不包括高于幅度阈值的频率，则定向406可以通过使注射器旋转444并且重复生成446和确定448步骤而继续。如果确定448离散傅立叶变换包括高于幅度阈值的频率，则定向406可以通过停止450注射器的旋转而继续进行。
返回到图12，在相对于光学传感器定向406注射器之后，方法400可以包括捕获408注射器的测量区域数据。方法400也可以包括对测量区域数据应用410加窗函数以生成与测量区域数据相对应的加窗的信号。加窗的信号可以用于生成412测量区域数据的频域表示。例如，这可以包括对加窗测量区域数据应用离散傅里叶变换。由于可以使用离散傅立叶变换，所以方法400可以包括使用离散傅立叶变换数据点的插值来确定414测量区域数据的离散傅立叶变换的基频。在使用插值来确定414基频之后，方法400可以包括基于先前获得402的校准数据应用416校准函数416。作为应用416校准函数的结果，方法400可以包括基于校准功能418的输出确定418间距。
图15和图16描绘在本文中描述为不同注射器100a和100b的两个实例确定间距的技术的应用的两个示例。在图15中，第一注射器100a被示出为使得多个分度标记130出现在测量区域166内。进而，示出了描绘与测量区域166相对应的测量区域数据176(例如，测量区域166内的多行像素的平均值)的曲线图176。测量区域数据166可以被变换到如频域曲线图178中所表示的频域中。因此，可以确定并利用用于第一注射器100a的基频180(例如，使用上面概述的包括插值、加窗和校准的方法)，以针对第一注射器100a达到1.79mm的间距。
图16描绘第二注射器100b。如可以了解的，第二注射器100b具有比第一注射器100a更小的直径并且注射器100b的分度标记130的间距相对于注射器100a更精细。可以从测量区域166取得第二注射器100b的测量区域数据176。频域表示被描绘在针对第二注射器100b的频域曲线图178中。进而，可以为第二注射器100b确定基频180。如可以了解的，用于第二注射器100b的基频180相对地高于第一注射器100a的基频。进而，第二注射器100b的间距可以被确定(例如，使用上面概述的包括插值、加窗和校准的方法)为0.58mm。在这方面，可以针对不同大小的注射器100a和100b来了解基频与间距大小之间的对应。
如从图15和图16中所示的示例中描绘的，本文中所描述的用于为注射器的多个分度标记确定间距的技术可以被用于具有不同特性的各种不同的注射器。因此，该方法可以是适用的，使得不同类型、不同构造、不同制造商、或其他变化的注射器全部可以使用本文中所描述的技术来测量。也就是说，不管注射器的详情如何，本文中所描述的视觉系统都可以是可操作的。因此，视觉系统可以能够测量任何给定注射器的间距，而不管与注射器相关联的大小、类型、配置、制造商、或其他变化如何。
虽然已经在附图和上述描述中详细地图示并描述了本发明，但是这种图示和描述被认为在特性上为示例性的，而不是限制性的。例如，在上文描述的某些实施例可以与其他描述的实施例组合和/或以其他方式布置(例如，可以按照其他顺序执行处理元素)。因此，应该理解的是，已经示出并描述了仅优选实施例及其变型并且落入本发明的精神内的所有改变和修改期望被保护。

Claims (20)

1.一种用于测量注射器上的多个分度标记的间距的视觉系统，包括：
光学传感器，所述光学传感器具有视场，所述光学传感器贯穿所述视场可操作来生成图像数据；
固定装置，所述固定装置与注射器可接合，以在相对于所述光学传感器的成像位置处将所述注射器的注射器主体定位在预定轴线上，使得所述注射器主体上的多个分度标记可设置在所述光学传感器的所述视场内，其中，所述图像数据包括与至少一个像素行相对应的测量区域数据，所述至少一个像素行垂直于所述分度标记中的每个给定分度标记在所述注射器主体上延伸的方向延伸；
