JP2006300875A - Liquid level detecting method, liquid amount detecting method, liquid level detector, liquid amount detector, and dispensing device - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、液面検出方法、液量検出方法、液面検出装置、液量検出装置および分注装置に関するものである。 The present invention relates to a liquid level detection method, a liquid level detection method, a liquid level detection device, a liquid level detection device, and a dispensing device.
従来、透明あるいは半透明な容器内に貯留されている液体の液面を検出する方法として、容器を挟んで正反対に対向配置される光源とカメラとを設け、光源から容器に向けて均一な光を発し、容器を透過した光をカメラによって撮影するとともに、得られた液面近傍の画像を2値化処理する等して、画像上の現れる液面の影を識別することにより、液面を検出するものが知られている(例えば、特許文献1参照。)。
しかしながら、特許文献1の液面検出方法の場合には、液体が透明である場合には、取得される液層の画像と気層の画像とがほぼ同等の明度を有する画像となる。このため、液層と気層との境界位置に現れる液面の影が薄くなり、検出が困難になるという問題がある。また、容器が半透明である場合には、液面の影はさらに薄くなり、検出は困難である。 However, in the case of the liquid level detection method disclosed in Patent Document 1, when the liquid is transparent, the acquired liquid layer image and air layer image are images having substantially the same brightness. For this reason, there is a problem that the shadow of the liquid surface appearing at the boundary position between the liquid layer and the gas layer becomes thin and detection becomes difficult. In addition, when the container is translucent, the shadow of the liquid level becomes thinner and difficult to detect.
また、液体が透明で、取得される液層の画像と気層の画像とがほぼ同等の明度を有する従来の液面検出方法では、容器内の気層を上下に分割する液膜が形成されている場合、この液膜を液面として誤検出してしまう不都合もある。さらに、液面の影を検出する従来の方法では、容器に水平な傷や目盛が設けられている場合、そのような傷や目盛を液面として検出してしまう不都合もある。 Further, in the conventional liquid level detection method in which the liquid is transparent and the obtained liquid layer image and the gas layer image have almost the same brightness, a liquid film is formed that divides the gas layer in the container up and down. The liquid film is erroneously detected as the liquid level. Furthermore, in the conventional method for detecting the shadow of the liquid level, when the container is provided with a horizontal flaw or scale, there is a disadvantage that such a flaw or scale is detected as the liquid level.
この発明は上述した事情に鑑みてなされたものであって、透明または半透明な容器内に収容されている液体の液面をより確実に検出する液面検出方法、液量検出方法、液面検出装置、液量検出装置および分注装置を提供することを目的としている。 The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and is a liquid level detection method, a liquid level detection method, and a liquid level that more reliably detect the liquid level of a liquid contained in a transparent or translucent container. An object of the present invention is to provide a detection device, a liquid amount detection device, and a dispensing device.
上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を提供する。
本発明は、液体を収容した半透明または透明な容器に対し、該容器の側方から水平方向に輝度の異なる光を照射する照射ステップと、容器を透過した光を撮影する撮影ステップと、取得された画像に基づいて容器内の液面位置を検出する検出ステップとを備える液面検出方法を提供する。
In order to achieve the above object, the present invention provides the following means.
The present invention relates to an irradiation step of irradiating a translucent or transparent container containing liquid with light having different luminance in the horizontal direction from the side of the container, an imaging step of photographing the light transmitted through the container, and acquisition. And a detecting step for detecting the position of the liquid level in the container based on the obtained image.
本発明によれば、容器の側方から照射され、容器を通過する光は、容器内の気層と液層の屈折率の相違に基づいて、異なる角度で屈折させられる。照射ステップにおいて、容器に照射する光として水平方向に輝度の異なる光を照射することにより、気層および液層を通過した光は、それぞれ、撮影ステップにおいて、水平方向に明度の変化する画像として取得される。この場合に、気層と液層とは屈折率が異なるので、取得される画像における気層と液層の明暗の位置および割合が変化する。その結果、気層と液層との境界に配される液面位置を境界として上下の画像の明度が相違することになり、検出ステップにおいて液面を明確に識別して検出することが可能となる。 According to the present invention, light irradiated from the side of the container and passing through the container is refracted at different angles based on the difference in refractive index between the gas layer and the liquid layer in the container. By irradiating light with different brightness in the horizontal direction as light irradiating the container in the irradiation step, the light that has passed through the gas layer and the liquid layer is acquired as an image whose brightness changes in the horizontal direction in the photographing step. Is done. In this case, since the refractive index is different between the gas layer and the liquid layer, the positions and ratios of the light layer and the liquid layer in the acquired image change. As a result, the brightness of the upper and lower images is different with the liquid surface position arranged at the boundary between the gas layer and the liquid layer as the boundary, and it is possible to clearly identify and detect the liquid surface in the detection step. Become.
特に、容器の横断面形状が略円形である場合には、液層は正のパワーの大きな凸レンズとして機能し、容器から離れた位置において撮影する場合には、気層の画像と液層の画像とが反転する。その結果、液面位置を境界として上下に明暗が逆となった画像が取得されることになり、液面位置をさらに明確に識別することが可能となる。したがって、液面位置を精度よく検出できる。 In particular, when the cross-sectional shape of the container is substantially circular, the liquid layer functions as a convex lens having a large positive power, and when shooting at a position away from the container, an image of the air layer and an image of the liquid layer And reverse. As a result, an image whose brightness is reversed up and down with the liquid surface position as a boundary is acquired, and the liquid surface position can be more clearly identified. Therefore, the liquid level position can be detected with high accuracy.
