KR102050014B1 - 유체 흐름 제어 장치 - Google Patents

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KR102050014B1
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딘 카멘
밥 디. 페렛
데렉 쥐. 케인
브라이언 에이치. 유
브라이언 디. 트레이시
매튜 제이. 존슨
토마스 에스. 슈넬링거
크리스토퍼 씨. 랑겐펠드
리차드 제이. 라니간
주니어 로버트 제이. 브라이언트
콜린 에이치. 머피
존 엠. 커윈
마이클 제이. 슬레이트
파루크 우스만
케이틀린 에스. 클라크
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데카 프로덕츠 리미티드 파트너쉽
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    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C2270/00—Control; Monitoring or safety arrangements
    • F04C2270/04—Force
    • F04C2270/041—Controlled or regulated
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/02—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness
    • G01B11/026—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness by measuring distance between sensor and object

Abstract

유체 흐름을 조절하기 위한 장치, 시스템 및 방법이 개시된다. 상기 장치는, 탄성적으로 변형가능하며, 제1 단부와 제2 단부를 갖는 만곡된 세장형 지지 부재를 포함한다. 상기 장치는 만곡된 세장형 지지 부재에 대해 제1 단부와 제2 단부 사이에 튜브를 배치하도록 구성된 대향 지지 부재를 또한 포함한다. 상기 제1 단부와 제2 단부가 서로를 향해 이동함으로써 만곡된 세장형 지지 부재가 변형되어 상기 튜브의 길이를 따라 내부 체적이 감소하게 된다.

Description

유체 흐름 제어 장치{APPARATUS FOR CONTROLLING FLUID FLOW}
관련 출원에 대한 상호 참조
본원은 아래의 특허 출원들의 이익과 우선권을 주장하며 PCT 하에서 출원된 정규 국제 출원이고, 아래에 개시된 특허 출원들은 각각 인용에 의해 그 전체가 본원에 통합되어 있다.
"유체를 주입하기 위한 시스템, 방법 및 장치"라는 명칭으로 2011년 12월 21일자에 출원된 미국 가특허 출원 번호 제 61/578,649 호(대리인 관리 번호 제 J02 호);
"액체 전달을 예측하기 위한 시스템, 방법 및 장치"라는 명칭으로 2011년 12월 21일자에 출원된 미국 가특허 출원 번호 제 61/578,658 호(대리인 관리 번호 제 J04 호);
"경구 약물을 투여하기 위한 시스템, 방법 및 장치"라는 명칭으로 2011년 12월 21일자에 출원된 미국 가특허 출원 번호 제 61/578,674 호(대리인 관리 번호 제 J05 호);
"전자 환자 간호를 위한 시스템, 방법 및 장치"라는 명칭으로 2012년 5월 24일자에 출원된 미국 가특허 출원 번호 제 61/651,322 호(대리인 관리 번호 제 J46 호); 및
"유체 흐름을 감시, 조절 또는 제어하기 위한 시스템, 방법 및 장치"라는 명칭으로 2012년 8월 3일자에 출원된 미국 가특허 출원 번호 제 61/679,117 호(대리인 관리 번호 제 J30 호).
본원은 아래의 특허 출원들의 이익과 우선권을 주장하는 부분 계속 출원이기도 하며, 아래에 개시된 특허 출원들은 모두 인용에 의해 그 전체가 본원에 통합되어 있다.
"전자 환자 간호를 위한 시스템, 방법 및 장치"라는 명칭으로 2011년 12월 21일자에 출원된 미국 특허 출원 번호 제 13/333,574 호이고, 현재는 2012년 7월 19일자로 공개되어 있는 미국 공개 번호 제 US-2012-0185267-A1 호(대리인 관리 번호 제 I97 호); 및
"전자 환자 간호를 위한 시스템, 방법 및 장치"라는 명칭으로 2011년 12월 21일자에 출원된 PCT 출원 번호 제 PCT/US11/66588 호(대리인 관리 번호 제 I97WO 호).
또한, 본원은 본원과 동일자로 출원된 아래의 특허 출원들 중 하나 이상과 관련될 수 있으며, 아래에 개시된 특허 출원들은 모두 인용에 의해 그 전체가 본원에 통합되어 있다.
"클램핑 시스템, 방법 및 장치"에 대한 정규 출원(대리인 관리 번호 제 J47 호);
"경구 약물을 투여하기 위한 시스템, 방법 및 장치"에 대한 정규 출원(대리인 관리 번호 제 J74 호);
"경구 약물을 투여하기 위한 시스템, 방법 및 장치"에 대한 PCT 출원(대리인 관리 번호 제 J74WO 호);
"액체 전달을 예측하기 위한 시스템, 방법 및 장치"에 대한 정규 출원(대리인 관리 번호 제 J75 호);
"유체를 주입하기 위한 시스템, 방법 및 장치"에 대한 정규 출원(대리인 관리 번호 제 J76 호);
"유체를 주입하기 위한 시스템, 방법 및 장치"에 대한 PCT 출원(대리인 관리 번호 제 J76WO 호);
"전자 환자 간호를 위한 시스템, 방법 및 장치"에 대한 정규 출원(대리인 관리 번호 제 J77 호);
"전자 환자 간호를 위한 시스템, 방법 및 장치"에 대한 정규 출원(대리인 관리 번호 제 J78 호);
"유체 흐름을 감시, 조절 또는 제어하기 위한 시스템, 방법 및 장치"에 대한 정규 출원(대리인 관리 번호 제 J79 호);
"액체 전달을 예측하기 위한 시스템, 방법 및 장치"에 대한 정규 출원(대리인 관리 번호 제 J81 호);
"액체 전달을 예측하기 위한 시스템, 방법 및 장치"에 대한 PCT 출원(대리인 관리 번호 제 J81WO 호); 및
"전자 환자 간호를 위한 시스템, 방법 및 장치"에 대한 정규 출원(대리인 관리 번호 제 J85 호).
관련 분야
본 발명은 유체 흐름의 감시, 조절 또는 제어에 관한 것이다. 특히, 본 발명은, 예컨대, 정맥내 주입 요법, 투석, 수혈 요법, 복막 주입 요법, 볼러스(bolus) 전달, 경장 영양 요법, 비경구 영양 요법, 혈액 관류 요법, 수액 소생 요법 또는 인슐린 전달 등의 의료 분야에서 사용하기 위한, 유체 흐름을 감시, 조절 또는 제어하기 위한 시스템, 방법 및 장치에 관한 것이다.
많은 의료 환경에서, 하나의 일반적인 의료 방식은 인간, 동물 또는 애완 동물에 대한 유체 전달을 포함한다. 환자에게 유체를 신속하게 주입하고, 환자에게 유체를 정확하게 주입하며/또는 환자에게 유체를 느리게 주입할 필요가 발생할 수 있다. 식염수와 젖산 링거는 일반적으로 사용되는 유체의 예이다. 이러한 유체는 혈압을 유지하거나 상승시키고 적절한 관류를 촉진하기 위해 사용될 수 있다. 쇼크-정신적 외상 환경에서 또는 패혈성 쇼크에서, 혈압을 유지하거나 향상시키기 위해서는 수액 소생 요법이 가장 중요한 요법이 된다.
환자에게 삽입되는 중력 공급 라인(또는 튜브)을 사용하면, 환자에게 유체를 용이하게 전달할 수 있다. 통상적으로, 유체 저장 용기(예컨대, IV 백)를 폴대에 매달고, 유체 튜브에 연결하게 된다. 유체 튜브는 공기를 포집하고 유체 흐름을 예측하기 위해 점적 챔버(drip chamber)에 때때로 커플링된다. 유체 튜브 아래에는 유체의 흐름을 조절하기 위해 수동으로 작동되는 밸브가 있을 수 있다. 예컨대, 특정 시간 내에 점적 챔버에 형성되는 액적의 개수를 카운팅함으로써, 간병인은 점적 챔버를 통해 흐르는 유량을 계산하고 (필요한 경우) 밸브를 조정하여 원하는 유량을 달성할 수 있다.
어떤 치료에서는, 유체 전달 시스템이 간병인에 의해 설정된 유량을 엄격하게 지켜야 할 필요가 있다. 통상적으로, 이러한 경우에는 주입 펌프를 사용하지만, 그러한 펌프를 모든 상황이나 환경에서 사용할 수는 없다.
개략적으로, 그리고 개괄적으로 말하면, 본 발명은, 예컨대, 정맥내 주입 요법, 투석, 수혈 요법, 복막 주입 요법, 볼러스 전달, 경장 영양 요법, 비경구 영양 요법, 혈액 관류 요법, 수액 소생 요법 또는 인슐린 전달 등의 의료 분야에서 사용하기 위한, 유체 흐름을 감시, 조절 또는 제어하기 위한 시스템, 방법 및 장치에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 환자와 연관된 유체의 흐름을 감시하기 위한 유체 유량계, 환자와 연관된 유체의 흐름을 조절하기 위한 밸브, 및/또는 환자와 연관된 유체의 사용을 감시, 조절 및/또는 제어하기 위해 밸브에 커플링된(예컨대, 폐(閉)루프, 개(開)루프 또는 피드백 구조로 배열된) 유체 유량계에 관한 것이다.
본 발명의 일부 실시예에서, 유량계는, 예컨대, 튜브에 부착된 점적 챔버 내의 액적을 감시하는 이미지 센서를 사용하여, 상기 튜브 내의 유체의 흐름을 감시하는 하나 이상의 광 센서를 포함한다. 상기 유량계는 독립형 장치일 수 있으며, 펌프 또는 밸브 또는 이들 모두와 함께 사용될 수 있고/또는 임의의 전자 장치에 피드백을 제공하기 위해 사용될 수 있다. 상기 유량계는, 예컨대, 모니터링 클라이언트, 원격 통신기, 스마트 폰, 컴퓨터 등에 의해 원격 제어될 수 있다. 상기 유량계는 평균 유량, 순간 유량, 액적 체적, 액적 성장 속도 또는 유체 흐름에 관한 다른 파라미터를 측정할 수 있다.
상기 유량계는 상기 유량 또는 유체 흐름에 관한 파라미터를 사용하여, (1) 스크린에 상기 유량 또는 파라미터를 표시하고; (2) 상기 유량 또는 유체 흐름에 관한 파라미터 등의 피드백을 (무선으로 또는 유선으로) 연동 펌프와 같은 주입 펌프에 제공하며; (3) 상기 피드백을 모니터링 클라이언트 또는 스마트 폰과 같은 원격 모니터링 클라이언트에 제공하고; (4) 상기 유량 또는 유체 흐름에 관한 파라미터가 미리 결정된 범위를 벗어나는 경우, 경보를 발하며; (5) 상기 유량 또는 유체 흐름에 관한 파라미터가 미리 결정된 임계값보다 큰 경우, 경보를 발하고; (6) 자유 흐름이 검출되는 경우, 경보를 발하며; (7) 펌프, 모니터링 클라이언트 또는 원격 모니터링 클라이언트에 경보를 전달하고; (8) 상기 자유 흐름이 검출되며, 상기 경보가 발하고/또는 상기 유량 또는 유체 흐름에 관한 파라미터가 임계값보다 크거나 미리 결정된 범위를 벗어나는 경우, 유체 흐름을 차단하도록 밸브에 지시하며; (9) 상기 유량 또는 유체 흐름에 관한 파라미터를 방송할 수 있다.
본원에 개시된 일부 실시예에서, 밸브는 환자와 연관된 유체의 흐름을 조절한다. 본원에 개시된 밸브는 수동으로 작동될 수 있거나, 액추에이터에 의해 작동될 수 있다(또는 이들 모두로 작동될 수 있다). 상기 밸브는 펌프와 함께 또는 펌프없이, 또는 유량계와 함께 또는 유량계없이 사용될 수 있고/또는 독립형 장치일 수 있다. 상기 밸브는, 예컨대, 모니터링 클라이언트, 원격 통신기, 스마트 폰, 컴퓨터 등에 의해 원격 제어될 수 있다. 상기 밸브는 상기 튜브의 직경보다 실질적으로 더 큰 부분을 따라, 예컨대, 2배 이상, 5배 이상, 10배 이상 더 큰 부분을 따라, 상기 튜브를 압축할 수 있다.
상기 밸브는 상기 튜브를 압축하는 2개 이상의 피이스로 제조될 수 있거나, 피이스가 이동하거나 변형될 때 상기 튜브를 압축하는 단일의 피이스로 제조될 수 있다. 상기 2개 이상의 피이스 및/또는 상기 단일의 피이스는 함께 접착되거나 성형되는 다수의 피이스들 등을 사용하여 사출 성형, 초음파 용접 등에 의해 제조될 수 있다. 상기 2개 이상의 피이스는 각각 영구적으로 또는 일시적으로 서로 부착될 수 있는 하나 이상의 하위 부분으로 제조될 수 있다. 상기 단일의 피이스는, 예컨대, 초음파 용접, 접착, 래칭(latching) 또는 다른 기술을 사용하여 영구적으로 또는 일시적으로 함께 커플링되는 하나 이상의 하위 부분으로 제조될 수 있다. 상기 피이스들은 플라스틱, 금속, 합금, 중합체 또는 다른 재료일 수 있다.
본 발명의 일부 실시예에서, 유량계는 유체의 흐름, 예컨대, 환자에게 유입되는 유체의 흐름을 조절하기 위해 밸브에 커플링된다. 상기 밸브에 커플링된 유량계는 연동 주입 펌프와 같은 펌프 대신 사용될 수 있거나, 주입 펌프의 대체물이 될 수 있다. 유량계와 밸브의 조합은, 예컨대, 모니터링 클라이언트, 원격 통신기, 스마트 폰, 컴퓨터 등에 의해 원격 제어될 수 있거나, 원격 감시될 수 있다. 모니터링 클라이언트는 상기 유량계 또는 밸브를 제어할 수 있으며, 상기 유량계와 밸브 사이의 릴레이가 될 수 있고, 상기 유량계 또는 밸브의 동작을 감시할 수 있으며, 상기 유량계 또는 밸브에 관한 정보를 서버에 전달할 수 있고/또는 시스템 내에 사용되지 않을 수 있다.
상기 유량계는 유체의 흐름을 감시하고, 밸브 또는 펌프(예컨대, 주입 펌프)를 직접적으로 또는 간접적으로 조정할 수 있다. 상기 유량계는, 자유 흐름 조건을 검출한 경우, 유량이 미리 결정된 임계값보다 크거나 미리 결정된 범위를 벗어난 것으로 판단하는 경우 및/또는 임의의 이상 거동을 검출한 경우, 경보를 발할 수 있다. 상기 유량계는, 경보 또는 조건에 응답하여, 당해 유량계 자체가 유체 흐름을 차단하게 하거나, 유체 흐름을 차단하도록 밸브에 지시하거나, 유체 흐름을 차단하도록 안전 밸브에 지시하거나, 모니터링 클라이언트 또는 원격 통신기에 통지하거나, 검출된 조건을 방송하거나, 미리 정해진 루틴 또는 알고리즘을 실시할 수 있다.
본 발명의 특정 실시예에서, 유체 흐름 조절 장치는 만곡된 세장형 지지 부재와 대향 지지 부재를 포함한다. 상기 만곡된 세장형 지지 부재는 탄성적으로 변형가능하며, 제1 단부와 제2 단부를 갖는다. 상기 대향 지지 부재는, 상기 제1 단부와 제2 단부가 서로를 향해 이동함으로써 만곡된 세장형 지지 부재가 변형되어 튜브의 내부 체적이 감소되도록, 만곡된 세장형 지지 부재에 대해 제1 단부와 제2 단부 사이에 튜브를 배치하도록 구성된다. 상기 대향 지지 부재는 다른 만곡된 세장형 지지 부재일 수 있다.
상기 장치는 액추에이터의 작동에 의해 제1 단부와 제2 단부가 서로를 향해 이동하여 만곡된 세장형 지지 부재를 변형시키도록 상기 만곡된 세장형 지지 부재에 커플링된 액추에이터를 포함할 수 있다. 이러한 일부 실시예에서, 상기 액추에이터는 리드 스크류일 수 있으며, 상기 리드 스크류를 작동시키기 위해 리드 스크류에 노브가 커플링될 수 있다.
상기 액추에이터, 상기 만곡된 세장형 지지 부재 및 상기 대향 지지 부재는 곰페르츠 곡선(Gompertz curve)을 따라 상기 액추에이터의 작동에 의해 유체 흐름을 조절하도록 구성될 수 있다. 상기 액추에이터는, 일부 실시예에서, 상기 곰페르츠 곡선의 미리 결정된 부분을 따라 제1 단부와 제2 단부를 서로를 향해 작동시키도록 더 구성될 수 있다. 예컨대, 상기 액추에이터는 상기 만곡된 세장형 지지 부재와 상기 대향 지지 부재의 작동가능한 범위의 일부를 따라 상기 액추에이터를 작동시키기만 할 수 있다.
상기 액추에이터, 상기 만곡된 세장형 지지 부재 및 상기 대향 지지 부재는 시그모이드 곡선(sigmoid curve)을 따라 상기 액추에이터의 작동에 의해 유체 흐름을 조절하도록 구성될 수 있다. 상기 액추에이터는 상기 시그모이드 곡선의 미리 결정된 부분을 따라 제1 단부와 제2 단부를 서로를 향해 작동시키도록 더 구성될 수 있다.
상기 만곡된 세장형 지지 부재는 반강성일 수 있으며/또는 본질적으로 신축성(stretchable) 물질로 구성될 수 있다. 상기 만곡된 세장형 지지 부재는 아치형의 세장형 지지 부재일 수 있으며/또는 C자형일 수 있다.
상기 장치는 상기 만곡된 세장형 지지 부재의 제1 및 제2 단부에 작동적으로(operatively) 커플링된 세장형 연결 부재를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 특정 실시예에서, 상기 장치는 상기 세장형 연결 부재와 상기 만곡된 세장형 지지 부재에 커플링되어 외향 팽창력을 인가함으로써 상기 만곡된 세장형 지지 부재들의 제1 단부와 제2 단부를 서로를 향해 변형시키는 액추에이터를 포함할 수 있다.
본 발명의 특정 실시예에서, 상기 만곡된 세장형 지지 부재는 그의 상당한 부분을 따라 상기 다른 만곡된 세장형 지지 부재에 대해 거의 평행하게 배치된다. 예컨대, 상기 만곡된 세장형 지지 부재는 길이를 규정하고, 상기 다른 만곡된 세장형 지지 부재는 길이를 규정하며, 상기 다른 만곡된 세장형 지지 부재의 길이는 상기 만곡된 세장형 지지 부재의 길이에 대해 거의 평행하게 배치된다.
본 발명의 특정 실시예에서, 상기 장치는 상기 만곡된 세장형 지지 부재의 제1 및 제2 단부에, 그리고 상기 다른 만곡된 세장형 지지 부재의 제1 및 제2 단부에 작동적으로 커플링된 액추에이터를 포함한다. 상기 액추에이터의 작동은 상기 만곡된 세장형 지지 부재의 제1 단부와 제2 단부가 서로 접근하도록 함과 아울러, 상기 다른 만곡된 세장형 지지 부재의 제1 단부와 제2 단부가 서로 접근하도록 함으로써, 상기 만곡된 세장형 지지 부재와 상기 다른 만곡된 세장형 지지 부재 사이의 거리가 단축되어 상기 튜브를 압축하게 한다.
본 발명의 특정 실시예에서, 상기 만곡된 세장형 지지 부재는 길이를 규정하고, 상기 대향 지지 부재는 그의 일부분을 따라 상기 길이로부터 직각으로 배치된다.
본 발명의 특정 실시예에서, 상기 만곡된 세장형 지지 부재는 상기 튜브에 맞물리도록 그 위에 배치된 복수의 릿지(ridge)를 포함한다.
본 발명의 특정 실시예에서, 상기 대향 지지 부재는 상기 튜브에 맞물리도록 구성되어 그 위에 배치된 복수의 릿지를 포함한다.
본 발명의 특정 실시예에서, 상기 만곡된 세장형 지지 부재는 그의 길이로부터 연장하여 상기 튜브를 유지하도록 구성된 플랜지를 포함한다. 상기 대향 지지 부재는 그의 길이로부터 연장하여 상기 튜브를 유지하도록 구성된 다른 플랜지를 포함할 수 있으며, 상기 플랜지와 상기 다른 플랜지는 서로에 대해 거의 평행하고, 이들 사이에 상기 튜브가 배치될 때 상기 튜브에 의해 규정되는 중심축에 대해 거의 평행하다.
본 발명의 특정 실시예에서, 유체 흐름 조절 장치는 제1 세장형 지지 부재, 제2 세장형 지지 부재 및 액추에이터를 포함한다. 상기 제1 세장형 지지 부재는 길이를 규정하고, 상기 제1 세장형 지지 부재와 협력하여 튜브를 압축시키기 위해 상기 제2 세장형 지지 부재의 길이가 상기 제1 세장형 지지 부재의 길이와 이격된 관계로 배치되도록, 상기 제2 세장형 지지 부재도 제 자신의 길이를 규정한다. 상기 액추에이터는 상기 제1 및 제2 세장형 지지 부재들을 서로를 향해 작동시킴으로써 그들 사이에 배치된 튜브를 압축하여 튜브 내의 유체 흐름을 조절하기 위해 상기 제1 및 제2 세장형 지지 부재들 중 적어도 하나와 기계적으로 결합되며, 이에 따라, 상기 액추에이터의 작동은 근사 시그모이드 곡선을 따라 상기 튜브 내의 유체 흐름을 조절하도록 상기 제1 및 제2 세장형 지지 부재들을 작동시킨다.
상기 제2 세장형 지지 부재의 길이는 상기 제1 세장형 지지 부재의 길이에 대해 거의 평행하게 배치될 수 있다. 상기 제1 및 제2 세장형 지지 부재들은 상기 튜브의 직경보다 적어도 실질적으로 큰 튜브의 길이를 따라 튜브를 압축하기 위해 서로 협력하도록 구성될 수 있다. 상기 액추에이터는 상기 시그모이드 곡선의 미리 결정된 부분을 따라 상기 튜브를 압축하여 상기 튜브 내의 유체 흐름을 조절하기 위해 상기 제1 및 제2 세장형 지지 부재들을 작동시키도록 구성될 수 있다.
본 발명의 특정 실시예에서, 유체 흐름 조절 장치는 제1 세장형 지지 부재 및 제2 세장형 지지 부재를 포함한다. 상기 제1 세장형 지지 부재는 길이를 규정하고, 상기 제2 세장형 지지 부재는 길이를 규정한다. 상기 제2 세장형 지지 부재의 길이는 제1 세장형 지지 부재와 협력하여 튜브를 압축하도록 상기 제1 세장형 지지 부재의 길이와 이격된 관계로 배치된다. 상기 액추에이터는 상기 제1 및 제2 세장형 지지 부재들을 서로를 향해 작동시킴으로써 그들 사이에 배치된 튜브를 압축하여 튜브 내의 유체 흐름을 조절하기 위해 상기 제1 및 제2 세장형 지지 부재들 중 적어도 하나와 기계적으로 결합되며, 이에 따라, 상기 액추에이터의 작동은 근사 곰페르츠 곡선을 따라 상기 튜브 내의 유체 흐름을 조절하도록 상기 제1 및 제2 세장형 지지 부재들을 작동시킨다.
상기 제2 세장형 지지 부재의 길이는 상기 제1 세장형 지지 부재의 길이에 대해 거의 평행하게 배치될 수 있다. 상기 제1 및 제2 세장형 지지 부재들은 상기 튜브의 직경보다 적어도 실질적으로 큰 길이를 따라 튜브를 압축하기 위해 서로 협력하도록 구성될 수 있다.
상기 액추에이터는 상기 곰페르츠 곡선의 미리 결정된 부분을 따라 상기 튜브를 압축하여 상기 튜브 내의 유체 흐름을 조절하기 위해 상기 제1 및 제2 세장형 지지 부재들을 작동시키도록 구성될 수 있다.
본 발명의 특정 실시예에서, 유체 흐름 조절 장치는 제1 세장형 지지 부재 및 제2 세장형 지지 부재를 포함한다. 상기 제1 세장형 지지 부재는 길이를 규정하고, 상기 제1 세장형 지지 부재와 협력하여 튜브를 압축시키기 위해 상기 제2 세장형 지지 부재의 길이가 상기 제1 세장형 지지 부재의 길이와 이격된 관계로 배치되도록, 상기 제2 세장형 지지 부재는 길이를 규정한다. 상기 액추에이터는 상기 제1 및 제2 세장형 지지 부재들을 서로를 향해 작동시킴으로써 그들 사이에 배치된 튜브를 압축하여 튜브 내의 유체 흐름을 조절하기 위해 상기 제1 및 제2 세장형 지지 부재들 중 적어도 하나와 기계적으로 결합되며, 이에 따라, 상기 액추에이터의 작동은 근사 일반화된 로지스틱 함수에 따라 상기 튜브 내의 유체 흐름을 조절하도록 상기 제1 및 제2 세장형 지지 부재들을 작동시킨다.
상기 제2 세장형 지지 부재의 길이는 상기 제1 세장형 지지 부재의 길이에 대해 거의 평행하게 배치될 수 있다. 상기 제1 및 제2 세장형 지지 부재들은 상기 튜브의 직경보다 적어도 실질적으로 큰 튜브의 길이를 따라 튜브를 압축하기 위해 서로 협력하도록 구성될 수 있다. 상기 액추에이터는 상기 일반화된 로지스틱 함수의 미리 결정된 부분을 따라 상기 튜브를 압축하여 상기 튜브 내의 유체 흐름을 조절하기 위해 상기 제1 및 제2 세장형 지지 부재들을 작동시키도록 더 구성될 수 있다.
본 발명의 특정 실시예에서, 유체 흐름 조절 장치는 제1 지지 부재, 제2 지지 부재 및 액추에이터를 포함한다. 상기 제1 지지 부재는 하나의 원호, 복수의 원호, 하나의 곡선, 복수의 곡선, 하나의 아치 형상, 복수의 아치 형상, S자 형상, C자 형상, 하나의 볼록한 형상, 복수의 볼록한 형상, 하나의 오목한 형상 및 복수의 오목한 형상 중 적어도 하나를 형성한다. 상기 제2 지지 부재는 상기 제1 지지 부재와 협력하여 튜브의 직경보다 적어도 실질적으로 큰 튜브의 길이를 따라 튜브를 압축하도록 상기 제1 지지 부재와 이격된 관계로 배치된다. 상기 액추에이터는 상기 제1 및 제2 지지 부재들을 서로를 향해 작동시킴으로써 그들 사이에 배치된 튜브를 압축하여 튜브 내의 유체 흐름을 조절하기 위해 상기 제1 및 제2 지지 부재들 중 적어도 하나와 기계적으로 결합되며, 이에 따라, 상기 액추에이터의 작동은 근사 비선형 함수에 따라 상기 튜브 내의 유체 흐름을 조절하도록 상기 제1 및 제2 지지 부재들을 작동시킨다.
상기 근사 비선형 함수는 근사 일반화된 로지스틱 함수, 근사 시그모이드 곡선 및/또는 근사 곰페르츠 곡선일 수 있다. 이에 따라, 상기 액추에이터는 상기 근사 비선형 함수의 미리 결정된 부분을 따라 상기 튜브 내의 유체 흐름을 조절하기 위해 작동하도록 구성될 수 있다.
본 발명의 특정 실시예에서, 상기 제1 지지 부재는 하나의 원호를 형성하며, 본질적으로 하나의 원호로 이루어진 형상을 갖고, 복수의 원호를 형성하며, 본질적으로 복수의 원호로 이루어진 형상을 갖고, 하나의 곡선을 형성하며, 본질적으로 하나의 곡선으로 이루어진 형상을 갖고, 복수의 곡선을 형성하며, 본질적으로 복수의 곡선으로 이루어진 형상을 갖고, 하나의 아치 형상을 형성하며, 본질적으로 하나의 아치 형상으로 이루어진 형상을 갖고, 복수의 아치 형상을 형성하며, 본질적으로 복수의 아치 형상으로 이루어진 형상을 갖고, S자 형상을 형성하며, 본질적으로 S자 형상으로 이루어진 형상을 갖고, C자 형상을 형성하며, 본질적으로 C자 형상으로 이루어진 형상을 갖고, 하나의 볼록한 형상을 형성하며, 본질적으로 하나의 볼록한 형상으로 이루어진 형상을 갖고, 복수의 볼록한 형상을 형성하며, 본질적으로 복수의 볼록한 형상으로 이루어진 형상을 갖고, 하나의 오목한 형상을 형성하며, 본질적으로 하나의 오목한 형상으로 이루어진 형상을 갖고, 복수의 오목한 형상을 형성하며/또는 본질적으로 복수의 오목한 형상으로 이루어진 형상을 갖는다.
상기 제2 지지 부재의 길이는 상기 제1 지지 부재의 길이에 대해 거의 평행하게 배치될 수 있다. 상기 제1 및 제2 지지 부재들은 상기 튜브의 직경보다 적어도 실질적으로 큰 튜브의 길이를 따라 튜브를 압축하기 위해 서로 협력하도록 구성될 수 있다.
본 발명의 특정 실시예에서, 유체 흐름 조절 장치는 만곡된 세장형 지지 부재와 대향 지지 부재를 포함한다. 상기 만곡된 세장형 지지 부재는 탄성적으로 변형가능하며, 제1 단부와 제2 단부를 갖는다. 상기 대향 지지 부재는, 상기 만곡된 세장형 지지 부재와 상기 대향 지지 부재 사이에 도관이 형성되고, 상기 제1 단부와 제2 단부가 서로를 향해 이동함으로써 상기 만곡된 세장형 지지 부재가 변형되어 튜브의 내부 체적이 감소되도록, 상기 만곡된 세장형 지지 부재와 함께 도관을 형성하도록 구성된다. 일부 실시예에서, 상기 도관은 튜브를 수용하도록 구성될 수 있다. 다른 부가적인 실시예에서, 상기 도관은 유체 밀봉되며, 상기 장치는, 각각의 포트가 튜브에 커플링되기에 적합하도록, 상기 도관과 유체 소통하는 제1 및 제2 포트를 더 포함한다.
본 발명의 특정 실시예에서, 유체 흐름 조절 시스템은 가요성 유체 튜브와 역-부르돈-튜브 밸브를 포함한다. 상기 가요성 유체 튜브는 유체를 통과시키도록 구성된 유체 경로를 갖는다. 상기 역-부르돈-튜브 밸브는 상기 가요성 유체 튜브의 유체 경로를 통해 흐르는 유체를 조절하기 위해 상기 가요성 유체 튜브에 커플링된다. 상기 역-부르돈-튜브 밸브를 작동시켜 상기 가요성 유체 튜브의 유체 경로를 통해 흐르는 유체를 조절하기 위해 상기 역-부르돈-튜브 밸브에 액추에이터가 커플링될 수 있다. 역-부르돈-튜브 밸브는, 유체 흐름이 유체 경로의 변화를 유발하기보다는 유체 경로의 변형이 유체 흐름의 변화를 유발한다는 점에서, 부르돈-튜브와 반대의 방식으로 작용한다.
본 발명의 특정 실시예에서, 유체 흐름 조절 시스템은 유체 튜브, 밸브 및 액추에이터를 포함한다. 상기 유체 튜브는 유체를 통과시키도록 구성된 유체 경로를 규정한다. 상기 밸브는 상기 유체 튜브에 작동적으로 커플링되며, 제1 및 제2 가요성 부재를 포함한다. 상기 제2 가요성 부재는 상기 제1 가요성 부재에 작동적으로 커플링된다. 상기 유체 튜브는 제1 및 제2 가요성 부재들 사이에 배치되며, 상기 제1 및 제2 가요성 부재들은 휘어짐으로써 상기 유체 튜브를 통과하는 유체의 흐름을 조절하도록 구성된다. 상기 액추에이터는 적어도 상기 제1 가요성 부재의 제1 단부와 상기 제1 가요성 부재의 제2 단부에 커플링된다. 상기 액추에이터는 리드 스크류일 수 있으며, 상기 리드 스크류를 회전시키기 위해 상기 리드 스크류에 커플링된 전기 구동 모터가 존재할 수 있다.
본 발명의 특정 실시예에서, 상기 시스템은 상기 리드 스크류에 커플링된 노브를 포함할 수 있으며, 상기 노브는 상기 리드 스크류를 회전시키도록 구성된다. 상기 노브는 모터 구동식 액추에이터에 결합될 수 있다.
본 발명의 특정 실시예에서, 상기 액추에이터는 상기 제1 가요성 부재의 제1 단부와 상기 제1 가요성 부재의 제2 단부에 커플링되며, 상기 액추에이터는 적어도 상기 제1 및 제2 단부들을 서로 향하도록 휘거나, 상기 제1 및 제2 단부들을 서로로부터 이격되게 휘도록 구성된다. 상기 액추에이터는 상기 제1 및 제2 단부들을 서로로부터 이격되게 휠 수 있으며/또는 상기 액추에이터는 상기 제1 및 제2 단부들이 서로 접근하도록 상기 제1 및 제2 가요성 부재들을 휜다. 상기 제1 및 제2 가요성 부재들은 대체로 직사각형일 수 있다. 상기 제1 부재 및/또는 상기 제2 부재는, 상기 액추에이터가 힘을 인가하지 않을 때, 유체 흐름을 적어도 실질적으로 차단하기 위해 인장될 수 있다.
상기 시스템은, 유량계가 점적 챔버를 통한 유체 흐름을 예측함으로써 유체 튜브를 통한 유체 흐름을 예측하도록, 상기 유체 튜브에 커플링된 상기 점적 챔버에 커플링된 상기 유량계를 포함할 수 있다. 상기 유량계는 이미지 센서 기반 유량계일 수 있다.
상기 유량계는 상기 밸브를 작동시키는 모터에 작동적으로 커플링될 수 있으며, 상기 시스템은 상기 유량계에 의해 예측되는 원하는 유량을 달성하기 위해 상기 밸브를 작동시키는 모터를 제어하기 위한 제어 요소를 포함할 수 있다.
본 발명의 특정 실시예에서, 유체 흐름 조절 장치는 제1 및 제2 C자형 부재를 포함한다. 상기 제1 C자형 부재는 내부 및 외부 표면을 규정하고, 상기 제2 C자형 부재는 내부 및 외부 표면을 규정한다. 상기 제1 C자형 부재의 외부 표면과 상기 제2 C자형 부재의 내부 표면 중 적어도 하나는 튜브를 수용하도록 구성된다. 상기 제2 C자형 부재의 내부 표면은 상기 제1 C자형 부재의 외부 표면과 이격된 관계로 배치된다. 상기 제2 C자형 부재의 내부 표면의 상당한 면적은, 일부 특정 실시예에서, 상기 제1 C자형 부재의 외부 표면에 당접할 수 있다.
본 발명의 특정 실시예에서, 상기 제2 C자형 부재는 가요성이며, 상기 제1 C자형 부재는 반강성이고, 강성이며/또는 엘라스토머이다.
가요성 부재는 플라스틱, 중합체, 단량체, 폴리프로필렌, 열가소성 중합체, 세라믹, 폴리비닐 클로라이드 및 폴리에틸렌으로 이루어진 군으로부터 선택된 물질로 형성될 수 있다.
본 발명의 특정 실시예에서, 유체 흐름 조절 장치는 제1 및 제2 가요성 시트를 포함한다. 상기 제2 가요성 시트는 상기 제1 가요성 시트에 작동적으로 커플링된다. 상기 제1 및 제2 가요성 시트는 그들 사이에 유체 튜브를 수용하도록 구성되며, 또한, 상기 제1 및 제2 가요성 시트는 휘어짐으로써 상기 유체 튜브를 통과하는 유체의 흐름을 조절하도록 구성된다.
상기 장치는 상기 제1 가요성 시트의 제1 단부와 상기 제1 가요성 시트의 제2 단부에 커플링된 액추에이터를 포함할 수 있다. 상기 액추에이터는 적어도 상기 제1 및 제2 단부들을 서로 향하도록 휘거나, 상기 제1 및 제2 단부들을 서로로부터 이격되게 휘도록 구성될 수 있다.
상기 장치는 상기 제1 가요성 시트의 제1 단부와 상기 제1 가요성 시트의 제2 단부에 커플링된 리드 스크류와, 노브의 회전이 리드 스크류를 회전시키도록 상기 리드 스크류에 커플링된 노브를 포함할 수 있다. 상기 노브는 모터 구동식 액추에이터에 결합되도록 구성될 수 있으며, 이에 따라, 상기 모터 구동식 액추에이터는 상기 노브를 작동시킨다.
본 발명의 특정 실시예에서, 유체 흐름 조절 장치는 제1 및 제2 곡선형 부재를 포함한다. 상기 제1 곡선형 부재는 내부 및 외부 표면을 규정하고, 상기 제2 곡선형 부재는 내부 및 외부 표면을 규정한다. 상기 제2 곡선형 부재의 내부 표면은 상기 제1 곡선형 부재의 외부 표면과 이격된 관계로 배치된다.
상기 제1 및 제2 곡선형 부재들 중 적어도 하나는 그들 사이에 유체 튜브를 위치시키도록 구성될 수 있다. 상기 제1 곡선형 부재는 반강성 및 강성 중 적어도 하나일 수 있다. 상기 제2 곡선형 부재는 가요성일 수 있다. 상기 제2 곡선형 부재는 엘라스토머를 포함할 수 있다. 상기 제1 및 제2 곡선형 부재는 가요성일 수 있다.
