CN108745444A - 一种试管及试管架识别系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种试管及试管架识别系统，包括图像采集模块、纯色背景板和嵌入式核心控制板。本发明通过图像采集模块对医疗检验多进样流水线系统的传送带上的试管及试管架进行图像采集，并基于采集的图像来实现试管架条码识别、试管架位试管有无识别、试管条码识别、试管样品有无识别、试管样本颜色识别、试管样本类型识别、试管样本浊度识别、试管样本液位高度检测、视频监控等功能。这摒弃了传统多模块组合安装功能实现方式，智能化程度高，成本更低，安装空间要求更低，结构复杂程度更低，可靠性更高，安装及维护更方便。

Description

一种试管及试管架识别系统

技术领域

本发明涉及医疗检验设备技术领域，具体涉及一种试管及试管架识别系统。

背景技术

在医疗检验多进样流水线系统中，检验人员将已放置采样有人体体液(如人体血液、尿液样本)试管的试管架，手动放入流水线，流水线将试管架推送到传送带后，其首要工作就是采集试管架及其试管的信息，包括试管架条码、试管架位试管有无、试管条码、试管样本颜色、试管样本类型、试管样本浊度、试管样本液位高度等，以便系统对该试管内的人体体液样本进行后续的测试规划。

当前关于试管架及其试管的信息采集分别由不同的功能模块来实现：如在试管架侧面用射频仪或红外扫描实现试管架条码读取；如利用红外对射光耦实现试管架中试管有无检测；如用条码仪实现试管架中试管条码读取；如通过光线照射液体时的散射光强度，来测定试管样本浑浊度；而试管液位高度基本无检测。

然而，采用射频仪、红外扫描仪、红外对射光耦、条码仪、红外光照射等仪器或设备来进行试管架及其试管的信息采集时，因这些仪器或设备易受到外部磁场或光信号的干扰，而使得信息采集的准确率不高；另外，采用单功能独立模块组合方式来实现不同信息的采集，不仅增加了仪器开发成本和安装调试难度，不利于仪器的小型轻量化，更不利于仪器可靠性以及后续维护，而且采集的信息难以进行统一的管理和分析。

发明内容

本发明针对目前采用单功能独立模块组合来实现试管架及其试管的信息采集所存在的问题，提供一种试管及试管架识别系统。

为解决上述问题，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种试管及试管架识别系统，包括图像采集模块、纯色背景板和嵌入式核心控制板；图像采集模块和纯色背景板相对地立设在医疗检验多进样流水线系统的传送带入口的左右两侧，其中图像采集模块的前端朝向传送带与纯色背景板一侧；图像采集模块由壳体以及设置在壳体内的摄像头电路和补光电路组成；其中补光电路和摄像头电路集成在一块电路板上，摄像头电路上带有的摄像头设置在该电路板的中央，补光电路上带有的补光灯设置在该电路板的四周，并环绕摄像头排布；嵌入式核心板包括控制ARM核心模块、摄像头驱动模块、补光驱动模块、异常报警处理模块和数据通信模块；ARM核心模块经由摄像头驱动模块与摄像头电路的输入端连接；ARM核心模块经由补光驱动模块与补光电路的输入端连接；异常报警处理模块连接在ARM核心模块的输出端上，ARM核心模块通过数据通信模块的电气接口与外部上位机/外部主控设备连接。图像采集模块的壳体由前壳、后盖、硅胶垫和玻璃板组成；前壳为方环状；硅胶垫嵌设在前壳的前端面开口处内侧，玻璃板覆盖在前壳的前端面开口处，并通过硅胶垫与前壳的前端面开口密合；后盖由一个平面背板和立设在该平面背板两侧端的固定板构成；后盖的平面背板覆盖在前壳后端面开口处，后盖的平面背板前端面内凹一横截面与摄像头电路板形状类似的方体空腔；后盖的固定板与前壳侧壁固连；补光电路和摄像头电路设在前壳和后盖所围成的内部空腔中。