また、本発明は、液体を収容した半透明または透明な容器に対し、該容器の側方から光を照射する照射ステップと、容器を透過した光を、容器に対する光の照射方向に対して略水平方向に傾斜した方向から撮影する撮影ステップと、取得された画像に基づいて容器内の液面位置を検出する検出ステップとを備える液面検出方法を提供する。 Further, the present invention provides an irradiation step of irradiating light from the side of a translucent or transparent container containing a liquid, and the light transmitted through the container with respect to the irradiation direction of the light to the container. There is provided a liquid level detection method including a photographing step of photographing from a direction inclined in the horizontal direction and a detection step of detecting a liquid level position in a container based on an acquired image.
本発明によれば、撮影ステップにおいて、容器を透過した光を、容器に対する光の照射方向に対して略水平方向に傾斜した方向から撮影することにより、水平方向に輝度の異なる光によって容器を撮影した場合と同等の効果を得ることができる。すなわち、光の照射方向に対して略水平方向に傾斜した方向から撮影するだけで、気層を通過する光は、水平方向の一側が暗く逆側が明るい画像として取得される。そして、液層を通過する光は、気層との屈折率の相違によって、明暗の変化する位置が異なる画像、あるいは明暗が逆転した画像として取得される。その結果、液層と気層との境界に位置する液面位置において上下の明度が異なる画像が得られることになり、液面位置を明確に識別することが可能となる。 According to the present invention, in the photographing step, the light that has passed through the container is photographed from a direction that is inclined in a substantially horizontal direction with respect to the light irradiation direction of the container, thereby photographing the container with light having different luminance in the horizontal direction. The same effect as that obtained can be obtained. That is, only by photographing from a direction inclined in a substantially horizontal direction with respect to the light irradiation direction, light passing through the air layer is acquired as an image in which one side in the horizontal direction is dark and the other side is bright. Then, the light passing through the liquid layer is acquired as an image in which the position where the brightness changes is different or an image in which the brightness is reversed due to a difference in refractive index from the air layer. As a result, images having different brightness levels at the liquid surface position located at the boundary between the liquid layer and the gas layer are obtained, and the liquid surface position can be clearly identified.
また、本発明は、液体を収容した目盛を有する半透明または透明な容器に対し、上記いずれかの液面検出方法により容器内の液面位置を検出し、前記容器の側方から光を照射し、容器を透過した光を、容器を挟んで光の照射方向とは正反対の方向から撮影し、取得された画像に基づいて目盛の位置を検出し、検出された目盛の位置と液面位置とに基づいて、容器内の液体の収容量を算出する液量検出方法を提供する。 The present invention also provides a translucent or transparent container having a scale containing a liquid, detects the liquid level position in the container by any one of the liquid level detection methods described above, and irradiates light from the side of the container. Then, the light transmitted through the container is photographed from the direction opposite to the light irradiation direction across the container, the scale position is detected based on the acquired image, and the detected scale position and liquid surface position are detected. Based on the above, a liquid amount detection method for calculating the amount of liquid contained in the container is provided.
本発明によれば、容器に形成された目盛位置においては、その上下において容器内の気層と液層とが異なるものではないため、上記液面検出方法によって目盛を検出することはできない。一方、目盛は影として検出されやすいため、光の照射方向とは正反対の方向から撮影することにより、影としての目盛を検出することができる。したがって、液面および目盛を異なる方向から撮影して、それぞれ明確に検出し、得られた液面位置および目盛の位置から容器内の液量を正確に検出することができる。この発明によれば、容器の位置が変動しても容器に形成された目盛を基準として容器内の液量を正確に検出することができる。 According to the present invention, since the gas layer and the liquid layer in the container are not different in the upper and lower positions at the scale position formed on the container, the scale cannot be detected by the liquid level detection method. On the other hand, since the scale is easily detected as a shadow, the scale as a shadow can be detected by photographing from the direction opposite to the light irradiation direction. Therefore, the liquid level and the scale can be photographed from different directions and clearly detected, respectively, and the amount of liquid in the container can be accurately detected from the obtained liquid level position and scale position. According to this invention, even if the position of the container fluctuates, the amount of liquid in the container can be accurately detected based on the scale formed on the container.
また、本発明は、液体を収容した半透明または透明な容器に対し、該容器の側方から水平方向に輝度の異なる光を照射する光源と、容器を透過した光を撮影する撮影装置と、取得された画像に基づいて容器内の液面位置を検出する画像処理装置とを備える液面検出装置を提供する。 Further, the present invention provides a light source that irradiates light having different luminance in the horizontal direction from the side of the container, a photographing apparatus that photographs light transmitted through the container, and a translucent or transparent container that contains a liquid. There is provided a liquid level detection apparatus including an image processing apparatus that detects a liquid level position in a container based on an acquired image.
本発明によれば、光源から発せられた水平方向に輝度の異なる光が容器の側方から照射されると、撮影装置には、水平方向に明度の変化する画像が取得される。容器に液体が収容されている場合、気層を通過する光はほぼ真っ直ぐに進行する一方、液槽を通過する光は大きく屈折させられて進行する。したがって、気層の画像と液槽の画像とは水平方向の明度のパターンが異なる。その結果、液面位置を境界として上下に明度の異なる画素が隣接することになり、画像処理装置を作動させ、例えば、上下方向に隣接する画素の輝度差を算出するエッジ抽出処理により、容易に液面を抽出することができる。 According to the present invention, when light having a different luminance in the horizontal direction emitted from the light source is irradiated from the side of the container, an image whose brightness changes in the horizontal direction is acquired by the photographing apparatus. When the liquid is stored in the container, the light passing through the gas layer travels almost straight, while the light passing through the liquid tank travels by being largely refracted. Therefore, the image of the air layer and the image of the liquid tank have different brightness patterns in the horizontal direction. As a result, pixels having different brightness values are adjacent to each other with the liquid surface position as a boundary, and the image processing apparatus is operated, for example, by an edge extraction process for calculating a luminance difference between adjacent pixels in the vertical direction. The liquid level can be extracted.