상기 장치는 상기 제1 곡선형 부재의 제1 단부와 상기 제2 곡선형 부재의 제1 단부 중 적어도 하나에 작동적으로 커플링된 연결 부재를 포함할 수 있으며, 이에 따라, 상기 연결 부재는 상기 제1 곡선형 부재의 제2 단부와 상기 제2 곡선형 부재의 제2 단부 중 적어도 하나에 작동적으로 또한 커플링된다. 상기 연결 부재는 가요성일 수 있으며, 강성일 수 있고/또는 반강성일 수 있다.
상기 장치는, 상기 연결 부재와 상기 제2 곡선형 부재 사이에 배치되어, 작동될 때, 그들 사이에 힘을 인가하는 액추에이터를 포함할 수 있다. 상기 액추에이터는 리드 스크류일 수 있다.
본 발명의 특정 실시예에서, 유체 흐름 조절 장치는 제1 및 제2 곡선형 부재를 포함한다. 상기 제1 곡선형 부재는 내부 및 외부 표면을 규정한다. 상기 제1 곡선형 부재는 당해 제1 곡선형 부재의 대향 단부들에 제1 및 제2 수용 부재를 갖는다. 상기 제2 곡선형 부재는 내부 및 외부 표면을 규정한다. 상기 제2 곡선형 부재는 당해 제2 곡선형 부재의 대향 단부들에 제1 및 제2 패스너를 갖는다. 상기 제1 및 제2 패스너들 중 적어도 하나는 후크일 수 있다. 상기 제1 곡선형 부재의 제1 수용 부재는 상기 제2 곡선형 부재의 제1 패스너와 맞물리도록 구성되며, 상기 제1 곡선형 부재의 제2 수용 부재는 상기 제2 곡선형 부재의 제2 패스너와 맞물리도록 구성된다.
상기 수용 부재들 중 적어도 하나는 후크에 커플링되도록 구성된 배럴 너트와 같은 원통형 부재일 수 있다.
상기 수용 부재들 중 적어도 하나는 액추에이터에 작동적으로 커플링될 수 있다. 상기 수용 부재들 중 하나 이상은 전기 모터에 작동적으로 커플링될 수 있다.
본 발명의 특정 실시예에서, 상기 장치는 상기 제1 수용 부재에 커플링된 전기 모터를 더 포함하며, 이에 따라, (1) 상기 전기 모터는 나사산이 그 외부 표면에 형성된 샤프트에 커플링된 로터를 회전시키고; (2) 상기 제2 수용 부재는 상기 샤프트를 수용하도록 구성된 나사식 홀을 규정하며; 및 (3) 상기 전기 모터가 상기 로터를 회전시킴으로써 상기 샤프트를 회전시킬 때, 상기 나사식 홀과 샤프트는 함께 협력하여 상기 제1 및 제2 수용 부재들 사이의 거리를 적어도 증대시키거나 감소시킨다.
본 발명의 특정 실시예에서, 유체 흐름 조절 장치는 제1 및 제2 만곡된 세장형 지지 부재를 포함한다. 상기 제1 만곡된 세장형 지지 부재는 탄성적으로 변형가능하며, 제1 단부와 제2 단부를 갖는다. 상기 제2 만곡된 세장형 지지 부재는 탄성적으로 변형가능하며, 제1 단부와 제2 단부를 갖는다. 상기 제2 만곡된 세장형 지지 부재는, 상기 제1 만곡된 세장형 지지 부재의 제1 단부와 제2 단부가 서로를 향해 이동함으로써 상기 제1 및 제2 만곡된 세장형 지지 부재가 변형되어 튜브의 내부 체적이 감소되도록, 상기 튜브를 상기 제1 만곡된 세장형 지지 부재에 대해 배치하도록 구성된다.
제1 커넥터는 상기 제1 만곡된 세장형 지지 부재의 제1 단부에 커플링되고, 상기 제2 만곡된 세장형 지지 부재의 제1 단부에 커플링된다. 제2 커넥터는 상기 제1 만곡된 세장형 지지 부재의 제2 단부에 커플링되고, 상기 제2 만곡된 세장형 지지 부재의 제2 단부에 커플링된다. 상기 제2 커넥터는 홀을 규정한다. 연결 부재는 상기 제1 커넥터에 커플링된 일단부와, 상기 제2 커넥터의 홀에 삽입되도록 구성된 타단부를 갖는다. 상기 연결 부재는 적어도 그 일부를 따라 나사식 로드를 규정한다. 노브는 상기 연결 부재의 타단부로부터 상기 연결 부재의 일단부를 향해 이동할 때 상기 연결 부재에 걸리도록 구성된 래칫(ratchet)을 갖는다. 상기 노브는 상기 연결 부재의 나사식 로드에 맞물리도록 더 구성된다. 상기 노브는 상기 연결 부재의 나사식 로드에 맞물리도록 구성된 복수의 핑거를 포함할 수 있다. 상기 노브는 외주부를 규정하고, 상기 노브의 외주부의 중앙에 규정된 홀을 포함한다. 상기 홀은 상기 나사식 로드를 수용하도록 구성된다. 상기 복수의 핑거는 당해 복수의 핑거 각각의 개별 단부에서 상기 나사식 로드에 맞물리도록 각각 원호를 형성한다.
상기 제1 만곡된 세장형 지지 부재는 당해 제1 만곡된 세장형 지지 부재의 제1 단부에 인접한 제1 홀을 규정한다. 상기 홀은 유체 튜브를 유지하도록 구성된다.
상기 제1 만곡된 세장형 지지 부재는 당해 제1 만곡된 세장형 지지 부재의 제1 단부에 인접한 제1 노치를 규정할 수 있으며, 이에 따라, 상기 노치는 유체 튜브를 수용하도록 구성된다. 상기 노치는 상기 유체 튜브를 수용하도록 구성된 목부와, 상기 유체 튜브를 유지하도록 구성된 원형 영역을 포함할 수 있다.
본 발명의 특정 실시예에서, 유체 흐름 조절 장치는 베이스, 복수의 핑거 및 링을 포함한다. 상기 베이스는 유체 튜브를 수용하도록 구성된 홀을 규정한다. 상기 복수의 핑거는 각각 상기 베이스에 커플링된 단부를 갖는다. 상기 링은 상기 베이스로부터 상기 복수의 핑거를 따라 슬라이드하도록 구성된다. 상기 베이스로부터 이격되어 상기 핑거를 향한 상기 링의 운동은 상기 핑거를 상기 튜브에 대해 압축한다. 상기 링은 상기 복수의 핑거에 대해 마찰식으로 로킹되도록 구성된다. 각각의 핑거는 상기 베이스에 커플링되는 세장형 단부와, 상기 베이스의 반대측 단부에 커플링되는 곡선형 단부를 포함한다.
본 발명의 특정 실시예에서, 유체 흐름 조절 장치는 원추형 부재, 보상 부재(complementing member) 및 액추에이터를 포함한다. 상기 원추형 부재는 튜브 주위를 둘러싸는 표면을 갖는다. 상기 보상 부재는 상기 튜브를 압축하기 위해 상기 원추형 부재와 맞물리도록 구성된다. 상기 액추에이터는 상기 보상 부재에 대해 상기 원추형 부재를 압축함으로써 상기 튜브를 압축하도록 구성된다.
본 발명의 특정 실시예에서, 정맥내 투여 세트는, 유체 흐름을 그 내부로 전달하기 위한 가요성 튜브; 상기 가요성 튜브의 제1 단부에 배치된 제1 포트; 상기 가요성 튜브의 제2 단부에 배치된 제2 포트; 탄성적으로 변형가능하며, 제1 단부와 제2 단부를 갖는 만곡된 세장형 지지 부재; 및 상기 제1 단부와 제2 단부가 서로를 향해 이동함으로써 만곡된 세장형 지지 부재가 변형되어 튜브의 내부 체적이 감소되도록, 만곡된 세장형 지지 부재에 대해 제1 단부와 제2 단부 사이에 가요성 튜브를 배치하도록 구성된 대향 지지 부재를 포함한다.
상기 정맥내 투여 세트는 상기 가요성 튜브에 커플링된 점적 챔버, 상기 가요성 튜브 내부의 유체 흐름 속으로 유체를 주입하기 위한 주사기를 수용하도록 구성된 다른 포트, 및/또는 상기 가요성 튜브에 커플링되며, 상기 가요성 튜브 내부의 유체 흐름을 차단하기 위해 상기 가요성 튜브에 맞물리도록 구성된 슬라이드 폐색기를 더 포함할 수 있다.
상기 만곡된 세장형 지지 부재의 제1 단부는 상기 가요성 튜브를 수용하기 위한 제1 홀을 규정할 수 있으며, 상기 만곡된 세장형 지지 부재의 제2 단부는 상기 가요성 튜브를 수용하기 위한 제2 홀을 규정할 수 있다.
본 발명의 특정 실시예에서, 유량계는 커플러, 지지 부재, 제1 및 제2 이미지 센서, 및 적어도 하나의 프로세서를 포함한다. 상기 커플러는 점적 챔버에 커플링하도록 구성된다. 상기 지지 부재는 상기 커플러에 작동적으로 커플링된다. 상기 제1 이미지 센서는 제1 시계(field of view)를 가지며, 상기 지지 부재에 작동적으로 커플링된다. 상기 제1 이미지 센서는 상기 제1 시계 내의 상기 점적 챔버를 검지하도록(view) 배치된다. 상기 제2 이미지 센서는 제2 시계를 가지며, 상기 지지 부재에 작동적으로 커플링된다. 상기 제2 이미지 센서는 상기 제2 시계 내의 상기 점적 챔버를 검지하도록 배치된다.
상기 적어도 하나의 프로세서는 상기 제1 및 제2 이미지 센서에 작동적으로 커플링된다. 상기 적어도 하나의 프로세서는 상기 제1 이미지 센서로부터의 제1 이미지 데이터와 상기 제2 이미지 센서로부터의 제2 이미지 데이터를 수신하며, 상기 적어도 하나의 프로세서는 상기 제1 및 제2 이미지 데이터를 이용하여 상기 점적 챔버 내부의 액체의 적어도 하나의 파라미터를 예측한다.
상기 적어도 하나의 파라미터는 상기 액체의 조성 유형, 상기 액체의 체적 및 상기 액체의 형상 중 하나일 수 있다. 상기 적어도 하나의 프로세서는 제1 및 제2 이미지 데이터 세트들 중 적어도 하나를 이용하여 자유 흐름 조건의 존재를 판단할 수 있다.
상기 유량계는, 상기 점적 챔버가 상기 제1 이미지 센서와 배경 패턴 사이에 배치되도록, 상기 제1 이미지 센서의 시계 내에 위치하는 배경 패턴을 더 포함할 수 있다.
상기 유량계의 적어도 하나의 프로세서는 상기 제1 이미지 센서에 의해 검지되었을 때 상기 제1 시계 내의 액체로 인해 발생하는 상기 배경 패턴의 왜곡을 분석함으로써 상기 제1 이미지 데이터 세트를 이용하여 상기 적어도 하나의 파라미터를 예측할 수 있다. 상기 배경 패턴은 상기 제1 이미지 데이터 세트를 이용하여 상기 제1 시계 내에서 상기 제1 이미지 센서로부터 검지되었을 때 상기 점적 챔버의 개구에 대한 적어도 하나의 각도를 갖는 라인들의 어레이일 수 있다.
상기 적어도 프로세서는, 상기 제1 이미지 센서로부터 상기 제1 시계 내에서 검지될 때 자유 흐름 조건에 있는 상기 액체로 인해 발생하는 왜곡에 의해 상기 액체가 라인들의 어레이의 각도를 변화시키는 경우, 자유 흐름 조건이 존재한다고 판단할 수 있다.
상기 적어도 하나의 프로세서는 상기 적어도 하나의 파라미터를 예측하기 위해 상기 제1 및 제2 이미지 데이터들 중 적어도 하나를 배경 이미지와 비교할 수 있다.
상기 적어도 하나의 프로세서는, 상기 배경 이미지에 대한 상기 제1 및 제2 이미지 데이터들 중 적어도 하나 간의 차이, 상기 배경 이미지에 대한 상기 제1 및 제2 이미지 데이터들 중 적어도 하나 간의 절대값 차이, 상기 배경 이미지에 대한 상기 제1 및 제2 이미지 데이터들 중 적어도 하나 간의 제곱 절대값 차이 중 하나를 계산함으로써, 제1 및 제2 이미지 데이터들 중 적어도 하나를 배경 이미지와 비교한다.
상기 유량계는 상기 적어도 하나의 프로세서와 작동적으로 통신하는 비-일시적인 프로세서 판독가능한 메모리를 포함할 수 있으며, 이에 따라, 상기 메모리는 상기 적어도 하나의 프로세서에 의해 실행되도록 구성된 프로세서 실행가능한 작동 명령 세트를 저장한다. 상기 프로세서 실행가능한 작동 명령 세트는, 상기 적어도 하나의 프로세서에 의해 실행될 경우, 상기 적어도 하나의 프로세서의 작동을 제어한다.
본 발명의 특정 실시예에서, 유량계는 커플러, 지지 부재, 배경 패턴 및 적어도 하나의 프로세서를 포함한다. 상기 커플러는 점적 챔버에 커플링하도록 구성된다. 상기 지지 부재는 상기 커플러에 작동적으로 커플링된다. 상기 이미지 센서는 시계를 가지며, 상기 지지 부재에 작동적으로 커플링된다. 상기 이미지 센서는 상기 시계 내의 상기 점적 챔버를 검지하도록 배치된다. 상기 배경 패턴은 상기 이미지 센서의 시계 내에 배치된다. 상기 배경 패턴은, 상기 점적 챔버가 상기 배경 패턴과 상기 이미지 센서 사이에 위치하도록 배치된다. 상기 적어도 하나의 프로세서는 상기 이미지 센서로부터 이미지 데이터를 수신하기 위해 상기 이미지 센서에 작동적으로 커플링된다. 상기 적어도 하나의 프로세서는 상기 이미지 데이터에 의해 표시된 바와 같이 상기 액체로 인해 발생하는 상기 배경 패턴의 왜곡을 이용하여 상기 점적 챔버 내의 액체의 적어도 하나의 파라미터를 예측하도록 구성된다. 상기 왜곡은 상기 이미지 센서에 의해 상기 이미지 센서의 시계 내에서 검지될 수 있다. 상기 적어도 하나의 파라미터는 상기 액체의 조성 유형, 상기 액체의 체적 및 상기 액체의 형상 중 적어도 하나일 수 있다. 상기 배경 패턴은 상기 이미지 데이터를 이용하여 상기 이미지 센서로부터 검지되었을 때 상기 점적 챔버의 개구에 대한 적어도 하나의 각도를 갖는 라인들의 어레이일 수 있다.
상기 적어도 하나의 프로세서는 상기 이미지 데이터에 의해 표시된 바와 같이 상기 액체로 인해 발생하는 상기 배경 패턴의 왜곡을 이용하여 자유 흐름 조건의 존재를 판단할 수 있다. 상기 적어도 프로세서는, 상기 이미지 센서의 시계 내에서 검지될 때 자유 흐름 조건에 있는 상기 액체로 인해 발생하는 왜곡에 의해 상기 액체가 라인들의 어레이의 각도를 변화시키는 경우, 자유 흐름 조건이 존재한다고 판단할 수 있다.
상기 유량계는 상기 적어도 하나의 프로세서와 작동적으로 통신하는 비-일시적인 프로세서 판독가능한 메모리를 더 포함할 수 있다. 상기 비-일시적인 프로세서 판독가능한 메모리는 상기 적어도 하나의 프로세서에 의해 실행되도록 구성된 프로세서 실행가능한 작동 명령 세트를 저장할 수 있으며, 이에 따라, 상기 프로세서 실행가능한 작동 명령 세트는, 상기 적어도 하나의 프로세서에 의해 실행될 경우, 상기 적어도 하나의 프로세서의 작동을 제어한다.
본 발명의 특정 실시예에서, 유량계는 커플러, 지지 부재, 이미지 센서 및 적어도 하나의 프로세서를 포함한다. 상기 커플러는 점적 챔버에 커플링하도록 구성된다. 상기 지지 부재는 상기 커플러에 작동적으로 커플링된다. 상기 이미지 센서는 시계를 갖고 상기 지지 부재에 작동적으로 커플링되며, 이에 따라, 상기 이미지 센서는 상기 시계 내의 상기 점적 챔버를 검지하도록 배치된다. 상기 적어도 하나의 프로세서는 상기 이미지 센서로부터 이미지 데이터를 수신하기 위해 상기 이미지 센서에 작동적으로 커플링되며, 이에 따라, 상기 적어도 하나의 프로세서는 상기 점적 챔버 내의 액체의 적어도 하나의 파라미터를 예측하기 위해 상기 이미지 데이터의 이미지를 참조 이미지와 비교한다. 상기 참조 이미지는 동적 참조 이미지일 수 있다. 상기 적어도 하나의 프로세서는 상기 참조 이미지의 각 화소를 제1 상수로 곱하고 제2 상수가 곱해진 상기 이미지의 대응하는 화소를 추가함으로써 상기 참조 이미지를 갱신할 수 있다.
상기 유량계는 상기 적어도 하나의 프로세서와 작동적으로 통신하는 비-일시적인 프로세서 판독가능한 메모리를 포함할 수 있다. 상기 비-일시적인 프로세서 판독가능한 메모리는 상기 적어도 하나의 프로세서에 의해 실행되도록 구성된 프로세서 실행가능한 작동 명령 세트를 포함할 수 있으며, 이에 따라, 상기 프로세서 실행가능한 작동 명령 세트는, 상기 적어도 하나의 프로세서에 의해 실행될 경우, 상기 적어도 하나의 프로세서의 작동을 제어한다.
본 발명의 특정 실시예에서, 적어도 하나의 프로세서에 의해 실행되도록 구성된 프로세서 실행가능한 작동 명령 세트에 의해 실시되는 이미지 센서 노광 방법은, 관심 영역을 선택하는 단계; 상기 관심 영역 내에 화소가 있는지의 여부를 판단하는 단계; 상기 관심 영역 내에 화소가 있는 경우, 백라이트의 광원(light)을 활성화시키는 단계; 및 상기 화소를 노광하는 단계를 포함한다. 상기 활성화 단계는 상기 백라이트의 광원을 포함하는 광원 서브세트를 활성화시킬 수 있다. 상기 백라이트의 광원은 균일한 백라이트를 형성할 수 있다. 상기 이미지 센서는 관심 영역과 화소를 포함할 수 있다.
상기 프로세서 실행가능한 작동 명령 세트는, 상기 적어도 하나의 프로세서가 상기 방법을 실시할 수 있도록, 상기 적어도 하나의 프로세서와 작동적으로 통신하는 비-일시적인 프로세서 판독가능한 메모리에 저장될 수 있다.
상기 적어도 하나의 프로세서는, 상기 적어도 하나의 프로세서가 이미지 센서를 이용하여 상기 방법을 실시할 수 있도록, 이미지 센서에 커플링될 수 있다. 상기 관심 영역은 점적 챔버를 촬상하는 이미지 센서의 영역일 수 있다. 상기 관심 영역은 점적 챔버에 대응할 수 있다.
상기 방법은, 이미지 센서로부터 수직 동기 신호를 수신하는 단계; 및 상기 이미지 센서로부터 수평 동기 신호를 수신하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 적어도 하나의 프로세서는 상기 이미지 센서로부터 상기 수직 및 수평 동기 신호를 수신할 수 있다. 상기 적어도 하나의 프로세서는 상기 수직 및 수평 동기 신호들 중 적어도 하나에 따라 상기 백라이트의 광원을 활성화시킬 수 있다. 상기 광원은 발광 다이오드일 수 있다.
본 발명의 특정 실시예에서, 유량계는 커플러, 지지 부재, 이미지 센서, 백라이트 및 적어도 하나의 프로세서를 포함한다. 상기 커플러는 점적 챔버에 커플링하도록 구성된다. 상기 지지 부재는 상기 커플러에 작동적으로 커플링된다. 상기 이미지 센서는 시계를 갖고 상기 지지 부재에 작동적으로 커플링되며, 이에 따라, 상기 이미지 센서는 상기 시계 내의 상기 점적 챔버를 검지하도록 배치된다. 상기 백라이트는 적어도 하나의 광원을 갖는다. 상기 백라이트가 상기 이미지 센서를 조명하여 상기 이미지 센서를 노광하기에 적합하도록, 상기 백라이트는 상기 지지 부재에 커플링되며, 상기 이미지 센서의 시계는 상기 점적 챔버의 적어도 일부를 적어도 부분적으로 촬상한다. 상기 적어도 하나의 프로세서는 상기 이미지 센서로부터 이미지 데이터를 수신하기 위해 상기 이미지 센서에 작동적으로 커플링된다.
상기 적어도 하나의 프로세서는, 상기 이미지 센서의 관심 영역을 선택하고; 상기 이미지 센서의 화소가 상기 관심 영역 내에 있는지의 여부를 판단하며; 상기 이미지 센서의 화소가 상기 관심 영역 내에 있는 경우, 백라이트의 광원을 활성화시키고; 및 상기 이미지 센서의 화소를 노광하도록 구성된다.
상기 유량계는 상기 적어도 하나의 프로세서에 의해 판독될 수 있는 비-일시적인 프로세서 판독가능한 메모리를 더 포함할 수 있다. 상기 비-일시적인 프로세서 판독가능한 메모리는 프로세서 실행가능한 작동 명령 세트를 저장하여 포함하고 있으며, 상기 프로세서 실행가능한 작동 명령 세트는, 실행되었을 때, 상기 적어도 하나의 프로세서가, 상기 이미지 센서의 관심 영역을 선택하고; 상기 이미지 센서의 화소가 상기 관심 영역 내에 있는지의 여부를 판단하며; 상기 이미지 센서의 화소가 상기 관심 영역 내에 있는 경우, 백라이트의 광원을 활성화시키고; 및 상기 이미지 센서의 화소를 노광하도록 한다. 상기 적어도 하나의 프로세서는 상기 이미지 센서로부터 수직 동기 신호를 수신하고; 및 상기 이미지 센서로부터 수평 동기 신호를 수신하도록 더 구성될 수 있다. 상기 적어도 하나의 프로세서는 상기 수직 및 수평 동기 신호들 중 적어도 하나에 따라 상기 백라이트의 광원을 활성화시킬 수 있다.
상기 적어도 하나의 프로세서는 관심 영역을 선택하고, 상기 이미지 데이터에 따라 상기 이미지 센서의 화소가 상기 관심 영역 내에 있는지의 여부를 판단할 수 있다. 상기 관심 영역은 점적 챔버를 촬상하는 이미지 센서의 영역일 수 있다. 상기 관심 영역은 점적 챔버에 대응할 수 있다.
상기 적어도 하나의 프로세서는 상기 백라이트의 광원을 포함하는 광원 서브세트를 활성화시킬 수 있다. 상기 백라이트의 광원은 균일한 백라이트를 형성할 수 있다.
본 발명의 특정 실시예에서, 방법은 점적 챔버를 포함하는 시계를 가진 이미지 센서를 사용하여 상기 점적 챔버의 이미지를 포함한 이미지를 캡처하는 단계; 상기 이미지를 배경 이미지로부터 차감하여 차분 이미지(difference image)를 생성하는 단계; 개별 화소의 절대값이 미리 결정된 임계값을 초과하는 경우 상기 차분 이미지의 각 화소를 참값으로 변환하거나, 개별 화소의 절대값이 미리 결정된 임계값보다 작은 경우 상기 차분 이미지의 각 화소를 거짓값으로 변환하는 단계; 복수의 합산값을 발생시키기 위해 변환된 차분 이미지의 각 행을 합산하는 단계로서, 상기 복수의 합산값에서 각각의 합산값은 상기 변환된 차분 이미지의 각 행에 대응하는, 상기 변환된 차분 이미지의 각 행을 합산하는 단계; 및 상기 복수의 합산값을 검사하는 단계를 포함한다. 상기 방법은, 적어도 하나의 프로세서가 상기 방법을 실시하도록, 상기 적어도 하나의 프로세서와 작동적으로 통신하는 비-일시적인 프로세서 판독가능한 메모리에 저장되어 있는 프로세서 실행가능한 작동 명령 세트에 의해 실시될 수 있다.
상기 복수의 합산값을 검사하는 단계는 자유 흐름 조건이 점적 챔버 내에 존재하는지의 여부를 판단하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 자유 흐름 조건이 존재하는지의 여부를 판단하는 단계는 상기 복수의 합산값이 미리 결정된 다른 임계값보다 큰 복수의 연속적인 합산값을 포함하는지의 여부를 판단하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 복수의 합산값을 검사하는 단계는 상기 점적 챔버 내에 액적이 형성되었는지의 여부를 판단하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 점적 챔버 내에 액적이 형성되었는지의 여부를 판단하는 단계는 상기 복수의 합산값이 최소값보다 크고 최대값보다 작은 미리 결정된 범위 내에 복수의 연속적인 합산값을 포함하는지의 여부를 판단하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 방법은 상기 검사하는 단계 전에 상기 복수의 합산값을 평활화(smoothing)하는 단계를 선택적으로 포함할 수 있다. 상기 평활화하는 단계는 스플라인 함수, 3차 스플라인 함수, B-스플라인 함수, 베지어 스플라인 함수, 다항식 보간, 이동 평균, 데이터 평활화 함수 및 3차 스플라인형 함수 중 적어도 하나에 따라 이루어질 수 있다.
상기 적어도 하나의 프로세서는 상기 이미지 센서에 선택적으로 커플링될 수 있으며, 상기 적어도 하나의 프로세서는 상기 이미지 센서를 이용하여 상기 방법을 실시할 수 있다.
상기 방법은 상기 차감하는 단계 이후이면서 상기 변환하는 단계 이전에 상기 차분 이미지의 각 화소를 각 화소의 절대값으로 변환하는 단계를 선택적으로 포함할 수 있다.
상기 방법은 상기 차감하는 단계 이후이면서 상기 변환하는 단계 이전에 상기 차분 이미지의 각 화소를 각 화소의 제곱값으로 변환하는 단계를 선택적으로 포함할 수 있다.
본 발명의 특정 실시예에서, 유량계는 커플러, 지지 부재, 광원 및 적어도 하나의 프로세서를 포함한다. 상기 커플러는 점적 챔버에 커플링하도록 구성된다. 상기 지지 부재는 상기 커플러에 작동적으로 커플링된다. 상기 이미지 센서는 시계를 갖고 상기 지지 부재에 작동적으로 커플링되며, 이에 따라, 상기 이미지 센서는 상기 시계 내의 상기 점적 챔버를 검지하도록 배치된다. 상기 광원은 상기 지지 부재에 커플링되며, 상기 이미지 센서의 시계가 상기 점적 챔버의 적어도 일부를 적어도 부분적으로 촬상하도록, 상기 이미지 센서를 조명하여 상기 이미지 센서를 노광하도록 구성된다.
상기 적어도 하나의 프로세서는 상기 이미지 센서로부터 이미지 데이터를 수신하기 위해 상기 이미지 센서에 작동적으로 커플링되며, 상기 적어도 하나의 프로세서는 점적 챔버를 포함하는 시계를 가진 이미지 센서를 사용하여 상기 점적 챔버의 이미지를 포함한 이미지를 캡처하고; 상기 이미지를 배경 이미지로부터 차감하여 차분 이미지를 생성하며; 개별 화소의 절대값이 미리 결정된 임계값을 초과하는 경우 상기 차분 이미지의 각 화소를 참값으로 변환하거나, 개별 화소의 절대값이 미리 결정된 임계값보다 작은 경우 상기 차분 이미지의 각 화소를 거짓값으로 변환하고; 변환된 차분 이미지의 각 행을 합산하여 복수의 합산값을 발생시키되, 상기 복수의 합산값에서 각각의 합산값은 상기 변환된 차분 이미지의 각 행에 대응하며; 및 상기 복수의 합산값을 검사하도록 구성된다.
상기 유량계는 상기 적어도 하나의 프로세서에 의해 판독될 수 있는 비-일시적인 프로세서 판독가능한 메모리를 포함할 수 있으며, 상기 비-일시적인 프로세서 판독가능한 메모리는 프로세서 실행가능한 작동 명령 세트를 저장하여 포함하고 있으며, 상기 프로세서 실행가능한 작동 명령 세트는, 실행되었을 때, 상기 적어도 하나의 프로세서가, 점적 챔버를 포함하는 시계를 가진 이미지 센서를 사용하여 상기 점적 챔버의 이미지를 포함한 이미지를 캡처하고; 상기 이미지를 배경 이미지로부터 차감하여 차분 이미지를 생성하며; 개별 화소의 절대값이 미리 결정된 임계값을 초과하는 경우 상기 차분 이미지의 각 화소를 참값으로 변환하거나, 개별 화소의 절대값이 미리 결정된 임계값보다 작은 경우 상기 차분 이미지의 각 화소를 거짓값으로 변환하고; 변환된 차분 이미지의 각 행을 합산하여 복수의 합산값을 발생시키되, 상기 복수의 합산값에서 각각의 합산값은 상기 변환된 차분 이미지의 각 행에 대응하며; 및 상기 복수의 합산값을 검사하도록 한다.
상기 적어도 하나의 프로세서는, 당해 프로세서가 상기 복수의 합산값을 검사할 때, 자유 흐름 조건이 점적 챔버 내에 존재하는지의 여부를 판단하도록 더 구성될 수 있다.
상기 적어도 하나의 프로세서는, 당해 적어도 하나의 프로세서가 자유 흐름 조건이 존재하는지의 여부를 판단할 때, 상기 복수의 합산값이 미리 결정된 다른 임계값보다 큰 복수의 연속적인 합산값을 포함하는지의 여부를 판단하도록 더 구성될 수 있다.
상기 적어도 하나의 프로세서는, 당해 적어도 하나의 프로세서가 상기 복수의 합산값을 검사할 때, 상기 점적 챔버 내에 액적이 형성되었는지의 여부를 판단하도록 더 구성될 수 있다.
상기 적어도 하나의 프로세서는, 상기 복수의 합산값이 최소값보다 크고 최대값보다 작은 미리 결정된 범위 내에 복수의 연속적인 합산값을 포함하고 상기 연속적인 합산값의 위치가 액적이 형성될 수 있는 미리 결정된 위치 범위에 대응하는 경우, 액적이 형성되었다고 판단하도록 더 구성될 수 있다.
상기 적어도 하나의 프로세서는, 당해 적어도 하나의 프로세서가 상기 복수의 합산값을 검사하기 전에, 상기 복수의 합산값을 평활화하도록 더 구성될 수 있다.
상기 적어도 하나의 프로세서는 스플라인 함수, 3차 스플라인 함수, B-스플라인 함수, 베지어 스플라인 함수, 다항식 보간, 이동 평균, 데이터 평활화 함수 및/또는 3차 스플라인형 함수 중 적어도 하나에 따라 평활화할 수 있다.
상기 유량계는 프로세서 실행가능한 작동 명령 세트가 저장된 비-일시적인 프로세서 판독가능한 메모리를 더 포함할 수 있다. 상기 비-일시적인 프로세서 판독가능한 메모리는, 상기 프로세서 실행가능한 작동 명령 세트가 적어도 하나의 프로세서의 작동을 제어하도록, 상기 적어도 하나의 프로세서와 작동적으로 통신한다.
상기 적어도 하나의 프로세서는 상기 차감하는 단계 이후이면서 상기 변환하는 단계 이전에 상기 차분 이미지의 각 화소를 각 화소의 절대값으로 변환하도록 더 구성될 수 있다.
상기 적어도 하나의 프로세서는 상기 차감하는 단계 이후이면서 상기 변환하는 단계 이전에 상기 차분 이미지의 각 화소를 각 화소의 제곱값으로 변환하도록 더 구성될 수 있다.
본 발명의 특정 실시예에서, 방법은 이미지 센서를 사용하여 점적 챔버의 이미지를 캡처하는 단계; 상기 이미지 내에서 복수의 관심 화소를 식별하는 단계; 상기 복수의 관심 화소 내에서 화소 서브세트를 판단하는 단계로서, 상기 점적 챔버에 대응하는 기선(baseline)까지의 경로가 존재하는 경우, 상기 복수의 화소에서 각 화소가 상기 화소 서브세트 내에 있는 것으로 판단하는, 상기 화소 서브세트를 판단하는 단계; 상기 화소 서브세트에 대해 회전 연산(rotation operation)을 실시하는 단계; 및 회전된 화소 서브세트 내의 화소의 개수를 카운팅하여 상기 점적 챔버 내의 액적의 체적을 예측하는 단계를 포함한다.
상기 기선은 상기 이미지 센서 내의 미리 결정된 화소 세트일 수 있다. 상기 복수의 관심 화소는 상기 이미지를 배경 이미지와 비교함으로써 식별될 수 있다.
상기 방법은 상기 배경 이미지를 초기화하는 단계; 상기 이미지 센서에 의해 캡처된 이미지를 이용하여 상기 배경 이미지를 갱신하는 단계; 상기 이미지 센서에 의해 캡처된 이미지를 이용하여 분산(variance) 어레이를 갱신하는 단계; 및/또는 상기 이미지 센서에 의해 캡처된 이미지에 따라 정수 어레이를 갱신하는 단계 중 하나 이상을 선택적으로 포함할 수 있다.
상기 배경 이미지는,
Figure 112019037795230-pat00001
에 따라 갱신될 수 있다.
상기 분산 어레이는,
Figure 112019037795230-pat00002
에 따라 갱신될 수 있다.
상기 정수 어레이에서 각각의 정수는 상기 배경 이미지의 화소의 갱신 횟수에 대응할 수 있다. 일부 특정 실시예에서, 상기 이미지와 배경 이미지의 비교는, 상기 배경 이미지 내의 개별 화소가 적어도 미리 결정된 횟수만큼 갱신되었음을 상기 정수 어레이의 개별 정수가 나타내는 경우, 상기 이미지 내의 화소를 상기 배경 이미지 내의 화소와 비교하기만 한다.
상기 방법은 상기 이미지 내의 액적과 상기 액적의 에지 부근에서 미리 결정된 대역을 식별하는 단계; 및 상기 배경 이미지가 식별된 액적 또는 상기 액적의 에지 부근에서 미리 결정된 대역 내에 존재하지 않는 경우, 상기 배경 이미지의 각 화소를 상기 이미지로 설정하여 상기 배경 이미지를 초기화하는 단계 중 하나 이상을 선택적으로 포함할 수 있다.
상기 방법은 상기 이미지의 대응하는 화소가 식별된 액적 또는 상기 액적의 에지 부근에서 미리 결정된 대역 내에 존재하는 경우, 상기 배경 이미지의 화소를 미리 결정된 값으로 설정하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 이미지의 대응하는 화소는 상기 배경 이미지의 화소에 대응하는 위치를 갖는다.
상기 방법은 상기 점적 챔버의 개구에 대응하는 기선을 결정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
액적에 대응하는 복수의 관심 화소 내에서 화소 서브세트를 판단하는 단계는, 상기 복수의 화소에서 개별 화소가 상기 점적 챔버의 개구에 형성되는 상기 액적의 기선으로 되돌아가는 연속적인 경로를 갖는 경우, 상기 복수의 관심 화소가 각각 상기 화소 서브세트 내에 있는 것으로 판단하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 방법은 이미지 센서를 사용하여 제1 이미지를 캡처하는 단계; 상기 제1 이미지 내의 액적과 상기 액적의 에지 부근에서 미리 결정된 대역을 식별하는 단계; 상기 배경 이미지가 식별된 액적 또는 상기 액적의 에지 부근에서 미리 결정된 대역 내에 존재하지 않는 경우, 각 화소를 상기 제1 이미지로 설정하여 상기 배경 이미지를 초기화하는 단계; 상기 액적의 영역 내에 있거나 상기 미리 결정된 대역 내에 있는 화소를 미리 결정된 값으로 설정하는 단계; 정수 어레이를 초기화하는 단계; 및 분산 어레이를 초기화하는 단계 중 하나 이상을 선택적으로 포함할 수 있다.
또한, 상기 방법은 상기 이미지를 이용하여 상기 배경 이미지, 상기 정수 어레이 및/또는 상기 분산 어레이 중 하나 이상을 갱신하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 특정 실시예에서, 유량계는 커플러, 지지 부재, 이미지 센서 및 적어도 하나의 프로세서를 포함한다. 상기 커플러는 점적 챔버에 커플링하도록 구성된다. 상기 지지 부재는 상기 커플러에 작동적으로 커플링된다. 상기 이미지 센서는 시계를 갖고 상기 지지 부재에 작동적으로 커플링된다. 상기 이미지 센서는 상기 시계 내의 상기 점적 챔버를 검지하도록 배치된다.
상기 적어도 하나의 프로세서는 상기 이미지 센서로부터 이미지 데이터를 수신하기 위해 상기 이미지 센서에 작동적으로 커플링되며, 상기 적어도 하나의 프로세서는 상기 이미지 센서를 사용하여 점적 챔버의 이미지를 캡처하고; 상기 이미지 내에서 복수의 관심 화소를 식별하며; 상기 복수의 관심 화소 내에서 화소 서브세트를 판단하되, 상기 점적 챔버에 대응하는 기선까지의 경로가 존재하는 경우, 상기 복수의 화소에서 각 화소가 상기 화소 서브세트 내에 있는 것으로 판단하고; 상기 화소 서브세트에 대해 회전 연산을 실시하며; 및 회전된 화소 서브세트 내의 화소의 개수를 카운팅하여 상기 점적 챔버 내의 액적의 체적을 예측하도록 구성된다.