上述方案中，纯色背景板为纯白色或纯浅灰色背景板。

上述方案中，数据通信模块上设有JTAG接口、网口、RS232、RS485和/或RS422接口。

上述方案中，摄像头电路上带有的摄像头为CMOS摄像头或CCD摄像头。

上述方案中，摄像头电路上带有的摄像头采用固定式、手动调焦式或电子变焦式镜头。

上述方案中，补光电路上带有的补光灯为LED直插式或贴片灯珠式。

与现有技术相比，本发明具有如下特点：

1、可实现试管架条码识别、试管条码识别、试管架位试管有无识别、试管样品有无识别、试管样本颜色识别、试管样本类型识别、试管样本浊度识别、试管样本液位高度检测、视频监控等多功能于一体，摒弃了传统多模块组合安装功能实现方式，智能化程度高，成本更低，安装空间要求更低，结构复杂程度更低，可靠性更高，安装及维护更方便；

2、所有功能均基于图像处理来实现，均为非接触检测，相比于接触式检测更为安全，准确率也更高；

3、可根据实际应用需求进行配置，实现定制化开发，可扩展性好，应用灵活度大。

附图说明

图1为一种试管及试管架识别系统硬件架构原理框图。

图2为图像采集模块的爆炸结构示意图。

图3为试管及试管架识别系统上电启动流程图。

图4为条码识别流程图。

图5为试管架位试管有无识别流程图。

图6为试管识别流程图。

图中标号：1、前壳；2、硅胶垫；3、玻璃板；4、摄像头电路和补光电路；5、后盖。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。需要说明的是，实例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“中”、“左”“右”、“前”、“后”等，仅是参考附图的方向。因此，使用的方向仅是用来说明并非用来限制本发明的保护范围。

参见图1，一种试管及试管架识别系统，包括图像采集模块、纯色背景板和嵌入式核心控制板，对于流水线仪器动态识别应用场合，还需要与试管旋转机构配合使用。其中，纯色背景板颜色可选为白色、浅灰色或其它颜色，本实例中选用纯白色。

图像采集模块和纯色背景板相对地立设在医疗检验多进样流水线系统的传送带入口的左右两侧，其中图像采集模块的前端朝向传送带与纯色背景板一侧。纯色背景板的安装位置需要位于被识别试管正后方且大于试管宽度。为提高识别率，纯色背景板为纯白色或纯浅灰色背景板，以消除杂散图片影像对识别判定的干扰。图像采集模块由壳体，以及设置在壳体内的摄像头电路和补光电路4组成。为了增强模块工作可靠性与安全防护性，提高图像采集的效果，以便于后续图像识别，所述图像采集模块的壳体由前壳1、后盖5、硅胶垫2和玻璃板3组成。前壳1为方环状。硅胶垫2嵌设在前壳1的前端面开口处内侧，玻璃板3覆盖在前壳1的前端面开口处，并通过硅胶垫2与前壳1的前端面开口密合。后盖5由一个平面背板和立设在该平面背板两侧端的固定板构成。后盖5的平面背板前端面内凹一横截面与摄像头电路板形状类似的方体空腔，用以规避在摄像头电路板安装后电路板背面电子元器件与后盖背板形成的空间干涉，同时，增加电路板静电电压安全防护等级。后盖5的平面背板覆盖在前壳1后端面开口处，后盖5的固定板与前壳1侧壁固连。补光电路和摄像头电路设在前壳1和后盖5所围成的内部空腔中。参见图2。补光电路和摄像头电路集成在一块电路板上，摄像头电路上带有的摄像头设置在该电路板的中央，补光电路上带有的补光灯设置在该电路板的四周，并环绕摄像头排布。摄像头电路上带有的摄像头为CMOS摄像头或CCD摄像头。摄像头电路上带有的摄像头可采用固定式、手动调焦式或电子变焦式镜头，可根据实际应用需求进行替换。摄像头电路的摄像头分辨率在30W以上。在本实施例中，选用200W像素的固定式CMOS摄像头。补光电路上带有的补光灯为LED直插式或贴片灯珠式，其作用是对捕获图像进行光线补偿，使系统适应不同外部光照条件的应用环境。