また、本発明は、液体を収容した半透明または透明な容器に対し、該容器の側方から光を照射する光源と、該光源の光軸に対して略水平方向に傾斜した方向に配置され、光源から発せられ容器を透した光を撮影する撮影装置と、取得された画像に基づいて容器内の液面位置を検出する画像処理装置とを備える液面検出装置を提供する。 The present invention also provides a light source for irradiating light from the side of a translucent or transparent container containing a liquid, and a direction inclined in a substantially horizontal direction with respect to the optical axis of the light source. There is provided a liquid level detection device including an imaging device that captures light emitted from a light source and transmitted through a container, and an image processing device that detects a liquid level position in the container based on an acquired image.
本発明によれば、光源から発せられた光が容器の側面照射され、容器および/または液体を透過した光が撮影装置により撮影される。撮影装置は光源の光軸に対して略水平方向に傾斜した方向に配置されているので、水平方向に明度の異なる画像が取得されることになる。この場合に、気層と液層の屈折率が相違するために、気層を通過した光を検出することにより取得される画像と、液層を通過した光を検出することにより取得される画像とはその水平方向に沿う明暗のパターンが相違する。したがって、上記と同様、液面位置を境界として隣接する画素の輝度値が明確に異なり、上下の画素の輝度値の差分を算出するエッジ抽出処理により容易に液面を抽出できる。光源と撮影装置との位置関係を変更するだけで液面を精度よく検出でき、簡易かつ低コストの液面検出装置を構成することができる。 According to the present invention, the light emitted from the light source is irradiated on the side of the container, and the light transmitted through the container and / or the liquid is photographed by the photographing device. Since the photographing apparatus is arranged in a direction inclined substantially in the horizontal direction with respect to the optical axis of the light source, images having different brightness in the horizontal direction are acquired. In this case, since the refractive index of the gas layer is different from that of the liquid layer, an image acquired by detecting the light passing through the gas layer and an image acquired by detecting the light passing through the liquid layer Is different from the light and dark pattern along the horizontal direction. Therefore, as described above, the luminance values of adjacent pixels are clearly different with the liquid level position as a boundary, and the liquid level can be easily extracted by the edge extraction process for calculating the difference between the luminance values of the upper and lower pixels. By simply changing the positional relationship between the light source and the imaging device, the liquid level can be detected with high accuracy, and a simple and low-cost liquid level detection device can be configured.
また、本発明は、液体を収容した目盛を有する半透明または透明な容器に対し、該容器の側方から光を照射する光源と、該光源のほぼ光軸上に配置され、光源から発せられ容器を透過した光を撮影する第1の撮影装置と、前記光源からの光軸に対して略水平方向に傾斜した方向に配置され、光源から発せられ容器を透過した光を撮影する第2の撮影装置と、第1の撮影装置により取得された画像に基づいて目盛の位置を検出し、第2の撮影装置により取得された画像に基づいて液面位置を検出し、検出された目盛の位置および液面位置に基づいて容器内の液体の収容量を算出する画像処理装置とを備える液量検出装置を提供する。 The present invention also provides a light source for irradiating light from the side of a translucent or transparent container having a scale containing a liquid, a light source disposed substantially on the optical axis of the light source, and emitted from the light source. A first photographing device for photographing light transmitted through the container, and a second photographing device arranged in a direction inclined in a substantially horizontal direction with respect to the optical axis from the light source and photographing light emitted from the light source and transmitted through the container. The position of the scale is detected based on the image acquired by the imaging device and the first imaging device, the liquid level is detected based on the image acquired by the second imaging device, and the position of the detected scale is detected. And an image processing device for calculating the amount of liquid contained in the container based on the liquid level position.
本発明によれば、光源から容器の側面に向けて光が照射されると、容器および容器内の液体を通過した光が第1の撮影装置および第2の撮影装置により撮影される。光源から容器に照射され、容器を真っ直ぐに透過した光は第1の撮影装置により撮影され、容器を通過する際に、液体により屈折された光は第2の撮影装置によって撮影される。容器を真っ直ぐに透過する光は、気層および液層の屈折率にかかわらず、ほぼ同等の明度を有する画像として第1の撮影装置により取得される。 According to the present invention, when light is irradiated from the light source toward the side surface of the container, the light that has passed through the container and the liquid in the container is photographed by the first photographing device and the second photographing device. Light emitted from the light source to the container and transmitted straight through the container is photographed by the first photographing device, and light refracted by the liquid when passing through the container is photographed by the second photographing device. The light that passes straight through the container is acquired by the first photographing device as an image having substantially the same brightness regardless of the refractive indexes of the gas layer and the liquid layer.
したがって、容器に設けられている目盛は、影となって、気層および液層の画像とは明度の異なる画像として取得される。したがって画像処理装置の作動により、容易に目盛を抽出することができる。 Therefore, the scale provided on the container becomes a shadow and is acquired as an image having a lightness different from that of the gas layer and the liquid layer. Therefore, the scale can be easily extracted by the operation of the image processing apparatus.