또한, 상기 유량계는 프로세서 실행가능한 작동 명령 세트가 저장된 비-일시적인 프로세서 판독가능한 메모리를 포함할 수 있다. 상기 비-일시적인 프로세서 판독가능한 메모리는, 상기 프로세서 실행가능한 작동 명령 세트가 적어도 하나의 프로세서의 작동을 제어하도록, 상기 적어도 하나의 프로세서와 작동적으로 통신한다.
또한, 상기 유량계는 상기 적어도 하나의 프로세서에 의해 판독될 수 있는 비-일시적인 프로세서 판독가능한 메모리를 포함할 수 있으며, 상기 비-일시적인 프로세서 판독가능한 메모리는 프로세서 실행가능한 작동 명령 세트를 저장하여 포함하고 있으며, 상기 프로세서 실행가능한 작동 명령 세트는, 실행되었을 때, 상기 적어도 하나의 프로세서가, 상기 이미지 센서를 사용하여 점적 챔버의 이미지를 캡처하고; 상기 이미지 내에서 복수의 관심 화소를 식별하며; 상기 복수의 관심 화소 내에서 화소 서브세트를 판단하되, 상기 점적 챔버에 대응하는 기선까지의 경로가 존재하는 경우, 상기 복수의 화소에서 각 화소가 상기 화소 서브세트 내에 있는 것으로 판단하고; 상기 화소 서브세트에 대해 회전 연산을 실시하며; 및 회전된 화소 서브세트 내의 화소의 개수를 카운팅하여 상기 점적 챔버 내의 액적의 체적을 예측하게 하도록 구성된다.
상기 기선은 상기 이미지 센서 내의 미리 결정된 화소 세트일 수 있다. 상기 복수의 관심 화소는 상기 이미지를 배경 이미지와 비교함으로써 식별될 수 있다. 상기 적어도 하나의 프로세서는 상기 배경 이미지를 초기화하도록 및/또는 상기 이미지 센서에 의해 캡처된 이미지를 이용하여 상기 배경 이미지를 갱신하도록 더 구성될 수 있다.
상기 배경 이미지는,
Figure 112019037795230-pat00003
에 따라 갱신될 수 있다.
상기 적어도 하나의 프로세서는 상기 이미지 센서에 의해 캡처된 이미지를 이용하여 분산 어레이를 갱신하도록 더 구성될 수 있다.
상기 분산 어레이는,
Figure 112019037795230-pat00004
에 따라 갱신될 수 있다.
상기 적어도 하나의 프로세서는 상기 이미지 센서에 의해 캡처된 이미지에 따라 정수 어레이를 갱신하도록 더 구성될 수 있다. 상기 정수 어레이에서 각각의 정수는 상기 배경 이미지의 화소의 갱신 횟수에 대응한다.
선택적으로, 일부 실시예에서, 상기 이미지와 배경 이미지의 비교는, 상기 배경 이미지 내의 개별 화소가 적어도 미리 결정된 횟수만큼 갱신되었음을 상기 정수 어레이의 개별 정수가 나타내는 경우, 상기 이미지 내의 화소를 상기 배경 이미지 내의 화소와 비교하기만 한다.
상기 적어도 하나의 프로세서는 상기 이미지 내의 액적과 상기 액적의 에지 부근에서 미리 결정된 대역을 식별하고; 및 상기 배경 이미지가 식별된 액적 또는 상기 액적의 에지 부근에서 미리 결정된 대역 내에 존재하지 않는 경우, 상기 배경 이미지의 각 화소를 상기 이미지로 설정하여 상기 배경 이미지를 초기화하도록 더 구성될 수 있다.
상기 적어도 하나의 프로세서는 상기 이미지의 대응하는 화소가 식별된 액적 또는 상기 액적의 에지 부근에서 미리 결정된 대역 내에 존재하는 경우, 상기 배경 이미지의 화소를 미리 결정된 값으로 설정하도록 더 구성될 수 있다.
본 발명의 특정 실시예에서, 상기 이미지의 대응하는 화소는 상기 배경 이미지의 화소의 위치에 대응하는 위치를 갖는다.
상기 적어도 하나의 프로세서는 상기 점적 챔버의 개구에 대응하는 기선을 결정하도록 더 구성될 수 있다.
상기 적어도 하나의 프로세서는, 상기 화소 서브세트가 액적에 대응하는 복수의 관심 화소 내에 있는지의 여부를 판단하기 위해, 상기 복수의 화소에서 개별 화소가 상기 점적 챔버의 개구에 형성되는 상기 액적의 기선으로 되돌아가는 연속적인 경로를 갖는 경우, 상기 복수의 관심 화소가 각각 상기 화소 서브세트 내에 있는 것으로 판단하도록 더 구성될 수 있다.
상기 적어도 하나의 프로세서는 상기 이미지 센서를 사용하여 제1 이미지를 캡처하고; 상기 제1 이미지 내의 액적과 상기 액적의 에지 부근에서 미리 결정된 대역을 식별하고; 배경 이미지가 식별된 액적 또는 상기 액적의 에지 부근에서 미리 결정된 대역 내에 존재하지 않는 경우, 각 화소를 상기 제1 이미지로 설정하여 상기 배경 이미지를 초기화하며; 상기 액적의 영역 내에 있거나 상기 미리 결정된 대역 내에 있는 화소를 미리 결정된 값으로 설정하고; 정수 어레이를 초기화하며; 및 분산 어레이를 초기화하도록 더 구성될 수 있다.
상기 적어도 하나의 프로세서는 상기 이미지를 이용하여 상기 배경 이미지, 상기 정수 어레이 및/또는 상기 분산 어레이를 갱신하도록 더 구성될 수 있다.
본 발명의 특정 실시예에서, 유량계는 이미지 센서 수단 및 유량 예측기 수단을 포함한다. 상기 이미지 센서는 점적 챔버의 복수의 이미지를 캡처하기 위한 것이다. 상기 유량 예측기 수단은 상기 복수의 이미지를 사용하여 상기 점적 챔버를 통한 유체의 흐름을 예측하기 위한 것이다.
상기 유량 예측기 수단은 상기 복수의 이미지를 사용하여 상기 점적 챔버를 통한 유체의 흐름을 예측하기 위한 프로세서 수단을 포함할 수 있다.
상기 유량계는 상기 프로세서 수단이 상기 복수의 이미지를 사용하여 상기 점적 챔버를 통한 유체의 흐름을 예측하도록 프로세서 실행가능한 작동 명령 세트를 제공하기 위해 프로세서 수단과 작동적으로 통신하는 메모리 수단을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 특정 실시예에서, 유량계는 실행되도록 구성된 프로세서 실행가능한 작동 명령 세트를 가진 메모리 수단; 및 복수의 이미지를 사용하여 점적 챔버를 통한 유체의 흐름을 예측하기 위한 유량 예측기 수단을 실시하기 위해 상기 프로세서 실행가능한 작동 명령 세트를 실행시키기 위한 프로세서 수단을 포함한다.
본 발명의 특정 실시예에서, 방법은 점적 챔버의 복수의 이미지를 캡처하는 단계; 및 상기 복수의 이미지를 사용하여 상기 점적 챔버를 통한 유체의 흐름을 예측하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 비-일시적인 메모리에 저장되어 적어도 하나의 프로세서에 의해 실행되는 프로세서 실행가능한 작동 명령 세트에 의해 실시될 수 있다.
본 발명의 특정 실시예에서, 장치는 점적 챔버에 커플링하도록 구성된 커플러; 상기 커플러에 작동적으로 커플링된 지지 부재; 시계를 갖고 상기 지지 부재에 작동적으로 커플링된 이미지 센서로서, 상기 시계 내의 상기 점적 챔버를 검지하도록 배치된 이미지 센서; 상기 점적 챔버와 유체 소통하는 유체 튜브에 커플링하도록 구성되며, 상기 유체 튜브를 통한 흐름을 조절함으로써 상기 점적 챔버를 통한 유체 흐름을 조절하도록 구성된 밸브; 및 상기 이미지 센서로부터 이미지 데이터를 수신하기 위해 상기 이미지 센서에 작동적으로 커플링된 적어도 하나의 프로세서를 포함하며, 상기 적어도 하나의 프로세서는 상기 이미지 센서를 사용하여 상기 점적 챔버의 복수의 이미지를 캡처하고; 상기 복수의 이미지를 사용하여 상기 점적 챔버 내에서 액적의 체적 성장 속도를 예측하며; 상기 유체 튜브를 통한 유체 유량에 대응하는 설정값을 수신하고; 상기 설정값을 달성하기 위해 예측된 액적의 체적 성장 속도에 따라 제어 시스템을 조정하며; 및 조정된 제어 시스템에 따라 상기 밸브의 작동을 제어하기 위해 상기 제어 시스템으로부터의 제어 신호를 상기 밸브의 액추에이터에 출력하도록 구성된다.
상기 장치는 프로세서 실행가능한 작동 명령 세트가 저장된 비-일시적인 프로세서 판독가능한 메모리를 포함할 수 있다. 상기 비-일시적인 프로세서 판독가능한 메모리는, 상기 프로세서 실행가능한 작동 명령 세트가 적어도 하나의 프로세서의 작동을 제어하도록, 상기 적어도 하나의 프로세서와 작동적으로 통신할 수 있다.
상기 장치는 상기 적어도 하나의 프로세서에 의해 판독될 수 있는 비-일시적인 프로세서 판독가능한 메모리를 포함할 수 있다. 상기 비-일시적인 프로세서 판독가능한 메모리는 프로세서 실행가능한 작동 명령 세트를 저장하여 포함하고 있으며, 상기 프로세서 실행가능한 작동 명령 세트는, 실행되었을 때, 상기 적어도 하나의 프로세서가, 상기 이미지 센서를 사용하여 상기 점적 챔버의 복수의 이미지를 캡처하고; 상기 복수의 이미지를 사용하여 상기 점적 챔버 내에서 액적의 체적 성장 속도를 예측하며; 상기 유체 튜브를 통한 유체 유량에 대응하는 설정값을 수신하고; 상기 설정값을 달성하기 위해 예측된 액적의 체적 성장 속도에 따라 제어 시스템을 조정하며; 및 조정된 제어 시스템에 따라 상기 밸브의 작동을 제어하기 위해 상기 제어 시스템으로부터의 제어 신호를 상기 밸브의 액추에이터에 출력하게 하도록 구성된다.
상기 제어 시스템은 비례-적분-미분 제어 시스템, 비례-적분 제어 시스템, 비례-미분 제어 시스템, 비례 제어 시스템, 적분 제어 시스템, 신경망 제어 시스템, 퍼지 로직 제어 시스템 및/또는 점멸 제어 시스템 중 적어도 하나일 수 있다.
상기 제어 시스템은 예측된 액적의 체적 성장 속도를 상기 유체 튜브를 통한 유체 흐름과 연관시킬 수 있다.
상기 밸브는, 탄성적으로 변형가능하며, 제1 단부와 제2 단부를 갖는 만곡된 세장형 지지 부재; 및 만곡된 세장형 지지 부재에 대해 제1 단부와 제2 단부 사이에 배치하도록 유체 튜브를 구성된 대향 지지 부재를 포함할 수 있고, 상기 제1 단부와 제2 단부가 서로를 향해 이동함으로써 만곡된 세장형 지지 부재가 변형되어 유체 튜브의 내부 체적을 감소시킨다. 상기 액추에이터는 제1 단부와 제2 단부를 서로를 향해 이동시키도록 구성될 수 있다.
상기 밸브는 길이를 규정하는 제1 세장형 지지 부재; 및 길이를 규정하는 제2 세장형 지지 부재를 포함할 수 있으며, 상기 제2 세장형 지지 부재의 길이는 제1 세장형 지지 부재와 협력하여 상기 유체 튜브를 압축하도록 상기 제1 세장형 지지 부재의 길이와 이격된 관계로 배치된다. 상기 액추에이터는 상기 제1 및 제2 세장형 지지 부재들을 서로를 향해 작동시킴으로써 그들 사이에 배치된 유체 튜브를 압축하여 유체 튜브 내의 유체 흐름을 조절하기 위해 상기 제1 및 제2 세장형 지지 부재들 중 적어도 하나와 기계적으로 결합될 수 있으며, 이에 따라, 상기 액추에이터의 작동은 근사 시그모이드 곡선을 따라 상기 튜브 내의 유체 흐름을 조절하도록 상기 제1 및 제2 세장형 지지 부재들을 작동시킨다.
상기 밸브는 길이를 규정하는 제1 세장형 지지 부재; 및 길이를 규정하는 제2 세장형 지지 부재를 포함할 수 있으며, 상기 제2 세장형 지지 부재의 길이는 제1 세장형 지지 부재와 협력하여 상기 유체 튜브를 압축하도록 상기 제1 세장형 지지 부재의 길이와 이격된 관계로 배치된다. 상기 액추에이터는 상기 제1 및 제2 세장형 지지 부재들을 서로를 향해 작동시킴으로써 그들 사이에 배치된 유체 튜브를 압축하여 유체 튜브 내의 유체 흐름을 조절하기 위해 상기 제1 및 제2 세장형 지지 부재들 중 적어도 하나와 기계적으로 결합되며, 이에 따라, 상기 액추에이터의 작동은 근사 곰페르츠 곡선을 따라 상기 유체 튜브 내의 유체 흐름을 조절하도록 상기 제1 및 제2 세장형 지지 부재들을 작동시킨다.
상기 밸브는 길이를 규정하는 제1 세장형 지지 부재; 및 길이를 규정하는 제2 세장형 지지 부재를 포함할 수 있으며, 상기 제2 세장형 지지 부재의 길이는 제1 세장형 지지 부재와 협력하여 상기 유체 튜브를 압축하도록 상기 제1 세장형 지지 부재의 길이와 이격된 관계로 배치된다. 상기 액추에이터는 상기 제1 및 제2 세장형 지지 부재들을 서로를 향해 작동시킴으로써 그들 사이에 배치된 유체 튜브를 압축하여 유체 튜브 내의 유체 흐름을 조절하기 위해 상기 제1 및 제2 세장형 지지 부재들 중 적어도 하나와 기계적으로 결합되며, 이에 따라, 상기 액추에이터의 작동은 근사 일반화된 로지스틱 함수에 따라 상기 유체 튜브 내의 유체 흐름을 조절하도록 상기 제1 및 제2 세장형 지지 부재들을 작동시킨다.
상기 밸브는, 하나의 원호, 복수의 원호, 하나의 곡선, 복수의 곡선, 하나의 아치 형상, 복수의 아치 형상, S자 형상, C자 형상, 하나의 볼록한 형상, 복수의 볼록한 형상, 하나의 오목한 형상 및 복수의 오목한 형상 중 적어도 하나를 형성하는 제1 지지 부재; 및 상기 제1 지지 부재와 협력하여 유체 튜브의 직경보다 적어도 실질적으로 큰 유체 튜브의 길이를 따라 유체 튜브를 압축하도록 상기 제1 지지 부재와 이격된 관계로 배치된 제2 지지 부재를 포함할 수 있다. 상기 액추에이터는 상기 제1 및 제2 지지 부재들을 서로를 향해 작동시킴으로써 그들 사이에 배치된 유체 튜브를 압축하여 유체 튜브 내의 유체 흐름을 조절하기 위해 상기 제1 및 제2 지지 부재들 중 적어도 하나와 기계적으로 결합되며, 이에 따라, 상기 액추에이터의 작동은 근사 비선형 함수에 따라 상기 유체 튜브 내의 유체 흐름을 조절하도록 상기 제1 및 제2 지지 부재들을 작동시킨다.
상기 밸브는, 탄성적으로 변형가능하며, 제1 단부와 제2 단부를 갖는 만곡된 세장형 지지 부재; 및 상기 만곡된 세장형 지지 부재와 함께 도관을 형성하도록 구성된 대향 지지 부재를 포함할 수 있다. 상기 도관은 상기 만곡된 세장형 지지 부재와 상기 대향 부재 사이에 형성된다. 상기 유체 튜브는 상기 도관 내에 배치되며, 상기 제1 단부와 제2 단부가 서로를 향해 이동함으로써 상기 만곡된 세장형 지지 부재가 변형되어 상기 도관 내의 유체 튜브의 내부 체적이 감소된다.
상기 밸브는 상기 유체 튜브의 유체 경로를 통해 흐르는 유체를 조절하기 위해 상기 유체 튜브에 커플링된 역-부르돈-튜브 밸브일 수 있다.
상기 밸브는 제1 가요성 부재; 및 상기 제1 가요성 부재에 작동적으로 커플링된 제2 가요성 부재를 포함할 수 있다. 상기 유체 튜브는 제1 및 제2 가요성 부재들 사이에 배치될 수 있다. 상기 제1 및 제2 가요성 부재들은 휘어짐으로써 상기 유체 튜브를 통과하는 유체의 흐름을 조절하도록 구성되며, 상기 액추에이터는 적어도 상기 제1 가요성 부재의 제1 단부와 상기 제1 가요성 부재의 제2 단부에 커플링된다.
상기 밸브는 내부 및 외부 표면을 규정하는 제1 C자형 부재; 및 내부 및 외부 표면을 규정하는 제2 C자형 부재를 포함할 수 있다. 상기 제1 C자형 부재의 외부 표면과 상기 제2 C자형 부재의 내부 표면 중 적어도 하나는 유체 튜브를 수용하도록 구성된다. 상기 제2 C자형 부재의 내부 표면은 상기 제1 C자형 부재의 외부 표면과 이격된 관계로 배치된다. 상기 액추에이터는 상기 제1 및 제2 C자형 부재를 휘어서 상기 유체 튜브를 압축하도록 상기 제1 및 제2 C자형 부재에 커플링된다.
상기 밸브는 제1 가요성 시트; 및 상기 제1 가요성 시트에 작동적으로 커플링된 제2 가요성 시트를 포함할 수 있다. 상기 제1 및 제2 가요성 시트는 그들 사이에 유체 튜브를 수용하도록 구성된다. 상기 제1 및 제2 가요성 시트는 휘어짐으로써 상기 유체 튜브를 통과하는 유체의 흐름을 조절하도록 구성된다. 상기 액추에이터는 상기 유체 튜브를 통과하는 유체의 흐름을 조절하기 위해 상기 제1 및 제2 가요성 시트에 커플링된다.
상기 밸브는 내부 및 외부 표면을 규정하는 제1 곡선형 부재; 및 내부 및 외부 표면을 규정하는 제2 곡선형 부재를 포함할 수 있다. 상기 제2 곡선형 부재의 내부 표면은 상기 제1 곡선형 부재의 외부 표면과 이격된 관계로 배치되며, 상기 유체 튜브는 제1 및 제2 곡선형 부재들 사이에 배치되고, 상기 액추에이터는 상기 제1 및 제2 곡선형 부재를 휘어서 상기 유체 튜브 내의 유체 흐름을 조절하도록 상기 제1 및 제2 곡선형 부재에 커플링된다.
상기 밸브는, 내부 및 외부 표면을 규정하는 제1 곡선형 부재로서, 당해 제1 곡선형 부재의 대향 단부들에 제1 및 제2 수용 부재를 갖는 상기 제1 곡선형 부재; 및 내부 및 외부 표면을 규정하는 제2 곡선형 부재로서, 당해 제2 곡선형 부재의 대향 단부들에 제1 및 제2 패스너를 갖는 상기 제2 곡선형 부재를 포함할 수 있다. 상기 제1 곡선형 부재의 제1 수용 부재는 상기 제2 곡선형 부재의 제1 패스너와 맞물리도록 구성된다. 상기 제1 곡선형 부재의 제2 수용 부재는 상기 제2 곡선형 부재의 제2 패스너와 맞물리도록 구성된다. 상기 액추에이터는 상기 제1 및 제2 곡선형 부재를 휘어서 그들 사이에 배치된 상기 유체 튜브 내의 유체 흐름을 조절하도록 상기 제1 및 제2 곡선형 부재에 커플링된다.
상기 밸브는, 탄성적으로 변형가능하며, 제1 단부와 제2 단부를 갖는 제1 만곡된 세장형 지지 부재; 탄성적으로 변형가능하며, 제1 단부와 제2 단부를 갖는 제2 만곡된 세장형 지지 부재로서, 상기 제1 만곡된 세장형 지지 부재의 제1 단부와 제2 단부가 서로를 향해 이동함으로써 상기 제1 및 제2 만곡된 세장형 지지 부재가 변형되어 유체 튜브의 내부 체적이 감소되도록, 상기 유체 튜브를 상기 제1 만곡된 세장형 지지 부재에 대해 배치하도록 구성된 상기 제2 만곡된 세장형 지지 부재; 상기 제1 만곡된 세장형 지지 부재의 제1 단부에 커플링되고, 상기 제2 만곡된 세장형 지지 부재의 제1 단부에 커플링된 제1 커넥터; 상기 제1 만곡된 세장형 지지 부재의 제2 단부에 커플링되고, 상기 제2 만곡된 세장형 지지 부재의 제2 단부에 커플링되며, 홀을 규정하는 제2 커넥터; 상기 제1 커넥터에 커플링된 일단부와, 상기 제2 커넥터의 홀에 삽입되도록 구성된 타단부를 가지며, 적어도 그 일부를 따라 나사식 로드를 규정하는 연결 부재; 및 상기 연결 부재의 타단부로부터 상기 연결 부재의 일단부를 향해 이동할 때 상기 연결 부재에 걸리도록 구성된 래칫을 가지며, 상기 연결 부재의 나사식 로드에 맞물리도록 더 구성된 노브를 포함할 수 있다. 상기 액추에이터는 상기 노브를 회전시키기 위해 상기 노브에 커플링될 수 있다.
상기 밸브는, 유체 튜브를 수용하도록 구성된 홀을 규정하는 베이스; 상기 베이스에 커플링된 단부를 각각 가진 복수의 핑거; 및 상기 베이스로부터 상기 복수의 핑거를 따라 슬라이드하도록 구성된 링을 포함할 수 있다. 상기 베이스로부터 이격되는 상기 링의 운동은 상기 핑거를 상기 유체 튜브에 대해 압축한다. 상기 링은 상기 복수의 핑거에 대해 마찰식으로 로킹되도록 구성된다. 상기 액추에이터는 상기 링을 슬라이드시키기 위해 상기 링에 커플링된다.
상기 밸브는 유체 튜브 주위를 둘러싸는 표면을 가진 원추형 부재; 및 상기 튜브를 압축하기 위해 상기 원추형 부재와 맞물리도록 구성된 보상 부재를 포함할 수 있다. 상기 액추에이터는 상기 보상 부재에 대해 상기 원추형 부재를 압축함으로써 상기 유체 튜브를 압축하도록 구성된다.
상기 제어 시스템은 하드웨어, 소프트웨어, 하드웨어와 소프트웨어의 조합, 및/또는 적어도 하나의 연산 증폭기로 구현될 수 있다.
상기 장치는 비-일시적인 프로세서 판독가능한 메모리를 포함할 수 있으며, 상기 제어 시스템은 상기 적어도 하나의 프로세서에 의해 실행되도록 구성된 프로세서 실행가능한 작동 명령 세트에 의해 실시되고, 상기 프로세서 실행가능한 작동 명령 세트는 상기 비-일시적인 프로세서 판독가능한 메모리에 저장되며, 상기 비-일시적인 프로세서 판독가능한 메모리는 상기 적어도 하나의 프로세서와 작동적으로 통신하여 상기 프로세서 실행가능한 작동 명령 세트를 상기 적어도 하나의 프로세서에 작동적으로 전달함으로써 상기 적어도 하나의 프로세서에 의해 실행되도록 한다.
상기 설정값은 제어 시스템을 조정하기 위해 액적의 체적 성장 속도와 비교될 수 있다. 상기 설정값은 에러 신호를 판단하기 위해 액적의 체적 성장 속도와 비교될 수 있다. 상기 에러 신호는 상기 설정값과 상기 액적의 체적 성장 속도 간의 차이일 수 있다. 상기 에러 신호는 신호 처리 장치를 통과하여 출력 신호를 발생시킬 수 있다. 상기 신호 처리 장치는 적어도 하나의 비-제로(non-zero) 이득 파라미터를 가진 비례-적분-미분 제어기를 구현할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에서, 유체 흐름 조절 장치는 만곡된 세장형 지지 부재와 대향 지지 부재를 포함한다. 상기 만곡된 세장형 지지 부재는 탄성적으로 변형가능하며, 제1 단부와 제2 단부를 갖는다. 상기 제1 단부는 제1 및 제2 도그본 링커(dog bone linker)에 선회가능하게 커플링하도록 구성되며, 상기 제2 단부는 제3 및 제4 도그본 링커에 선회가능하게 커플링하도록 구성된다. 상기 대향 지지 부재는, 상기 제1 단부와 제2 단부가 서로를 향해 이동함으로써 만곡된 세장형 지지 부재가 변형되어 튜브의 길이를 따라 내부 단면적이 감소되도록, 만곡된 세장형 지지 부재에 대해 제1 단부와 제2 단부 사이에 튜브를 배치하도록 구성된다. 상기 대향 지지 부재의 제1 단부는 상기 제1 및 제2 도그본 링커에 선회가능하게 커플링하도록 구성되며, 상기 대향 지지 부재의 제2 단부는 상기 제3 및 제4 도그본 링커에 선회가능하게 커플링하도록 구성된다.
상기 만곡된 세장형 지지 부재의 제1 단부는 랙에 맞물리도록 구성된 결합 핑거를 포함할 수 있다. 상기 만곡된 세장형 지지 부재의 제2 단부는 랙에 선회가능하게 커플링하도록 구성될 수 있다. 상기 장치는 상기 랙을 움직이기 위해 상기 만곡된 세장형 지지 부재의 제1 단부에 커플링된 노브를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에서, 유량계는 커플러, 지지 부재, 이미지 센서, 레이저 및 적어도 하나의 프로세서를 포함한다. 상기 커플러는 점적 챔버에 커플링하도록 구성된다. 상기 지지 부재는 상기 커플러에 작동적으로 커플링된다. 상기 이미지 센서는 시계를 가지며, 상기 지지 부재에 작동적으로 커플링되고, 상기 제1 이미지 센서는 상기 시계 내의 상기 점적 챔버를 검지하도록 구성된다. 상기 레이저는 이진 광학 장치 조립체 상에 광학적인 광을 조사하도록 구성된다.
상기 적어도 하나의 프로세서는, (1) 상기 적어도 하나의 프로세서가 배경 패턴의 적어도 일부가 그 내부에 표시되어 있는 데이터를 상기 이미지 센서로부터 수신하도록; 및 (2) 상기 적어도 하나의 프로세서가 상기 이미지 데이터를 사용하여 상기 점적 챔버 내의 액체의 적어도 하나의 파라미터를 예측하도록, 상기 이미지 센서에 작동적으로 커플링된다.
본 발명의 또 다른 실시예에서, 유량계는 커플러, 지지 부재, 제1 및 제2 전극, 및 적어도 하나의 프로세서를 포함한다. 상기 커플러는 점적 챔버에 커플링하도록 구성된다. 상기 지지 부재는 상기 커플러에 작동적으로 커플링된다. 상기 제1 전극은 상기 점적 챔버와 유체 소통하는 유체 라인에 커플링하도록 구성된다. 상기 제2 전극은 상기 점적 챔버와 유체 소통하는 상기 유체 라인에 커플링하도록 구성된다.
상기 적어도 하나의 프로세서는 제1 및 제2 전극들 사이의 커패시턴스를 측정하기 위해 상기 제1 및 제2 전극에 작동적으로 커플링되며, 상기 적어도 하나의 프로세서는 상기 커패시턴스를 감시하도록 구성된다. 상기 적어도 하나의 프로세서는 감시된 커패시턴스를 사용하여 상기 점적 챔버 내에 스트리밍 조건이 존재하는지의 여부를 판단하도록 구성될 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에서, 안전 밸브는 하우징, 제1 및 제2 폐색 아암, 제1 및 제2 축, 및 스프링을 포함한다. 상기 하우징은 튜브를 유지하도록 구성된다. 상기 제1 및 제2 폐색 아암은 선회가능하게 함께 커플링된다. 상기 제1 축은 상기 제1 폐색 아암의 원위 단부에 선회가능하게 커플링된다. 상기 제2 축은 상기 제2 폐색 아암의 원위 단부에 선회가능하게 커플링된다. 상기 스프링은 상기 튜브의 양측에 있는 상기 제1 및 제2 폐색 아암에 인접하여 배치되어 상기 제1 및 제2 폐색 아암에 스프링 부하를 제공하도록 구성된다. 상기 안전 밸브는, 상기 제1 및 제2 폐색 아암이 이들의 공통 피벗을 따라 미리 결정된 양만큼 상기 스프링으로부터 멀리 선회할 때, 상기 스프링을 방출하여 상기 튜브를 폐색하도록 구성된다. 상기 스프링을 방출하기 위해 상기 제1 및 제2 폐색 아암에 맞물리도록 구성된 솔레노이드가 사용될 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에서, 장치는 커플러, 지지 부재 및 적어도 하나의 프로세서를 포함한다. 상기 커플러는 점적 챔버에 커플링하도록 구성된다. 상기 지지 부재는 상기 커플러에 작동적으로 커플링된다. 상기 이미지 센서는 시계를 가지며, 상기 지지 부재에 작동적으로 커플링된다. 상기 이미지 센서는 상기 시계 내의 상기 점적 챔버를 검지하도록 구성된다. 상기 적어도 하나의 프로세서는 상기 이미지 센서로부터 이미지 데이터를 수신하기 위해 상기 이미지 센서에 작동적으로 커플링되며, 상기 적어도 하나의 프로세서는 (1) 상기 점적 챔버의 이미지를 캡처하고; (2) 캡처된 이미지 내의 템플릿을 제1 위치에 배치하며; (3) 상기 템플릿 내의 화소들을 평균화하여 제1 평균값을 결정하고; (4) 상기 템플릿을 제2 위치로 이동시키며; (5) 상기 템플릿 내의 화소들을 평균화하여 제2 평균값을 결정하고; (6) 상기 제1 평균값과 상기 제2 평균값 간의 차이가 미리 결정된 임계값보다 클 경우, 상기 템플릿이 액적의 에지에 위치하는 것으로 판단하며; 및 (7) 상기 제2 위치를 상기 액적의 체적과 연관시키도록 구성된다.
본 발명의 또 다른 실시예에서, 유량을 예측하기 위해 적어도 하나의 프로세서에 의해 실행되도록 구성된 프로세서 실행가능한 작동 명령 세트를 실행시키는 상기 적어도 하나의 프로세서에 의해 실시되는 방법이 개시된다. 상기 방법은 (1) 상기 점적 챔버의 이미지를 캡처하는 단계; (2) 캡처된 이미지 내의 템플릿을 제1 위치에 배치하는 단계; (3) 상기 템플릿 내의 화소들을 평균화하여 제1 평균값을 결정하는 단계; (4) 상기 템플릿을 제2 위치로 이동시키는 단계; (5) 상기 템플릿 내의 화소들을 평균화하여 제2 평균값을 결정하는 단계; (6) 상기 제1 평균값과 상기 제2 평균값 간의 차이가 미리 결정된 임계값보다 클 경우, 상기 템플릿이 액적의 에지에 위치하는 것으로 판단하는 단계; 및 (7) 상기 제2 위치를 상기 액적의 체적과 연관시키는 단계를 포함한다.
본 발명의 또 다른 실시예에서, 유량계는 커플러, 지지 부재, 변조가능한 백라이트 조립체, 이미지 센서 및 적어도 하나의 프로세서를 포함한다. 상기 커플러는 점적 챔버에 커플링하도록 구성된다. 상기 지지 부재는 상기 커플러에 작동적으로 커플링된다. 상기 변조가능한 백라이트 조립체는 제1 백라이트와 제2 백라이트를 제공하도록 구성된다. 상기 이미지 센서는 시계를 가지며, 상기 지지 부재에 작동적으로 커플링된다. 상기 이미지 센서는 상기 시계 내의 상기 점적 챔버와 상기 변조가능한 백라이트 조립체를 검지하도록 구성된다. 상기 적어도 하나의 프로세서는, 상기 적어도 하나의 프로세서가 상기 변조가능한 백라이트 조립체의 적어도 일부가 그 내부에 표시되어 있는 데이터를 상기 이미지 센서로부터 수신하도록, 상기 이미지 센서와 상기 변조가능한 백라이트 조립체에 작동적으로 커플링되며, 상기 적어도 하나의 프로세서는 액적 크기를 예측할 때 상기 백라이트 조립체를 제1 백라이트로 변조하고 상기 백라이트 조립체를 제2 백라이트로 변조하도록 구성된다. 상기 제1 백라이트는 패턴을 갖지 않는 확산기 백라이트일 수 있으며, 상기 제2 백라이트는 스트라이프 패턴을 갖는 확산기 백라이트일 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에서, 튜브 복원기는 제1 기어와 제2 기어를 포함한다. 상기 제2 기어는 상기 제1 기어에 접촉하여 배치된다. 상기 제1 및 제2 기어는 당해 제1 및 제2 기어의 방사상 부분을 따라 공간을 규정하여 튜브가 그들 사이에서 휘어질 수 있도록 한다. 상기 제1 및 제2 기어는 상기 공간이 제1 및 제2 기어들 사이에 위치 설정되지 않도록 회전할 때 상기 튜브를 복원하도록 더 구성된다.
본 발명의 또 다른 실시예에서, 밸브는 제1 및 제2 금속 스트립, 및 제1 및 제2 안내 부재를 포함한다. 상기 제1 안내 부재는 상기 제1 및 제2 금속 스트립의 원위 단부들에 커플링된다. 상기 제2 안내 부재는 상기 제1 및 제2 금속 스트립의 근위 단부들에 커플링된다. 상기 제1 및 제2 금속 스트립은, 제1 및 제2 금속 스트립의 원위 단부가 제1 및 제2 금속 스트립의 근위 단부를 향해 작동될 때, 튜브를 압축하도록 구성된다. 상기 밸브는 상기 튜브 주위에 나선형으로 감기도록 상기 제1 및 제2 금속 스트립을 통해 꿰어진 스트링(예컨대, 금속 스트링 또는 임의의 다른 재료로 제조된 스트링)을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에서, 밸브는 제1 및 제2 클램쉘 사이에 공동을 제공하도록 구성된 제1 및 제2 클램쉘을 포함한다. 상기 제1 및 제2 클램쉘들은 그들 사이와 상기 공동 내에 튜브를 수용하도록 구성된다. 또한, 상기 밸브는 상기 공동 내에 배치된 블래더와, 상기 튜브 내의 유체 흐름을 조절하기 위해 상기 블래더를 팽창 또는 수축하도록 구성된 펌프를 포함한다.
본 발명의 또 다른 실시예에서, 장치는 커플러, 지지 부재, 이미지 센서 및 적어도 하나의 프로세서를 포함한다. 상기 커플러는 점적 챔버에 커플링하도록 구성된다. 상기 지지 부재는 상기 커플러에 작동적으로 커플링된다. 상기 이미지 센서는 시계를 가지며, 상기 지지 부재에 작동적으로 커플링된다. 상기 이미지 센서는 상기 시계 내의 상기 점적 챔버를 검지하도록 구성된다.
상기 적어도 하나의 프로세서는 상기 이미지 센서로부터 이미지 데이터를 수신하기 위해 상기 이미지 센서에 작동적으로 커플링되며, (1) 제1 이미지를 캡처하고; (2) 상기 제1 이미지의 각 화소를 임계값과 비교하여, 상기 제1 이미지로부터 제1 임계 이미지를 생성하며; (3) 상기 제1 임계 이미지 내의 미리 결정된 화소 세트에 연결된 상기 제1 임계 이미지 내의 화소 세트를 결정하고; (4) 상기 화소 세트가 없는 상기 제1 임계 이미지의 모든 나머지 화소를 필터링하되, 상기 필터링은 시간 도메인 내에서 화소 단위로 작동하여 제1 필터링된 이미지를 발생시키며; (5) 상기 제1 필터링된 이미지를 사용하여 상기 제1 임계 이미지로부터 액적의 일부가 아닌 것으로 결정된 화소를 제거하여 제2 이미지를 생성하고; (6) 상기 제2 이미지 내의 미리 결정된 화소 세트에 연결된 상기 제2 이미지 내의 제2 화소 세트를 결정하여 상기 제2 이미지 내에서 상기 제2 화소 세트를 식별하는 제3 이미지를 생성하며; (7) 상기 제3 이미지 내의 상기 제2 화소 세트에 대응하는 화소를 포함한 행의 개수를 카운팅하여, 제1 예측된 액적 크기에 대응하는 상기 액적의 제1 길이를 결정하고; (8) 상기 제1 이미지를 사용하여 배경 이미지를 갱신하며; (9) 상기 제1 이미지를 배경 이미지와 비교하여 제2 임계 이미지를 생성하고; (10) 상기 제2 임계 이미지의 행들을 합산하여, 상기 제2 임계 이미지의 행에 각각 대응하는 복수의 행 합계를 생성하며; (11) 상기 제1 길이에 대응하는 상기 복수의 합계들 중 제1 합계를 가진 상기 제2 임계 이미지의 행 위치에서 시작하고; (12) 상기 행 위치가 제로인 대응하는 행 합계에 대응할 때까지 상기 행 위치를 증분하며; (13) 제2 예측된 액적 크기에 대응하는 제2 길이가 현재 행 위치와 동일한 것으로 결정하고; 및 (14) 상기 제1 및 제2 길이를 평균화하여 제3 예측된 액적 크기에 대응하는 평균 길이를 결정하도록 구성된다.