处理模块，所述处理模块在所述视觉系统的处理器上执行，被配置成处理与所述注射器相对应的所述测量区域数据，以将所述测量区域数据变换成针对所述注射器的所述测量区域数据的频域表示，所述频域表示指示针对所述注射器的所述测量区域数据的基频，所述处理模块被配置成使用离散傅立叶变换(DFT)来将所述测量区域数据变换到频域表示中，其中，所述处理模块被配置成基于针对所述注射器的所述测量区域数据的所述基频与所述注射器主体上的所述分度标记的间距之间的已知对应来确定所述注射器主体上的所述多个分度标记的间距；以及
插值模块，所述插值模块在所述视觉系统的所述处理器上执行，被配置成使用所述频域表示中的多个频域数据点来插值所述基频。
2.根据权利要求1所述的视觉系统，其中，所述多个频域数据点包括最大幅度频率数据点，以及频率高于所述最大幅度频率数据点的第一相邻数据点和频率低于所述最大幅度频率数据点的第二相邻数据点。
3.根据权利要求2所述的视觉系统，其中，所述插值模块被配置成对所述多个频域数据点应用抛物线插值函数并且求解与所述基频相对应的所述抛物线插值函数的最大值。
4.根据权利要求1所述的视觉系统，还包括：
加窗模块，所述加窗模块在所述视觉系统的所述处理器上执行，被配置成对所述测量区域数据应用加窗函数，以生成用于将所述测量区域数据变换到所述频域表示中的加窗测量区域数据，其中，所述加窗函数不显著地影响所述测量区域数据的所述基频，并且减少所述加窗测量区域数据中的泄漏失真。
5.根据权利要求1所述的视觉系统，还包括：
第一校准图案，所述第一校准图案具有以第一已知校准间距间隔开的多个校准标记，其中，所述第一校准图案可设置在相对于所述光学传感器的所述成像位置中，使得所述测量区域数据与垂直于所述校准标记中的每个给定校准标记延伸的方向延伸的至少一个像素行相对应；以及
校准模块，所述校准模块在所述视觉系统的所述处理器上执行，被配置成处理针对所述第一校准图案的所述测量区域数据，以将所述测量区域数据变换成针对所述第一校准图案的所述测量区域数据的频域表示，所述频域表示指示与所述第一已知校准间距相对应的、针对所述第一校准图案的所述测量区域数据的第一校准频率；
其中，所述处理模块被配置成使用至少部分地基于针对所述注射器的所述测量区域数据的所述基频、所述第一已知校准间距、和所述第一校准频率的函数来确定所述注射器主体上的所述多个分度标记的间距。
6.根据权利要求5所述的视觉系统，还包括：
第二校准图案，所述第二校准图案具有以第二已知校准间距间隔开的多个校准标记，其中，所述第二校准图案可设置在相对于所述光学传感器的所述成像位置中，使得所述测量区域数据与垂直于所述校准标记中的每个给定校准标记延伸的方向延伸的至少一个像素行相对应；以及
其中，所述校准模块被配置成处理针对所述第二校准图案的所述测量区域数据，以将所述测量区域数据变换成针对所述第二校准图案的所述测量区域数据的频域表示，所述频域表示指示与所述第二已知校准间距相对应的针对所述第二校准图案的所述测量区域数据的第二校准频率；
其中，所述处理模块被配置成使用至少部分基于针对所述注射器的所述测量区域数据的基频、所述第一已知校准间距、所述第二已知校准间距、所述第一校准频率和所述第二校准频率的函数来确定所述注射器主体上的所述多个分度标记的间距。
7.根据权利要求6所述的视觉系统，其中，所述第一已知校准间距和所述第二已知校准间距包括公共校准间距。
8.根据权利要求7所述的视觉系统，其中，所述第一校准图案是离所述光学传感器的第一距离，所述第二校准图案是离所述光学传感器的第二距离，并且所述注射器主体上的所述多个分度标记是离所述光学传感器的第三距离。
9.根据权利要求8所述的视觉系统，其中，所述处理模块被配置成使用至少部分地基于针对所述注射器的所述测量区域数据的所述基频、所述公共校准间距、所述第一校准频率、所述第二校准频率、所述第一距离、和所述第二距离的函数来确定所述注射器主体上的所述多个分度标记的间距。
10.根据权利要求1所述的视觉系统，其中，所述固定装置还包括：
注射器夹紧设备，所述注射器夹紧设备包括：
多个夹紧构件，所述多个夹紧构件被设置成在对应的多个周向地偏移的定位处接合位于所述预定轴线上的轴向对准的位置处的注射器主体，其中，所述多个夹紧构件中的每一个包括对应的辊以用于绕所述辊的纵向轴线旋转，其中，当所述辊与所述注射器主体接合时，所述多个夹紧构件的所述辊的所述纵向轴线被设置为彼此平行并且与所述预定轴线平行，以及