また、光源の光軸に対して水平方向に傾斜して配置されている第2の撮影装置には、気層および液層を通過した光が、屈折率の相違により、明度の異なる画像として取得される。すなわち、取得される画像においては、液面位置を境界として上下に明度の異なる画素が隣接することとなるため、画像処理装置の作動により、例えば、上下方向に隣接する画素値の差分をとるエッジ抽出処理によって、容易に液面を検出することができる。 In addition, in the second photographing apparatus arranged to be inclined in the horizontal direction with respect to the optical axis of the light source, the light passing through the gas layer and the liquid layer is acquired as an image having different brightness due to the difference in refractive index. Is done. That is, in the acquired image, pixels having different brightness values are adjacent to each other up and down with the liquid surface position as a boundary. Therefore, for example, an edge that takes a difference between adjacent pixel values in the vertical direction by the operation of the image processing apparatus. The liquid level can be easily detected by the extraction process.
そして、このようにして求められた目盛の位置と液面位置とに基づいて、容器内の液量を正確に算出することができる。
本発明によれば、容器の位置が変動する用途に使用しても、容器に設けられている目盛を基準として容器内の液量を精度よく検出することができる。
Based on the scale position and the liquid level position thus obtained, the amount of liquid in the container can be accurately calculated.
According to this invention, even if it uses for the use from which the position of a container fluctuates, the liquid quantity in a container can be detected accurately on the basis of the scale provided in the container.
また、本発明は、液体を吸引あるいは排出する半透明または透明なチップと、該チップの側方から水平方向に輝度の異なる光を照射する光源と、前記チップを透過した光を撮影する撮影装置と、取得された画像に基づいてチップ内の液面位置を検出する画像処理装置とを備える分注装置を提供する。 The present invention also provides a translucent or transparent chip that sucks or discharges a liquid, a light source that emits light having different luminance in the horizontal direction from the side of the chip, and an imaging device that photographs light transmitted through the chip. And an image processing device that detects the liquid level position in the chip based on the acquired image.
本発明によれば、光源から発せられた水平方向に輝度の異なる光がチップの側方から照射されると、撮影装置には、水平方向に明度の変化する画像が取得される。チップに液体が収容されている場合、気層を通過する光はほぼ真っ直ぐに進行する一方、液槽を通過する光は大きく屈折させられて進行する。したがって、気層の画像と液槽の画像とは水平方向の明度のパターンが異なる。その結果、液面位置を境界として上下に明度の異なる画素が隣接することになり、画像処理装置を作動させ、例えば、上下方向に隣接する画素の輝度差を算出するエッジ抽出処理により、容易に液面を抽出することができる。液面を正確に検出することにより、チップの位置を精度よく制御すれば、検出した液面位置に基づいてチップ内の液量を算出でき、正確な量の液体を分注することができる。 According to the present invention, when light having a different luminance in the horizontal direction emitted from the light source is irradiated from the side of the chip, an image whose brightness changes in the horizontal direction is acquired by the photographing apparatus. When the liquid is stored in the chip, the light passing through the gas layer travels almost straight, while the light passing through the liquid tank travels by being largely refracted. Therefore, the image of the air layer and the image of the liquid tank have different brightness patterns in the horizontal direction. As a result, pixels having different brightness values are adjacent to each other with the liquid surface position as a boundary, and the image processing apparatus is operated, for example, by an edge extraction process for calculating a luminance difference between adjacent pixels in the vertical direction. The liquid level can be extracted. If the position of the chip is accurately controlled by accurately detecting the liquid level, the amount of liquid in the chip can be calculated based on the detected liquid level position, and an accurate amount of liquid can be dispensed.
また、本発明は、液体を吸引あるいは排出する半透明または透明なチップと、該チップの側方から光を照射する光源と、該光源の光軸に対して略水平方向に傾斜した方向に配置され、光源から発せられ前記チップを透過した光を撮影する撮影装置と、取得された画像に基づいてチップ内の液面位置を検出する画像処理装置とを備える分注装置を提供する。 The present invention also provides a translucent or transparent chip that sucks or discharges a liquid, a light source that emits light from the side of the chip, and a direction that is inclined in a substantially horizontal direction with respect to the optical axis of the light source. A dispensing apparatus is provided that includes an imaging device that captures light emitted from a light source and transmitted through the chip, and an image processing device that detects a liquid surface position in the chip based on an acquired image.
本発明によれば、チップを透過した光を、チップに対する光の照射方向に対して略水平方向に傾斜した方向から撮影することにより、水平方向に輝度の異なる光によってチップを撮影した場合と同等の効果を得ることができる。 According to the present invention, the light transmitted through the chip is photographed from a direction inclined in a substantially horizontal direction with respect to the direction of light irradiation with respect to the chip. The effect of can be obtained.
さらに、本発明は、液体を吸引あるいは排出する目盛を有する半透明または透明なチップと、該チップの側方から光を照射する光源と、該光源のほぼ光軸上に配置され、光源から発せられチップを透過した光を撮影する第1の撮影装置と、前記光源からの光軸に対して略水平方向に傾斜した方向に配置され、光源から発せられチップを透過した光を撮影する第2の撮影装置と、第1の撮影装置により取得された画像に基づいて目盛の位置を検出し、第2の撮影装置により取得された画像に基づいて液面位置を検出し、検出された目盛の位置および液面位置に基づいてチップ内の液体の収容量を算出する画像処理装置とを備える分注装置を提供する。 Furthermore, the present invention provides a translucent or transparent chip having a scale for sucking or discharging a liquid, a light source for irradiating light from the side of the chip, and a light source disposed substantially on the optical axis of the light source. A first photographing device for photographing light transmitted through the chip, and a second photographing device configured to photograph light emitted from the light source and transmitted through the chip, arranged in a direction inclined in a substantially horizontal direction with respect to the optical axis from the light source. The position of the scale is detected based on the image acquired by the image capturing apparatus and the first image capturing apparatus, the liquid level is detected based on the image acquired by the second image capturing apparatus, and the scale of the detected scale is detected. A dispensing device is provided that includes an image processing device that calculates the amount of liquid contained in a chip based on the position and the liquid level position.