在安装图像采集模块时，需要摄像头拍摄到的条形码肉眼清晰可见，其可以使用实时监控功能辅助调整摄像头的焦距与视野。在进行试管及试管架条码以及试管有无识别时，摄像头需要调整焦距使条形码清晰可见，且不出现模糊现象。摄像头视野需要能拍摄到条形码的区域以及试管超出试管架高度的区域。注：试管有无识别，需要在试管背面增加纯色背景板。在进行试管类型的识别时，要求摄像头拍摄的图像清晰，无明显畸变，色彩正常；图像的拍摄范围须包含试管底部；拍摄的试管架与图像上下边缘平行，无倾斜现象，同时，为保证识别准确度，需要在试管背面增加纯色背景板。

嵌入式核心板包括控制ARM核心模块、摄像头驱动模块、补光驱动模块、异常报警处理模块和数据通信模块。ARM核心模块经由摄像头驱动模块与摄像头电路的输入端连接。ARM核心模块经由补光驱动模块与补光电路的输入端连接。异常报警处理模块连接在ARM核心模块的输出端上，ARM核心模块通过数据通信模块与外部上位机或其他外部设备连接。其中试管及试管架识别系统上电启动流程参见图3。

ARM核心模块：为ARM9及以上系列芯片，内存为8M及以上，运行嵌入式系统应用软件，实现系统的总控，以及图像数据分析处理。ARM嵌入式系统软件所含功能模块如下：

(1)摄像头驱动功能模块：查询摄像头电路的视频设备，并自动选择摄像头型号，加载相应底层驱动，根据用户设置，配置摄像头参数，并启动连接，根据指令实时捕获图像。

(2)补光检测功能模块：其主要实现系统上电补光电路工作状态检测，以及运行过程中补光状态的实时监测，及时发现补光电路异常情况，并通知异常处理模块，以避免补光异常造成系统识别错误情况。

(3)图像预处理功能模块：本模块实现视频数据实时缓存处理，以及在动态识别过程中，实现条码预判、试管样本可视图像帧判定，判定成功后，截取当前帧窗口图片，送入数据区，并启动后级识别。

(4)条码识别功能模块：本模块包含静态识别与动态识别子模块，由上位机识别指令来区分，静态识别主要用于固定静止物体上条码识别，如试管架正面条码识别，动态识别主要用于运动物体上条码识别，如旋转试管的条码识别，在动态识别过程中，会引入图像预处理模块流程；根据条码识别命令指令，提取试管架/试管条码设定窗口图像，扫描图像并确定条码区域，根据条码形状信息，进行图像旋转及失真校正，检索黑白条宽度及排列信息，根据编码规则进行条码内容识别，对内容进行校验并输出结果。

条码识别流程参见图4，其具体步骤如下：

提取需要识别的命令，并对命令进行解析，判断该命令为静态识别指令还是动态识别指令；

当为静态识别时，首先对参数进行初始化；然后提取窗口图像，并对所提取的窗口图像进行滤波和灰度化处理；接着对条码区域进行扫描，并对扫描到的条码进行失真校正；之后再对条码进行信息提取，并根据条码规则对条码进行解析；完成条码解析后，判断条码是否识别成功：如果识别成功，则将条码内容输出，并将识别结果通过通信传输至上位机或外部设备；如果识别不成功，则进一步判断识别是否超时：若未超时，则重新提取窗口图像；若超时，则重新提取需要识别的命令；

当为动态识别时，首先对参数进行初始化；然后提取窗口图像，并对所提取的窗口图像进行滤波和灰度化处理；接着判断之前是否有条码预判成功：如果没有，则重新提取窗口图像；如果有，则对条码区域进行扫描，并对扫描到的条码进行失真校正；之后再对条码进行信息提取，并根据条码规则对条码进行解析；完成条码解析后，判断条码是否识别成功：如果识别成功，则将条码内容输出，并将识别结果通过通信传输至上位机或外部设备；如果识别不成功，则进一步判断识别是否超时：若未超时，则重新提取窗口图像；若超时，则重新提取需要识别的命令。

(5)试管有无识别功能模块(即试管架位试管有无识别模块)：当系统接收到试管相关识别指令时，试管架试管有无识别将会首先被启动，提取试管架试管有无设定窗口图像，图像边缘检测，图像边缘特征提取，试管有无判定，输出识别结果；为了提高识别精度，此模块需要纯白色/纯浅灰色背景板硬件支持，以消除杂散图片影像对识别判定的干扰。