본 발명의 또 다른 실시예에서, 유량을 예측하기 위해 적어도 하나의 프로세서에 의해 실행되도록 구성된 프로세서 실행가능한 작동 명령 세트를 실행시키는 상기 적어도 하나의 프로세서에 의해 실시되는 방법은, (1) 제1 이미지를 캡처하는 단계; (2) 상기 제1 이미지의 각 화소를 임계값과 비교하여, 상기 제1 이미지로부터 제1 임계 이미지를 생성하는 단계; (3) 상기 제1 임계 이미지 내의 미리 결정된 화소 세트에 연결된 상기 제1 임계 이미지 내의 화소 세트를 결정하는 단계; (4) 상기 화소 세트가 없는 상기 제1 임계 이미지의 모든 나머지 화소를 필터링하되, 상기 필터링은 시간 도메인 내에서 화소 단위로 작동하여 제1 필터링된 이미지를 발생시키는 단계; (5) 상기 제1 필터링된 이미지를 사용하여 상기 제1 임계 이미지로부터 액적의 일부가 아닌 것으로 결정된 화소를 제거하여 제2 이미지를 생성하는 단계; (6) 상기 제2 이미지 내의 미리 결정된 화소 세트에 연결된 상기 제2 이미지 내의 제2 화소 세트를 결정하여 상기 제2 이미지 내에서 상기 제2 화소 세트를 식별하는 제3 이미지를 생성하는 단계; (7) 상기 제3 이미지 내의 상기 제2 화소 세트에 대응하는 화소를 포함한 행의 개수를 카운팅하여, 제1 예측된 액적 크기에 대응하는 상기 액적의 제1 길이를 결정하는 단계; (8) 상기 제1 이미지를 사용하여 배경 이미지를 갱신하는 단계; (9) 상기 제1 이미지를 배경 이미지와 비교하여 제2 임계 이미지를 생성하는 단계; (10) 상기 제2 임계 이미지의 행들을 합산하여, 상기 제2 임계 이미지의 행에 각각 대응하는 복수의 행 합계를 생성하는 단계; (11) 상기 제1 길이에 대응하는 상기 복수의 합계들 중 제1 합계를 가진 상기 제2 임계 이미지의 행 위치에서 시작하는 단계; (12) 상기 행 위치가 제로인 대응하는 행 합계에 대응할 때까지 상기 행 위치를 증분하는 단계; (13) 제2 예측된 액적 크기에 대응하는 제2 길이가 현재 행 위치와 동일한 것으로 결정하는 단계; 및 (14) 상기 제1 및 제2 길이를 평균화하여 제3 예측된 액적 크기에 대응하는 평균 길이를 결정하는 단계를 포함한다.
본 발명의 또 다른 실시예에서, 유량계는 커플러, 지지 부재, 제1 및 제2 루프 안테나, 및 적어도 하나의 프로세서를 포함한다. 상기 커플러는 점적 챔버에 커플링하도록 구성된다. 상기 지지 부재는 상기 커플러에 작동적으로 커플링된다. 상기 제1 루프 안테나는 상기 점적 챔버와 유체 소통하는 유체 라인에 인접하여 배치된다. 상기 제2 루프 안테나는 상기 유체 라인에 인접하여 배치된다. 상기 적어도 하나의 프로세서는 상기 제1 및 제2 루프 안테나에 작동적으로 커플링되어 이들 사이의 자기 결합을 측정한다. 상기 적어도 하나의 프로세서는 이들 사이의 자기 결합을 감시하도록 구성되어 상기 점적 챔버 내에 스트리밍 조건이 존재하는지의 여부를 판단한다.
본 발명의 또 다른 실시예에서, 프로세서 실행가능한 작동 명령 세트에 의해 실시되는 방법은, (1) 이미지 내에서 복수의 관심 지점을 결정하는 단계; (2) 상기 복수의 관심 지점에서 N개의 관심 지점을 무작위로 선택하는 단계; 및/또는 (3) 상기 N개의 관심 지점에 대응하는 N개의 파라미터를 특징으로 하는 단일의 고유한 기하학적 특징을 식별하는 단계를 포함한다.
본 발명의 또 다른 실시예에서, 시스템은 비-일시적인 메모리와 하나 이상의 프로세서를 포함한다. 상기 비-일시적인 메모리는 복수의 명령을 저장하고 있다. 상기 하나 이상의 프로세서는 상기 복수의 명령을 실행시키기 위해 상기 비-일시적인 메모리와 작동적으로 통신한다. 상기 복수의 명령은, 상기 프로세서가 (1) 이미지 내에서 복수의 관심 지점을 결정하고; (2) 상기 복수의 관심 지점에서 N개의 관심 지점을 무작위로 선택하며; 및/또는 (3) 상기 N개의 관심 지점에 대응하는 N개의 파라미터를 특징으로 하는 단일의 고유한 기하학적 특징을 식별하게 하도록 구성된다.
이들 양태와 여타 양태들은 도면을 참조하여 본 발명의 다양한 실시예들에 대한 이하의 상세한 설명으로부터 더 명백해질 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유체 흐름 조절 시스템의 블록도를 나타낸다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서 노광 방법의 흐름도를 나타낸다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 도 2의 방법의 실시예를 예시한 타이밍도를 나타낸다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따라 도 3의 타이밍도에 따른 도 2의 이미지 센서 노광 방법의 실시예를 예시하기 위해 점적 챔버의 유량계에 의해 캡처된 이미지 데이터(즉, 이미지)의 예를 나타낸다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 IV 백과 점적 챔버에 커플링하기 위해 함께 일체화된 유량계와 밸브의 도면을 나타낸다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 점적 챔버를 촬상하기 위한 유량계의 촬상 시스템의 블록도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따라 도 6의 시스템의 이미지 센서에 의해 캡처된 이미지를 그래픽으로 나타낸 예이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따라 배경 패턴을 이용하여 점적 챔버를 촬상하기 위한 유량계의 촬상 시스템의 블록도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따라 자유 흐름 조건이 존재하는 경우 본원에 개시된 유량계의 이미지 센서에 의해 캡처된 이미지를 그래픽으로 나타낸 예이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따라 배경 이미지로 이용하기 위해 유량계의 이미지 센서에 의해 캡처된 이미지를 그래픽으로 나타낸 예이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따라 점적 챔버 내에 액적이 형성되고 있을 때 이미지 센서에 의해 캡처된 이미지를 그래픽으로 나타낸 예이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따라 배경 이미지로 이용하기 위해 이미지 센서에 의해 캡처된 이미지를 그래픽으로 나타낸 예이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 추가적인 처리와 함께, 도 11 및 도 12의 이미지들 간의 차이를 그래픽으로 나타낸 예이다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따라 자유 흐름 조건이 존재하는지의 여부를 판단하기 위해 도 11 내지 도 13을 사용하여 실시되는 이미지 처리의 일부를 그래픽으로 나타낸 도면이다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따라 자유 흐름 조건이 존재하는 경우 이미지 센서에 의해 캡처된 이미지를 그래픽으로 나타낸 예이다.
도 16은 본 발명의 일 실시예에 따라 배경 이미지로 이용하기 위해 이미지 센서에 의해 캡처된 이미지를 그래픽으로 나타낸 예이다.
도 17은 본 발명의 일 실시예에 따라 자유 흐름 조건을 검출하는데 사용하기 위한 추가적인 처리와 함께, 도 15 및 도 16의 이미지들 간의 차이를 그래픽으로 나타낸 예이다.
도 18은 본 발명의 일 실시예에 따라 자유 흐름 조건이 존재하는지의 여부를 판단하기 위해 도 15 내지 도 17을 사용하여 실시되는 이미지 처리의 일부를 그래픽으로 나타낸 도면이다.
도 19는 본 발명의 일 실시예에 따라 자유 흐름 조건이 존재하는지의 여부를 판단하기 위한 패턴 매칭용 템플릿을 도시한다.
도 20은 본 발명의 일 실시예에 따라 자유 흐름 조건을 검출하는데 사용하기 위해 라인 검출과 에지 검출로 처리된 스트림을 포함한 이미지와 참조 이미지 간의 차이를 그래픽으로 나타낸 예이다.
도 21은 본 발명의 일 실시예에 따라 자유 흐름 조건이 존재하는 경우 이미지 센서에 의해 캡처된 점적 챔버의 이미지를 그래픽으로 나타낸 예이다.
도 22는 본 발명의 일 실시예에 따라 스트라이프 배경 패턴을 가진 유량계 및 이미지 센서에 인접한 위치로부터 상기 스트라이프를 조사하는 광원과 함께 사용하기 위한 촬상 시스템의 블록도이다.
도 23은 본 발명의 일 실시예에 따라 스트라이프 배경 패턴을 가진 유량계 및 이미지 센서의 대향 단부에 대해 배경 패턴의 후방으로부터 상기 스트라이프를 조사하는 광원과 함께 사용하기 위한 촬상 시스템의 블록도이다.
도 24는 본 발명의 일 실시예에 따라 액적이 도 23의 배경 패턴을 왜곡시킬 때 이미지 센서로부터의 이미지를 도시한다.
도 25는 본 발명의 일 실시예에 따라 체커보드 배경 패턴을 가진 유량계 및 이미지 센서에 대향하는 단부에 대해 배경 패턴의 후방으로부터 상기 스트라이프를 조사하는 광원과 함께 사용하기 위한 촬상 시스템의 블록도이다.
도 26은 본 발명의 일 실시예에 따라 액적이 배경 패턴을 왜곡시킬 때 도 25의 이미지 센서로부터의 이미지를 나타낸다.
도 27 및 도 28은 본 발명의 일 실시예에 따라 점적 챔버 내의 액적의 체적을 예측하기 위한 방법의 흐름도를 예시한다.
도 29 내지 도 31은 본 발명의 일 실시예에 따라 도 27 및 도 28에 의해 예시된 방법을 사용하여 점적 챔버 내의 액적의 체적을 예측하기 위해 유량계에 의해 사용되거나 생성되는 이미지를 예시한다.
도 32는 본 발명의 일 실시예에 따른, 도 27 및 도 28의 방법에 따라 복수의 관심 화소를 식별하기 위한 의사 코드를 나타낸다.
도 33 내지 도 36은 본 발명의 일 실시예에 따라 도 27 및 도 28에 의해 예시된 방법을 사용하여 점적 챔버 내의 액적의 체적을 예측하기 위해 유량계에 의해 사용되거나 생성되는 추가적인 이미지를 예시한다.
도 37은 본 발명의 일 실시예에 따라 액적에 대응하는 복수의 관심 화소 내에서 화소 서브세트를 판단하기 위한 의사 코드를 나타낸다.
도 38은 본 발명의 일 실시예에 따라 본원에 개시된 촬상 시스템의 이미지 센서의 양태를 예시하기 위해 블러 서클(blur circle)의 직경을 예시한 선도를 나타낸다.
도 39는 본 발명의 일 실시예에 따라 본원에 개시된 촬상 시스템의 이미지 센서의 다양한 렌즈 대 초점면 분리 및 렌즈 대 이미지 분리를 위해 계산된 블러 서클을 그래픽으로 나타낸 예이다.
도 40은 본원에 개시된 촬상 시스템의 이미지 센서의 20㎜ 초점 길이 렌즈가 본 발명의 일 실시예에 따라 사용될 경우, 화소의 크기로 나눈 블러 서클을 그래픽으로 나타낸 예이다.
도 41은 본원에 개시된 촬상 시스템의 이미지 센서의 40㎜ 초점 길이 렌즈가 본 발명의 일 실시예에 따라 사용될 경우, 화소의 크기로 나눈 블러 서클을 그래픽으로 나타낸 예이다.
도 42는 본 발명의 일 실시예에 따라 본원에 개시된 촬상 시스템의 두 가지 구성의 코너에 대하여 광축을 중심으로 대응하는 시계를 예시한 표를 나타낸다.
도 43은 본 발명의 일 실시예에 따라 점적 챔버에 커플링된 유량계를 나타낸다.
도 44는 본 발명의 일 실시예에 따라 도어가 개방된 도 43의 유량계와 점적 챔버를 나타낸다.
도 45는 본 발명의 일 실시예에 따라 점적 챔버에 커플링된 유량계를 나타낸다.
도 46은 본 발명의 일 실시예에 따라 환자에게 유입되는 유체의 흐름을 제어하기 위한, 유량계와 유량계의 본체에 커플링된 핀치 밸브를 나타낸다.
도 47은 본 발명의 일 실시예에 따라 도 46의 유량계의 본체에 커플링된 핀치 밸브의 확대도를 나타낸다.
도 48은 본 발명의 일 실시예에 따라 2개의 이미지 센서를 포함하는 유량계와 핀치 밸브를 나타낸다.
도 49는 본 발명의 일 실시예에 따라 환자에게 유입되는 유체의 흐름을 제어하기 위한, 유량계와 2개의 만곡된 세장형 지지 부재를 포함한 밸브를 나타낸다.
도 50a 및 도 50b는 본 발명의 일 실시예에 따른 도 49의 밸브의 확대도를 나타낸다.
도 51a 내지 도 51d는 모니터링 클라이언트, 밸브, 점적 챔버, IV 백 및 유체 튜브와 함께, 본 발명의 일 실시예에 따라 상기 밸브를 수용하는 수용부를 포함하는 유량계를 도시한 다수의 도면이다.
도 52a 내지 도 52d는 밸브, 점적 챔버 및 튜브와 함께, 본 발명의 일 실시예에 따라 상기 밸브를 수용하는 수용부를 갖는 다른 유량계를 도시한 다수의 도면이다.
도 53a는 본 발명의 일 실시예에 따른 도 51a 내지 도 51d 및 도 52a 내지 도 52d의 밸브의 다른 도면을 나타낸다.
도 53b 및 도 53c는 본 발명의 일 실시예에 따른 도 53a의 밸브의 2개의 분해도를 나타낸다.
도 54는 본 발명의 일 실시예에 따라 수동으로 사용되는 도 53의 밸브를 나타낸다.
도 55는 본 발명의 일 실시예에 따라 2개의 가요성 부재를 포함하는 밸브를 나타낸다.
도 56a 내지 도 56c는 2개의 만곡된 세장형 지지 부재를 가진 밸브의 다수의 도면을 나타내며, 상기 세장형 지지 부재 중 하나는 본 발명의 일 실시예에 따라 튜브에 맞물리도록 구성된 복수의 릿지를 갖는다.
도 57a 내지 도 57c는 본 발명의 일 실시예에 따라 연결 부재에 맞물리는 래칫을 가진 밸브의 다수의 도면을 나타낸다.
도 57d 및 도 57e는 본 발명의 일 실시예에 따른 도 57a 내지 도 57c의 밸브의 2개의 분해도를 나타낸다.
도 58a 내지 도 58d는 본 발명의 다른 실시예에 따른 2개의 세장형 지지 부재, 연결 부재 및 스크류 타입 액추에이터를 가진 밸브의 다수의 도면을 나타낸다.
도 59a 내지 도 59c는 본 발명의 일 실시예에 따른 밸브의 본체의 다수의 도면을 나타낸다.
도 59d 내지 도 59g는 본 발명의 일 실시예에 따라 도 59a 내지 도 59c에 도시된 본체와 함께 사용하기 위한 노브의 다수의 도면을 나타낸다.
도 59h는 본 발명의 일 실시예에 따라 도 59d 내지 도 59g의 노브에 커플링된 도 59a 내지 도 59c에 도시된 본체를 포함하는 조립된 밸브를 나타낸다.
도 60은 본 발명의 일 실시예에 따른 안내 돌출부를 가진 밸브를 나타낸다.
도 61은 본 발명의 일 실시예에 따라 도 60의 밸브에 커플링되는 밸브 고정 구조물과 모터를 나타낸다.
도 62는 본 발명의 일 실시예에 따라 도 61의 밸브 고정 구조물과 모터에 고정된 도 60의 밸브를 나타낸다.
도 63은 본 발명의 일 실시예에 따라 도 60의 밸브에 커플링되는 밸브 고정 구조물과 다른 모터를 나타낸다.
도 64a는 본 발명의 일 실시예에 따라 유체 라인을 통한 유체의 흐름을 조절하기 위한 칼라와 다수의 핑거를 가진 밸브를 나타낸다.
도 64b는 본 발명의 일 실시예에 따른 도 64a의 밸브의 단면도를 나타낸다.
도 65는 본 발명의 일 실시예에 따라 유체 튜브를 통한 유체 흐름을 조절하기 위해 유체 튜브를 사이에 배치하는 2개의 곡면을 가진 밸브의 단면도를 나타낸다.
도 66a 내지 도 66g는 본 발명의 일 실시예에 따라 노브 운동 후 제자리에 로킹되는 연결 부재를 이동시키기 위한 노브를 가진 밸브의 다수의 도면을 나타낸다.
도 67은 본 발명의 일 실시예에 따른 밸브의 유량에 대한 작동을 예시한 그래픽을 나타낸다.
도 68a는 본 발명의 일 실시예에 따라 이진 광학 장치를 사용하는 유량계를 나타낸다.
도 69a 내지 도 69f는 본 발명의 일 실시예에 따른 유량계와 함께 사용될 수 있는 안전 밸브의 다수의 도면을 나타낸다.
도 70은 본 발명의 일 실시예에 따라 점적 챔버 내에서 액적의 성장 및/또는 흐름을 예측하는 방법을 예시하는 흐름도를 나타낸다.
도 71a 및 도 71b는 본 발명의 일 실시예에 따른 도 70의 방법을 예시하기 위해 템플릿이 내부에 중첩되어 있는, 유량계로 촬영된 이미지를 나타낸다.
도 72는 본 발명의 일 실시예에 따른 변조가능한 백라이트 조립체를 나타낸다.
도 73a 내지 도 73c는 본 발명의 일 실시예에 따른 튜브 복원 장치의 다수의 도면을 나타낸다.
도 74는 본 발명의 일 실시예에 따라 2개의 가요성 스트립을 가진 밸브를 사용하여 유체 흐름을 조절하기 위한 시스템을 나타낸다.
도 75는 본 발명의 일 실시예에 따른 도 74의 밸브를 나타낸다.
도 76a는 본 발명의 일 실시예에 따라 유체 기반 블래더를 사용하는 밸브를 나타낸다.
도 76b는 본 발명의 일 실시예에 따른 2개의 엘라스토머 필러와 함께 조립된 도 76a의 밸브의 단면도를 나타낸다.
도 77은 본 발명의 일 실시예에 따라 선형 액추에이터에 의해 작동될 수 있는 2개의 가요성 스트립을 가진 밸브를 사용하여 유체 흐름을 조절하기 위한 시스템을 나타낸다.
도 78은 본 발명의 일 실시예에 따라 작동되는 밸브를 구비한 도 77의 시스템을 나타낸다.
도 79는 본 발명의 일 실시예에 따른 도 77 및 도 78의 밸브의 확대도를 나타낸다.
도 80은 본 발명의 일 실시예에 따라 도 78에서 작동되는 밸브의 확대도를 나타낸다.
도 81은 본 발명의 일 실시예에 따라 도 82a 및 도 82b에 도시된 액적 성장 및/또는 유체 흐름을 예측하는 방법을 예시하기 위해 사용되는 다수의 이미지를 나타낸다.
도 82a 및 도 82b는 본 발명의 일 실시예에 따른 액적 성장 및/또는 유체 흐름을 예측하는 방법을 예시하는 흐름도를 나타낸다.
도 83은 본 발명의 일 실시예에 따른 응축 소음 저감 방법의 흐름도를 나타낸다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유체 흐름 조절 시스템(1)의 블록도를 나타낸다. 예컨대, 시스템(1)은 환자(3)에게 유입되는 유체의 흐름을 조절, 감시 및/또는 제어할 수 있다. 시스템(1)은 그 내부에 수용되어 있는 유체를 환자(3)에게 주입하기 위한 유체 저장 용기(2)를 포함한다. 유체 저장 용기(2)는 유체 튜브(5)를 통해 점적 챔버(4)에 중력을 이용하여 공급한다. 유체 저장 용기(2), 점적 챔버(4) 및 환자(3)는 시스템(1)의 일부로 간주될 수 있으며, 시스템(1)에 대한 별도의 피가공물 또는 선택적인 피가공물로 간주될 수 있다(예컨대, 유체 저장 용기(2)와 점적 챔버(4)는 임의의 환자(3)를 치료하기 위해 사용될 수 있다).
유량계(7)는 점적 챔버(4)를 통해 흐르는 액체의 유량을 예측하기 위해 점적 챔버(4)를 감시한다. 점적 챔버(4)로부터의 유체는 중력을 이용하여 밸브(6)에 공급된다. 밸브(6)는 점적 챔버(4)로부터 환자(3)로 흐르는 유체의 흐름을 조절함으로써, 유체 저장 용기(2)로부터 환자(3)로 흐르는 유체의 흐름을 조절한다(즉, 변화시킨다). 밸브(6)는 2개의 곡선형 부재를 가진 밸브, 2개의 가요성 시트를 가진 밸브, 튜브의 상당한 길이에 걸쳐 튜브에 조여진(또는 균일하게 압축하는) 밸브 등을 포함하여, 본원에 기술된 바와 같은 임의의 밸브일 수 있다. 밸브(6)는, 유체 흐름이 유체 경로의 변화를 유발하기보다는 유체 경로의 변형이 유체 흐름의 변화를 유발한다는 점에서, 부르돈-튜브와 반대의 방식으로 작용하는 역-부르돈-튜브 밸브일 수 있다.
대안적인 실시예에서, 시스템(1)은 유체 튜브(5)에 커플링된 주입 펌프(414)(예컨대, 연동 펌프, 핑거 펌프, 선형 연동 펌프, 로터리 연동 펌프, 카세트 기반 펌프, 멤브레인 펌프, 다른 펌프 등)를 선택적으로 포함한다. "414"로 윤곽이 표시된 박스는 주입 펌프(414)의 선택적인 특성을 나타내고, 예컨대, 주입 펌프는 일부 실시예들에서 사용되지 않을 수 있다. 주입 펌프(414)는 유체 튜브(5)를 통한 유체의 흐름을 제어하기 위해 피드백으로서 유량계(7)를 사용할 수 있다. 주입 펌프(414)는 유량계로부터 유량을 수신하기 위해 유량계(7)와 무선으로 통신할 수 있다. 주입 펌프(414)는 유체의 흐름을 조정하기 위해, 비례-적분-미분("PID") 제어 시스템, 점멸 제어 시스템, 신경망 제어 시스템 및/또는 퍼지 로직 제어 시스템과 같은 피드백 제어 알고리즘(예컨대, 도 1의 제어 요소(14))을 사용할 수 있다. 이와 같이 특수한 예시적 실시예(즉, 주입 펌프(414)를 갖는 실시예)에서, 밸브(6)는 선택적이다. 그러나, 다른 실시예에서는, 밸브(6)가 사용되거나 사용되지 않을 수 있으며/또는 선택적이다. 주입 펌프(414)는 유량, 주입 체적, 총 주입 체적 등과 같은 유량계(7)로부터의 측정값에 따라 캠 및/또는 모터의 회전을 조정할 수 있다. 부가적으로 또는 대안적으로, 자유 흐름 조건이 존재한다고 유량계(7)가 주입 펌프(414)에 통지하는 경우, 주입 펌프(414)는 (예컨대, 펌핑 동작을 중단함으로써) 유체 흐름을 차단할 수 있다. 다른 부가적인 실시예에서, 모니터링 클라이언트(8)는 (예컨대, 무선 연결을 통해) 주입 펌프(414)의 동작을 제어하며, 유량계(7)로부터 피드백을 수신한다.
일부 실시예에서, 유체 저장 용기(2)는, 예컨대, 유체 저장 용기(2)(예컨대, IV 백)가 환자(3)보다 낮게 위치한 경우, 유체 저장 용기(2)로부터 환자(3)로의 유체 흐름이 용이하도록 하기 위해 가압된다. 가압은 충분한 기계적 에너지를 제공하여 유체가 환자(3)에 유입되도록 한다. 유체 저장 용기(2)의 내부 또는 외부에 물리적 압력, 기계적 압력 및 공기압 등의 다양한 압력원이 가해질 수 있다. 그러한 일 실시예에서, IV 백 주위에 감긴 고무 밴드에 의해 가압이 제공될 수 있다.
유량계(7)와 밸브(6)는 환자(3)에 대한 유체 흐름을 조절하기 위해 폐루프 시스템을 형성할 수 있다. 예컨대, 유량계(7)는 송수신기(9, 10)를 이용한 통신에 의해 모니터링 클라이언트(8)로부터 목표 유량을 수신할 수 있다. 즉, 유량계(7)와 모니터링 클라이언트(8) 간의 통신을 위해 송수신기(9, 10)가 사용될 수 있다. 송수신기(9, 10)는 디지털 데이터 또는 아날로그 신호와 같은 다양한 유형의 정보를 인코딩하기 위해 변조된 신호를 이용하여 서로 간에 통신할 수 있다. 사용되는 일부 변조 기술에는, FM 변조와 반송파 주파수를 이용하는 기술, AM 변조를 이용하는 기술, 디지털 변조를 이용하는 기술, 아날로그 변조를 이용하는 기술 등이 포함될 수 있다.
유량계(7)는, 모니터링 클라이언트(8)로부터 수신된 목표 유량을 달성하기 위해, 점적 챔버(4)를 통한 유량을 예측하여 밸브(6)를 조정한다. 밸브(6)는 유량계(7)로부터 밸브(6)의 내장 회로까지의 무선 링크를 통해, 또는 밸브(6)의 액추에이터에 커플링된 통신 라인으로부터 직접 유량계(7)에 의해 제어될 수 있다. 밸브(6)에 내장된 전자 기기는 밸브에 커플링된 액추에이터를 통해 밸브(6)의 작동을 제어하는데 사용될 수 있다. 유량계(7)와 밸브(6)의 이러한 폐루프 실시예는 PID 제어 알고리즘, 신경망 제어 알고리즘, 퍼지 로직 제어 알고리즘 등 또는 이들의 어떤 조합을 포함하는 임의의 제어 알고리즘을 이용할 수 있다.
유량계(7)는 커플러(16)를 통해 점적 챔버(4)에 커플링되는 지지 부재(17)에 커플링된다. 또한, 지지 부재(17)는 백라이트(18)를 지지한다. 백라이트(18)는 유량계(7)에 조명을 제공하는 LED(20)의 어레이를 포함한다. 일부 특수한 실시예에서, 백라이트(18)는 배경 패턴(19)을 포함한다. 다른 실시예에서, 백라이트(18)는 배경 패턴(19)을 포함하지 않는다. 일부 실시예에서, 배경 패턴(19)은 백라이트(18)의 하부에만 존재하며, 백라이트(18)의 (예컨대, 지면에서 먼) 상단에는 배경 패턴(19)이 존재하지 않는다.
유량계(7)는 이미지 센서(11), 자유 흐름 검출기 요소(12), 유량 예측기 요소(13), 제어 요소(14), 노광 요소(29), 프로세서(15) 및 송수신기(9)를 포함한다. 유량계(7)는 배터리로 작동될 수 있으며, AC 콘센트에 의해 전력을 제공받을 수 있고, 수퍼커패시터를 포함할 수 있으며, (명시적으로 도시되지 않은) 내장형 동력 공급 회로를 포함할 수 있다.
이미지 센서(11)는 CCD 센서, CMOS 센서 또는 다른 이미지 센서일 수 있다. 이미지 센서(11)는 점적 챔버(4)의 이미지를 캡처하고, 캡처된 이미지에 대응하는 이미지 데이터를 프로세서(15)에 전달한다.
또한, 프로세서(15)는 자유 흐름 검출기 요소(12), 유량 예측기 요소(13), 제어 요소(14) 및 노광 요소(29)에 커플링된다. 자유 흐름 검출기 요소(12), 유량 예측기 요소(13), 제어 요소(14) 및 노광 요소(29)는, 프로세서(15)에 의해 실행될 수 있으며 비-일시적인 프로세서 판독가능한 메모리, ROM, RAM, EEPROM, 하드 디스크, 하드 드라이브, 플래시 드라이브 등과 같은 메모리에 저장될 수 있는 프로세서 실행가능한 명령으로서 구현될 수 있다.
프로세서(15)는 이미지 센서(11)로부터의 이미지 데이터를 분석하여 점적 챔버(4) 내에 자유 흐름 조건이 존재하는지의 여부를 결정하기 위해 자유 흐름 검출기 요소(12)의 명령을 실행시킬 수 있다. 자유 흐름 조건을 검출하기 위한 자유 흐름 검출기 요소(12)의 다양한 실시예가 아래에 설명되어 있다. 검출된 자유 흐름 조건에 응답하여, 프로세서(15)는 환자(3)에 대한 유체 흐름을 완전히 차단하라는 신호를 밸브(6)에 송신하도록 제어 요소(14)에 대해 함수 호출을 실시할 수 있다. 즉, 자유 흐름 검출기 요소(12)가 자유 흐름 조건이 존재하는 것으로 판단하는 경우, 유량계(7)는 유체 흐름을 차단하도록 밸브(6)에게 명령할 수 있으며, 유체 흐름을 차단하도록 (밸브(6) 또는 펌프(414)와 통신할 수 있는) 모니터링 클라이언트(8)에게 명령할 수 있으며, 내부 안전 폐색기를 사용하여 유체 흐름을 차단하거나 펌핑을 중단하도록 펌프(414)에게 명령할 수 있다.
유량 예측기 요소(13)는 이미지 센서(11)로부터의 이미지 데이터를 이용하여 점적 챔버(4)를 통해 흐르는 유체의 유량을 예측한다. 프로세서(15)는 예측된 유량을 (예컨대, 함수 호출을 통해) 제어 요소(14)에 전달한다. 유량을 예측하는 다양한 실시예가 아래에 설명되어 있다. 유량이 미리 결정된 임계값보다 크거나 미리 결정된 범위를 벗어난다고 유량 예측기 요소(13)가 판단하는 경우, 유량계(7)는 유체 흐름을 차단하도록 (밸브(6) 또는 펌프(414)와 통신할 수 있는) 밸브(6)에게 명령할 수 있으며, 유체 흐름을 차단하도록 (밸브(6) 또는 펌프(414)와 통신할 수 있는) 모니터링 클라이언트(8)에게 명령할 수 있으며, 내부 안전 폐색기를 사용하여 유체 흐름을 차단하거나 펌핑을 중단하도록 펌프(414)에게 명령할 수 있다.
프로세서(15)는 LED(20)의 어레이를 제어하여 이미지 센서(11)에 충분한 광을 제공한다. 예컨대, 자유 흐름 검출기 요소(12)와 유량 예측기 요소(13)가 사용하기에 충분한 이미지 데이터를 이미지 센서(11)가 캡처하도록, LED(20)의 어레이를 제어하기 위해 노광 요소(29)가 프로세서(15)에 의해 사용되거나 프로세서와 함께 사용될 수 있다. 프로세서(15)는 이미지 데이터를 생성할 때 이미지 센서(11)의 조명 조건 및/또는 노광을 제어하기 위해 노광 요소(29)에 의해 저장된 노광 알고리즘을 구현할 수 있다(도 2 참조). 부가적으로 또는 대안적으로, 노광 요소(29)는 회로, 집적 회로, CPLD, PAL, PLD, 하드웨어 기술 언어 기반 구현예 및/또는 소프트웨어 시스템으로 구현될 수 있다.
제어 요소(14)는 유량 예측기 요소(13)로부터 예측된 유량에 따라 밸브(6)에 대한 조정량을 계산한다. 예컨대, 전술한 바와 같이, 제어 요소(14)는 밸브(6)를 조정하여 목표 유량을 달성하기 위해 PID 제어 알고리즘을 구현할 수 있다.
모니터링 클라이언트(8)는, 일부 실시예에서, 시스템(1)의 동작을 감시한다. 예컨대, 자유 흐름 조건이 자유 흐름 검출기 요소(12)에 의해 검출될 경우, 모니터링 클라이언트(8)는 환자(3)에 대한 유체 흐름을 방해하도록 밸브(6)에 신호를 무선으로 전달할 수 있다.
유량계(7)는 다양한 스캐너와 같이 환자의 안전을 도모하는 다양한 입력/출력 장치를 부가적으로 포함할 수 있고, 송수신기(9)를 이용하여 전자 의료 기록, 약제 에러 저감 시스템 및/또는 재고 관리 시스템과 같은 설비 서비스와 통신할 수 있다.
특수한 예시적 실시예에서, 유량계(7)는 유체 저장 용기(2)에 부착된 RFID 태그에 질문하는 RFID 질문기 또는 유체 저장 용기(2)의 바코드를 스캔하는 바코드 스캐너와 같은 스캐너를 갖는다. 스캐너는 유체 저장 용기(2) 내에 정확한 유체가 있는지의 여부, 정확한 유체 저장 용기(2)인지의 여부, 유량계(7)에 프로그래밍된 처치가 유체 저장 용기(2) 내의 유체에 대응하는지의 여부, 및/또는 유체 저장 용기(2)와 유량계(7)가 (예컨대, 환자의 바코드, 환자의 RFID 태그 또는 환자 신분증 등으로부터 결정된) 특정 환자에게 정확한지의 여부를 판단하기 위해 사용될 수 있다.
예컨대, 유량계(7)는 RFID 태그 내에 인코딩된 일련 번호 또는 유체 유형이 유량계(7) 내에 프로그래밍되어 저장된 처치에 표시된 것과 동일한지의 여부를 판단하기 위해 유체 저장 용기(2)의 RFID 태그를 스캔할 수 있다. 부가적으로 또는 대안적으로, 유량계(7)는 일련 번호를 유체 저장 용기(2)의 RFID 태그에 질문할 수 있으며 환자 일련 번호를 환자(3)의 RFID 태그에 질문할 수 있고, 또한, 유체 저장 용기(2)에 부착된 RFID 태그 내의 유체 저장 용기(2)의 일련 번호가 전자 의료 기록에 표시된 것과 같은 환자(3)에 부착된 RFID 태그 내의 환자 일련 번호와 일치하는지의 여부를 판단하기 위해, 송수신기(9)를 이용하여 전자 의료 기록에 질문할 수도 있다.
부가적으로 또는 대안적으로, 모니터링 클라이언트(8)는 유체 저장 용기(2) 내에 정확한 유체가 있는지의 여부, 정확한 유체 저장 용기(2)인지의 여부, 유량계(7)에 프로그래밍된 처치가 유체 저장 용기(2) 내의 유체에 대응하는지의 여부, 및/또는 유체 저장 용기(2)가 (예컨대, 환자의 바코드, RFID 태그, 전자 의료 기록 또는 환자 신분증이나 정보 등으로부터 결정된) 특정 환자에게 정확한지의 여부를 판단하기 위해 유체 저장 용기(2)의 RFID 태그와 환자(3)의 RFID 태그를 스캔할 수 있다. 부가적으로 또는 대안적으로, 모니터링 클라이언트(8) 또는 유량계(7)는, 예컨대, 유체 저장 용기(2)에 부착된 RFID 태그 또는 유체 저장 용기(2) 상의 바코드의 일련 번호를 사용하여, 처방전을 확인하거나 처방전을 다운로드하기 위해 전자 의료 기록 데이터베이스 및/또는 약국에 질문할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 이미지 센서, 예컨대, 도 1의 이미지 센서(11)를 노광하는 방법(21)의 흐름도를 나타낸다. 방법(21)은 단계(22, 23, 24, 25)를 포함한다. 방법(21)은 (예컨대, 노광 요소(29)로서) 도 1의 프로세서(15)에 의해 구현될 수 있으며, 프로세서-구현-방법으로서, 하드웨어 내의 또는 소프트웨어 내의 하나 이상의 프로세서 등에 의해 실행되도록 구성된 명령 세트로서, 또는 이들의 어떤 조합으로서 구현될 수 있다.
단계(22)에서는, 관심 영역을 선택한다. 예컨대, 도 1을 다시 참조하면, 이미지 센서(11)는 점적 챔버(4)를 포함하는 시계를 포함한다. 그러나, 점적 챔버(4)가 이미지 센서(11)의 전체 시계를 점유하지 않을 수 있다. 단계(22)에서는, 예컨대, 점적 챔버(4)를 검지하는 이미지 센서(11)의 화소만을 선택한다.
단계(23)에서는, 화소가 관심 영역(23) 내에 있는지의 여부를 판단한다. 단계(23)의 화소가, 예컨대, 점적 챔버(4)를 촬상하는 화소인 경우, 단계(23)에서는, 그 화소가 관심 영역 내에 있는 것으로 판단한다. 마찬가지로, 이 예에서, 단계(23)의 화소가 점적 챔버(4)를 촬상하지 않는 화소인 경우, 단계(23)에서는, 그 화소가 관심 영역 내에 있지 않은 것으로 판단한다.