本発明によれば、光源から発せられチップを透過した光が、第1の撮影装置と第2の撮影装置とにより撮影される。第1の撮影装置は光源のほぼ光軸上に配置されているので、チップを透過した光の影を容易に検出できる。したがって、画像処理装置の作動により、チップに形成されている目盛を明確に検出できる。 According to the present invention, the light emitted from the light source and transmitted through the chip is photographed by the first photographing device and the second photographing device. Since the first imaging device is disposed substantially on the optical axis of the light source, it is possible to easily detect the shadow of the light transmitted through the chip. Therefore, the scale formed on the chip can be clearly detected by the operation of the image processing apparatus.
一方、第2の撮影装置は、光源の光軸に対して水平方向に傾斜しているので、液層と気層における明暗パターンを異なるものとして、その境界である液面位置を画像処理装置により明確に検出することができる。そして、明確に検出されたチップ上の目盛と液面位置とに基づいて、チップ内に収容されている液体の液量を精度よく検出することができる。したがって、正確な量の液体を吸引し、正確な量の液体を分注することができる。 On the other hand, since the second imaging device is inclined in the horizontal direction with respect to the optical axis of the light source, the liquid level position that is the boundary between the liquid layer and the air layer is determined by the image processing device by using different light and dark patterns in the liquid layer and the air layer. It can be detected clearly. And based on the scale on the chip | tip and the liquid level position which were detected clearly, the liquid quantity of the liquid accommodated in the chip | tip can be detected accurately. Therefore, an accurate amount of liquid can be aspirated and an accurate amount of liquid can be dispensed.
本発明によれば、透明または半透明な容器内に収容されている液体の液面を、簡易な構成で、より確実に検出することができるという効果を奏する。また、液面を検出するための処理を容易にすることができ、分注作業等に要する作業時間を短縮し、歩留まりを向上することができるという効果を奏する。 According to the present invention, there is an effect that the liquid level of the liquid contained in a transparent or translucent container can be detected more reliably with a simple configuration. Moreover, the process for detecting the liquid level can be facilitated, and the working time required for dispensing work and the like can be shortened, and the yield can be improved.
本発明の第1の実施形態に係る液面検出装置1および液面検出方法について、図1〜図9を参照して以下に説明する。
図1は、本実施形態に係る液面検出装置1を模式的に示す平面図である。
A liquid level detection device 1 and a liquid level detection method according to a first embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS.
FIG. 1 is a plan view schematically showing a liquid level detection apparatus 1 according to the present embodiment.
本実施形態に係る液面検出装置1は、分注装置に備えられる液面検出装置1であって、図1に示されるように、透明な液体を収容する半透明のチップ(容器)2の側方に配置された光源3と、同じくチップ2の側方に配置されたカメラ(撮影装置)4と、該カメラ4により撮影された画像に基づいて液面位置を算出する画像処理装置5とを備えている。図中、符号6は、カメラ4による撮影結果および画像処理装置5による画像処理結果を表示する表示装置である。
The liquid level detection device 1 according to the present embodiment is a liquid level detection device 1 provided in a dispensing device, and as shown in FIG. 1, a translucent chip (container) 2 that contains a transparent liquid. A
前記光源3は、例えば、LED光源のような点光源7と、該点光源7からの光を拡散する拡散板8とを備えている。点光源7から発せられた光は拡散板8を通過する際に拡散させられて、ほぼ均一な輝度を有する光としてチップ2の側面に照射されるようになっている。
The
前記カメラ4は、その光軸C1を、前記光源3の光軸C2に対して水平方向に角度θだけ傾斜させられている。
前記画像処理装置5は、カメラ4により取得された画像データを受け取って、例えば、上下に隣接する画素の輝度値の差分を演算することで、画像の境界を検出するエッジ抽出処理を行い、次いで、エッジ抽出された画像の2値化処理を行い、最後に、2値化された画像において、白色の画素が水平方向に所定数以上連続して配列されているか否かを判断することで液面位置を検出するようになっている。
The camera 4 is inclined with respect to the optical axis C2 of the
The
このように構成された本実施形態に係る液面検出装置1および液面検出方法の作用について以下に説明する。
チップ2内に液体を吸引すると、チップ2内には、下端側から、液体が貯留された液層と気体が収容された気層とが形成され、該気層と液層との間に液面が形成される。本実施形態に係る液面検出装置1を用いてチップ2内の液体の液面を検出するには、液体を収容したチップ2を光源3とカメラ4との間に配置し、光源3を作動させてチップ2の側方から光を照射する。
The operation of the liquid level detection device 1 and the liquid level detection method according to the present embodiment configured as described above will be described below.