试管架位试管有无识别流程参见图5，其具体步骤如下：首先提取窗口图像，并对图像进行灰度化处理；接着对灰度图像进行滤波和增强；之后对图像进行边缘检测和线条特征的提取；最后根据所提取的线条特征判定试管架位上是否有试管存在。

(6)试管识别功能模块：本功能模块包含试管样本颜色识别、试管样品有无识别模块、样本类型识别、样本浊度识别、液面高度识别子模块；当系统接收到试管相关识别指令后，且系统识别到有试管时，本功能模块被启动，提取试管识别设定窗口图像，图像边缘检测，图像边缘特征提取，空试管判定(如果为空试管，输出空试管结果并返回，否则继续往下判定)，将图像转换为HSV颜色空间，统计模型主色占比，判定样本颜色；统计图像明度直方图，查找主峰值，根据当前明度值判定样本浊度；提取试管识别窗口图片，由样本类型确定识别方法，图像处理，提取特征，液面识别，识别校验，液位高度计算，输出液位高度百分比；此模块需要纯白色/纯浅灰色背景板硬件支持，以消除杂散图片影像对识别判定的干扰。在本实施例中，试管类型可以分为样品有无，样品颜色，样品浊度，样品类型，样品液面高度。所能识别的样品颜色包括：F：空试管；00：无色；01：红色；02：黄色；03：绿色；04：褐色；05：蓝色；06：紫色；07：橙色；08：褐黄色；09：黑色。所能识别的样品浊度分为三个等级：01：透明；02：轻微浑浊(雾状)；03：浑浊(云雾状)；04：明显浑浊。样品浊度原理：根据拍摄的试管底部彩色图像进行HSV颜色模型转化，计算模型中S(颜色模型饱和度)通道的平均值，通过S通道的平均值所属的范围进行浊度判断。所能识别的样品种类包括：F：空试管；1：血；2：尿；3：质控；4：其他。所能识别的液面高度输出值类型为百分比：0～100。

试管识别流程参见图6，其具体步骤如下：

步骤1、提取用户功能配置和试管识别窗口图像；

步骤2、对试管识别窗口图像进行HSV颜色空间转换；

步骤3、对HSV颜色空间图形的颜色像素点进行统计，以进行图像的颜色识别：当图像的颜色为无色时，转至步骤4；否则，转至步骤5；

步骤4、从图像中截取出试管识别小窗口，并对该小窗口图像进行亮度统计，以进行空试管判定：当判断不为试管时，则转入步骤5；否则，返回步骤1；

步骤5、对样本颜色结果进行输出，并进一步判断是否需要进行试管类型识别：当需要进行试管类型时，则转至步骤6；否则，返回步骤1；

步骤6、对试管类型进行判定，并输出试管类型结果；并进一步判断是否需要进行样本浊度识别：当需要进行样本浊度识别时，则转至步骤7，否则返回步骤1；

步骤7、对试管浊度进行识别，并输出样本浊度结果；并进一步判断是否需要进行液面高度识别：当需要进行液面高度识别时，则转入步骤8，否则返回步骤1；

步骤8、对样本颜色信息进行提取，并进一步提取出试管识别窗口图像；

步骤9、对所提取出的试管识别窗口图像进行灰度化和预处理；

步骤10、对处理后的图像进行图像特征提取，以实现图像液面识别，并完成图像液位高度计算，并将液位高度结果输出。

(7)参数配置功能模块：用户通过上位机界面配置软件或直接通过该参数配置模块，与嵌入式核心板进行信息交互，实现如串口参数(数据位，停止位，奇偶校验位，波特率等)、摄像头参数(分辨率，曝光度，帧数等)、条形码识别窗口、试管有无识别窗口、试管识别窗口等参数自定义更改设置，系统将配置的参数写入用户参数区，并保存，掉电不丢失。