단계(24)에서는, 화소가 관심 영역 내에 있는 경우, 백라이트, 예컨대, 도 1의 백라이트(18)를 활성화시킨다. 이미지 센서의 화소들은 서로 다른 시간 동안 노광될 수 있다. 따라서, 관심 영역 내의 화소가 노광되는 경우에만 백라이트(18)가 활성화될 수 있다. 예컨대, 일부 이미지 센서는 수직 및 수평 동기 신호를 포함한다. 관심 화소가 노광될 때, 백라이트가 이 신호들과 동기되어 턴 온될 수 있다.
본 발명의 일부 실시예에서, 백라이트의 LED 서브세트(예컨대, 2차원 어레이일 수 있는 LED 어레이(18)의 서브세트)가 턴 온될 수 있다. 상기 서브세트는 화소가 관심 영역 내에 있는 경우 노광되는 화소를 충분히 조명하기에 충분한 서브세트일 수 있다.
단계(25)에서는, 화소를 노광한다. 단계(23)에서, 화소가 관심 영역 내에 있는 것으로 판단되는 경우, 그 화소는 단계(25)에서 턴 온된 백라이트의 적어도 일부에 의해 노광될 것이다. 또한, 단계(23)에서, 화소가 관심 영역 내에 있지 않은 것으로 판단되는 경우, 그 화소는 단계(25)에서 턴 온된 백라이트의 적어도 일부에 의해 노광되지 않을 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 도 2의 방법의 실시예를 예시한 타이밍도(29)를 나타낸다. 타이밍도(29)는 궤적(26, 27, 28)을 포함한다. 궤적(26)은 이미지 센서로부터의 수직 동기 신호이고, 궤적(27)은 이미지 센서(예컨대, 도 1의 이미지 센서(11))로부터의 수평 동기 신호이다. 회로 또는 소프트웨어 루틴(예컨대, 도 1의 유량계(7) 내에 보이는 노광 요소(29))은 백라이트 또는 그 서브세트를 활성화시키기 위해 사용되는 백라이트-이네이블(enable) 신호(28)를 생성하는데 동기 궤적(26, 27)을 사용할 수 있다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따라 도 3의 타이밍도에 따른 도 2의 방법의 실시예를 예시하는 유량계(7)의 이미지 데이터의 예를 나타낸다. 도 4a는 도 2 및 도 3에 예시된 노광 알고리즘을 사용하지 않고 도 1의 유량계(7)와 같은 유량계에 의해 촬영된 이미지 데이터를 예시하며; 도 4b는 도 2 및 도 3에 예시된 노광 알고리즘을 사용하여 유량계에 의해 촬영된 이미지 데이터를 예시한다. 도 4a의 이미지를 캡처하기 위해 조명을 제공하는 것보다 도 4b의 이미지를 캡처할 때 조명을 제공하는 것이, 백라이트를 덜 사용하기 때문에, 전력이 덜 필요하다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 IV 백(69)과 점적 챔버(409)에 커플링하기 위해 함께 일체화된 유량계(67)와 밸브(71)의 도면을 나타낸다. 유량계(67)는 IV 백(69)로부터 유체를 받아들이는 광 점적 카운터(68)를 포함한다. 광 점적 카운터(68)는 하나의 이미지 센서, 한 쌍의 이미지 센서 및/또는 용량성 점적 카운터 등일 수 있다. 유량계(67)는 모터(72)에 의해 제어되는 롤러 클램프(71)에 커플링된 튜브(70)에 커플링된다. 모터(72)는 상호 작용 부재(74)와의 상호 작용을 통해 롤러 클램프(71)를 제어하는 리드 스크류 기구(73)에 커플링된다.
모터(72)는 서보 모터일 수 있으며, 튜브(70)를 통한 유량을 조정하기 위해 사용될 수 있다. 즉, 유량계(67)는 유량계와 조절기로서의 기능을 겸할 수 있다. 예컨대, 유량계(67) 내의 프로세서(75)는 광 점적 카운터(68)에 의해 측정되는 원하는 유량이 달성되도록 모터(72)를 조정할 수 있다. 프로세서(75)는 피드백으로서 광 점적 카운터(68)를 사용하여 제어 알고리즘을 구현할 수 있으며, 예컨대, 모터(72)에 출력이 공급되고 광 점적 카운터(68)로부터 피드백이 수신되는 PID 제어 루프를 구현할 수 있다.
대안적인 실시예에서, 모터(72), 리드 스크류 기구(73) 및 롤러 클램프(71)는 (예컨대, 모터에 의해 구동되는 캠 기구나 링크 장치를 사용하여) 튜브(70)를 압착하는 액추에이터에 의해 대체될 수 있으며/또는 보완될 수 있거나, 모터에 의해 구동되는 임의의 충분한 롤러, 스크류 또는 슬라이더에 의해 대체될 수 있다. 예컨대, 본 발명의 일부 실시예에서, 롤러 클램프(71)는, 2개의 C자형 부재를 가진 밸브, 2개의 곡선형 지지 부재를 가진 밸브, 2개의 가요성 시트를 가진 밸브, 튜브의 상당한 길이에 걸쳐 튜브에 조여진 밸브 등을 포함하여, 본원에 기술된 바와 같은 임의의 밸브에 의해 대체될 수 있다.
또한, 유량계(67)는 디스플레이를 선택적으로 포함할 수 있다. 디스플레이는 목표 유량을 설정하고, 현재 유량을 표시하며/또는 유량을 정지시키는 터치 스크린 버튼 등의 버튼을 제공하기 위해 사용될 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 점적 챔버를 촬상하기 위한 유량계의 촬상 시스템(78)의 블록도이다. 도 6에 도시된 바와 같은 촬상 시스템(78)은 도 1의 유량계(7) 및/또는 도 5의 유량계(67)를 포함하여 본원에 기술된 임의의 유량계 내에 사용될 수 있다.
도 6의 촬상 시스템(78)은 이미지 센서(63), 점적 챔버(59)를 통해 적어도 부분적으로 광을 조사하는 균일한 백라이트(79) 및 균일한 백라이트(79)로부터 광을 수광하는 적외선("IR") 필터(80)를 포함한다.
또한, 시스템(78)은 이미지 센서(63) 및/또는 균일한 백라이트(79)에 작동적으로 커플링될 수 있는 프로세서(90)를 포함한다. 프로세서(90)는 (예컨대, 도 1의 자유 흐름 검출기 요소(12) 또는 유량 예측기 요소(13)를 사용하여) 자유 흐름 조건이 존재할 때를 판단하고/또는 유량을 예측하는 알고리즘을 구현한다. 프로세서(90)는 하나 이상의 명령을 수신하여 자유 흐름 조건이 존재하는지의 여부를 판단하고/또는 유량을 예측하는 알고리즘을 구현하기 위해 프로세서 판독가능한 메모리(91)(예컨대, 비-일시적인 프로세서 판독가능한 메모리)와 작동적으로 통신할 수 있다. 프로세서 판독가능한 메모리(91)로부터의 하나 이상의 명령은 프로세서(90)에 의해 실행되도록 구성된다.
균일한 백라이트(79)는 동일하거나 상이한 색상을 가진 발광 다이오드("LED")의 어레이, 전구, 주변 광을 수광하는 윈도우, 백열등 등일 수 있다. 일부 실시예에서, 균일한 백라이트(79)는 하나 이상의 점광원을 포함할 수 있다.
프로세서(90)는 이미지 센서(63)에 따라 균일한 백라이트(79)를 변조할 수 있다. 예컨대, 프로세서(90)는 미리 결정된 시간 동안 균일한 백라이트(79)를 활성화시키고 이미지 센서(63)에게 적어도 하나의 이미지를 캡처하도록 신호한 후, 균일한 백라이트(79)에게 턴 오프하도록 신호한다. 이미지 센서(63)로부터의 하나 이상의 이미지는 유량을 예측하고/또는 자유 흐름 조건을 검출하기 위해 프로세서(90)에 의해 처리될 수 있다. 예컨대, 본 발명의 일 실시예에서, 시스템(78)은 점적 챔버(59) 내에 형성되는 액적의 크기를 감시하고, 미리 결정된 시간 내에 점적 챔버(59)를 통과하는 액적의 개수를 카운트하며; 프로세서(90)는 소정 기간 동안 개별 액적들로부터 주기적인 흐름을 평균화하여 유량을 예측할 수 있다. 예컨대, 각각 체적(Y)을 가진 X개의 액적이 시간(Z) 동안 점적 챔버를 통과하는 경우, 유량은 (X*Y/Z)으로 계산될 수 있다.
부가적으로 또는 대안적으로, 시스템(78)은 IV 유체가 점적 챔버(59)를 통해 흐르고 있을 때(즉, 자유 흐름 조건일 때)를 판단할 수 있다. 균일한 백라이트(79)는 점적 챔버(59)를 촬상하기에 충분한 조명을 이미지 센서(63)에 제공하기 위해 점적 챔버(59)를 통해 광을 조사한다. 이미지 센서(63)는 점적 챔버(59)의 하나 이상의 이미지를 캡처할 수 있다.
균일한 백라이트(79)의 배향 및 출력 특성, 이미지 센서(63)의 감도 및 배향 및 주변 광 조건을 고려하여, 시스템(78)의 다른 배향 및 구성이 사용될 수 있다. 본 발명의 일부 실시예에서, 프로세서(90)는 이미지 센서(63)에 의해 수집된 이미지들의 균일성을 이용하는 알고리즘을 구현한다. 균일성은 균일한 백라이트(79)에 의해 촉진될 수 있다. 예컨대, 균일한 백라이트(79)가 사용될 때, 일관되게 균일한 이미지들이 이미지 센서(63)에 의해 캡처될 수 있다.
주변 조명은 이미지 센서(63)로부터 수신된 이미지들에 불일치를 초래할 수 있으며; 예컨대, 태양이 구름에 의해 간헐적으로 가려질 수 있으며, 태양의 밝기와 조명 각도가 하루 중의 시간에 따라 좌우되기 때문에, 직접적인 태양광 조명은 일관성이 없는 조명을 제공한다. 따라서, 본 발명의 일부 실시예에서, 주변 광의 일부를 필터링하여 이미지 센서(63)에 의해 캡처된 이미지에서의 변화를 완화하기 위해 IR 필터(80)가 선택적으로 사용된다. IR 필터(80)는 이미지 센서(63)의 전방에 배치된 협대역 적외선 필터일 수 있으며; 균일한 백라이트(79)는 필터(80)의 통과 대역의 중심 주파수와 거의 동일한 파장의 광을 방출할 수 있다. IR 필터(80)와 균일한 백라이트(79)는 약 850 ㎚의 중심 주파수를 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 촬상 시스템(78)은 시각적으로는 투명하지만 IR을 차단하는 쉘로 포위될 수 있다. 대안적인 실시예에서는, 다른 광 주파수, 대역폭, 중심 주파수 또는 필터 유형이 시스템(78)에 사용될 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따라 도 6의 시스템(78)의 이미지 센서(63)에 의해 캡처된 이미지(81)를 그래픽으로 나타낸 예이다. 이미지(81)는 점적 챔버 내부에서의 자유 흐름 조건으로 인해 초래된 스트림(83)과 응축물(82)을 가진 점적 챔버(59)의 이미지이다. 일부 실시예에서, 스트림(83) 및/또는 응축물(82)의 위치를 결정하기 위해 에지 검출이 사용될 수 있다. 부가적으로 또는 대안적으로, 배경 이미지 또는 패턴이 사용될 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따라 점적 챔버를 촬상하기 위한 유량계의 촬상 시스템(84)의 블록도이다. 촬상 시스템(84)은 도 1의 유량계(7)와 도 5의 유량계(67)를 포함하여 본원에 개시된 임의의 유량계와 함께 사용될 수 있다.
시스템(84)은 점적 챔버(59)의 후방에 불투명한 라인(85) 어레이를 포함한다. 시스템(84)은 라인(85) 어레이를 사용하여 자유 흐름 조건을 검출한다. 자유 흐름 검출 알고리즘(예컨대, 도 1의 자유 흐름 검출기 요소(12))은 액적의 존재 또는 부재를 이용하여 스트리밍 조건(예컨대, 자유 흐름 조건)이 존재하는지의 여부를 판단한다.
일부 특수한 실시예에서, 라인(85)이 이미지의 일부분에만 존재한다(예컨대, 배경 패턴이 백라이트(18)의 일부분만을 점유하거나, 이진 광학 장치가 이미지의 일부분에만, 예컨대, 상반부 또는 하반부에만, 패턴이 나타나도록 한다). 예컨대, 이미지의 하부는 스트라이프 배경 패턴을 포함할 수 있다.
이제 도 9를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따라 점적 챔버(59) 내에 자유 흐름 조건이 존재하는 경우에, 도 8의 이미지 센서(63)에 의해 캡처된 이미지(86)가 그래픽으로 예시되어 있다. 이미지(86)는 점적 챔버(59)가 자유 흐름 조건을 경험하는 상태를 예시하고, 유체(87)의 스트림이 포지티브 원통형 렌즈로서 작용하는 효과를 예시한다. 즉, 도 9에 나타낸 바와 같이, 이미지 센서(63)에 의해 이미지에 캡처된 라인(85) 어레이는 비-자유 흐름 조건과 비교하여 라인(85) 어레이로부터 반전된 라인 패턴(88)으로 나타난다. 반전된 라인 패턴(88)의 출현은 광이 이미지 센서(63)에 접근하는 경우 광이 유체(87)의 스트림을 통과할 때 광의 변화에 기인한다.
본 발명의 일부 실시예에서, 이미지(86)를 생성하기 위해 약 850 ㎚의 광 파장을 가진 광에 의한 조명이 사용될 수 있다. 어떤 재료는 가시 스펙트럼에서 불투명하고 약 850 ㎚에서의 근적외선 스펙트럼에서 투명할 수 있으며, 따라서, 라인(85) 어레이를 생성하기 위해 사용될 수 있다. 라인(85) 어레이는 다양한 급속 조형 플라스틱을 사용하여 생성될 수 있다. 예컨대, 라인(85) 어레이는 라인(85) 어레이 제조용 금속으로 코팅되거나 적외선 불투과 잉크로 인쇄된 급속 조형 구조물을 사용하여 생성될 수 있다. 부가적으로 또는 대안적으로, 본 발명의 일부 실시예에서, 라인(85) 어레이를 생성하는 다른 방법은 구리 속에 라인이 깔린 회로 보드를 생성하는 것이다. 다른 실시예에서는, 균일한 백라이트(79) 상에 리본 케이블을 배치함으로써 라인(85) 어레이가 생성되며; 리본 케이블 내의 와이어는 적외선 스펙트럼에 대해 불투명하지만, 와이어들의 간격이 이미지 센서(63)에 의해 촬상될 때 사용하기 위한 라인을 형성할 수 있도록, 절연재는 투명하다(도 8 참조). 또 다른 부가적인 실시예에서, 방전 가공된 얇은 금속편이 사용될 수 있다. 금속은 광에 대해 불투명하며, 금속 재료 침전물들 사이의 공간은 적외선이 그 공간을 통과할 수 있도록 제조 과정에서 매우 미세하게 제어될 수 있다.
프로세서(90)는 (예컨대, 도 1의 자유 흐름 검출기 요소(12)를 사용하여) 자유 흐름 조건이 존재할 때를 판단하기 위해 알고리즘을 구현한다. 프로세서(90)는 하나 이상의 명령을 수신하여 자유 흐름 조건이 존재하는지의 여부를 판단하는 알고리즘을 구현하기 위해 프로세서 판독가능한 메모리(91)(예컨대, 비-일시적인 프로세서 판독가능한 메모리)와 작동적으로 통신할 수 있다. 프로세서 판독가능한 메모리(91)로부터의 하나 이상의 명령은 프로세서(90)에 의해 실행되도록 구성된다.
도 8을 다시 참조하면, 시스템(84)에 의해 혈액이 사용될 수 있다. 예컨대, 시스템(84)은, 이미지 센서(63), IR 필터(80), 및, 예컨대, 소의 혈액을 사용할 경우, 예컨대, 850㎚ 또는 780㎚의 파장을 가진 광학적인 광을 사용하도록 구성된 균일한 백라이트(79)를 사용하여, 혈액의 자유 흐름 조건이 존재할 때를 판단할 수 있다. 혈액은 물을 이용하여 촬영한 이미지에 비해 불투명하게 나타날 수 있다.
프로세서 판독가능한 메모리(91)로부터 수신되어 프로세서(90)에 의해 구현되는 다음의 알고리즘은 자유 흐름 조건이 존재할 때를 결정하기 위해 사용될 수 있으며: (1) 배경 이미지(89)를 확립하고(도 10 참조); 및 (2) 현재 이미지로부터 배경 이미지(89)를 차감한다. 이로 인해 생성된 이미지에 대해 부가적인 처리가 실시될 수 있다.
본 발명의 일부 실시예에서, 도 10의 배경 이미지(89)는 프로세서(90)에 의해 동적으로 생성될 수 있다. 동적 배경 이미지는 점적 챔버(59)의 표면에서의 응축 또는 방울(82) 등의 변화하는 조건을 고려하여 사용될 수 있다(도 7 참조). 예컨대, 하나의 특수한 실시예에서, 이미지 센서(예컨대, 도 8의 "63")에 의해 캡처된 각각의 새로운 이미지에 대하여, 배경 이미지는 0.96이 곱해진 각 화소를 가지며, 현재 이미지(예컨대, 가장 최근에 캡처된 이미지)는 0.04가 곱해진 각 화소를 갖고, 그 후 이 2개의 값들은 함께 합산되어 그 각 화소에 대한 새로운 배경 이미지의 새로운 값을 생성하며; 이러한 처리는 모든 화소에 대해 반복될 수 있다. 또 다른 예에서, 하나의 특수한 실시예에서, 새로운 이미지의 화소의 행이 x이고 열이 y이면, x행과 y열의 새로운 배경 이미지는 0.96이 곱해진 x행과 y열의 이전 배경 이미지의 값이 되고, 이 값은 0.04가 곱해진 새로운 이미지의 x행과 y열의 화소의 값에 합산된다.
시스템(84)에서 점적 챔버(59)를 통해 물이 흐르지 않는 경우(도 8 참조), 점적 챔버(59)를 통해 물이 흐르지 않는다는 것을 알고리즘이 용이하게 판단할 수 있도록, 그 차감은, 예컨대, 낮은 화소 등급으로, 거의 완전히 돌아와야 한다.
도 11은, 점적 챔버(59) 내에 액적이 있을 때(도 8 참조), 이미지 센서(63)로부터의 이미지(92)를 나타낸다. 도 12는 시스템(84)에 의해 사용되는 배경 이미지(93)를 나타낸다. 시스템(83)이 도 11의 이미지(92) 내에 나타낸 바와 같은 액적을 갖는 경우, 도 8의 시스템(84)은 도 13의 이미지(94)로 예시된 바와 같이 액적의 렌즈 효과(lensing)에 의해 라인 어레이의 이미지를 둘러싸는 콘트라스트가 약간 높은 스팟을 갖는다. 도 13의 이미지(94)는, 각각의 개별 화소에 대해, 도 12의 이미지(93)로부터 도 11의 이미지(92)를 차감한 절대값을 취하여, 그 값이 미리 결정된 임계값보다 크면 각각의 개별 화소를 백색 화소로 변환하고, 그 값이 미리 결정된 임계값보다 작으면 화소를 검정색 화소로 변환함으로써, 생성된다. 도 13의 이미지(94) 내의 각각의 백색 화소는 그 화소 위치가 이미지(92, 93)들 간에 다르고 그 차이가 미리 결정된 임계값보다 크기 때문에 나타난다.
예컨대, 행(x)과 열(y)의 위치를 가진 도 11, 도 12 및 도 13의 3개의 개별 화소를 고려한다. 도 13의 이미지(94)에서 행(x)과 열(y)의 화소를 결정하기 위해서는, 도 11의 이미지(92)에서 행(x)과 열(y)의 화소를 도 12의 이미지(92)에서 행(x)과 열(y)의 화소로부터 차감한 다음, 차감한 결과의 절대값을 취하며; 그 결과의 절대값이 미리 결정된 임계값(예컨대, 128인 그레이 스케일 값)보다 크면, 도 13의 이미지(94)에서 행(x)과 열(y)의 위치에 있는 화소는 백색이 되며, 그렇지 않으면, 도 13의 이미지(94)에서 행(x)과 열(y)의 위치에 있는 화소는 검정색이 된다.
도 13의 이미지(94) 내에 콘트라스트가 약간 높은 스팟이 존재하는 것으로 판단되는 경우, 시스템(84)의 프로세서(90)(도 8 참조)는 점적 챔버(59) 내에 액적이 형성되고 있고 자유 흐름 조건이 존재하지 않는다고 판단한다. 액적의 이미지는 본원에 기술된 바와 같이 액적의 크기를 결정하여 유량을 예측하기 위해 사용될 수 있다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따라 자유 흐름 조건이 존재하는지의 여부를 판단하기 위해 도 11 내지 도 13을 사용하여 실시될 수 있는 이미지 처리의 일부를 그래픽으로 나타낸 도면이다. 도 14 및 도 13을 참조하면, 각 행의 모든 백색 화소는 함께 합산되며, 이는 도 14에 결과값(183)으로 예시되어 있다. y축은 행 번호를 나타내고, x축은 각각의 개별 행에 대해 합산된 백색 화소의 개수를 나타낸다.
이제, 도 14만을 참조하면, 전술한 바와 같이, 각 행의 백색 화소의 개수가 함께 합산되며, 이는 결과값(183)로서 예시되어 있고, 이 결과는 자유 흐름 조건이 존재하는지의 여부 또는 그 때를 결정하기 위해 사용된다. 일부 특수한 실시예에서, 시스템(84)의 프로세서(90)(도 8 참조)는, 결과값(183)의 합산된 행들의 연속적인 값들의 미리 결정된 개수가 임계값(184)보다 클 경우, 자유 흐름 조건이 존재하는 것으로 판단한다. 예컨대, 결과값(183) 내에서, "185"로 개괄적으로 표시된 복수의 연속적인 값들의 범위는 임계값(184)보다 큰 합계를 갖는다. 미리 결정된 임계값(예컨대, 임계값(184))보다 큰 결과값(183) 내에 연속적으로 합산된 행들의 미리 결정된 개수보다 많이 존재하는 것으로 판정되는 경우, 도 8의 프로세서(90)에 의해 자유 흐름 조건이 존재하는 것으로 판단된다. 예컨대, 도 14에 도시된 바와 같이, 복수의 연속적으로 합산된 행들의 범위(185)는 연속적으로 합산된 행들의 미리 결정된 개수 아래에 있기 때문에(즉, 범위(185)가 충분히 넓지 않다), 자유 흐름 조건이 존재하지 않는 것으로 판단된다.
도 15는 자유 흐름 조건이 존재하는 경우 도 8의 이미지 센서(63)에 의해 캡처된 스트림을 나타내는 이미지(95)를 도시하고 있다. 도 16은 배경 이미지(96)를 나타낸다. 도 17은 도 16의 이미지(96)와 도 15의 이미지(95) 간의 차이의 절대값에 의해 형성되는 이미지(97)를 나타내며, 상기 절대값은 (그 차이의 절대값이 임계값보다 큰 경우) 백색 화소로 변환되거나 (그 차이의 절대값이 임계값보다 큰 경우) 검정색 화소로 변환된다. 도 17에 나타낸 바와 같이, 위에서 아래로 흐르는 스트림 내의 라인들의 역배향으로 인해 생성되는 고콘트라스트 스팟은 프로세서(90)에 의해 검출될 수 있다. 도 8의 프로세서(90)는 전술한 알고리즘을 이용하여 자유 흐름 조건이 존재하는지의 여부를 판단하기 위해 상기 이미지(97)를 사용할 수 있다.
즉, 도 18에 나타낸 바와 같이, 결과값(186)은 임계값(188)보다 큰 결과값(186)의 연속적인 범위(187)를 갖는 것으로 도시되어 있다. 합산된 행들의 연속적인 범위(187)가 임계값(188) 위의 연속적인 값들의 미리 결정된 임계 개수보다 크기 때문에, 프로세서(90)(도 8 참조)에 의해 자유 흐름 조건이 존재하는 것으로 판단된다. 즉, 임계값(188) 위에 있는 결과값(186)의 연속적인 범위는 연속적인 값들의 미리 결정된 임계 범위보다 크며; 따라서, 프로세서(90)는 도 18의 결과값(186)을 이용하는 경우 자유 흐름 조건이 존재하는 것으로 판단한다.
본 발명의 다른 부가적인 실시예에서, 도 14의 결과값(183) 및/또는 도 18의 결과값(186)을 생성하기 위해, 강도 함수, 제곱 강도 함수 또는 다른 함수가 사용될 수 있다. 본 발명의 다른 부가적인 실시예에서, 스플라인 함수, 3차 스플라인 함수, B-스플라인 함수, 베지어 스플라인 함수, 다항식 보간, 이동 평균, 또는 기타 데이터 평활화 함수와 같은 하나 이상의 데이터 평활화 함수가 결과값(183 및/또는 186)을 평활화하기 위해 사용될 수 있다.
예컨대, 강도값을 얻기 위해, 배경 이미지, 예컨대, 도 16의 이미지(96)로부터 도 8의 이미지 센서(63)의 이미지, 예컨대, 도 15의 이미지(95)가 차감될 수 있다. 즉, 행(x)과 열(y)에서의 강도값을 생성하기 위해 도 16의 이미지(96)의 행(x)과 열(y)의 화소로부터 도 15의 행(x)과 열(y)의 화소가 차감될 수 있으며; 이는 모든 강도값을 얻기 위해 모든 화소 위치에 대해 반복될 수 있다. 결과값(183 및/또는 186)(도 14 및 도 18을 각각 참조하라)을 얻기 위해 각 행의 강도값들이 함께 합산될 수 있으며, 강도값들의 합산된 행들이 임계값보다 큰 합산된 행들의 연속적인 범위를 갖는 경우, 프로세서(90)는 자유 흐름 조건이 존재한다고 판단할 수 있다. 일부 실시예에서, 강도값은 강도값의 절대값으로 변환되며, 절대값들의 합산된 행들의 연속적인 범위가 연속적인 값들의 임계 범위보다 큰지의 여부를 판단하기 위해 강도값들의 절대값들의 합산된 행이 사용된다. 부가적으로 또는 대안적으로, 강도가 제곱될 수 있으며, 그 후에 프로세서(90)는 제곱된 강도 행들을 합산할 수 있고, 자유 흐름 조건이 존재하는지의 여부를 판단하기 위해 제곱된 강도값의 합산된 행들의 연속적인 범위가 연속된 값들의 임계 범위를 초과하는지의 여부를 판단할 수 있다.
일부 실시예에서, 액체의 액적이 이미지 내에 있는지의 여부를 판단하기 위해, 강도값 또는 제곱 강도값의 합산된 행들의 임계값보다 큰 연속적인 값들의 미리 결정된 범위(예컨대, 최소 및 최대 범위)가 프로세서(90)에 의해 사용될 수 있다. 예컨대, 강도값(또는 제곱 강도값)의 행들에서 각각의 행이 함께 합산될 수 있으며, 합산된 값들의 범위가 임계 개수보다 클 수 있고; 연속적인 값들의 범위가 최소 범위와 최대 범위 사이에 있는 경우, 프로세서(90)는 미리 결정된 임계값보다 큰 연속적인 값들의 범위가 이미지 센서(63)(도 8 참조)의 시계 내에 있는 액적으로부터 기인하는 것으로 판단한다. 본 발명의 일부 실시예에서, 강도값 또는 제곱 강도값의 합산된 행들은 정규화될 수 있으며, 예컨대, 0과 1 사이의 값을 갖도록 정규화될 수 있다.
다음은 자유 흐름 조건이 존재하는지의 여부를 판단하기 위해 프로세서(90)에 의해 판단되기 전에 합산된 행들, 강도값의 합산된 행들 또는 제곱 강도값의 합산된 행들에 대해 사용될 수 있는 3차 스플라인(즉, 3차 스플라인형 함수)과 유사한 평활화 함수에 대해 설명한다. 일부 특수한 실시예에서, 3차 스플라인형 함수는, 프로세서(90)가 자유 흐름 조건을 용이하게 식별하게 할 수 있는, 후술하는 바와 같은, 블록을 식별하기 위해 사용될 수 있다.
3차 스플라인형 함수는 3차 스플라인과 유사하지만, 주어진 함수를 충실하게 모방하기보다는 데이터 세트를 평활화한다. [0, 1]로부터의 간격으로 데이터를 샘플링하면(예컨대, 정규화된 강도 또는 제곱 강도의 행을 따른 합산), 프로세서(90)(도 6 또는 도 8 참조)는 간격(
Figure 112019037795230-pat00005
)에 대해 가장 적합한 3차 함수 세트를 찾을 수 있으며,
Figure 112019037795230-pat00006
이고
Figure 112019037795230-pat00007
이며, 전역 함수는 연속적인 도함수와 연속적인 곡률에 의해 연속적이다.
표준 3차 스플라인의 정의는 다음과 같이 방정식(1)로 표현되며,
Figure 112019037795230-pat00008
함수(
Figure 112019037795230-pat00009
)들은 일련의 방정식(2)에서와 같이 정의된다.
Figure 112019037795230-pat00010
방정식(1) 및 방정식(2)는 연속성과 곡률 연속성을 보증한다. 자유롭게 선택할 수 있는 유일한 값은
Figure 112019037795230-pat00011
이다. 방정식(3)은 다음과 같이 선택되며,
Figure 112019037795230-pat00012
즉, 이 함수는 0과 1에서 평탄하다. 남아 있는
Figure 112019037795230-pat00013
는 다음과 같은 일련의 방정식(4)를 만족하여야 한다.
Figure 112019037795230-pat00014
일련의 방정식(4)는 다음과 같은 일련의 방정식(5)로 다시 쓰여질 수 있다.
Figure 112019037795230-pat00015
그리고, 이는 행렬 방정식(6)이 된다.
Figure 112019037795230-pat00016
행렬 방정식(6)은 다음과 같은 일련의 방정식(7)로 다시 쓰여질 수 있다.
Figure 112019037795230-pat00017
수집된 데이터에 대해 최소 자승 기준을 이용하여 벡터(y)에서 값을 선택하는 것이 다음과 같이 방정식(8) 나타나 있다.
Figure 112019037795230-pat00018
방정식(8)은 데이터와 스플라인 간의 최소 편차이며, 즉, 방정식(8)은 에러 함수이다. y값들은 방정식(8)에 정의된 바와 같이 에러를 최소화하도록 선택된다. 예측된 값들의 벡터는 다음과 같은 방정식(9)에 예시된 바와 같이 쓰여질 수 있다.
Figure 112019037795230-pat00019
방정식(9)의 대괄호 내의 행렬의 요소들은 각 데이터 포인트에 대응하는 x값에 의존한다(그러나, 이는 고정 행렬이다). 따라서, 최종 방정식은 의사 역행렬을 이용하여 결정될 수 있다. 그리고, 의사 역행렬은 3차 스플라인에서 브레이크가 설정되는 위치와 데이터 세트의 x위치에만 의존한다. 이는 스플라인의 형태와 이미지의 크기가 선택되면, 주어진 일련의 측정값(ym)에 대해 y를 위한 최선의 선택은 다음과 같이 방정식(10)으로 예시된다는 것을 함축하고 있다.
Figure 112019037795230-pat00020
그리고, 이미지의 합계 제곱 강도 함수를 통한 3차 스플라인은 다음과 같이 방정식(11)로 주어질 것이다.
Figure 112019037795230-pat00021
3차 스플라인의 최대값이 관심사이기 때문에, 3차 스플라인의 최대값을 결정하기 위해 3차 스플라인의 도함수가 결정되어 사용된다. 3차 스플라인 도함수는 다음과 같이 방정식(12)에 의해 주어진다.
Figure 112019037795230-pat00022
방정식(12)는 다음과 같이 방정식(13)으로 쓰여질 수 있다.
Figure 112019037795230-pat00023
y의 현재값을 찾으면, 3차 스플라인(ycs)과 그 도함수(y'cs)를 계산할 수 있다. 3차 스플라인 데이터는 미리 결정된 임계값보다 큰 값을 포함하는 데이터의 "블록"을 포함할 수 있다. 튜브로부터 점적 챔버(59)로 유입되는 액체에 의해 파이프 블록이 형성되며, 점적 챔버(59)(도 8 참조)의 중력 단부에서 액체가 수집될 때 풀(pool) 블록이 형성된다.
다음의 알고리즘이 3차 스플라인 데이터에 적용될 수 있다: (1) 도함수 정보를 이용하여 3차 스플라인 데이터의 국부 최대값을 결정하고; (2) 3차 스플라인 값이 임계값보다 큰 모든 지점을 포함하여 각각의 국부 최대값을 둘러싸는 블록을 결정하며; (3) 교차하는 모든 블록을 병합하고; (4) 질량(강도)의 중심, 질량(강도)의 2차 모멘트, 블록의 하위 x값, 블록의 상위 x값, 블록에서 제곱 강도 데이터의 원래 합계의 평균값, 블록에서 제곱 강도 데이터의 원래 합계의 표준 편차, 및 블록에서 하이 패스 필터링된 이미지 세트의 평균 강도 등의 데이터 블록에 대한 정보를 계산하며; 및 (5) 수집된 데이터를 해석하여 액적이 발생할 때와 시스템이 스트리밍할 때에 관한 정보를 얻는다.
블록에서 하이 패스 필터링된 이미지 세트의 평균 강도는 스플라인 데이터의 각각의 연속적인 범위에 의해 생성된 블록이 고주파 아티팩트(예컨대, 액적) 또는 저주파 아티팩트의 결과인지를 판단하기 위해 사용된다. 이는 이미지로부터 응축물과 같은 아티팩트를 제거하는 경향이 있는 제2 배경 필터로서 작동할 것이다. 즉, 데이터가 프레임들 간의 고주파 움직임의 결과인지의 여부를 판단하기 위해, 이미지 메모리 버퍼 내의 모든 선행 이미지(예컨대, 30개의 선행 프레임)가 사용된다. 데이터가 저주파 변화의 결과인 경우에는 블록이 제거되거나, 데이터가 고주파 변화의 결과인 경우에는 다른 분석을 위해 블록이 유지된다. 유한 임펄스 응답 필터 또는 무한 임펄스 응답 필터가 사용될 수 있다.
각각의 블록은 블록 내의 데이터의 평균값과 동일한 높이를 가진 물리적 범위 위에 도시된다. 블록이 임계값보다 작은 하이 패스 필터링된 이미지의 평균값을 갖는다면, 이는 블록이 다수의 이미지들의 주변에 있으며, 따라서, 제거될 수 있다는 것을 의미한다.
파이프 블록이 풀 블록에 가깝게 연장되는 경우 블록들을 이용하여 프로세서(90)(도 6 또는 도 8 참조)에 의해 자유 흐름 조건이 존재하는 것으로 판단될 수 있다. 파이프 블록과 풀 블록은 함께 병합되고/또는 풀 블록과 파이프 블록(또는 모든 블록)의 합산된 폭 범위는 미리 결정된 임계값보다 크며, 즉, 블록들의 전체 범위는 380개의 화소의 폭을 초과한다. 액적이 점적 챔버(59)의 파이프(즉, 튜브) 개구를 떠날 때 그리고 튜브 내에서 액적이 형성됨에 따라 더 큰 폭에서 더 작은 폭으로 파이프 블록의 천이가 발생할 경우, 프로세서(90)는 액적을 검출할 수 있다. 프로세서(90)는 이전 이미지의 파이프 블록 폭에 대한 현재 파이프 블록 폭의 비율을 검지하여 이를 검출할 수 있으며, 예컨대, 프로세서(90)는 상기 비율이 국부 최소값이기도한 0.9보다 작은 경우의 이미지를 액적이 형성된 직후에 형성된 이미지인 것으로 고려할 수 있다.
응축물 또는 다른 저주파 아티팩트를 검출하기 위해 다양한 필터링 알고리즘이 사용될 수 있으며, 예컨대: 블록이 하이 패스 필터링된 이미지에서 낮은 평균값을 가지면, 이는 응축물일 수 있다. 이 아티팩트는 고려되지 않을 수 있다. 부가적으로 또는 대안적으로, 스트림 이미지는 변하지 않고 남아 있는 경향이 있기 때문에, 낮은 하이 패스 평균값을 가진 (예컨대, 미리 결정된 임계값보다 큰) 긴 블록은 스트림일 수 있으며; 프로세서(90)는 미리 결정된 임계값보다 큰 긴 블록이 스트리밍 조건에 대응하는 것으로 판단할 수 있다. 부가적으로 또는 대안적으로, 자유 흐름 조건을 검출하기 위해 현재 이미지에 대해 알고리즘이 사용될 수 있다.
프로세서(90)는, 일부 특수한 실시예에서, 액적을 카운팅하여 시스템(84)을 액적 카운터로 사용하기 위해 블록 데이터를 사용할 수 있다. 프로세서(90)는 액적과 함께 형성된 버블이 풀을 타격하는지의 여부를 판단하기 위해 액적이 물을 교란할 때 풀 블록에서의 폭 변화를 사용할 수도 있다. 예컨대, 프로세서(90)는 풀 블록 아래에 형성되는 블록이 액적이 물을 타격할 때 형성된 버블에 기인하는 것으로 판단할 수 있다. 버블은 전체 블록 범위의 미리 결정된 값이 자유 흐름 조건이 존재한다는 것을 나타내는지의 여부를 판단할 때 프로세서(90)에 의해 필터링될 수 있다.