When the liquid is sucked into the
本実施形態においては、点光源7から発せられた光が拡散板8によって拡散され、有限の広がりを有する均一な光の束としてチップ2の側面に照射される。チップ2および液体が半透明および透明であるので、光源3から照射された光はチップ2および液体を透過する。
In the present embodiment, the light emitted from the point light source 7 is diffused by the
この場合において、本実施形態に係る液面検出装置1によれば、カメラ4の光軸C1が、光源3の光軸C2に対して水平方向に傾斜しているので、カメラ4により取得される画像は水平方向に明度の変化するものとなる。すなわち、図1に示されるように、カメラ4は、紙面に直交する方向から見て、光源3に対しチップ2の軸線を中心として時計回りに角度θだけ傾斜して配置されているので、カメラ4の左側が光源3に近づき、右側が光源3から遠ざかる。
In this case, according to the liquid level detection device 1 according to the present embodiment, the optical axis C1 of the camera 4 is tilted in the horizontal direction with respect to the optical axis C2 of the
チップ2内の気層を通過する光は、あまり屈折されることなくほぼ真っ直ぐに進行してカメラ4に入射される。したがって、カメラ4においては、チップ2内の気層部分は、図2に示されるように、カメラ4の光軸C1に沿ってチップ2を見た場合の背景の画像、すなわち、光源3が配される左側が明るく、右側が暗い画像として取得される。一方、チップ2内の液層部分は、透明な液体が充填されているために、正のパワーの大きな凸レンズとして機能し、カメラ4においては、チップ2内の液層部分は、カメラ4の光軸C1に沿ってチップ2を見た背景とは逆の画像、すなわち左側が暗く右側が明るい画像として取得される。その結果、カメラ4には、図2に示される実画像が取得されることになる。
The light passing through the air layer in the
この画像を見ると、上側の気層と下側の液層とで明暗が反転していることがわかる。その結果、気層と液層との境界に配される液面位置を挟んで上下に明暗が明確に異なる画像が取得される。したがって、図2の実画像を見ても明らかな通り、目視によっても液面位置を明確に判別することができる。 From this image, it can be seen that the brightness is reversed between the upper gas layer and the lower liquid layer. As a result, images with clearly different brightnesses are obtained vertically across the liquid surface position arranged at the boundary between the gas layer and the liquid layer. Therefore, as apparent from the actual image in FIG. 2, the liquid level position can be clearly determined by visual observation.
また、画像処理装置5の作動により、エッジ抽出処理を行った結果を図3に示す。本実施形態に係る液面検出装置1により取得された画像は、液面位置において上下に明暗の差がはっきりと現れているので、図3に示すようにエッジ抽出処理によって、液面を明確に抽出することができる。その後、所定のしきい値に基づいて2値化処理をすることにより、図4に示されるように2値化画像が取得される。このように、本実施形態に係る液面検出装置1および液面検出方法によれば、半透明のチップ2内の透明な液体の液面位置を明確に検出することができるという効果がある。
Further, FIG. 3 shows the result of the edge extraction process performed by the operation of the
図5に、比較例として、チップ2を挟んで正反対に光源3とカメラ4とを配置した従来の液面検出方法による画像例を示す。光源3の大きさにも依存するが、図5の場合には、液面位置における上限の明暗の差が明確ではなく、エッジ抽出および2値化処理によっても液面位置を正確に抽出することは困難であることがわかる。
FIG. 5 shows, as a comparative example, an image example according to a conventional liquid level detection method in which the
このように構成された本実施形態に係る液面検出装置1および液面検出方法によれば、液層と気層とを明確に異なる明暗パターンの画像として取得することができる。したがって、液層が気層(泡)によって分離されてしまっている場合においても、図6に示されるように、明暗パターンの異なる画像として、それぞれの気層および液層を把握することが可能となる。これに対して、従来の方法によれば、図7に示されるように、気層と液層とを区別できないという不都合がある。 According to the liquid level detection device 1 and the liquid level detection method according to the present embodiment configured as described above, the liquid layer and the gas layer can be acquired as images having distinctly different light and dark patterns. Therefore, even when the liquid layer has been separated by the gas layer (bubble), as shown in FIG. 6, it is possible to grasp each gas layer and the liquid layer as images having different light and dark patterns. Become. On the other hand, according to the conventional method, as shown in FIG. 7, there is a disadvantage that the gas layer and the liquid layer cannot be distinguished.
また、気層内に液膜が形成されている場合においても、本実施形態に係る液面検出装置1および液面検出方法によれば、図8に示されるように、気層と液層とを異なる明暗パターンを有する画像として取得することで明確に区別することができる。これに対して、気層と液層とを同様の明暗パターンとしてしか検出できない従来の方法では、図9に示されるように液膜を液面位置として誤検出してしまうことも考えられる。 Further, even when a liquid film is formed in the gas layer, according to the liquid level detection device 1 and the liquid level detection method according to the present embodiment, as shown in FIG. Can be clearly distinguished by acquiring images as images having different light and dark patterns. On the other hand, in the conventional method in which the gas layer and the liquid layer can be detected only as the same light and dark pattern, it is conceivable that the liquid film is erroneously detected as the liquid surface position as shown in FIG.
なお、本実施形態の説明においては、液面検出装置1および液面検出方法について説明したが、例えば、光源3およびカメラ4に対してチップ2の鉛直方向位置が常に一定である場合には、本実施形態に係る液面検出装置1により検出した液面位置情報を用いて、チップ2内に収容されている液体の収容量を算出することができる。
In the description of the present embodiment, the liquid level detection device 1 and the liquid level detection method have been described. For example, when the vertical position of the
したがって、本実施形態に係る液面検出装置1を備えた液量検出装置によれば、チップ2内に収容されている液体量を精度よく検出することができる。また、本実施形態に係る液面検出装置1を備えた分注装置によれば、チップ2内に収容されている液体量を正確に把握することで、正確な量の液体の吸引および分注を行うことができるという利点がある。
Therefore, according to the liquid amount detection device including the liquid level detection device 1 according to the present embodiment, the amount of liquid accommodated in the
また、本実施形態においては、光源3からの光軸に対して、カメラ4を水平方向に傾斜させることで、カメラ4から見て、水平方向に輝度の異なる光が照射されることとしたが、これに代えて、光源3において水平方向の輝度を変化させるように設定してもよい。
具体的には、拡散板8の透明度を水平方向に変化させたり、チップ2と点7との間にチップ2の径方向の左右いずれか半分への光の入射を遮るような遮蔽板(図示略)を配置したりすればよい。
In the present embodiment, the camera 4 is tilted in the horizontal direction with respect to the optical axis from the
Specifically, the transparency of the
次に、本発明の一実施形態に係る液量検出装置10および液量検出方法について、図10〜図14を参照して以下に説明する。
なお、本実施形態の説明において、上述した第1の実施形態に係る液面検出装置1と構成を共通とする箇所に同一符号を付して説明を省略する。
Next, a liquid
In the description of the present embodiment, the same reference numerals are given to portions having the same configuration as the liquid level detection device 1 according to the first embodiment described above, and the description thereof is omitted.