致动器，所述致动器用于驱动所述多个夹紧构件的所述辊中的至少一个的旋转，其中，在驱动旋转时所述辊中的每一个在所述辊与所述注射器主体接合时共同旋转，以使所述注射器主体绕所述预定轴线旋转到相对于所述预定轴线的多个旋转定向中，以及
控制模块，所述控制模块在所述视觉系统的所述处理器上执行，被配置用于控制所述致动器；
其中，所述控制模块被配置成控制所述致动器以使所述注射器主体绕所述预定轴线旋转，使得所述光学传感器捕获测量区域数据的多个帧，所述多个帧各自对应于所述注射器绕所述预定轴线的不同的相应的旋转定向；
其中，所述处理模块被配置成针对所述测量区域数据的所述多个帧确定所述测量区域数据的所述基频的幅度，并且被配置成确定用于所述测量区域数据的所述多个帧的所述测量区域数据的所述基频的幅度何时超过预定幅度阈值；
其中，所述处理模块与所述控制模块操作通信，以当用于所述多个帧的所述测量区域数据的所述基频超过所述预定幅度阈值时停止所述注射器主体绕所述预定轴线的旋转。
11.根据权利要求10所述的视觉系统，其中，当用于测量区域数据的相应的连续帧的所述基频相差不大于所述测量区域数据的所述多个帧中的两个连续帧之间的预定值时，所述控制模块停止所述注射器主体绕所述预定轴线的旋转。
12.根据权利要求10所述的视觉系统，其中，所述控制模块被配置成基于所述注射器主体的直径控制所述注射器主体绕所述预定轴线的旋转的速度。
13.根据权利要求1所述的视觉系统，其中，所述基频被确定为垂直于所述分度标记中的每个给定分度标记在所述注射器主体上延伸的方向延伸的多行像素的平均值。
14.根据权利要求13所述的视觉系统，其中，所述测量区域数据包括平均像素行，其中，所述平均像素行中的每个像素包括与垂直于所述分度标记中的每个给定分度标记在所述注射器主体上延伸的方向延伸的多个像素行相对应的所述测量区域数据的对应像素列中的所述图像数据的平均值，并且其中，所述平均像素行的单个频域表示被生成以确定所述基频。
15.根据权利要求1所述的视觉系统，还包括：
体积确定模块，所述体积确定模块在所述视觉系统的所述处理器上执行，被配置成基于所述注射器主体上的所述多个分度标记的间距和所述注射器主体的直径来确定所述注射器的每一个分度标记的所计算的体积。
16.根据权利要求15所述的视觉系统，其中，所述体积确定模块被配置成将所述注射器的每一个分度标记的所计算的体积与多个标准体积相比较，以确定所计算的体积所对应的标准体积。
17.根据权利要求16所述的视觉系统，其中，所述体积确定模块被配置成基于请求的填充体积除以所述标准体积乘以所述注射器主体上的所述多个分度标记的间距来确定用于所述注射器的注射器柱塞的线性行进的填充距离。
18.根据权利要求17所述的视觉系统，其中，所述体积确定模块被配置成通过将所述填充距离与注射器长度相比较以确定所述填充距离是否超过所述注射器长度来进行填充检查。
19.根据权利要求1所述的视觉系统，其中，所述测量区域数据对应于沿着所述预定轴线偏离所述视场的图像中心的测量区域。
20.一种用于测量注射器上的多个分度标记的间距的方法，包括：
接合具有注射器主体的注射器，所述注射器主体具有多个分度标记，其中，所述注射器沿着预定轴线在相对于光学传感器的成像位置处被接合；
捕获与所述光学传感器的视场的测量区域相对应的图像数据，以生成与所述测量区域相对应的测量区域数据，其中，所述测量区域数据与垂直于所述分度标记中的每个给定分度标记在所述注射器主体上延伸的方向延伸的至少一个像素行相对应；
通过对所述测量区域数据应用傅里叶变换来生成所述测量区域数据的频域表示；
确定所述测量区域数据的基频；以及
基于所述注射器的测量区域数据的所述基频与所述注射器主体上的所述分度标记的间距之间的已知对应来计算所述多个分度标记的间距。
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