본 발명의 일부 실시예에서, 시스템(84)의 피사계 심도는 챔버 벽체 상의 응축물 또는 액적에 대해 덜 민감한 시스템(84)을 만들기 위해 좁은 피사계 심도를 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 근초점 시스템이 사용될 수 있다.
이제, 도 19를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에서, 자유 흐름 조건이 존재하는지의 여부를 결정하기 위해 템플릿(189)이 사용된다. 템플릿(189)은, 이미지, 예컨대, 도 13의 이미지(94)에 대해 템플릿 매치 알고리즘을 실시할 때, 패턴 매치 스코어(190)를 결정하기 위해, 도 8의 프로세서(90)에 의해 사용된다. 예컨대, 템플릿(189)은, 이미지(94)의 일부 또는 전부가 템플릿(189)과 매우 일치하는지의 여부를 판단하기 위해, 이미지(94)와 비교될 수 있다. 전술한 바와 같이, 도 13의 이미지(94)는 도 8의 이미지 센서(63)에 의해 캡처된 이미지와 배경 이미지 간의 차이이며, 상기 이미지(94)의 각각의 화소는 그 화소에 대한 차이값이 임계값보다 작으면 검정색으로 변환되고, 그 화소에 대한 차이값이 임계값보다 크면 백색으로 변환된다. 이미지(94)의 모든 화소는 백색 화소 또는 검은색 화소가 될 것이다. 패턴 매치 스코어(190)가 미리 결정된 임계값보다 크면, 자유 흐름 조건이 존재하는 것으로 판단된다. 템플릿 매칭 방법은 공개 소스 컴퓨터 비전("OpenCV") 라이브러리에서 볼 수 있는 템플릿 매칭 알고리즘을 이용할 수 있다. 예컨대, 템플릿(189)은 CV_TM_CCOEFF 방법 또는 CV_TM_CCOEFF_NORMED 방법을 사용하여 OpenCV 라이브러리의 matchTemplate() 함수 호출과 함께 사용될 수 있다. CV_TM_CCOEFF 방법은 다음과 같이 방정식(14)에 예시된 패턴 매칭 알고리즘을 사용하며,
Figure 112019037795230-pat00024
, 여기서,
Figure 112019037795230-pat00025
이고, I는 이미지를 나타내며, T는 템플릿을 나타내고, R은 결과값을 나타낸다. 템플릿 및/또는 이미지 패치에 대해 합산이 실시되며, 이에 따라,
Figure 112019037795230-pat00026
이 되고
Figure 112019037795230-pat00027
가 된다.
결과값(R)은 알고리즘에 의해 결정된 이미지(I) 내의 특정 위치에서 템플릿(T)이 얼마나 일치하는지를 판단하기 위해 사용될 수 있다. CV_TM_CCOEFF_NORMED의 OpenCV 템플릿 매칭 방법은 다음과 같이 방정식(15)에 예시된 패턴 매칭 알고리즘을 사용한다.
Figure 112019037795230-pat00028
본 발명의 다른 실시예에서, 템플릿 매칭 알고리즘은 고속 푸리에 변환("FFT")을 이용한다. 일부 실시예에서, OpenCV의 matchTemplate() 함수의 방법들 중, CV_TM_SQDIFF, CV_TM_SQDIFF_NORMED, CV_TM_CCORR 및/또는 CV_TM_CCORR_NORMED 등의 임의의 방법이 사용될 수 있다.
CV_TM_SQDIFF은 다음과 같이 방정식(17)에 예시된 패턴 매칭 알고리즘을 사용한다.
Figure 112019037795230-pat00029
CV_TM_SQDIFF_NORMED은 다음과 같이 방정식(18)에 예시된 패턴 매칭 알고리즘을 사용한다.
Figure 112019037795230-pat00030
CV_TM_CCORR은 다음과 같이 방정식(19)에 예시된 패턴 매칭 알고리즘을 사용한다.
Figure 112019037795230-pat00031
CV_TM_CCORR_NORMED은 다음과 같이 방정식(20)에 예시된 패턴 매칭 알고리즘을 사용한다.
Figure 112019037795230-pat00032
본 발명의 또 다른 실시예에서, 자유 흐름 조건이 존재하는지의 여부를 판단하기 위해, 자유 흐름 조건의 그레이 스케일 이미지의 템플릿이 도 8의 이미지 센서(63)에 의해 촬영된 이미지와 비교된다. 일부 실시예에서는, OpenCV 라이브러리 내의 템플릿 매칭 함수가 이용될 수 있다.
이제, 도 20 및 도 21을 참조하면, 본 발명의 다른 부가적인 실시예에서, 예컨대, 도 8의 프로세서(90)에 의해 실행되는, 자유 흐름 조건이 존재할 때를 판단하는 알고리즘은 라인 검출로 이어지는 에지 검출을 이용하여 템플릿 패턴이 화소 어레이와 일치하는지의 여부를 결정하는 알고리즘을 이용할 수 있다. 도 20에 도시된 바와 같이, 라인 검출로 이어지는 에지 검출을 이용하여, 도 21의 이미지(99)로부터 이미지(98)가 형성된다. 그 결과로 형성된 라인들은 자유 흐름 조건이 존재하는지의 여부를 판단하기 위해 프로세서(90)에 의해 사용될 수 있다. 도 20에 도시된 바와 같이, 프로세서(90)에 의한 이 처리 후에 나타나는 특징은 배경 참조 이미지의 예상된 45°기울기와는 다른 기울기를 가진 라인들이다. 배경 이미지의 각도를 가진 라인들은, 일부 실시예에서, 도 20으로부터 필터링될 수 있다. 라인들은 OpenCV 라이브러리에서 볼 수 있는 캐니(Canny) 알고리즘을 사용하여 에지로서 검출될 수 있다. OpenCV 라이브러리에서 볼 수 있는 허프(Hough) 알고리즘도 라인들의 기울기를 결정하기 위해 사용될 수 있다.
한 종류의 허프 전사는 1998년에 제이. 마타스, 씨. 가람보스 및 제이. 커틀러가 발행한 "Progressive Probabilistic Hough Transform"에 기술된 알고리즘("알고리즘 1")을 사용한다. 그러나, 다음과 같은 "대안적인 허프" 변환이 사용될 수 있으며, 표 1에 의사 코드 형태로 나타나 있다("알고리즘 2"). 알고리즘 2는 2개의 화소를 무작위로 선택하고, 이 두 지점을 통과하는 라인의 허프 변환을 계산한다. 알고리즘 2는 다음과 같이 표 1에 나타나 있다.
대안적인 허프 변환 의사 코드
1. 이미지가 비어 있으면, 나간다.
2. 2개의 화소를 무작위로 선택하고 누산기를 갱신한다.
a. 요구되는 동작
ⅰ. 2개의 난수
ⅱ. 1개의 역탄젠트
3. 새로운 위치가 임계값보다 높은지의 여부를 확인하고, 높지 않으면, 1로 간다.
a. 동작
i. 하나의 논리 연산
4. 누산기에서 피크로 특정되는 회랑(dorridor)을 따라 관측하고, 주어진 임계값을 초과하지 않는 간극을 나타내거나 연속적인 최장의 화소 세그먼트를 찾는다.
5. 입력 이미지로부터 세그먼트 내의 화소를 제거한다.
6. 이전에 채택된 라인으로부터의 모든 화소를 누산기로부터 취소한다.
7. 라인 세그먼트가 최소 길이보다 길면, 이를 출력 리스트에 추가한다.
8. 1로 간다.
라인이 전체 포인트의 비율(p)을 포함하는 경우, 우리가 대표적인 (r,θ)-빈(bin) 단위의 결과값을 볼 가능성은 알고리즘 1의 경우 p이고, 알고리즘 2의 경우 p2이다. 일반적으로, 일부 실시예에서, 비율 검정은 적어도 5개의 양의 결과값과 5개의 음의 결과값을 갖는다. 양의 결과값보다 음의 결과값을 더 쉽게 볼 수 있다고 가정하면, 일부 실시예에서, 특정 빈에 적어도 5개의 양의 결과값이 있을 때까지 알고리즘 1 및 2는 라인들을 계속 검색한다.
N ≥ 5 검정 후 알고리즘 1에서 다섯 번째 양의 결과값을 볼 확률은 다음과 같이 방정식(21)로 나타나며,
Figure 112019037795230-pat00033
알고리즘 2에서의 확률은 다음과 같이 방정식(22)로 나타난다.
Figure 112019037795230-pat00034
아래에 나타낸 표 2는 5회의 성공을 볼 수 있는 50%의 가능성을 가진 시도 횟수(p1,50 및 p2, 50)와 아울러, 5회의 성공을 볼 수 있는 90%의 가능성을 가진 시도 횟수(p1,90 및 p2,90)를 예시하고 있다.
Figure 112019037795230-pat00035
표 2는 5개의 양의 결과값을 보기 위해 알고리즘 1과 알고리즘 2 간의 시도 횟수의 증가가 거의 1/p임을 보여준다. 비율이 p인 경우, 1/p의 시도에 1개의 양의 결과값이 있어야 한다.
알고리즘 2에서 많은 자원이 필요한 연산은, 일부 실시예에서, 약 40 개의 부동 소수점을 갖는 CPU 연산일 수 있는 아크 탄젠트 함수이다. 알고리즘 1의 대응하는 단계에는 약 2N개의 부동 소수점을 갖는 연산이 있다. 전체 해상도와 640×480 화소 이미지의 허프 변환은 2520에 해당하는 N을 갖는 반면, 1080×1920 화소 이미지의 허프 변환은 7020에 해당하는 N을 갖는다. 이는, 640×480 이미지의 경우 p가 0.008보다 크고 1080×1920 화소의 경우 p가 0.003보다 클 때, 알고리즘 2가 알고리즘 1보다 속도면에서 유리하다는 것을 의미한다.
일부 실시예에서, 허프 변환 공간 내의 모든 빈은 잡음이 존재하는 상태에서 동등하게 점유될 가능성이 있다고 가정한다. 이러한 단순화는 임계값 결정 속도를 향상시키지만, 일부 실시예에서, 이 가정은 맞지 않는다. 단순화의 주요 효과는 허프 변환에서 1보다 큰 값으로 보이는 확률과 이에 대응하여 라인이 존재한다고 잘못 선언할 가능성을 과소평가하는 것이다. 이미지 크기와 허프 변환 빈 배열의 특수한 조합의 경우, 참의 확률이 미리 연산될 수 있다. 이는 대응하는 연산 증가 없이 오경보율이 최소화될 수 있도록 한다. 이미지의 종류를 부가적으로 제한하면, 허프 변환의 빈에서 값을 볼 확률을 더욱 더 정확하게 예측할 수 있다.
여러 특징들을 모수화하는 허프 변환의 부가적인 형태가 있다. 예컨대, 원의 3요소 모수화가 있으며, (x,y,r), 여기서, x 및 y는 중심을 특정하고, r은 반경이다. 알고리즘 2는 이 매개변수도 사용하여 작용할 수 있다. 원의 예에서, 알고리즘 2는 3개의 화소를 무작위로 선택하여, 이들을 통과하는 원을 계산할 것이다.
알고리즘 2는 고려되는 전체 화소에서 적당하게 큰 부분을 포함하는 특징부에 대하여 속도면에서 유사한 장점을 가질 것이다. 허프 변환은 희소 행렬에 저장될 수 있는 반면, 알고리즘 1의 아날로그는 전체 크기의 행렬이 필요할 것이기 때문에, 이는 필요한 스토리지면에서도 매우 유리할 것이다.
이제, 도 22 내지 도 26을 참조하면, 이 도면들은 자유 흐름 조건을 검출하거나 액체의 액적의 크기를 예측하기 위해 사용될 수 있는 다양한 배경 패턴을 도시하고 있다. 이미지 센서(103)는 도 22 내지 도 26의 배경 패턴과 함께 사용될 수 있으며, 도 1의 이미지 센서(11), 도 5의 이미지 센서(68), 도 6의 이미지 센서(63) 또는 도 8의 이미지 센서(63)일 수 있고, 이들은 각각 도 1의 프로세서(15) 또는 도 8의 프로세서(90)와 같이 이미지 센서로부터의 이미지를 처리하는 개별 프로세서에 커플링될 수 있다.
도 22는 본 발명의 일 실시예에 따라 스트라이프 배경 패턴(101)을 가진 점적 챔버(104)(예컨대, 도 1의 점적 챔버(4))와 이미지 센서(103)에 인접한 위치로부터 상기 스트라이프를 조사하는 광원(102)과 함께 사용하기 위한 촬상 시스템(100)의 블록도이다. 점적 챔버(104) 내의 모든 액적 또는 자유 흐름 스트림은 이미지 센서(103)에 의해 촬영된 이미지를 왜곡시킨다. 이미지 센서(103)에 커플링된 프로세서(예컨대, 도 1의 프로세서(15))는 이미지 센서(103)에 의해 캡처된 배경 패턴(101)의 왜곡을 사용하여 유량을 예측하며/또는 자유 흐름 조건을 검출할 수 있다.
도 23은 본 발명의 일 실시예에 따라 스트라이프 배경 패턴(101)을 가진 점적 챔버(104)와 이미지 센서(103)의 대향 단부에 대해 배경 패턴(101)의 후방으로부터 상기 스트라이프를 조사하는 광원(102)과 함께 사용하기 위한 촬상 시스템(105)의 블록도이다. 도 24는, 본 발명의 일 실시예에 따라 액적이 도 23의 배경 패턴(101)을 왜곡시킬 때, 도 23의 이미지 센서(103)로부터의 이미지를 나타낸다. 도 24에 나타낸 바와 같이, 배경 패턴(101)의 스트라이프는 이미지 센서(103)에 의해 이미지 내에 캡처된 바와 같이 점적 챔버(104) 내의 액적에 의해 왜곡된다(또는 자유 흐름 스트림에 의해 왜곡될 것이다). 이 왜곡은 액적 크기를 예측하거나, 점적 챔버를 통한 유량을 계산하거나, 자유 흐름 조건이 점적 챔버 내에 존재하는지의 여부를 판단하기 위해 사용될 수 있다.
도 25는 본 발명의 일 실시예에 따라 체커보드 배경 패턴을 가진 유량계 및 이미지 센서에 대향하는 단부에 대해 배경 패턴의 후방으로부터 상기 스트라이프를 조사하는 광원과 함께 사용하기 위한 촬상 시스템의 블록도를 나타낸다. 도 26은 본 발명의 일 실시예에 따라 액적이 도 25 및 도 26의 배경 패턴(107)을 왜곡시킬 때 도 25의 이미지 센서로부터의 이미지를 나타낸다. 본 발명의 또 다른 실시예에서는, 무작위한 복수의 점 및/또는 원을 가진 배경 패턴이 본원에 개시된 촬상 시스템에 의해 이용될 수 있다.
도 22 내지 도 26을 참조하면, 액적의 "렌즈 효과"(즉, 이미지 센서의 시야로부터 배경 패턴의 왜곡)는 액적의 반경을 측정하는데 사용될 수 있다. 액적의 반경은 액적을 통과하는 빛에 대해 액적이 얼마나 많은 영향을 미치며 어떠한 영향을 미치는지에 대응한다. 액적을 통해 본 교정 격자(즉, 배경 패턴)의 변화를 측정함으로써, 액적의 반경과 그에 따른 체적을 계산할 수 있다. 예컨대, 액적을 통해 본 공지의 크기의 시험 격자의 배율은 광학적으로 측정될 수 있으며, 이 측정값으로부터 반경을 유추할 수 있다. 본 발명의 일부 실시예에서, 반경과 액적의 관계는 계산될 수 있으며/또는 실험적으로 생성된 룩업 테이블을 이용하여 결정될 수 있다.
도 27 및 도 28은 본 발명의 일 실시예에 따라 점적 챔버 내의 액적의 체적을 예측하기 위한 방법의 흐름도를 예시한다. 즉, 도 27 및 도 28은 방법(214)을 예시한다. 또한, 도 29 내지 도 37을 참조하여, 방법(214)을 설명할 것이다. 도 29 내지 도 31 및 도 33 내지 도 36은 본 발명의 일 실시예에 따라 점적 챔버 내의 액적의 체적을 예측하기 위해 유량계에 의해 사용되거나 생성되는 이미지를 예시한다. 도 32 및 도 37은 도 27 및 도 28의 방법(214)에 의해 사용될 수 있는 의사 코드를 예시한다.
도 27 및 도 28의 방법(214)은 (각각 배경 패턴과 함께 또는 배경 패턴없는 상태이며/또는 활성 조명과 함께 또는 활성 조명 없는 상태의) 도 1의 유량계(7), 도 5의 유량계(67), 도 6의 촬상 시스템(78), 도 8의 촬상 시스템(84), 또는 본원에 개시된 촬상 시스템의 다른 유량계에 의해 구현될 수 있다.
방법(214)은 단계(200 내지 213)를 포함한다. 단계(200)에서는, 점적 챔버의 개구에 형성되는 액적의 기선을 결정한다. 단계(201)에서는, 제1 이미지를 캡처한다. 제1 이미지는 균일한 백라이트를 사용하여 캡처될 수 있다. 일부 실시예에서, 제1 이미지는 본원에 개시된 바와 같은 배경 패턴 및/또는 노광 알고리즘을 사용하여 캡처될 수 있다. 단계(200 및 201)들은 동시에 실시될 수 있다. 도 29는 기선(215)이 중첩되어 있는 이미지를 나타낸다. 기선(215)은 미리 결정된 화소 그룹일 수도 있고, (도 29에 도시되지 않은) 배경 패턴 상에 및/또는 점적 챔버의 개구 상에 배치된 기준 마커를 사용하여 생성될 수 있다. 제1 이미지는 배경 이미지(μi,j), 분산 어레이(Si,j), 및 정수 어레이(Ii,j)를 초기화하기 위해 방법(214)에 의해 사용된다. 배경 이미지는 i×j 화소를 가질 수 있는 반면, 분산 어레이와 정수 어레이도 역시 i×j의 크기를 갖는 2차원 어레이일 수 있다.
단계(202)에서는, 제1 이미지 내의 액적과 상기 액적의 에지 부근에서 미리 결정된 대역을 식별한다(예컨대, 상기 대역은 액적의 에지를 초과하는 화소의 미리 결정된 개수일 수 있다). 단계(203)에서는, 배경 이미지가 식별된 액적 또는 상기 액적의 에지 부근에서 미리 결정된 대역 내에 존재하지 않는 경우, 각 화소를 (그 개별 위치에 대해) 제1 이미지와 동일한 값으로 설정하여 배경 이미지를 초기화한다. 단계(204)에서는, 액적의 영역 내에 있거나 미리 결정된 대역 내에 있는 화소를 미리 결정된 값으로 설정한다. 도 30은 초기화 이후에 생성된 예시적인 배경 이미지를 도시하고 있다. 도 30의 예시적인 이미지에서, "216"으로 개괄적으로 표시된 액적의 영역과 상기 액적의 에지를 초과하는 대역의 영역은 미리 결정된 값, 예컨대, "140"으로 설정된다.
예컨대, 상기 방법이 제1 배경 이미지를 생성할 때, 액적의 에지 외부에 있는 대역 또는 액적의 일부인 배경 이미지 내의 모든 화소는 디폴트 임계값으로 설정되며, 예컨대, 0 내지 255의 강도 범위 중 "140"으로 설정된다.
단계(205)에서는, 정수 어레이의 정수를 제로로 초기화한다. 단계(206)에서는, 분산 어레이 내의 값들을 제로로 초기화한다. 정수 어레이는 이미지와 동일한 크기이다. 정수 어레이는 배경 이미지의 각 화소가 새로운 정보로 갱신되고 제로로 모두 초기화된 빈도를 카운팅한다. 분산 어레이(예컨대, 데이터 타입이 "더블"인 어레이)도 배경 이미지와 동일한 크기이며, 배경 이미지 내의 각 화소의 강도 분산의 예측값을 포함한다.
단계(207)에서는, 다른 이미지를 캡처하고, 단계(208)에서는, 다른 이미지 내의 액적과 상기 액적의 에지 부근에서 미리 결정된 다른 대역을 식별한다. 단계(209)에서는, 배경 이미지, 정수 어레이 및 분산 어레이를 갱신한다.
부가적인 이미지들이 캡처될 때, 배경 이미지가 갱신될 수 있다. 예컨대, 이미지가 시스템에 의해 수집될 때, 배경 알고리즘은 모든 화소를 평가한다. 화소가 액적이나 그 보호 대역의 일부로 간주되면, 배경 이미지에서 그 값은 변경되지 않는다.
화소가 액적이나 그 보호 대역의 일부로 간주되지 않은 경우: (1) 정수 어레이 내에서 화소의 대응하는 정수가 제로이면, 배경 이미지 내의 화소의 값이 입력 이미지 내의 화소의 값과 동일하게 설정되거나; (2) 화소의 카운트가 0보다 크면, 그 화소에 대한 배경 이미지 값이 저역 통과 필터를 사용하여 갱신된다. 일부 실시예에서, 고역 통과 필터, 대역 통과 필터 등의 임의의 유형의 필터가 사용될 수 있다. 사용될 수 있는 하나의 저역 통과 필터는 다음과 같이 방정식(23)으로 예시된다.
Figure 112019037795230-pat00036
또한, 분산 어레이는 다음과 같은 방정식(24)을 사용하여 갱신될 수 있다.
Figure 112019037795230-pat00037
두 연산에 사용되는 필터는 지수 필터이지만; 부가적인 실시예에서, 다른 적당한 필터가 다른 저역 통과 필터로서 사용될 수 있다. 분산 예측이 임의의 공지된 방법으로 또는 예측 대체물을 이용하여, 예컨대, 표준 편차를 이용하여 실시될 수 있다.
각 화소의 배경 강도(평균값)의 새로운 예측값, 각 화소의 평균과 분산을 갱신하기 위해 사용되는 이미지의 개수 및 각 화소의 분산(예컨대, 진분산의 근사값 및/또는 분산에 비례하는 값)이 어레이를 갱신하기 위해 사용된다. 즉, 배경 이미지, 정수 어레이 및 분산 어레이를 갱신하기 위해, 캡처된 각각의 부가적인 이미지가 사용될 수 있다. 다수의 이미지가 처리된 후, 배경 이미지가 도 31과 같이 나타날 수 있다. 이 이미지는 초기 임계값으로부터 화소가 전혀 변경되지 않은 영역("217"로 개괄적으로 표시된 균일한 중간 회색 영역)을 여전히 갖고 있다. 이 영역은 모든 이미지에서 액적 또는 그 보호 대역의 일부인 것으로 간주되었다.
단계(210)에서는, 다른 이미지(예컨대, 현재 또는 가장 최근의 이미지)를 배경 이미지와 비교하고, 복수의 관심 화소를 식별한다. 단계(211)에서는, 복수의 관심 화소 내에서 액적에 대응하는 화소 서브세트를 결정한다.
단계(210)의 비교는 배경 이미지에 대하여 다른 이미지를 화소 단위로 비교한다. 이러한 비교에 의해, 모든 화소가 제로인 값을 갖거나 제로가 아닌 값(255)을 갖는 이미지와 크기가 동일한 어레이가 도출된다.
단계(210)는 도 32에 도시된 의사 코드에 의해 구현될 수 있다. 즉, 이 임계값의 결정은 다음과 같이 이루어진다: 입력 화소가 이미지에서 기선의 좌측 또는 우측에 있다면, 그 출력값이 제로로 설정되고(라인(1)); 미리 결정된 개수(예컨대, 100개)보다 적은 이미지가 이 화소의 배경값을 만드는데 사용되었다고 입력 화소의 배경 카운트 어레이가 나타내는 경우(라인(2)); 입력 화소의 강도가 임계 강도보다 작으면(예컨대, 0 내지 255의 범위에서 140), 화소의 출력값을 비제로(255)로 설정하거나(라인(2a)); 입력 화소의 강도가 임계 강도 이상이면, 화소의 출력값을 제로(255)로 설정하며(라인(2b)); 입력 화소의 배경 카운트 어레이가 이미지의 미리 결정된 개수보다 큰 경우(라인(3)); 입력 화소 강도와 배경 화소 강도 간의 차이의 제곱이 상수(γ2)를 곱한 배경 분산의 화소 예측값보다 크면, 화소의 출력값을 비제로(255)로 설정하거나(라인(3a))(즉, 현재 화소 값과 배경 이미지 간의 차이가 γ보다 크면, 화소가 구별되며); 입력 화소 강도와 배경 화소 강도 간의 차이의 제곱이 상수(γ2)를 곱한 배경 분산의 화소 예측값 이하이면, 화소의 출력값을 제로로 설정한다(라인(3b) 참조). 라인(3)은 액적의 존재로 인해 변경되었으나 고강도로 만들어진 이미지의 부분을 캡처한다.
단계(210)가 알고리즘으로 구현되는 경우, 그 알고리즘은 초기화되고, 이 임계 알고리즘의 입력과 출력은 도 33 및 도 34의 각각의 이미지처럼 보일 것이다. 배경 이미지를 예측하기 위해 사용되는 이미지의 개수가 처음에는 적기 때문에, 어떤 개별 화소에 대해 임계값을 초과하는 값을 가진 정수 어레이를 위해 사용되는 이미지가 충분하지 않아서, 적용되는 유일한 기준은 위의 라인(1, 2)과 같이 나타난다. 이로 인해, 불량하게 조명된 에지와 챔버 벽체 상의 응축물을 포함하여 많은 저강도 영역들이 확실하게 식별된다.
배경 이미지의 화소의 대부분(또는 전부)이 충분한 개수의 화소로 생성되도록, 충분한 이미지가 모인 후, 도 32의 라인(3, 3a, 3b)이 사용된다. 이진화 후, 배경은 도 35 및 도 36에 도시된 바와 같이 분산 임계값을 초과하는 잡음 화소가 가끔 있는 대체로 검정색이 된다(이 도면들은 각각 카메라에 의해 캡처된 이미지와 전술한 비교 알고리즘의 결과를 나타낸다).
전술한 바와 같이, 단계(210) 후에, 단계(211)에서는, 복수의 관심 화소 내의 어떤 화소 서브세트가 액적에 대응하는지를 판단한다. 단계(211)는 도 37에 도시된 의사 코드에 의해 구현될 수 있다. 즉, 임계 이미지가 알고리즘으로 전송되며, 상기 알고리즘은 도 37의 의사 코드로 예시된 바와 같이 액적을 나타내는 연결 성분을 찾는다.
도 32의 의사 코드를 처리한 후의 이진 이미지는 액적에 의해 주어진 공간을 점유하는 이진 성분을 찾기 위해 평가된다. 알고리즘은 백색인 기선 상의 화소 위치를 통과한다(또는 라인 상의 연속적인 백색 화소들의 최장 구간의 중심 화소를 통과한다).
알고리즘이 최초의 백색 화소를 가지면, 이는 도 37에 도시된 의사 코드에 의해 예시된 알고리즘을 실시한다. 의사 코드는 기선까지의 경로(즉, 백색 화소 경로)를 가진 백색 화소를 포함하는 위치를 결정한다. 라인(1)에서는, 백색 화소의 위치를 스택 상으로 밀어낸다. 라인(2)에서는, 스택이 비어 있지 않을 때 while 루프를 실시한다. while 루프는 라인(2a 내지 2d)을 포함한다. 라인(2a)에서는, 스택의 다음 위치
Figure 112019037795230-pat00038
를 팝 오프한다. 라인(2b)에서는,
Figure 112019037795230-pat00039
에서의 출력 화소 값을 백색으로 만든다. 라인(2c)에서는,
Figure 112019037795230-pat00040
에 인접한 8개의 화소를 검사한다. 라인(2ci)은 "이프문"이며, 인접한 입력 화소
Figure 112019037795230-pat00041
는 백색이지만 출력 화소
Figure 112019037795230-pat00042
가 블랙이면, 라인(2c)에서는 그 위치
Figure 112019037795230-pat00043
를 스택에 추가한다. (스택이 비어있는 경우) 라인(2d)은 라인(2)으로 돌아가서 while 루프를 계속한다.
이 알고리즘은 백색 입력 화소의 연속적인 경로에 의해 입력 화소의 위치에 연결될 수 있는 모든 출력 화소 위치를 백색으로 설정할 것이다. 액적의 좌측 경계는 알고리즘이 백색 화소에 부딪힐 때까지 좌측 에지로부터 각각의 화소 행을 통해 나아감으로써 발견된다. 우측 경계는 백색 화소에 부딪힐 때까지 이미지의 우측 에지로부터 나아감으로써 발견된다. 백색 화소에 부딪히지 않고 좌측 에지에서 우측 에지로 나아갈 수 있는 제1 행이 액적이 종료하였다고 간주되는 개소이다.
도 37에 나타낸 의사 코드는 연결 성분 라벨링 알고리즘의 단일-패스 버전이다. 그러나, 다른 연결 성분 라벨링 알고리즘 또는 다른 적당한 알고리즘이 액적에 대응하는 화소를 결정하기 위해 사용될 수 있다.
도 28의 단계(212)에서는, 화소 서브세트에 대한 회전 연산을 실시한다. 단계(213)에서는, 회전된 화소 서브세트 내의 화소의 개수를 카운팅함으로써 점적 챔버 내의 액적의 체적을 예측한다. 액적의 3차원 버전 내의 화소의 전체 개수가 카운팅되며; 각각의 화소는 거리에 대응하기 때문에, 액적의 체적을 예측하기 위해 화소의 개수가 사용될 수 있다.
촬상 시스템의 광학 장치
도 38 내지 도 42는 본원에 개시된 촬상 시스템의 광학 장치에 대한 다음의 설명을 용이하게 한다. 예컨대, 본 명세서에 개시된 이미지 센서는 캘리포니아주(우편번호: 95054), 산타 클라라, 버튼 드라이브 4275에 소재한 OmniVision에 의해 제조된 이미지 센서 큐브일 수 있으며; 예컨대, 이미지 센서 큐브는 폰 이미지 센서 애플리케이션용으로 제조된 것일 수 있다. 본 발명의 일부 실시예에서, 본원에 개시된 이미지 센서는 고정 초점을 사용할 수 있으며, 15 ㎝에서 무한대까지의 피사계 심도("DOF")를 가질 수 있다.
이미지 센서는 단일 화소의 영역 내에 전체가 포함된 이미지 센서의 범위에서 촬상된 포인트의 블러 서클을 가질 수 있다. 이미지 센서 렌즈의 초점 길이는 1.15 ㎜일 수 있으며, F 수는 3.0일 수 있고, 이미지 센서의 렌즈 구경은 0.3833 ㎜일 수 있다. 이미지 센서들 중 하나 이상의 이미지 센서의 광학 시스템의 1차 근사값은 행렬 방정식을 사용하여 만들어질 수 있으며, 여기서, 모든 광선(r)은 다음과 같이 방정식(25)에 기재된 벡터로 표현된다.
Figure 112019037795230-pat00044
상기 방정식(25)에서, h는 이미지 센서의 입구에서 광선의 높이이고, θ는 광선의 각도이다. 도 38을 참조하면, (초점 길이 f를 갖는) 이미지 센서들 중 하나의 이미지 센서의 렌즈로부터의 거리(dim)에 있는 가상점을 촬상하는 경우, 렌즈가 초점면으로부터의 거리(dfp)에 있으면, 이미지 센서를 설명하는 대응하는 행렬(Mcam)은 다음과 같이 방정식(26)으로 표현된다.
Figure 112019037795230-pat00045
초점면(fp) 상에서 광선이 충돌하는 위치를 찾기 위해, 다음과 같이 방정식(27)으로 표현되는 행렬 곱셈을 사용할 수 있다.
Figure 112019037795230-pat00046
도 38에 예시된 바와 같이, 블러 서클의 직경(Dblur)은 도 38에 예시된 2개의 지점들 사이의 거리로서 대략적으로 도시되어 있다. 이 거리는 광축 상의 렌즈로부터 이격된 지점(dim)에서 렌즈의 에지까지 그리고 초점면까지 광선들을 추적함으로써 발견된다. 이 광선들은 다음과 같이 (28)에 나타낸 벡터에 의해 주어진다.
Figure 112019037795230-pat00047
도 39에 도시된 바와 같이, 다양한 렌즈 대 초점면 분리 및 렌즈 대 이미지 분리를 위해 블러 서클(Dblur)은 계산되고 표시된다. 또한, 등고선도(77)가 도 39에 도시되어 있다. x축은 초점면과 이미지 센서의 레즈로부터 이격된 초점 길이에 위치된 지점 사이의 거리를 미크론 단위로 나타낸다. y축은 렌즈와 촬상되는 지점 간의 거리를 미터 단위로 나타낸다. 등고선도(77)를 생성하는 값들은 화소 크기로 나눈 블러 크기이므로; 약 1 이하의 임의의 값이면 촬상하기에 충분하다. 도 39에 도시된 바와 같이, 초점면은 초점 길이에 렌즈로부터 추가로 5 ㎛ 이격되어 위치한다.
이미지 센서는 제2 렌즈를 이용할 수 있다. 예컨대, 이미지 센서는 상대적으로 더 큰 피사계 심도와 상대적으로 더 큰 시계를 생성하기 위해 제2 렌즈를 이용할 수 있다. 2개의 렌즈를 이용한 피사계 심도는 전술한 바와 같은 분석을 이용하여 계산될 수 있지만, 다음과 같이 방정식(29)에 나타낸 바와 같이, 광 행렬은 제2 렌즈와 추가 거리에 적합하게 변경된다.
Figure 112019037795230-pat00048
도 40 및 도 41은 렌즈와 이미지 센서 간의 분리에 의한 시계 변화와 이에 대응하는 이미지 센서의 초점 변화를 나타낸다. 도 40 및 도 41은 화소 크기로 나눈 블러 서클을 나타낸다. 도 40은 20㎜ 초점 길이 렌즈를 사용하는 경우, 화소 크기로 나눈 블러 서클을 나타낸다. 도 41은 40㎜ 초점 길이 렌즈를 사용하는 경우, 화소 크기로 나눈 블러 서클을 나타낸다. 도 40 및 도 41의 두 가지 구성의 코너에 대해 광축을 중심으로 한 대응하는 시계가 도 42의 표에 개시되어 있다.
도 42에 도시된 바와 같이, 일부 실시예에서, 이미지 센서는 40㎜ 내지 60㎜의 초점 길이 렌즈를 이용할 수 있으며; 이러한 구성은 초점으로부터 약 2인치에 배치된 이미지 센서를 포함할 수 있다. 본 발명의 다른 실시예에서, 도 42에 도시되지 않은 것들을 포함하는 다른 구성이 사용될 수 있다.
예컨대, 다음의 분석은 이미지 센서를 위해 피사계 심도가 어떻게 설정될 수 있는지를 나타내며; 초점 길이(f), 초점면으로부터의 거리(z) 및 공간 내의 한 지점으로부터의 거리(d)를 갖는 렌즈를 사용하면; 시스템의 행렬은 다음과 같이 방정식(30)으로 표현된다.
Figure 112019037795230-pat00049
방정식(30)을 풀면 다음과 같이 방정식(31)이 된다.
Figure 112019037795230-pat00050
방정식(31)을 풀면 다음과 같이 방정식(32)가 된다
Figure 112019037795230-pat00051
축상의 지점을 고려하면, 모든 높이는 제로가 될 것이다. 여러 광선들이 충돌하게 될 초점면 상의 지점은 다음과 같이 방정식(33)에 의해 주어진다.
Figure 112019037795230-pat00052
(33)에 상기된 바와 같이, θ는 광선의 각도이다. 완벽한 초점 내의 지점은 다음과 같이 방정식(34) 내에 주어진 렌즈 제작사 방정식에 의해 주어진다.
Figure 112019037795230-pat00053
방정식(34)는 다음과 같이 방정식(35)를 유도하기 위해 재배열될 수 있다.
Figure 112019037795230-pat00054
충돌 지점을 나타내기 위해 방정식(35)에서 d를 방정식(33)에 삽입하면, 다음과 같이 방정식(36)이 생성된다.
Figure 112019037795230-pat00055
이 지점을 떠나는 모든 광선은 광축에 있는 초점면에 충돌한다. 방정식(37)에 나타낸 바와 같이, 이미지 센서가 초점으로부터 거리(δ)만큼 시프트된 상황은 다음과 같이 설명된다.
Figure 112019037795230-pat00056
방정식(37)은, 초점면에 대해 이미지 센서의 렌즈를 적절히 위치시킴으로써, 우리가 피사계 심도를 변화시킬 수 있음을 보여준다. 부가적으로, 스팟 크기는 각도(θ)의 크기에 의존한다. 이 각도는 이미지 센서에 의해 생성된 비전 시스템의 개구에 선형적으로 의존한다.
부가적으로 또는 대안적으로, 본 발명의 일부 실시예에 따라, 환경에 대한 비전 시스템의 소형화, 정렬 및 감도에 영향을 미치는 초점까지의 거리; 시스템의 시계; 및 환경에 대한 시스템의 감도와 시스템의 정렬 공차에 영향을 미치는 렌즈-초점면 분리를 포함한 다양한 파라미터를 조정함으로써, 이미지 센서가 구현될 수 있다.