本実施形態に係る液量検出装置10は、図10に示されるように、透明な液体を収容する半透明のチップ(容器)2を挟んで光源3とは正反対に配置された第1のカメラ11をさらに備えている。ここでは、第1の実施形態において説明した前記カメラ4を第2のカメラ4という。
本実施形態に係る液量検出装置10は、チップ2が目盛(図11参照)を備えている場合に適用される。
As shown in FIG. 10, the liquid
The liquid
このように構成された本実施形態に係る液量検出装置10の作用について、以下に説明する。
本実施形態に係る液量検出装置10を用いてチップ2内の液量を検出するには、点光源7を点灯させることにより、点光源7から発せられた光が拡散板8によって拡散され、有限の広がりを有する均一な光の束としてチップ2の側面に照射される。チップ2および液体が半透明および透明であるので、光源3から照射された光はチップ2および液体を透過する。
The operation of the liquid
In order to detect the amount of liquid in the
第1のカメラ11は、点光源7の光軸C2上に、チップ2を挟んで点光源7と対向する位置に配置されているので、光源3から発せられチップ2をほぼ真っ直ぐに透過した光が撮影される。この場合に、チップ2には、拡散板8により拡散されたほぼ均一な光が照射されているので、チップ2内の液層と気層とにおいて屈折率が異なっても、第1のカメラ11により取得される画像においては液層と気層とがほぼ同じ明度の画像として取得される。その結果、第1のカメラ11によっては液面位置が識別困難な状態となる一方、チップ2に形成されている目盛は、図11に示されているように、影となって画像内に現れる。
Since the
したがって、第1のカメラ11により取得された画像を、画像処理装置5の作動により、上下の画素の輝度値の差分を計算するエッジ抽出処理にかけることによって、図12に示されるように、チップ2の目盛が明確に検出されることになる。
Accordingly, the image acquired by the
一方、第2のカメラ4は、上記第1の実施形態において説明した通り、図13に示されるように、液面位置を明確に識別可能な画像を取得することができる。この場合に、目盛の位置においてはチップ2内は液層または気層のいずれかであって変化しないので、取得される画像においては目盛の上下の明度は同等である。したがって、図14に示されるように、エッジ抽出処理後の画像においても、画像が明るい領域のみにおいて目盛が短い直線状の影として画像内に現れるのみであり、他の傷の画像等と同様にノイズとして除去することができる。
On the other hand, as described in the first embodiment, the second camera 4 can acquire an image in which the liquid level position can be clearly identified as shown in FIG. In this case, since the inside of the
このように、本実施形態に係る液量検出装置10によれば、チップ2に設けられた目盛の位置およびチップ2内に収容されている液体の液面位置を正確に検出できるので、これらの検出結果に基づいて、チップ2内の液量を精度よく検出することができる。
この場合において、チップ2内の液量の検出に際し、チップ2に設けられている目盛を基準とするので、液量検出装置10に対してチップ2の上下方向位置が精度よく位置決めされなくても、液量を精度よく検出することができる。
また、本実施形態に係る液量検出装置10を分注装置に搭載することにより、分注量を精密に管理することができる。
As described above, according to the liquid
In this case, when the amount of liquid in the
Further, by installing the liquid
なお、本実施形態においては、光源のほぼ光軸上に配置される第1のカメラ11と、傾斜した位置に配置される第2のカメラ4という2つのカメラ4,11を設け、チップ2の側面画像を同時に取得することとしたが、これに代えて、単一のカメラを光源のほぼ光軸上位置と傾斜位置とに移動させて、順次画像を取得することとしてもよい。また、単一のカメラを固定し、光源をチップ2の周方向に異なる位置に移動させることとしてもよい。
In the present embodiment, two
また、上記各実施形態においては、容器として分注装置に使用する半透明のチップ2を例示したが、これに代えて、他の任意の透明容器あるいは半透明容器内の液面検出あるいは液量検出に適用することとしてもよい。
Moreover, in each said embodiment, although the translucent chip |
C1 光軸
1 液面検出装置
2 チップ(容器)
3 光源
4 カメラ(撮影装置:第2の撮影装置)
5 画像処理装置
11 第1のカメラ(第1の撮影装置))
C1 Optical axis 1
3 light source 4 camera (photographing device: second photographing device)
5
Claims (9)
容器を透過した光を撮影する撮影ステップと、
取得された画像に基づいて容器内の液面位置を検出する検出ステップとを備える液面検出方法。 An irradiation step of irradiating light having different luminance in the horizontal direction from the side of the container with respect to a translucent or transparent container containing a liquid;
A photographing step for photographing the light transmitted through the container;
A liquid level detection method comprising: a detection step of detecting a liquid level position in a container based on an acquired image.