(8)数据通信功能模块：下属串口通讯与网口通讯子模块，串口通讯模块实现串口设备与外部主机的通讯交互，网口通讯模块驱动底层网卡芯片，加载TCP/IP协议，实现网络数据通信，选中何种通讯方式由用户自行决定。数据通信模块上设有JTAG接口、网口、RS232接口、RS482和/或RS422接口。不同接口能够是系统与不同的设备实现连接，从而实现系统的功能扩展，如JTAG接口实现核心板linux内核系统以及驱动烧写。上位机软件通过网口实现对模块以及功能参数配置。

(9)异常报警处理功能模块：其主要实现系统状态监测功能，当系统出现通讯异常、补光异常、摄像头连接异常等时，启动蜂鸣器报警，蜂鸣报警声音类型代表不同故障类型,警示工作人员进行故障排查。

摄像头驱动模块：实现ARM核心板与图像采集模块电气连接接口。

补光驱动模块：将ARM核心板输出补光控制指令转换成电信号，实现对补光电路无缝连接控制。

数据通信模块：由串口与网口通讯芯片，实现电气信号的接收与发送，提供网口、RS232接口、RS485接口和/或RS422接口，可根据实际应用场景进行电气接口选择。

异常报警处理模块：为蜂鸣器电气驱动电路，接收ARM核心板输出的声音类型及大小指令，实现对蜂鸣器电气物理驱动，达到预定的声音输出效果。

需要说明的是，尽管以上本发明所述的实施例是说明性的，但这并非是对本发明的限制，因此本发明并不局限于上述具体实施方式中。在不脱离本发明原理的情况下，凡是本领域技术人员在本发明的启示下获得的其它实施方式，均视为在本发明的保护之内。

Claims (7)

1.一种试管及试管架识别系统，其特征是，包括图像采集模块、纯色背景板和嵌入式核心控制板；

图像采集模块和纯色背景板相对地立设在医疗检验多进样流水线系统的传送带入口的左右两侧，其中图像采集模块的前端朝向传送带与纯色背景板一侧；

图像采集模块由壳体以及设置在壳体内的摄像头电路和补光电路组成；其中补光电路和摄像头电路集成在一块电路板上，摄像头电路上带有的摄像头设置在该电路板的中央，补光电路上带有的补光灯设置在该电路板的四周，并环绕摄像头排布；

嵌入式核心板包括控制ARM核心模块、摄像头驱动模块、补光驱动模块、异常报警处理模块和数据通信模块；ARM核心模块经由摄像头驱动模块与摄像头电路的输入端连接；ARM核心模块经由补光驱动模块与补光电路的输入端连接；异常报警处理模块连接在ARM核心模块的输出端上，ARM核心模块通过数据通信模块的电气接口与外部上位机/外部主控设备连接。

2.根据权利要求1所述的一种试管及试管架识别系统，其特征是，图像采集模块的壳体由前壳(1)、后盖(5)、硅胶垫(2)和玻璃板(3)组成；前壳(1)为方环状；硅胶垫(2)嵌设在前壳(1)的前端面开口处内侧，玻璃板(3)覆盖在前壳(1)的前端面开口处，并通过硅胶垫(2)与前壳(1)的前端面开口密合；后盖(5)由一个平面背板和立设在该平面背板两侧端的固定板构成；后盖(5)的平面背板覆盖在前壳(1)后端面开口处，后盖(5)的平面背板前端面内凹一横截面与摄像头电路板形状类似的方体空腔；后盖(5)的固定板与前壳(1)侧壁固连；补光电路和摄像头电路设在前壳(1)和后盖(5)所围成的内部空腔中。

3.根据权利要求1所述的一种试管及试管架识别系统，其特征是，纯色背景板为纯白色或纯浅灰色背景板。

4.根据权利要求1所述的一种试管及试管架识别系统，其特征是，数据通信模块上设有JTAG接口、网口、RS232、RS485和/或RS422接口。

5.根据权利要求1所述的一种试管及试管架识别系统，其特征是，摄像头电路上带有的摄像头为CMOS摄像头或CCD摄像头。

6.根据权利要求1所述的一种试管及试管架识别系统，其特征是，摄像头电路上带有的摄像头采用固定式、手动调焦式或电子变焦式镜头。

7.根据权利要求1所述的一种试管及试管架识别系统，其特征是，补光电路上带有的补光灯为LED直插式或贴片灯珠式。