연결된 밸브가 있거나 없는 유량계의 실시예
도면을 참조하면, 도 43 및 도 44는 점적 챔버(59)에 커플링된 유량계(58)를 나타낸다. 후술한 바와 같이, 유량계(58)는 본 발명의 일 실시예에 따른 자유 흐름 검출기 요소(12)(도 1 참조)를 선택적으로 포함할 수 있다. 부가적으로, 대안적으로, 또는 선택적으로, 유량계(58)는 본 발명의 일부 실시예에 따른 유량 예측기 요소(13)(도 1 참조)를 포함할 수 있다. 도 43은 도어(62)가 폐쇄된 유량계(58)를 나타내고 있으며, 도 44는 도어(62)가 개방된 유량계(58)를 나타내고 있다. 유량계(58)는 밸브(6)가 있거나 없는 도 1의 유량계(7)일 수 있다. 유량계(58)는 시작 버튼(60) 및 스톱 버튼(61)을 포함한다. 부가적으로 또는 선택적으로, 유량계(58)는 통과하는 유체를 차단하기 위한 백업 밸브를 포함할 수 있거나, 다른 밸브에게 에러 조건에 응답하여 흐르는 유체를 차단하도록 신호할 수 있다.
유량계(58)는 유체 흐름을 예측할 수 있고/또는 자유 흐름 조건을 검출할 수 있는 이미지 센서(63, 64)를 선택적으로 포함한다. 유량계(58)는 2개의 이미지 센서(예컨대, 63, 64)를 포함하지만, 일부 실시예에서는, 이미지 센서(63, 64)들 중 하나만 사용될 수 있다. 이미지 센서(63, 64)는 점적 챔버(59) 내에 형성될 때의 액적을 촬상하여 그 크기를 예측할 수 있다. 액적의 크기는 점적 챔버(59)를 통한 유체 흐름을 예측하기 위해 사용될 수 있다. 예컨대, 본 발명의 일부 실시예에서, 이미지 센서(63, 64)는 점적 챔버(59) 내에 형성되는 액적의 크기의 윤곽을 예측하기 위해 에지 검출 알고리즘을 사용하며; 그 내부의 프로세서(도 1의 프로세서(15), 도 5의 프로세서(75), 또는 도 6 또는 도 8의 프로세서(90) 참조)는 액적의 모든 각도로부터 윤곽이 균일하다고 가정할 수 있고, 그 윤곽으로부터 액적의 크기를 예측할 수 있다. 도 43 및 도 44에 도시된 예시적인 실시예에서, 2개의 이미지 센서(63, 64)는 액적의 크기를 예측하기 위해 2개의 윤곽을 함께 평균화할 수 있다. 예컨대, 알고리즘은 액적의 크기를 결정하기 위해 2개의 이미지 센서(63, 64)에서 측정된 윤곽을 평균화할 수 있다. 이미지 센서(63, 64)는 본원에 기재된 바와 같이 액적의 크기 인식을 용이하게 하기 위해 참조 배경 패턴을 이용할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에서, 이미지 센서(63, 64)는 자유 흐름 조건이 존재하는지의 여부를 판단하기 위해 유체를 촬상한다. 이미지 센서(63, 64)는 유체가 자유롭게 흐르고 있는지(즉, 액적이 형성되지 않고 유체가 점적 챔버(59)를 통해 흐르는지)의 여부를 판단하기 위해 배경 패턴을 이용할 수 있다. 전술한 바와 같이, 유량계(58)는 2개의 이미지 센서(예컨대, 63 및 64)를 포함하지만, 일부 실시예에서는, 자유 흐름 조건이 존재하는지의 여부를 판단하며/또는 점적 챔버를 통한 유체의 흐름을 예측하기 위해 이미지 센서(63, 64)들 중 하나만 사용될 수 있다.
부가적으로 또는 대안적으로, 본 발명의 일부 실시예에서, 다른 이미지 센서(66)는 유체 튜브 내의 하나 이상의 버블의 존재를 검출하기 위해 유체 튜브(66)를 감시한다. 대안적인 실시예에서, 다른 버블 검출기가 이미지 센서(65) 대신 사용될 수 있다. 다른 부가적인 실시예에서는, 어떠한 버블 검출도 유량계(58)에서 사용되지 않는다.
이제, 도면을 참조하면, 도 45는 본 발명의 일 실시예에 따라 점적 챔버(219)에 커플링된 유량계(218)를 도시한다. 점적 챔버(219)는 커플러(410)를 통해 유량계(218)에 고정된다. 백라이트(220)는 (윤곽 형태로 도시된) 이미지 센서(221)를 향하여 점적 챔버를 통해 광을 조사한다.
유량계(218)는 모니터링 클라이언트(8)(도 1 참조)에 유량을 전자적으로 전송할 수 있다. 부가적으로 또는 대안적으로, 일부 선택적인 실시예에서, 유량계(218)는 유량을 표시하는 디스플레이(예컨대, 터치 스크린, LED 디스플레이 등)를 포함할 수 있다. 유량계(218)는 클램프(222)를 통해 폴대(223)에 커플링될 수 있다.
일부 실시예에서, 유량계(218)는 폐루프 시스템(예컨대, PID, 점멸, 신경망 또는 퍼지 로직 제어 시스템과 같은 도 1의 제어 요소(14))을 형성하여 점적 챔버(219)를 통한 유체의 흐름을 조절하기 위해 (도 45에 도시되지 않은) 밸브에 커플링된 액추에이터에 커플링될 수 있다.
유량계(218)는 본원에 기재된 임의의 흐름 알고리즘을 사용할 수 있으며, 본원에 기재된 임의의 촬상 시스템을 포함할 수 있다. 부가적으로 또는 대안적으로, 유량계(218)는 자유 흐름 검출기 요소(예컨대, 도 1의 자유 흐름 검출기 요소(12))를 포함할 수 있다.
도 46은 본 발명의 일 실시예에 따라 환자에게 유입되는 유체의 흐름을 제어하기 위한, 유량계(224)와 유량계(224)의 본체(226)에 커플링된 핀치 밸브(225)를 나타낸다. 유량계(224)는 이미지 센서(227)와 백라이트(228)를 포함한다.
이미지 센서(227)는 점적 챔버(229)를 촬상하고, 백라이트(228)로부터 조명을 받을 수 있다. 유량계(224)는 점적 챔버(229)를 유량계(224)에 커플링하는 커플러(231)에 커플링된 지지 부재(230)를 포함한다.
유량계(224)는 본원에 기재된 임의의 유량 예측기(예컨대, 도 1의 유량 예측기 요소(13)) 및/또는 본원에 개시된 자유 흐름 검출기(예컨대, 도 1의 자유 흐름 검출기 요소(12))를 구현할 수 있다. 유량계(224)는 (예컨대, 도 1에 도시된 바와 같은 제어 요소(14)를 사용하여) 환자에게 유입되는 유체의 흐름을 제어하기 위해 폐루프 방식으로 핀치 밸브(225)를 사용할 수 있다.
핀치 밸브(225)는, 도 47에서 더 쉽게 볼 수 있는 바와 같이, 액추에이터(234)에 커플링된 샤프트(233)에 커플링된다. 액추에이터(234)는 튜브(335)를 향해 핀치 밸브(225)를 움직일 수 있는 솔레노이드 또는 임의의 액추에이터일 수 있다.
도 48은 본 발명의 일 실시예에 따른 유량계(336)와 핀치 밸브(225)를 도시한다. 유량계는 2개의 이미지 센서(337, 338)를 포함한다. 유량계(336)는 폐루프 피드백 구조로 핀치 밸브(225)를 사용할 수 있다. 유량계(336)는 점적 챔버(229)를 통한 유체의 흐름을 예측하기 위해 이미지 센서(337, 338)를 모두 사용하여 본원에 기재된 체적 예측 알고리즘을 구현할 수 있다. 예컨대, 유량계(336)는 피드백 루프에서 사용하기 위해 두 체적을 함께 평균화할 수 있다.
도 49는 본 발명의 일 실시예에 따라 환자에게 유입되는 유체의 흐름을 제어하기 위한, 유량계(339)와 액추에이터(341)에 커플링된 밸브(340)를 도시하고 있다. 도 49의 유량계(339)는 도 46의 유량계(224)와 유사하지만, 도 49의 유량계(339)는 만곡된 세장형 지지 부재(342, 343)(도 50a 및 도 50b 참조)를 가진 밸브(340)를 포함한다.
유량계(339)는 이미지 센서(227)와 백라이트(228)를 포함한다. 이미지 센서(227)는 점적 챔버(229)를 촬상하고, 백라이트(228)로부터 조명을 받을 수 있다. 유량계(339)는 점적 챔버(229)를 유량계(339)에 커플링하는 커플러(231)에 커플링된 지지 부재(230)를 포함한다.
유량계(339)는 본원에 기재된 임의의 유량 예측기(예컨대, 도 1의 유량 예측기 요소(13)) 및/또는 본원에 개시된 자유 흐름 검출기(예컨대, 도 1의 자유 흐름 검출기 요소(12))를 구현할 수 있다. 유량계(339)는 (예컨대, 도 1의 제어 요소(14)를 사용하여) 환자에게 유입되는 유체의 흐름을 제어하기 위해 폐루프 방식으로 밸브(340)를 사용할 수 있다.
유량계(339)는 액추에이터(341)를 작동시켜 밸브(340)를 작동시킬 수 있으며, 이에 따라, 임의의 제어 알고리즘을 사용하여 피드백(즉, 폐루프) 구조에서 IV 튜브(335)를 통해 흐르는 유체를 조절한다.
이제, 도 50a 및 도 50b를 참조하면, 이 도면들은 본 발명의 일 실시예에 따른 도 49의 밸브(340)의 확대도를 도시하고 있다. 밸브(340)는 내측의 만곡된 세장형 지지 부재(343)와 외측의 만곡된 세장형 지지 부재(342)를 포함한다. 지지 부재(342, 343)들 사이에는 튜브(335)가 배치된다.
내측 지지 부재(343)는 배럴 너트(344)를 포함한다. 외측 지지 부재(342)는 후크(345)를 통해 배럴 너트(344)에 커플링된다. 일부 실시예에서, 배럴 너트(344)는 밸브(340)에 커플링되지 않으며, 내측 지지 부재(342)는 나사식 로드 또는 스크류(347)가 슬라이드할 수 있는 홀을 포함한다. 외측 지지 부재(342)도 당해 외측 지지 부재를 액추에이터(341)의 프레임(349)에 고정하기 위한 후크(348)를 갖는다. 액추에이터(341)는 스크류(347)에 커플링된 샤프트(346)를 포함한다. 액추에이터(341)가 샤프트(346)를 회전시키면, 스크류(347)가 회전하여 배럴 너트(334)를 액추에이터(341) 측으로 밀어낼 수 있다. 즉, 내측 및 외측 지지 부재(342, 343)가 유연하기 때문에, 후크(345)와 배럴 너트(334)가 후크(348)와 프레임(349)을 향해 움직인다.
지지 부재(342, 343)가 압축되면, 튜브(335)는 지지 부재(342, 343)들 사이에 배치되어 있기 때문에 압축된다. 튜브(335)의 압축은 튜브(335)를 통한 유체의 흐름을 제한한다. 밸브(340)는 튜브(335)의 직경보다 상당히 큰 튜브(335)의 길이를 압축한다.
도 51a 내지 도 51d는 본 발명의 일 실시예에 따른 모니터링 클라이언트(358), 밸브(352), 점적 챔버(357), IV 백(411) 및 유체 튜브(412)를 구비한 유량계(350)를 도시한 다수의 도면이다. 유량계(350)는 밸브(352)를 수용하기 위한 수용부(351)를 포함한다. 밸브(352)는 2개의 만곡된 세장형 지지 부재(353, 354)를 포함한다.
유량계(350)는 점적 챔버(357) 내에 형성되는 액적을 감시할 수 있는 백 라이트(356)와 이미지 센서(355)를 포함한다. 유량계(350)는 본원에 기재된 유량 예측기 알고리즘(예컨대, 도 1의 유량 예측기 요소(13))을 구현하고/또는 본원에 개시된 자유 흐름 검출기(예컨대, 도 1의 자유 흐름 검출기 요소(12))를 구현하기 위해 이미지 센서(355)를 사용할 수 있다.
유량계(350)는 모니터링 클라이언트(358)를 수용하기 위한 도크를 형성할 수 있는 베이스(359)를 포함한다. 모니터링 클라이언트(358)는 스마트 폰 또는 다른 전자 컴퓨팅 장치(예컨대, 안드로이드 기반 장치, 아이폰, 태블릿, PDA 등)일 수 있다.
모니터링 클라이언트(358)는 자유 흐름 검출기, 유량 예측기, 제어 요소, 노광 요소 등(예컨대, 도 1의 자유 흐름 검출기 요소(12), 유량 예측기 요소(13), 제어 요소(14), 노광 요소(29))을 구현하기 위해 그 내부에 소프트웨어를 포함할 수 있으며, 하나 이상의 송수신기(예컨대, 송수신기(9))를 포함할 수 있다. 부가적으로 또는 대안적으로, 유량계(350)의 베이스(359)는 이 아이템들을 구현할 수 있다.
예컨대, 유량계(350)는 내부 소프트웨어, 하드웨어, 전자 장치 등을 사용하여 자유 흐름 검출기, 유량 예측기, 제어 요소, 노광 요소 등을 구현할 수 있다. 유량계(350)는 밸브(352)를 통해 흐르는 유체를 변화시킴으로써 환자에게 유입되는 유체를 조절하는 폐루프 피드백 시스템을 구현할 수 있다.
도 51b에서 쉽게 알 수 있는 바와 같이, 밸브(352)는 내측 지지 부재(354)와 외측 지지 부재(353)를 포함한다. 내측 지지 부재(354)는 배럴 너트(360) 및 배럴(361)에 커플링된다. 일부 실시예에서는, 배럴 너트(360)가 내측 지지 부재(354)에 커플링되지 않으며, 내측 지지 부재(354)는 나사식 샤프트(362)가 슬라이드할 수 있는 홀을 포함한다.
나사식 샤프트(362)(예컨대, 스크류)는 배럴(361) 내에 배치된 베어링 내부에서 자유롭게 회전하며, 배럴 너트(360) 내의 나사식 너트와 맞물림으로써, 노브(363)의 회전에 의해 배럴(361)에 대해 배럴 너트(360)를 상대적으로 밀거나 당긴다(예컨대, 상기 액추에이터는 리드 스크류를 작동시키기 위한 노브를 가진 리드 스크류이다). 노브(363)는 수동으로 회전될 수 있다.
부가적으로 또는 대안적으로, 밸브(352)는 수용부(351) 내에서 노브(363)에 결합되는 회전 부재(364)를 포함한 수용부(351)에 스냅 결합될 수 있다(도 51c 참조). 회전 부재(364)는 밸브(352)를 작동시키기 위해 회전 노브(363)에 결합된다. 회전 부재(364)는 당해 회전 부재(364)를 회전시키는 전기 모터에 커플링될 수 있다. (명시적으로 도시되지 않은) 전기 모터는 환자에게 유입되는 유체의 목표 유량을 달성하기 위해 폐루프 구조로 유량계(350)에 의해 제어될 수 있다.
도 52a 내지 도 52d는 밸브(352), 점적 챔버(357) 및 본 발명의 일 실시예에 따라 밸브(352)를 수용하는 수용부(351)를 가진 유체 튜브 트렌치(413)를 갖는 다른 유량계(365)를 도시한 다수의 도면이다. 도 52a 내지 도 52d의 유량계(365)는 도 51a 내지 도 51d의 유량계(350)와 유사하지만, 베이스(359)가 모니터링 클라이언트(358)를 "직립" 위치에 유지한다. 부가적으로, 수용부(351)가 모니터링 클라이언트(358)로부터 베이스(359)의 반대 측에 있다(도 52b 및 도 52c 참조).
도 52d는 수용부(351)에 결합된 밸브(352)의 확대도를 나타낸다. 노브(363)는 (도 52d에 도시되지 않은) 모터에 커플링된 (도 52d에 도시되지 않은) 베이스(359)의 내부에 있는 회전 부재에 결합된다.
도 53a는 도 51a 내지 도 51d 및 도 52a 내지 도 52d의 밸브(352)의 다른 도면을 나타내며, 도 53b 및 도 53c는 본 발명의 일 실시예에 따른 도 53a의 밸브의 2개의 분해도를 나타낸다.
도 53a 내지 도 53c에 도시된 바와 같이, 밸브(352)는 내측 지지 부재(354)와 외측 지지 부재(353)를 포함한다. 지지 부재(354, 353)들 사이에 튜브를 배치하기 위해 튜브가 홀(366, 367)을 통해 삽입될 수 있다.
노브(363)는 스크류(362)를 회전시키기 위해 회전될 수 있다. 스크류(362)의 회전으로 인해, 배럴 너트(360)가 부분 배럴(363) 측으로 이동하여 지지 부재(354, 353)들 사이에 배치된 튜브를 압축하게 된다. 부분 배럴(363)은 2개의 측면을 포함하지만, 공간(예컨대, 상보적인 공간) 내에 스크류(362)의 단부(600)(예컨대, 캡)를 확실하게 유지하기 위한 공간이 있다. 도 54는 수동으로 사용되며 튜브(368)에 커플링된 밸브(352)를 도시하고 있다.
도 55는 본 발명의 일 실시예에 따라 2개의 가요성 부재(370, 371)를 포함하는 밸브(369)를 나타낸다. 가요성 부재(370, 371)는 2개의 가요성 시트일 수 있다. 가요성 부재(371)는 가요성 부재(370, 371)들 사이에 튜브(372)가 배치될 수 있도록 하는 홀(373, 374)을 포함할 수 있다.
가요성 부재(370, 371)는 2개의 커넥터 부재(377, 378)를 통해 함께 커플링된다. 커넥터 부재(377, 378)는 각각 커플링 부재(376, 375)에 커플링된다.
밸브(369)의 작동은 커플링 부재(377, 378)를 서로 근접시키거나 이격시키는 선형 액추에이터에 의해 이루어질 수 있다. (명시적으로 도시되지 않은) 선형 액추에이터는 스크류 타입 액추에이터, 피스톤 액추에이터 또는 다른 액추에이터일 수 있다. 일부 실시예에서, 액추에이터가 커플링 부재(375, 376)들 중 다른 하나와 커플링 부재(375, 376)를 서로 근접시키거나 이격시키는 다른 고정 지지체에 커플링될 때, 커플링 부재(375, 376)들 중 하나는 고정 지지체에 커플링될 수 있다.
도 56a 내지 도 56c는 2개의 만곡된 세장형 지지 부재(381, 382)를 가진 밸브(380)의 다수의 도면을 나타내며, 상기 세장형 지지 부재(381) 중 하나는 본 발명의 일 실시예에 따라 지지 부재(381, 382)들 사이에 배치된 튜브에 맞물리도록 구성된 복수의 릿지(387)를 갖는다.
밸브(380)는 제1 단부에서 커플링 부재(383)에 커플링되고 타단부에서 제2 커플링 부재(384)에 커플링된 양 지지 부재(381, 382)를 갖는다. 즉, 커플링 부재(384)는 스크류(385)를 둘러싸고, 스크류(385)가 노브(386)의 회전에 의해 회전될 때, 커플링 부재(383)는 당해 커플링 부재(383)를 노브(386)에 대해 근접시키거나 이격시키기 위한 내부 나사산을 포함한다. 도 56b는 지지 부재(381, 382)들 사이에 커플링된 튜브를 통해 흐르는 유체를 차단하도록 작동될 때의 밸브(380)를 도시한다. 도 56c는 튜브를 수용하기 위해 2개의 홀(388, 389)을 가진 지지 부재(381)를 도시한다. 또한, 지지 부재(381, 382)는, 도 56c에서 쉽게 볼 수 있는 바와 같이, 스크류(385)의 축으로부터 튜브를 편심되게 유지한다는 것에 유의하여야 한다. 스크류(385)의 축으로부터 튜브를 편심되게 유지하면, 튜브의 자유로운 이동을 용이하게 한다.
도 57a 내지 도 57c는 본 발명의 일 실시예에 따라 밸브(390)의 연결 부재(393)에 맞물리는 래칫(394)을 가진 밸브(390)의 다수의 도면을 나타내며, 도 57d 및 도 57e는 도 57a 내지 도 57c의 밸브(390)의 2개의 분해도를 나타낸다. 래칫(394)은 연결 부재 상에 배치된 기어 랙(397)과의 상호 작용에 의해 연결 부재(393)에 맞물린다. 핑거(602)(도 57d 및 도 57e 참조)는 기어 랙(397)과 상호 작용하여 래칫 동작을 제공한다. 즉, 핑거(602)는 당해 유지 핑거(602)의 반대측에 있는 결합 핑거에 대해 기어 랙(397)을 유지할 수 있다. 밸브(390)는 래칫(394)에 일단부가 커플링되고 힌지(395)에 타단부가 선회가능하게 커플링된 지지 부재(391)를 포함한다. 밸브(390)는 래칫(394)의 본체에 커플링될 수 있는 후크(398)를 가진 지지 부재(392)를 또한 포함한다.
도 57c에 도시된 바와 같이, 튜브(396)가 지지 부재(391, 392)들 사이에 배치될 수 있고, 그 다음, 후크(398)가 래칫(394)의 본체에 체결될 수 있으며, (도 57b에 도시된 바와 같이) 연결 부재(393)가 래칫(394)에 삽입될 수 있다. 도 57c에 도시된 바와 같이, 튜브(396)는 개구(399, 400)를 통해 지지 부재(391)에 접하도록 배치된다.
래칫(394)은, 당해 래칫(394)이 거친 유체 흐름 조정을 위해 힌지(395)를 향해 수동으로 움직일 수 있도록, 기어 랙(397)과 맞물린다. 그 후, 노브(미도시)가 래칫(394)과 힌지(395) 사이의 거리를 미세 조정하기 위해 래칫(394)에 커플링될 수 있다. 부가적으로 또는 대안적으로, 래칫(394)은 연결 부재(393)로부터 래칫을 해제하기 위해 해제 버튼(미도시)을 포함할 수 있다.
도 58a 내지 도 58d는 본 발명의 다른 실시예에 따른 2개의 세장형 지지 부재(403, 404), 연결 부재(405) 및 스크류 타입 액추에이터(407)를 가진 밸브(401)의 다수의 도면을 나타낸다.
지지 부재(403, 404)는 그들의 단부가 연결 부재(405)의 단부와 영구적으로 함께 성형될 수 있다. 지지 부재(403, 404)들 사이에 튜브(402)가 배치될 수 있다.
노브(408)가 회전함에 따라, 스크류 타입 액추에이터(407)는 나사식 로드(406)와 맞물려 있기 때문에 팽창하거나 수축한다. 도 58a는 개방 위치에 있는 밸브를 나타내는 반면, 도 58b는 폐쇄 위치에 있는 밸브를 나타낸다. 튜브(402)가 튜브(402)의 상당한 길이를 따라 압착된다는 것에 유의하여야 한다. 도 58c 및 도 58d는 각각 개방 위치와 폐쇄 위치에 있는 밸브(401)를 사시도로 나타낸다.
도 59a 내지 도 59c는 본 발명의 일 실시예에 따른 밸브(500)의 본체(501)의 다수의 도면을 나타낸다(조립된 밸브(500)의 경우, 도 59h 참조). 본체(501)는 제1 만곡된 세장형 지지 부재(502)와 제2 만곡된 세장형 지지 부재(503)를 포함한다. 제1 지지 부재(502)는 지지 부재(502, 503)들 사이에 튜브를 유지하기 위해 융기된 홀(504, 505)을 포함한다.
본체(501)는 지지 부재(503, 504)의 일단부에 커플링되는 제1 커넥터(506)와, 지지 부재(503, 504)의 타단부에 커플링되는 제2 커넥터(507)를 또한 포함한다.
제1 커넥터(506)는 지지 부재(503, 504)의 일단부와 연결 부재(509)의 제1 단부(508)에 커플링된다. 제2 커넥터(507)는 (도 59b에서 쉽게 볼 수 있는 바와 같이) 연결 부재(509)의 제2 단부(511)가 관통하여 배치되는 홀(510)을 포함한다.
튜브가 지지 부재(502, 503)들 사이에 배치되었을 때, 제1 커넥터(506)를 향해 제2 커넥터(507)가 이동하면, 지지 부재(502, 503)들 사이에 배치된 튜브가 압축된다. 제2 커넥터(507)가 제1 커넥터 측으로 이동할 때, 제2 커넥터(507)의 홀(510)은 커넥터 부재(509)의 제2 단부(511)가 그 내부에서 자유롭게 슬라이드하도록 허용한다.
도 59d 내지 도 59g는 본 발명의 일 실시예에 따라 도 59a 내지 도 59c에 도시된 본체(501)와 함께 사용하기 위한 노브(512)의 다수의 도면을 나타낸다. 노브(512)는 4개의 핑거(514)에 의해 형성된 래칫(513)을 포함한다. 각각의 핑거(514)는 나사식 연결 부재(509)에 맞물리는 나사 표면(515)을 포함한다. 핑거(514)는 노브(512)의 중앙에 있는 홀(516)을 향하여 아치를 이루고 있다. 노브(512)는 제2 커넥터(507)(도 59h 참조)에 맞물리는 핑거(517)를 또한 포함한다. 일부 실시예에서, 본체(501)는 제2 커넥터(508) 상에 핑거(517)를 수용하기 위해 리세스(510)를 포함한다.
도 59h는 본 발명의 일 실시예에 따라 도 59d 내지 도 59g의 노브(512)에 커플링된 도 59a 내지 도 59c에 도시된 본체(501)를 포함하는 조립 밸브(500)를 나타낸다. 노브(512)는 연결 부재(509)의 나사산 상으로 슬라이딩한다. 핑거(514)가 연결 부재(509)의 나사산에 맞물려서 연결 부재(509) 상에 래칭된다. 즉, 노브(512)는 연결 부재(509)의 나사산을 따라 연결 부재(509)의 제1 단부(508)를 향해 자유롭게 이동할 수는 있지만, 노브(512)를 회전시키지 않으면, 연결 부재(509)의 제1 단부(508)로부터 멀어질 수 없다. 즉, 노브(512)는 커넥터(507, 508)들을 서로를 향해 거칠게 움직임으로써 밸브(500)를 거칠게 조정하여 밸브(500)를 폐쇄하기 위해 연결 부재(509) 상에 배치될 수 있다. 4개의 핑거(514)의 나사 표면(515)이 연결 부재(509)의 나사산과 맞물리기 때문에, 노브(512)의 회전은 튜브 내에서의 유체 흐름을 저감하거나 증대시킨다. 각각의 핑거(514)는 연결 부재(509)의 나사산에 맞물리는 나사 표면(515)을 포함하며, 이에 따라, 노브(512)의 회전으로 인해 제2 커넥터(507)가 제1 커넥터(506)에 대해 근접하거나 이격됨으로써 지지 부재(502, 503)들 사이에 배치된 튜브의 유체 흐름을 제어한다.
도 60은 본 발명의 일 실시예에 따른 안내 돌출부(521)를 가진 밸브(520)를 나타낸다. 밸브(520)는 도 59h의 밸브(500)와 유사하지만, 안내 돌출부(521)와, 제1 및 제2 칼라(523, 524)를 가진 노브(522)를 포함한다. 노브(522)는 연결 로드(526)의 나사산(525)에 맞물리는 내부 나사산(미도시)을 또한 포함한다. 일부 실시예에서, 내부 나사산은 래칭일 수 있으며, 내부 나사산은 래칫 동작을 제공하지 않고 고정될 수 있다.
도 61은 본 발명의 일 실시예에 따라 도 60의 밸브(520)에 커플링되는 모터와 밸브 고정 구조물(537)과 모터(536)를 나타낸다. 밸브 고정 구조물(537)은 각각의 칼라 안내부(534)를 통해 노브(522)(도 62 참조)의 칼라(523, 524) 상에 스냅 결합되는 만곡부(533)를 각각 가진 고정 핑거(528, 529, 530, 531)를 포함한다.
이제, 도 60, 도 61 및 도 62를 참조하면, 칼라(523, 524)가 충분히 고정되면, 노브(522)는 자유롭게 회전한다. 즉, 칼라(523)는 노브(522)가 회전할 수 있도록 각각의 칼라 안내부(534) 내에서 고정 핑거(528, 530)들 사이에 고정될 수 있다. 마찬가지로, 칼라(524)는 노브(522)가 회전할 수 있도록 각각의 칼라 안내부(534) 내에서 고정 핑거(529, 531)들 사이에 고정될 수 있다.
밸브(520)가 밸브 고정 구조물(537)에 고정되었을 때, (모터(536)에 의해 발생하는) 휠(537)의 회전은 밸브(520)의 노브(522)를 회전시킨다. 밸브(520)가 휘어지면, 돌출부(521)는 돌출부 가이드(535) 내에서 또는 돌출부 가이드(535)에 인접하여 자유롭게 움직인다. 도 62는 밸브 고정 구조물(537)을 통해 모터(536)에 고정된 도 60의 밸브를 나타낸다.
도 63은 본 발명의 일 실시예에 따라 도 60의 밸브에 커플링되는 밸브 고정 구조물(539)과 다른 모터(538)를 나타낸다. 밸브 고정 구조물(539)은 모터(538)에 인접한 돌출부 가이드(540)를 포함한다. 모터(538)는 휠(541)에 커플링되어 노브(522)에 결합된다(도 60 참조).
도 64a는 본 발명의 일 실시예에 따라 유체 라인(543)을 통한 유체의 흐름을 조절하기 위한 슬라이드가능한 칼라(545)와 다수의 압축 핑거(544)를 가진 밸브(542)를 나타낸다. 베이스(546)는 모든 핑거(544)에 연결된다. 슬라이드가능한 칼라(545)가 압축 핑거(544) 위에서 움직일 때, 압축 핑거(544)가 튜브(543)를 압축하여 그 내부에서의 유체 흐름을 방해하게 된다. 도 64b는 도 64a의 밸브의 단면도를 나타낸다.
도 64a는 본 발명의 일 실시예에 따라 유체 라인(543)을 통한 유체의 흐름을 조절하기 위한 슬라이드가능한 칼라(545)와 다수의 핑거(544)를 가진 밸브(542)를 나타낸다. 베이스(546)와 핑거(544)가 튜브(543)를 둘러싸도록, 핑거(544)가 베이스(546)에 커플링된다. 핑거(544)가 튜브(543)를 압축하여 튜브(543)의 내부 체적을 감소시키도록, 칼라(545)는 베이스(546)로부터 멀리 슬라이드할 수 있다. 튜브(543)의 내부 체적 감소는 튜브를 통한 유체 흐름을 저감시킨다. 칼라(545)의 위치를 제어하기 위해 칼라(545)에 액추에이터(미도시)가 커플링될 수 있다(예컨대, 선형 액추에이터가 칼라(545)와 베이스(546)에 커플링될 수 있다). 도 64b는 도 64a의 밸브(542)의 단면도를 나타낸다. 핑거(544)는 베이스의 대향 단부 부근에서 튜브로부터 멀어지는 형상일 수 있음을 유의하여야 한다.
도 65는 본 발명의 일 실시예에 따라 유체 튜브(548)를 통한 유체 흐름을 조절하기 위해 유체 튜브(548)를 사이에 배치하는 2개의 곡면(549, 550)을 가진 밸브(547)를 나타낸다. 곡면들이 함께 압축될 때, 튜브(548)는 그들 사이에서 압축된다. 2개의 곡면(549, 550)들은 액추에이터를 사용하여 함께 압축될 수 있다. 튜브(548)는 곡면(549) 주위에 여러 번 감길 수 있다.
도 66a 내지 도 66g는 본 발명의 일 실시예에 따라 노브(552) 운동 후 제자리에 로킹되는 연결 부재(553)를 이동시키기 위한 노브(552)를 가진 밸브(551)의 다수의 도면을 나타낸다.
밸브(551)는 내측의 만곡된 세장형 지지 부재(554)와 외측의 만곡된 세장형 지지 부재(556)를 포함한다. 외측 지지 부재(556)에는 핀(578)을 통해 노브(552)가 선회가능하게 커플링된다. 연결 부재(553)는 노브(552)의 치형(576)에 맞물린다.
연결 부재(553)는, 노브(552)의 회전이 결합 핑거(700)(도 66d 참조)를 연결 부재(553)의 기어 랙(558) 속에 마찰식으로 로킹하도록, 지지 부재(556)의 일단부(555)의 홀 속에 삽입될 수 있다. 결합 핑거(700)는 노브(552)를 로킹하기 위해 치형(576)에 맞물릴 수 있으며, 이에 따라, 충분한 토크가 결합 핑거(700)의 로킹 작용을 극복하지 않는 한, 노브(552)의 회전을 방지한다. 홀(571)의 타측에 배치된 유지 핑거(577)는 노브(552)의 치형(576)에 대해 연결 부재(552)를 압축한다.
내측 지지 부재(554)는, 튜브가 융기부(559, 560)를 통해 가압될 수 있도록, 외측 지지 부재(556)로부터 멀리 선회할 수 있다(도 66c 참조). 내측 지지 부재(554)는 도 66c에 도시된 바와 같이 도그본(561, 562, 701, 702)을 통해 외측 지지 부재(556)로부터 멀리 선회할 수 있다. 그 후, 내측 지지 부재(554)는 도 66d에 도시된 바와 같이 지지 부재(556) 측으로 다시 선회할 수 있다. 그리고, 연결 부재(553)가 외측 지지 부재(556)의 단부(555) 속으로 삽입되며(이 삽입이 도 66e에 확대되어 도시되어 있다), 상기 외측 지지 부재는 노브(552)의 치형(576) 상에 로킹되어 연결 부재(553)를 일시적으로 움직이지 못하게 하는 결합 핑거(700)를 포함한다(도 66g 참조). 연결 부재(553)의 타단부(581)는 지지 부재(556)의 단부(557)의 홀(582) 속에 로킹된다. 연결 부재(553)는 상기 단부(557)에 선회가능하게 연결될 수 있다. 노브(552)는 상기 단부(555) 내외로 연결 부재(553)를 움직이기 위해 치형(576)을 포함한다. 그러나, 노브(552)가 움직이지 않을 때, 미리 결정된 양의 토크가 핑거(700)를 노브(552)의 내부의 치형(576)들 중 다음 치형으로 클릭하지 않으면, 결합 핑거(700)는 노브(552)의 움직임을 로킹한다.
전술한 바와 같이, 지지 부재(554)는 도 66c에 도시된 바와 같이 외측 지지 부재(556)로부터 멀리 회동할 수 있으며, 이는 도그본 링커(561, 562, 701, 702)에 의해 촉진된다. 도그본 링커(561)는 피벗(563)에 커플링되는 피벗 홀(572)과, 피벗(565)에 커플링되는 피벗 홀(573)을 포함한다. 도그본 링커(562)는 피벗(566)에 커플링되는 피벗 홀(575)과, 피벗(566)에 커플링되는 피벗 홀(574)을 포함한다. 지지 부재(556)의 단부도 내측 지지 부재(554)로부터 멀리 회동할 수 있도록, 도그본 링커(701)는 피벗(567, 570)에 커플링되고, 도그본 링커(702)는 피벗(568, 569)에 커플링된다.
도 67은 본 발명의 일 실시예에 따른 밸브의 유량에 대한 작동을 예시한 그래픽(408)을 나타낸다. 그래픽(408)은, 예컨대, 도 49 및 도 50a 및 도 50b의 밸브(340), 도 51a 내지 도 54의 밸브(352), 도 55의 밸브(369), 도 56a 내지 도 56c의 밸브(380), 도 57a 내지 도 57e의 밸브(380), 도 58a 내지 도 58d의 밸브(401), 도 59h의 밸브(500), 도 60 내지 도 60의 밸브(520), 도 64a 및 도 64b의 밸브(542), 도 65의 밸브(547) 및/또는 도 66a 내지 도 66g의 밸브(551)와 같은, 세장형 지지 부재를 가진 밸브의 작동을 나타낸다. 그래픽(408)의 x축은 밸브의 지지 부재의 단부들 사이의 변위를 나타내고, y축은 (중력 및/또는 압력원에 의해 발생되는) 유량을 나타낸다. 밸브의 응답은 S자 곡선, 시그모이드 곡선, 곰페르츠 곡선 또는 일반화된 로지스틱 함수와 같은 비선형 함수이다. 이러한 함수들은 밸브와 일치하도록 조정될 수 있으며/또는 밸브가 곡선들 또는 함수들 중 하나와 일치하도록 조정될 수 있다.
도 68a는 본 발명의 일 실시예에 따라 이진 광학 장치(705)를 사용하는 유량계(703)를 나타낸다. 유량계(703)는 임의의 충분한 방법, 예컨대, 본원에 개시된 방법을 사용하여 점적 챔버(357)를 통한 유체의 유량을 예측하기 위해 하나 이상의 이미지를 캡처하는 카메라(355)를 포함한다. 유량계(703)는 이진 광학 조립체(705) 상에 레이저 빔을 전송하는 레이저(704)를 포함한다. 이진 광학 조립체(705)는 그 후 점적 챔버(357)를 통해 레이저 빔을 이미지 센서(355)로 재전송 및 변형하며, 이에 따라, 이미지 센서(355)는 패턴, 예컨대, 도 10의 배경 패턴(89)에 나타낸 바와 같은 스트라이프를 형성할 수 있는 도 8에 도시된 라인(85) 어레이를 검지하게 된다. 이진 광학 조립체(705)는 복수의 타원을 사용하여 스트라이프를 형성할 수 있다.