容器を透過した光を、容器に対する光の照射方向に対して略水平方向に傾斜した方向から撮影する撮影ステップと、
取得された画像に基づいて容器内の液面位置を検出する検出ステップとを備える液面検出方法。 An irradiation step of irradiating light from a side of the container to a translucent or transparent container containing a liquid;
A photographing step of photographing the light transmitted through the container from a direction inclined in a substantially horizontal direction with respect to the irradiation direction of the light to the container;
A liquid level detection method comprising: a detection step of detecting a liquid level position in a container based on an acquired image.
前記容器の側方から光を照射し、
容器を透過した光を、容器を挟んで光の照射方向とは正反対の方向から撮影し、
取得された画像に基づいて目盛の位置を検出し、
検出された目盛の位置と液面位置とに基づいて、容器内の液体の収容量を算出する液量検出方法。 For a translucent or transparent container having a scale containing a liquid, the liquid level position in the container is detected by the liquid level detection method according to claim 1 or 2,
Irradiate light from the side of the container,
Photograph the light transmitted through the container from the direction opposite to the light irradiation direction with the container in between.
Detect the position of the scale based on the acquired image,
A liquid amount detection method for calculating a storage amount of a liquid in a container based on a detected position of a scale and a liquid surface position.
容器を透過した光を撮影する撮影装置と、
取得された画像に基づいて容器内の液面位置を検出する画像処理装置とを備える液面検出装置。 A light source that irradiates a translucent or transparent container containing liquid with light having different luminance in the horizontal direction from the side of the container;
A photographing device for photographing the light transmitted through the container;
A liquid level detection apparatus provided with the image processing apparatus which detects the liquid level position in a container based on the acquired image.
該光源の光軸に対して略水平方向に傾斜した方向に配置され、光源から発せられ容器を透過した光を撮影する撮影装置と、
取得された画像に基づいて容器内の液面位置を検出する画像処理装置とを備える液面検出装置。 A light source for irradiating light from the side of the container to a translucent or transparent container containing a liquid;
An imaging device which is arranged in a direction inclined in a substantially horizontal direction with respect to the optical axis of the light source, and shoots light emitted from the light source and transmitted through the container;
A liquid level detection apparatus provided with the image processing apparatus which detects the liquid level position in a container based on the acquired image.
該光源のほぼ光軸上に配置され、光源から発せられ容器を透過した光を撮影する第1の撮影装置と、
前記光源からの光軸に対して略水平方向に傾斜した方向に配置され、光源から発せられ容器を透過した光を撮影する第2の撮影装置と、
第1の撮影装置により取得された画像に基づいて目盛の位置を検出し、第2の撮影装置により取得された画像に基づいて液面位置を検出し、検出された目盛の位置および液面位置に基づいて容器内の液体の収容量を算出する画像処理装置とを備える液量検出装置。 A light source for irradiating light from the side of the container with respect to a translucent or transparent container having a scale containing liquid;
A first imaging device that is disposed substantially on the optical axis of the light source and that captures light emitted from the light source and transmitted through the container;
A second imaging device that is arranged in a direction inclined in a substantially horizontal direction with respect to the optical axis from the light source, and that images light emitted from the light source and transmitted through the container;
The scale position is detected based on the image acquired by the first imaging device, the liquid level position is detected based on the image acquired by the second imaging device, and the detected scale position and liquid level position are detected. A liquid amount detection device comprising: an image processing device that calculates the amount of liquid contained in the container based on the above.
該チップの側方から水平方向に輝度の異なる光を照射する光源と、
前記チップを透過した光を撮影する撮影装置と、
取得された画像に基づいてチップ内の液面位置を検出する画像処理装置とを備える分注装置。 A translucent or transparent tip for aspirating or discharging liquid; and
A light source that emits light having different luminance in the horizontal direction from the side of the chip;
A photographing device for photographing light transmitted through the chip;
A dispensing apparatus comprising: an image processing device that detects a liquid level position in a chip based on an acquired image.
該チップの側方から光を照射する光源と、
該光源の光軸に対して略水平方向に傾斜した方向に配置され、光源から発せられ前記チップを透過した光を撮影する撮影装置と、
取得された画像に基づいてチップ内の液面位置を検出する画像処理装置とを備える分注装置。 A translucent or transparent tip for aspirating or discharging liquid; and
A light source that emits light from the side of the chip;
An imaging device which is arranged in a direction inclined in a substantially horizontal direction with respect to the optical axis of the light source and shoots light emitted from the light source and transmitted through the chip;
A dispensing apparatus comprising: an image processing device that detects a liquid level position in a chip based on an acquired image.
該チップの側方から光を照射する光源と、
該光源のほぼ光軸上に配置され、光源から発せられチップを透過した光を撮影する第1の撮影装置と、
前記光源からの光軸に対して略水平方向に傾斜した方向に配置され、光源から発せられチップを透過した光を撮影する第2の撮影装置と、
第1の撮影装置により取得された画像に基づいて目盛の位置を検出し、第2の撮影装置により取得された画像に基づいて液面位置を検出し、検出された目盛の位置および液面位置に基づいてチップ内の液体の収容量を算出する画像処理装置とを備える分注装置。 A translucent or transparent chip having a scale for sucking or discharging liquid;
A light source that emits light from the side of the chip;
A first imaging device that is disposed substantially on the optical axis of the light source and that captures light emitted from the light source and transmitted through the chip;
A second imaging device that is arranged in a direction inclined in a substantially horizontal direction with respect to the optical axis from the light source, and shoots light emitted from the light source and transmitted through the chip;
The scale position is detected based on the image acquired by the first imaging device, the liquid level position is detected based on the image acquired by the second imaging device, and the detected scale position and liquid level position are detected. A dispensing device comprising: an image processing device that calculates the amount of liquid contained in the chip based on the above.
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