이미지 센서(355)는 레이저(704)의 주파수를 제외한 모든 주파수를 필터링하는 필터를 포함할 수 있다. 예컨대, 이미지 센서(355)는 레이저(704)의 광 주파수(또는 광 주파수의 중심 주파수)와 동일한(또는 거의 동일한) 중심 주파수를 가진 광 대역 통과 필터를 포함할 수 있다.
모니터링 클라이언트(358)는 레이저(801)를 변조하기 위해 레이저(801)에 전기적으로 커플링될 수 있다. 예컨대, 모니터링 클라이언트(358)는 미리 결정된 화소가 노광되는 경우에만 레이저(801)를 턴 온할 수 있으며, 미리 결정된 화소 이외의 다른 화소가 노광되고 있을 때에는 레이저(801)를 턴 오프할 수 있다.
유량계(703)는 제1 전극(800)과 제2 전극(801)을 선택적으로 포함한다. 모니터링 클라이언트(358)가 제1 전극(800)과 제2 전극(801)에 전기적으로 커플링되어 이들 사이에 형성된 커패시턴스를 측정할 수 있다. 스트리밍 조건에서는, 공기와 물의 상대 유전율이 다르기 때문에, 커패시턴스가 변한다. 모니터링 클라이언트(358)는 제1 전극(800)과 제2 전극(801) 사이의 커패시턴스를 감시함으로써 점적 챔버(357)의 스트리밍 조건으로 인한 변화를 감시할 수 있으며, 임계값을 초과하는 커패시턴스의 증가 및/또는 감소를 스트리밍 조건 및/또는 비스트리밍 조건에 대응하는 것으로 연관시킬 수 있다. 예컨대, 제1 및 제2 전극(800, 801)들 사이의 커패시턴스가 임계값보다 높은 경우, 모니터링 클라이언트(358) 내의 프로세서는 점적 챔버(357)가 스트리밍 조건 하에 있는 것으로 판단할 수 있다.
대안적인 실시예에서, 제1 및 제2 전극(800, 801)은 루프 안테나이다. 모니터링 클라이언트(358)는 루프 안테나(800, 801)들 간의 자기 결합을 감시하기 위해 송수신기를 이용한다. 예컨대, 송수신기는 안테나(800, 801)들 중 하나의 루프 안테나로부터 코딩된 메시지를 루프 안테나(800, 801)들 중 다른 루프 안테나로 전송한 다음, 코딩된 메시지가 성공적으로 수신되었는지의 여부를 판단할 수 있다. 성공적으로 수신되었다면, 송수신기로부터 수신 신호 강도 표시("RSSI")의 측정이 실시될 수 있다. RSSI는 안테나(800, 801)들 간의 자기 결합을 감시하기 위해 사용될 수 있다. 자기 결합이 임계값을 초과하면, 모니터링 클라이언트(358)는 스트리밍 조건이 점적 챔버(357) 내에 존재하는 것으로 판단할 수 있다. 일부 실시예에서, 자기 결합의 변화 또는 용량 결합의 변화는 스트리밍 조건이 발생하였다는 표시인 것으로 판단될 수 있다.
유량계(703)는 안전 밸브(706)를 포함할 수도 있다. 도 69a 내지 도 69f는 본 발명의 일 실시예에 따른, 도 68의 유량계(703)와 같은, 유량계와 함께 사용될 수 있는 안전 밸브(706)의 다수의 도면을 나타낸다.
도 69a 및 도 69b는 안전 밸브(706)의 분해도를 나타낸다. 안전 밸브(706)는 솔레노이드(707), 인터페이스 구조물(708), 튜브 하우징(709), 스프링(720), 면판(712), 제1 축(713), 제2 축(714), 제1 폐색 아암(710) 및 제2 폐색 아암(711)을 포함한다. 면판(712)은 홀(715)을 포함하며, 튜브 하우징(708)도 홀(819)을 포함한다. 홀(715, 819)들은 축(713)이 홀(715, 819)들 내에서 슬라이딩할 수 있도록 한다.
도 69c에 도시된 바와 같이, 튜브(820)는 튜브 하우징(709) 내에 배치될 수 있다. 튜브(820)의 배치는, 도 69d에서 쉽게 볼 수 있는 제1 및 제2 폐색 아암(710, 711) 바로 옆에 튜브(820)가 배치되도록 이루어진다. 스프링(720)은 (도 69d에 도시된 바와 같이) 수축된 상태일 때 제1 및 제2 폐색 아암(710, 711)들을 수축된 상태로 유지하지만 에너지를 저장하며, 이에 따라, 제1 및 제2 폐색 아암(710, 711)들이 튜브(810)를 향해 미리 결정된 양만큼 이동하면 스프링이 저장된 기계적 에너지를 방출함으로써 제1 및 제2 폐색 아암(710, 711)들이 팽창하여 튜브(820)를 폐색하게 된다. 스프링(720)은 축(713, 714)들을 서로를 향해 당길 수 있는 압축 스프링(720)일 수 있다. 제1 및 제2 폐색 아암(710, 711)들은 회동가능하게 함께 연결된다. 도 69e에서 쉽게 알 수 있는 바와 같이, 솔레노이드(707)의 샤프트(718)는 스프링(720)을 가압하도록 튜브의 홀(719)을 통해 작동할 수 있으며, 이로 인해 스프링(720)은 그 에너지를 방출하여 튜브(820)를 폐색하게 된다(제1 및 제2 폐색 아암(710, 711)들이 폐색 위치에 있는 경우에 대해서는 도 69f를 참조하라).
도 70은 본 발명의 일 실시예에 따라 점적 챔버 내에서 액적의 성장 및/또는 흐름을 예측하는 방법(728)을 예시하는 흐름도를 나타낸다. 방법(728)은 단계(729 내지 735)들을 포함한다. 도 71a 및 도 71b는 도 70의 방법을 예시하기 위해 템플릿이 내부에 중첩되어 있는, 유량계로 촬영된 이미지를 나타낸다.
단계(729)에서는, 점적 챔버의 이미지를 캡처한다. 캡처된 이미지는 도 71a의 이미지(721)일 수 있다. 단계(730)에서는, 캡처된 이미지 내의 템플릿을 제1 위치에 배치한다. 예컨대, 도 71a에 도시된 바와 같이, 템플릿(727)은 미리 결정된 위치 내에 배치될 수 있다. 단계(731)에서는, 템플릿(727) 내의 모든 화소를 평균화한다. 단계(732)에서는, 템플릿을 제2 위치로 이동시킨다. 예컨대, 도 71a의 템플릿(727)은 템플릿을 Y방향으로(예컨대, 도 71a에 도시된 바와 같이 아래로) 이동시킬 수 있다.
단계(733)에서는, 템플릿 내의 화소가 제2 평균값을 결정하기 위해 사용된다. 단계(734)에서는, 제2 평균값과 제1 평균값 간의 차이가 미리 결정된 임계값보다 크면, 템플릿이 액적의 에지에 위치한다고 판단한다. 예컨대, 도 71a를 참조하면, 템플릿(727)이 액적의 에지로부터 액적을 포함하지 않는 이미지의 부분으로 천이할 때까지, 템플릿이 천천히 Y방향으로 하강할 수 있으며, 이 경우, 화소의 평균값은 어두운 평균값에서 밝은 평균값으로 갑자기 천이할 것이다. 이러한 천이가 발생할 때, 템플릿(727)의 Y위치가 액적의 에지(예컨대, 도 71a의 Y1)에 위치하는 것으로 간주된다. 단계(735)에서는, 액적의 제2 위치를 액적의 체적과 연관시킨다. 예컨대, Y1 값이 룩업 테이블에서 액적의 체적과 연관될 수 있다. 본 발명의 일부 실시예에서, 액적의 에지가 검출될 때까지, 다수회의 템플릿(727)의 움직임이 필요하다. 예컨대, 템플릿(727)은 한번에 하나의 화소씩(또는 한번에 다수개의 화소씩) Y방향으로 이동할 수 있으며, 액적의 에지가 검출되도록 다수회의 템플릿(727)의 움직임이 필요할 수 있다. 액적의 에지를 감시함으로써, 목표 유량을 달성하기 위해 유량계에 의해 액적의 성장이 제어될 수 있다(예컨대, 유량계 내의 PID 제어 루프에 의해 도 71a의 Y1 내지 도 71b의 Y2 간의 천이 속도가 제어될 수 있다). 도 71b는 도 71a의 위치(Y1)에 대한 액적의 성장에 대응하는 위치(Y2)를 나타낸다.
도 72는 본 발명의 일 실시예에 따른 변조가능한 백라이트 조립체(740)를 나타낸다. 조립체(740)는 도 1의 백라이트(18)일 수 있거나, 본원에 개시된 임의의 충분한 유량계를 위한 백라이트로서 사용될 수 있다. 조립체(740)는 제1 회로 기판(738), 제2 회로 기판(739), 제1 백라이트 확산기(736) 및 제2 백라이트 확산기(737)를 포함한다.
제1 회로 기판(738)은 제1 백라이트 확산기(736)와 제1 회로 기판(738) 사이의 계면을 따라 연장된 내장형 광원(822)을 포함한다. 내장형 광원(822)은 "821"로 표시된 바와 같이 외향하는 광을 제1 백라이트 확산기(736)에 조사한다. 광(821)은 이미지 센서를 향해 전달될 수 있다. 제1 백라이트 확산기(736)는 이미지 센서에서 볼 때 "패턴"을 형성하지 않고 광을 확산하기만 한다.
제2 회로 기판(739)은 제2 백라이트 확산기(737)에 조사되는 내장형 광원(823)을 포함한다. 제2 백라이트 확산기(737)는 이미지 센서에서 볼 때 광(821)에서 나타나는 스트라이프 패턴을 생성한다. 따라서, 모니터링 클라이언트(예컨대, 도 51a의 모니터링 클라이언트(358)) 및/또는 유량계(예컨대, 도 1의 유량계(7))는 (내장형 광원(823)을 활성화시킴으로써) 스트라이프 배경 패턴과 (내장형 광원(822)을 활성화시킴으로써) 비스트라이프 배경 패턴을 선택할 수 있다.
예컨대, 이제, 도 1 및 도 72를 참조하면, 유량계(7)는 일부 특수한 실시예에서 백라이트 조립체(740)를 사용할 수 있으며; 유량계(7)는 액적의 성장을 감시하기 위해 (내장형 LED(823)를 활성화하지 않고 내장형 LED(822)를 활성화하여) 비스트라이프 백라이트 패턴을 사용할 수 있으며, 스트리밍 조건을 검출하기 위해 (내장형 LED(822)를 활성화하지 않고 내장형 LED(823)를 활성화하여) 스트라이프 배경 패턴으로 전환할 수 있다.
도 73a 내지 도 73c는 본 발명의 일 실시예에 따른 튜브 복원 장치(741)의 다수의 도면을 나타낸다. 장치(741)는 제1 복원 기어(742)에 커플링되는 구동 기어(744)를 포함한다. 제1 복원 기어(742)는 제2 복원 기어(743)에 기계적으로 커플링된다. 제1 및 제2 복원 기어(742, 743)들 사이에 튜브가 배치될 수 있다. 제1 및 제2 복원 기어(742, 743)는 튜브가 배치될 수 있는 공간(745)을 형성한다. 제1 및 제2 복원 기어(742, 743)의 회전은, 튜브가 제1 및 제2 복원 기어(742, 743)들 사이에 배치되어 있을 때, 공간(745) 사이의 거리를 폐쇄한다. 비복원 위치에서 복원 위치로의 천이가 도 73b 및 도 73c에 도시되어 있다. 예컨대, 튜브는 (도 73b에 도시된 바와 같이) 아래에서 위로 튜브에 대해 가압 폐색이 이루어지도록 배치될 수 있다. 튜브가 시간이 지남에 따라 왜곡되면, 구동 기어(744)에 연결된 모터가 기어(743, 744)를 회전시켜 (도 73c에 도시된 바와 같이) 튜브의 벽체를 가압함으로써, 튜브가 예컨대 타원 형상으로 왜곡되도록 튜브의 중심축을 지나 팽창한 튜브의 벽체 부분을 압축하여 튜브를 근사 교차부로 복원한다.
도 74는 본 발명의 일 실시예에 따라 2개의 가요성 스트립(753, 754)(도 75 참조)을 가진 밸브(747)를 사용하여 유체 흐름을 조절하기 위한 시스템(746)을 나타내며; 도 75는 본 발명의 일 실시예에 따른 도 74의 밸브(746)를 나타낸다. 선택적으로, 일 실시예에서는, 유량계에 의해 제어되도록 밸브(746)에 모터가 부착될 수 있다.
도 75에 도시된 바와 같이, 밸브(74)는 튜브가 사이에 배치될 수 있는 2개의 가요성 스트립(753, 754), 안내 샤프트(752), 2개의 안내 부재(749, 750), 스크류(751) 및 노브(748)를 포함한다.
노브(748)가 회전하면, 스크류(751)가 회전한다. 스크류(751)가 회전하면, (원위 안내 부재(750)가 내부 나사산을 포함하고 스크류(751)가 근위 안내 부재(749) 내에서 자유롭게 회전하기 때문에) 원위 안내 부재(750)가 근위 안내 부재(749) 측으로 당겨진다. 가이드(751)는 원위 안내 부재(750)의 이동을 안내한다. 가이드(751)는 근위 안내 부재(749)에 커플링된다.
도 76은 본 발명의 일 실시예에 따라 유체 기반 블래더(758)를 사용하는 밸브(755)를 나타낸다. 밸브(755)는 2개의 클램쉘(756, 757), 블래더(758) 및 피스톤(759)을 포함한다. 피스톤(759)은 임의의 유체원일 수 있다. 블래더(758)는 공동(764) 내에 배치될 수 있으며, 튜브는 블래더(758)를 가로질러 배치되어 통로(760, 761) 내에 위치될 수 있다. 그 후, 공동(765)이 블래더(758) 위에 배치되도록, 클램쉘(757)이 블래더(758) 위에 배치될 수 있다. 그 다음, 2개의 클램쉘(756, 757)은 함께 초음파 용접되고, 함께 일시적으로 압축되며/또는 함께 충분히 유지된다. 그 후, 액추에이터(예컨대, 본원에 개시된 유량계에 의해 제어되는 액추에이터)가 피스톤(759)을 통해 블래더(758) 내외로 유체를 이동시키도록 작동될 수 있다.
도 76b는 본 발명의 일 실시예에 따른 2개의 엘라스토머 필러(1002, 1004)와 함께 조립된 도 76a의 밸브(755)의 단면도를 나타낸다. 엘라스토머 필러(1002, 1004)는 튜브(1000)를 제자리에 유지하는데 도움을 주며, 블래더(758)가 수축될 때 튜브(1000)를 복원하는데 도움을 준다.
도 77은 본 발명의 일 실시예에 따라 선형 액추에이터(822)에 의해 작동될 수 있는 2개의 가요성 스트립(771, 772)을 가진 밸브(769)를 사용하여 유체 흐름을 조절하기 위한 시스템(766)을 나타낸다. 도 78은 튜브(775)를 통한 유체의 흐름을 방해하기 위해 밸브(769)를 작동시키는 선형 액추에이터(822)를 나타낸다. 밸브(769)는 2개의 커플러(767, 768)에 커플링된다. 근위 커플러(768)는 선형 액추에이터(822)와 함께 움직이는 반면, 원위 커플러(767)는 선형 액추에이터(822)의 고정 단부에 대해 고정되어 있다.
도 79는 도 77 및 도 78의 밸브(769)의 확대도를 나타낸다. 밸브(769)는 튜브(775)가 내부에 배치될 수 있는 2개의 스트립(771, 772)(이들은 금속 스트립일 수 있다)을 포함한다. 밸브(769)의 2개의 스트립(771, 772)은 제1 단부 구조물(773)과 제2 단부 구조물(774)에 커플링될 수 있다. 제1 단부 구조물(773)은 원위 커플러(767)에 커플링될 수 있으며, 제2 단부 구조물(774)은 근위 커플러(768)에 커플링될 수 있다(도 77 및 도 78 참조). 스트립(771, 772)이 신장될 때, 스트링(770)이 튜브(775)의 측벽을 가압하여 튜브(775)를 원형태로 만드는데 도움이 되도록, 스트링(770) 또는 멤브레인이 튜브(775) 주위에 감길 수 있다. 멤브레인은 가요성은 있지만 신축성은 없는 물질(또는 최소한으로 신축되는 물질)일 수 있다. 도 80은 도 78에서 작동되는 밸브의 확대도를 나타낸다. 스트링(770)이 통과하는 홀(776, 778)을 유의하여야 한다. (금속성일 수 있는) 스트링(770)은, 밸브(769)가 개방될 때 스트링(770)이 튜브(775)를 복원하도록, 튜브(775) 주위에 나선형으로 감겨 있다.
도 81은 본 발명의 일 실시예에 따라 도 82a 및 도 82b에 도시된 액적 성장 및/또는 유체 흐름을 예측하는 방법을 예시하기 위해 사용되는 다수의 이미지를 나타낸다. 도 81은 도 82a 및 도 82b와 관련하여 후술되는 이미지(771 내지 777)를 나타낸다.
도 82a 및 도 82b는 액적 성장 및/또는 유체 흐름을 예측하는 방법(803)을 예시하는 흐름도를 나타낸다. 방법(803)은 단계(804 내지 818)들을 포함한다.
단계(804)에서는, 제1 이미지(예컨대, 도 81의 이미지(771))를 캡처한다. 제1 이미지는 액적 체인저의 그레이 스케일 이미지일 수 있다. 액적 챔버는 챔버 바닥의 스트라이프 패턴으로 균일하게 조명될 수 있다(즉, 액적 챔버의 상부에는 배경 패턴이 없다).
단계(805)에서는, 제1 이미지를 사용하여 제1 임계 이미지를 생성한다. 제1 임계 이미지는 도 81의 이미지(774)일 수 있다. 제1 임계 이미지는 제1 이미지로부터의 각 화소를 임계값과 비교함으로써(예컨대, 제1 이미지의 각 화소가 임계값보다 크면 각각의 임계 화소를 제로로 설정하거나, 제1 이미지의 각 화소가 임계값보다 작으면 각각의 임계 화소를 1로 설정함으로써) 생성될 수 있다. 이 단계는 배경 전방에 물이 있는 영역을 강조하기 위한 것이다.
일부 특수한 실시예에서, 1 내지 제로의 미리 결정된 화소 비율이 유지되어 액적이 강조되도록 보장하기 위해, 임계값 레벨은 새로운 이미지가 촬영될 때마다 갱신된다. 이 비율은 다시 사용될 때 단계(805)에서 사용하기 위해 갱신될 수 있거나, 상기 갱신은 1 내지 제로의 미리 결정된 화소 비율이 만들어질 때까지 임계값을 조정한 다음, 방법(803)의 나머지에 대해서는 제1 임계 이미지를 사용할 수 있다.
단계(806)에서는, 제1 임계 이미지 내의 미리 결정된 화소 세트에 연결된 제1 임계 이미지 내의 화소 세트를 결정한다. 미리 결정된 화소 세트는 액적이 형성되는 개구 또는 점적 챔버 상에 표시된 기준에 의해 결정될 수 있다. 미리 결정된 화소 세트는 화소에 대응하는 미리 결정된 x,y 값들의 세트일 수 있다. 단계(806)에서는, 연결 요소 이미지 분석 알고리즘을 사용할 수 있다.
단계(807)에서는, 화소 세트가 없는 제1 임계 이미지의 모든 나머지 화소를 필터링한다. 필터는 제1 필터링된 이미지를 생성하기 위해 시간 도메인 내에서 화소 단위로 동작한다. 제1 필터링된 이미지는 제1 임계 이미지(도 81의 이미지(774))의 (예컨대, 이미지 내에서 관심 받는 특징부가 아니라는 것에 기인한) 비활성 부분의 예측값이다. 이 필터는 임의의 필터, 예컨대, 본원에 기재된 임의의 필터일 수 있다.
단계(808)에서는, 제2 이미지(예컨대, 도 81의 이미지(775))를 생성하기 위해 제1 필터링된 이미지를 사용하여 제1 임계 이미지로부터 액적의 일부가 아닌 것으로 판단된 화소를 제거한다. 제1 임계 이미지 내의 각 화소가 1이고 제1 필터링된 이미지 내의 각 화소가 0.5 미만이면, 제2 이미지 내의 화소가 1로 설정될 것이고, 그렇지 않으면, 상기 화소가 제로로 설정될 것이다.
단계(809)에서는, 제3 이미지(예컨대, 도 81의 이미지(776))를 생성하기 위해 제2 이미지 내의 미리 결정된 화소 세트에 연결된 제2 이미지 내의 제2 화소 세트를 결정한다. 제3 이미지는 제2 이미지 내에서 제2 화소 세트를 식별한다. 단계(809)에서는, 미리 결정된 화소 세트(예컨대, 액적이 형성되는 개구를 나타내는 화소)에 연결된 제2 이미지 내의 "점등" 화소 세트를 찾는다.
단계(810)에서는, 제3 이미지 내의 제2 화소 세트에 대응하는 화소를 포함하는 행의 개수를 카운팅함으로써 액적의 제1 길이를 결정한다. 즉, 액적의 길이는 단계(809)에서 발견된 화소 세트에서 마지막 "점등" 행과 동일한 것으로 결정된다. 제1 길이는 제1 예측된 액적 크기에 대응한다.
단계(811)에서는, 제1 이미지를 이용하여 배경 이미지를 갱신한다. 배경 이미지의 각 화소 값을 갱신하기 위해 저역 통과 필터가 사용될 수 있다. 제1 이미지를 이용하여 배경 이미지를 갱신하기 위해 무한 임펄스 응답 필터가 사용될 수 있다. 배경 이미지에서 미리 결정된 안전 구역을 더한 제1 길이 아래의 행의 화소만 갱신된다. 배경 이미지의 화소는 제1 이미지의 대응하는 화소로부터의 값을 저역 통과 필터링하여 갱신된다.
단계(812)에서는, 배경 이미지와 제1 이미지를 비교하여 제2 임계 이미지(예컨대, 도 81의 이미지(772))를 생성한다. 즉, 제1 이미지는 당해 제1 이미지로부터 차감된 배경 이미지를 갖으며, 화소 단위로, 각 화소의 절대값은 제2 임계값보다 크면 1로 설정되고 제2 임계값보다 작으면 제로로 설정되어 제2 임계 이미지를 생성한다.
단계(813)에서는, 복수의 행 합계를 만들기 위해 제2 임계 행을 합산한다(도 81의 이미지(773) 참조). 각각의 행 합계는 제2 임계 이미지의 행에 대응한다.
단계(814)는 제1 길이에 대응하는 복수의 합계들 중 제1 합계를 가진 제2 임계 이미지의 행 위치에서 시작한다. 단계(815)에서는, 행 위치가 증분된다. 단계(816)에서는, 현재의 행 위치가 임계값, 예컨대, 제로 아래인 대응하는 행 합계에 대응하는지의 여부를 판단한다. 대응하지 않는 경우, 현재의 행 위치가 제로인 대응하는 행 합계에 대응할 때까지 단계(815)가 다시 실시된 다음, 방법(803)은 단계(817)로 진행한다.
단계(817)에서는, 제2 길이가 현재의 행 위치와 동일한지를 판단한다. 제2 길이는 제2 예측된 액적 크기에 대응한다. 단계(818)에서는, 평균 길이를 결정하기 위해 제1 및 제2 길이를 평균화한다. 평균 길이는 제3 예측된 액적 크기에 대응한다. 평균 길이를 결정하기 위해 제1 및 제2 길이를 사용함으로써, 점적 챔버의 내벽 상의 응축물의 영향이 완화된다. 즉, 액적 길이의 2개의 예측값을 생성하는 목적은 각각의 길이가 응축물의 존재에 의해 어떻게 영향을 받는지를 보상하기 위한 것이다. 제1 길이는 응축물의 액적이 스피것으로부터 성장하는 액적과 교차하는 경우 액적 길이를 과소 평가하는 경향이 있다. 제2 길이는 응축물의 액적이 스피것으로부터 성장하는 액적과 교차하는 경우 액적 길이를 과대 평가하는 경향이 있다. 이들의 평균은 응축물이 존재할 때 더 나은 예측값을 제공한다. 응축물이 없는 경우, 예측값은 거의 동일하다. 다른 실시예에서는, 제1 길이 또는 제2 길이중 오직 하나만 액적 크기를 예측하는데 사용된다.
도 83은 본 발명의 일 실시예에 따른 응축 소음 저감 방법(900)의 흐름도를 나타낸다. 방법(900)은 단계(902 내지 910)들을 포함한다.
단계(902)에서는, 점적 챔버의 이미지를 캡처한다. 단계(904)에서는, 이미지에 대해 캐니 에지 검출 연산을 실시하여 제1 프로세싱된 이미지를 생성한다. 단계(906)에서는, 제1 프로세싱된 이미지의 축의 제1 측면 상의 화소와 제1 프로세싱된 이미지의 축의 제2 측면 상의 대응하는 경상 화소에 대해 AND 연산을 실시한다. 즉, 단계(902)에서는, 타측면의 화소가 제1 측면의 화소와 대칭이 되도록, 제1 프로세싱된 이미지에서 축을 규정하고, 타 측면의 화소와 일 측면의 각 화소에 대해 AND 연산을 실시한다. 예컨대, 40(X축)×40(Y축) 이미지는 화소 열(19, 20)들 사이에 규정된 축을 가질 수 있다. 상단 좌측의 화소는 화소(1,1)가 될 것이다. 위치(1,5)에 있는 화소는 (40,5)에 있는 화소와 AND 연산될 것이다. 이에 따라 생성된 화소는 제2 프로세싱된 이미지를 생성하기 위해 양 위치((1,5) 및 (40,5))에 사용될 것이다.
즉, 단계(906)가 실시된 후, 단계(908)에서는, 모든 화소가 프로세싱되었는지의 여부를 판단한다. 모든 화소가 프로세싱될 때까지, 단계(908)는 단계(906)를 반복한다. 단계(910)에서는, 모든 AND 연산의 결과인 제2 프로세싱된 이미지를 제공한다.
다양한 대안 및 변형들이 본 발명으로부터 벗어나지 않고 당업자에 의해 안출될 수 있다. 따라서, 본 발명은 그러한 모든 대안, 변형 및 변경을 포함하도록 의도된다. 부가적으로, 본 발명의 다수의 실시예들이 도면에 도시되고/또는 본원에서 논의되었으나, 기술 분야와 같이 넓은 범위의 발명이 허용되며 명세서도 마찬가지로 읽혀지는 것으로 의도되기 때문에, 본 발명이 이에 한정된다는 것을 의도하지 않다. 따라서, 전술한 설명은 한정적으로 해석되지 않아야 하며, 단순히 특정 실시예의 예시로서 해석되어야 한다. 또한, 당업자는 여기에 첨부된 특허청구범위와 그 사상 내에서 다른 변경을 구상할 것이다. 상술한 것들/또는 첨부된 특허청구범위에 설명된 것들과 실질적으로 차이가 없는 다른 요소, 단계, 방법 및 기술도 본 발명의 범위 내에 있는 것으로 의도된다.
도면에 도시된 실시예들은 단지 본 발명의 특정 실시예를 설명하기 위해 제시되었다. 그리고, 설명된 도면들은 단지 예시적인 것이며 비한정적이다. 도면에서, 예시의 목적을 위해, 일부 요소의 크기가 과장될 수 있으며, 특정 척도로 도시되지 않았다. 또한, 동일한 번호로 도면 내에 도시된 요소는 동일한 요소일 수도 있고, 문맥에 따라, 유사한 요소일 수도 있다.
"포함하는"이라는 용어는 본 명세서 및 특허청구범위에 사용되는 경우, 이는 다른 요소 또는 단계를 배제하지 않는다. 단일의 명사를 인용할 때 부정관사 또는 정관사, 예컨대, "a", "an" 또는 "the"가 사용되는 경우, 어떤 다른 것이 구체적으로 언급되지 않으면, 그 명사의 복수를 포함한다. 따라서, 용어 "포함하는"은 그 다음에 나열된 아이템에 한정되는 것으로 해석되지 않아야 하며; 이는 다른 요소 또는 단계를 배제하지 않으며, 따라서, "항목(A, B)들을 포함하는 장치"라는 표현의 범위는 요소 A와 요소 B만으로 구성된 장치에 한정되지 않아야 한다. 이 표현은, 본 발명에 대하여, 장치의 유일한 관련 요소가 A와 B라는 의미이다.
더 나아가, 용어 "제1", "제2", "제3" 등은, 상세한 설명에 사용되든지 또는 특허청구범위에서 사용되든지, 유사한 요소들을 구분하기 위해 제공되었으며, 반드시 순차적 또는 시계열적 순서를 설명하기 위한 것이 아니다. 이와 같이 사용된 용어들은 (달리 명시되지 않는 한) 적절한 상황에서 상호 교환될 수 있으며, 본원에 개시된 상세한 설명의 실시예들은 본원에 기재되었거나 예시된 것과는 다른 순서 및/또는 배열로 동작할 수 있음을 이해하여야 한다.

Claims (21)

  1. 유량계이며,
    점적 챔버에 커플링하도록 구성된 커플러와,
    상기 커플러에 작동적으로 커플링된 지지 부재와,
    시계(field of view)를 가지며, 상기 지지 부재에 작동적으로 커플링되고, 상기 시계 내의 상기 점적 챔버를 검지하도록 배치된 이미지 센서와,
    상기 이미지 센서로부터 데이터를 수신하기 위해 상기 이미지 센서에 작동적으로 커플링된 적어도 하나의 프로세서를 포함하며,
    상기 적어도 하나의 프로세서는 상기 이미지 센서로부터 이미지 데이터를 수신하며,
    상기 적어도 하나의 프로세서는 수신된 이미지 데이터를 이용하여 상기 점적 챔버 내에서 자유 흐름 조건 후방에 있는 영역의 광학적 왜곡을 식별함으로써 상기 자유 흐름 조건의 존재를 판단하는,
    유량계.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 이미지 센서의 상기 시계 내에 위치하는 배경 패턴을 더 포함하며, 상기 점적 챔버는 상기 이미지 센서와 상기 배경 패턴 사이에 배치되는,
    유량계.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 배경 패턴은 상기 이미지 센서를 마주하는 상기 배경 패턴의 일 측에서 상기 배경 패턴의 표면을 따라 적어도 하나의 방향으로 반복되는 반복 패턴을 포함하는,
    유량계.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 프로세서는 상기 이미지 센서에 의해 검지되었을 때 상기 시계 내의 액체로 인해 발생하는 배경 패턴의 왜곡을 분석함으로써 상기 이미지 센서로부터의 상기 이미지 데이터를 이용하여 적어도 하나의 파라미터를 예측하는,
    유량계.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 이미지 데이터를 이용하여 상기 시계 내에서 상기 이미지 센서로부터 검지되었을 때 상기 점적 챔버의 개구에 대한 적어도 하나의 각도를 갖는 라인들의 어레이를 갖는 배경 패턴을 더 포함하는,
    유량계
  6. 제5항에 있어서,
    상기 배경 패턴은 상기 이미지 센서와 마주하는 상기 점적 챔버의 일 측에 위치하는,
    유량계.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 프로세서는, 상기 이미지 센서로부터 상기 시계 내에서 검지될 때 상기 자유 흐름 조건에 있는 액체로 인해 발생하는 왜곡에 의해 상기 액체가 라인들의 어레이의 각도를 변화시키는 경우, 상기 자유 흐름 조건이 존재한다고 판단하는,
    유량계.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 프로세서는 광학적 왜곡을 예측하기 위해 상기 이미지 데이터를 배경 이미지와 비교하는,
    유량계.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 프로세서는 상기 배경 이미지에 대한 상기 이미지 데이터의 차이를 결정함으로써 광학적 왜곡을 예측하는,
    유량계.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 프로세서는 상기 배경 이미지에 대한 상기 이미지 데이터의 절대값 차이를 결정함으로써 광학적 왜곡을 예측하는,
    유량계.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 프로세서는 상기 배경 이미지에 대한 상기 이미지 데이터의 제곱 절대값 차이를 결정함으로써 광학적 왜곡을 예측하는,
    유량계.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 프로세서와 작동적으로 통신하는 비-일시적인 프로세서 판독가능한 메모리를 더 포함하며, 상기 비-일시적인 프로세서 판독가능한 메모리는 상기 적어도 하나의 프로세서에 의해 실행되도록 구성된 프로세서 실행가능한 작동 명령 세트를 포함하고, 상기 프로세서 실행가능한 작동 명령 세트는, 상기 적어도 하나의 프로세서에 의해 실행될 경우, 상기 적어도 하나의 프로세서의 작동을 제어하는,
    유량계.
  13. 유량계이며,
    점적 챔버에 커플링하도록 구성된 커플러와,
    상기 커플러에 작동적으로 커플링된 지지 부재와,
    시계를 가지며, 상기 지지 부재에 작동적으로 커플링되고, 상기 시계 내의 상기 점적 챔버를 검지하도록 배치된 이미지 센서와,
    상기 이미지 센서의 상기 시계 내에 배치되는 배경 패턴으로서, 상기 점적 챔버가 상기 배경 패턴과 상기 이미지 센서 사이에 위치하도록 배치된, 상기 배경 패턴과,
    상기 이미지 센서로부터 이미지 데이터를 수신하기 위해 상기 이미지 센서에 작동적으로 커플링된 적어도 하나의 프로세서를 포함하며,
    상기 적어도 하나의 프로세서는 상기 이미지 데이터에 의해 표시된 바와 같이 액체로 인해 발생하는 상기 배경 패턴의 왜곡을 이용하여 상기 점적 챔버 내의 상기 액체의 적어도 하나의 파라미터를 예측하도록 구성되고, 상기 왜곡은 상기 이미지 센서에 의해 상기 이미지 센서의 상기 시계 내에서 검지될 수 있는,
    유량계.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 파라미터는 스트리밍 조건이 존재하는지 여부인,
    유량계.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 프로세서는 상기 이미지 데이터에 의해 표시된 바와 같이 상기 액체로 인해 발생하는 상기 배경 패턴의 상기 왜곡을 이용하여 자유 흐름 조건의 존재를 판단하는,
    유량계.
  16. 제13항에 있어서,
    상기 배경 패턴은 상기 이미지 데이터를 이용하여 상기 이미지 센서로부터 검지되었을 때 상기 점적 챔버의 개구에 대한 적어도 하나의 각도를 갖는 라인들의 어레이를 포함하는,
    유량계.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 프로세서는, 상기 이미지 센서의 상기 시계 내에서 검지될 때 자유 흐름 조건에 있는 상기 액체로 인해 발생하는 상기 왜곡에 의해 상기 액체가 라인들의 어레이의 각도를 변화시키는 경우, 상기 자유 흐름 조건이 존재한다고 판단하는,
    유량계.
  18. 제16항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 프로세서는, 상기 이미지 센서의 상기 시계 내에서 검지될 때 자유 흐름 조건에 있는 상기 액체로 인해 발생하는 상기 왜곡에 의해 상기 액체가 라인들의 어레이의 각도를 반전시키는 경우, 상기 자유 흐름 조건이 존재한다고 판단하는,
    유량계.
  19. 제16항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 프로세서는, 상기 이미지 센서의 상기 시계 내에서 검지될 때 흐르는 유체가 렌즈 효과를 야기하여 자유 흐름 조건에 있는 상기 액체로 인해 발생하는 상기 왜곡에 의해 상기 액체가 라인들의 어레이의 각도를 변화시키는 경우, 상기 자유 흐름 조건이 존재한다고 판단하는,
    유량계.
  20. 제13항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 프로세서와 작동적으로 통신하는 비-일시적인 프로세서 판독가능한 메모리를 더 포함하며, 상기 비-일시적인 프로세서 판독가능한 메모리는 상기 적어도 하나의 프로세서에 의해 실행되도록 구성된 프로세서 실행가능한 작동 명령 세트를 포함하고, 상기 프로세서 실행가능한 작동 명령 세트는, 상기 적어도 하나의 프로세서에 의해 실행될 경우, 상기 적어도 하나의 프로세서의 작동을 제어하는,
    유량계.
  21. 유량계이며,
    점적 챔버에 커플링하도록 구성된 커플러와,
    상기 커플러에 작동적으로 커플링된 지지 부재와,
    시계를 가지며, 상기 지지 부재에 작동적으로 커플링되고, 상기 시계 내의 상기 점적 챔버를 검지하도록 배치된 이미지 센서와,
    상기 이미지 센서의 상기 시계 내에 배치되는 배경 패턴으로서, 상기 점적 챔버가 상기 배경 패턴과 상기 이미지 센서 사이에 위치하도록 배치된, 상기 배경 패턴과,
    상기 이미지 센서로부터 이미지 데이터를 수신하기 위해 상기 이미지 센서에 작동적으로 커플링된 적어도 하나의 프로세서를 포함하며,
    상기 적어도 하나의 프로세서는 상기 이미지 데이터에 의해 표시된 바와 같이 액체로 인해 발생하는 상기 배경 패턴의 왜곡과 템플릿이 매칭되는 경우에 자유 흐름 조건이 존재한다고 판단하도록 구성되고, 상기 왜곡은 상기 이미지 센서에 의해 상기 이미지 센서의 상기 시계 내에서 검지될 수 있는,
    유량계.
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