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基本信息
- 項(xiàng)目名稱(chēng)：
- 基于視頻處理的透明容器液面自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)
- 來(lái)源：
- 第十二屆“挑戰(zhàn)杯”作品
- 小類(lèi)：
- 信息技術(shù)
- 大類(lèi)：
- 科技發(fā)明制作B類(lèi)
- 簡(jiǎn)介：
- 基于視頻處理的透明容器液面自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)通過(guò)視頻采集設(shè)備獲得輸液瓶的實(shí)時(shí)圖像，采用相關(guān)的數(shù)字圖像處理技術(shù)對(duì)視頻圖像進(jìn)行處理，結(jié)合自適應(yīng)方法分割圖像并尋找到準(zhǔn)確的液面位置，實(shí)現(xiàn)了對(duì)液面的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，從而得到了準(zhǔn)確的液面位置，當(dāng)液面下降到閾值范圍之內(nèi)則啟動(dòng)報(bào)警。經(jīng)實(shí)驗(yàn)表明，所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)已達(dá)到了預(yù)期的效果。該系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、成本低、操作方便、精度高，具有廣泛的應(yīng)用前景。
- 詳細(xì)介紹：
- 基于視頻處理的透明容器液面自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)綜合利用計(jì)算機(jī)技術(shù)和多媒體技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)液體液面進(jìn)行動(dòng)態(tài)跟蹤，當(dāng)液面變動(dòng)到一定位置時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)預(yù)警，這樣可以減少很多工作量。 該系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)醫(yī)院醫(yī)用輸液瓶?jī)?nèi)液面的自動(dòng)檢測(cè)及預(yù)警，也可以應(yīng)用于其他類(lèi)似的工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)場(chǎng)景，特別是在一些危險(xiǎn)場(chǎng)景下的作業(yè)。本系統(tǒng)通過(guò)視頻采集設(shè)備獲得輸液瓶的實(shí)時(shí)圖像，采用相關(guān)的數(shù)字圖像處理技術(shù)對(duì)圖像進(jìn)行處理，結(jié)合自適應(yīng)方法分割圖像并尋找到準(zhǔn)確的液面位置，實(shí)現(xiàn)了對(duì)液面的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，當(dāng)液面下降到一定的位置時(shí)啟動(dòng)預(yù)警提示，以便提醒相關(guān)工作人員進(jìn)行處置。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)達(dá)到了預(yù)期的效果。
作品圖片
作品專(zhuān)業(yè)信息
設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 研究目的和基本思路設(shè)計(jì)作品的目的是利用數(shù)字圖像處理和視頻處理技術(shù)完成對(duì)透明容器液面位置的自動(dòng)跟蹤，并對(duì)液面位置進(jìn)入警戒位置時(shí)進(jìn)行預(yù)警。最典型的例子是醫(yī)院的輸液過(guò)程。在醫(yī)院中，給病人輸液是最常見(jiàn)的一種治療方式，而輸液過(guò)程中，照看病人的護(hù)士或家屬要時(shí)刻關(guān)注輸液瓶中的藥液是否輸完，以免由于藥液輸完后未及時(shí)處理造成空氣進(jìn)入血管或血液倒流等現(xiàn)象發(fā)生，從而引發(fā)醫(yī)療事故。本系統(tǒng)的研究就是為了解決當(dāng)藥液快輸完時(shí)，能及時(shí)預(yù)警，以便值班護(hù)士進(jìn)行處理，將護(hù)士及病人家屬?gòu)膯握{(diào)乏味的等待中解放出來(lái)，減少醫(yī)療事故的發(fā)生。除此之外，對(duì)液面自動(dòng)跟蹤并預(yù)警的研究在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中還有很多的應(yīng)用前景，如鍋爐玻璃管液面監(jiān)測(cè)、奶牛場(chǎng)擠奶生產(chǎn)線(xiàn)上奶瓶液面的監(jiān)測(cè)等。 創(chuàng)新點(diǎn) 1.在不改變?cè)腥萜鞯那闆r下，僅通過(guò)對(duì)視頻圖像的處理分析，實(shí)現(xiàn)了對(duì)液面的自動(dòng)監(jiān)測(cè)和跟蹤，成本低，易于操作。 2.采取Shen算法準(zhǔn)確檢測(cè)液面位置。 3.當(dāng)液面進(jìn)入警戒位置時(shí)自動(dòng)預(yù)警。 技術(shù)關(guān)鍵 1. 圖像二值化。本項(xiàng)目擬對(duì)圖像直方圖進(jìn)行分析，采用自適應(yīng)閾值的方法對(duì)圖像進(jìn)行二值化處理。 2.圖像區(qū)域分割，根據(jù)邊緣值分割原理找出邊緣信息豐富的區(qū)域，再對(duì)這些區(qū)域進(jìn)行分析，將各不同區(qū)域分割開(kāi)來(lái)。 3.液面準(zhǔn)確定位，采用投影法，引入Shen算子對(duì)投影圖進(jìn)行處理，從而得到液面的準(zhǔn)確位置。 主要技術(shù)指標(biāo) 1.能動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)對(duì)液面進(jìn)行跟蹤。 2.在某時(shí)刻準(zhǔn)確對(duì)液面進(jìn)行定位。 3.當(dāng)液面下降到指定范圍時(shí)系統(tǒng)可以自動(dòng)預(yù)警。
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 基于視頻處理的透明容器液面自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是在不改動(dòng)原有設(shè)備的環(huán)境下僅僅增加攝像頭和軟件方法來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)液面進(jìn)行動(dòng)態(tài)跟蹤，這種方法方便、簡(jiǎn)單、科學(xué)。通過(guò)實(shí)驗(yàn)該系統(tǒng)達(dá)到了預(yù)期的效果。 對(duì)透明容器液面的監(jiān)測(cè)主要有如下兩種： 1.大部分是采用人工的方法，不斷地觀察容器，然后根據(jù)觀察者觀察到的值和其本身的經(jīng)驗(yàn)，來(lái)判斷液面到達(dá)了什么位置，是否啟用相應(yīng)的程序，這樣的工作十分枯燥無(wú)味并且容易發(fā)生事故。 而基于視頻處理的透明容器液面自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)僅在外圍簡(jiǎn)單加裝相應(yīng)的圖像采集設(shè)備就完成了遠(yuǎn)距離的監(jiān)控，就可以達(dá)到自動(dòng)報(bào)警的效果，成本低、效率高。 2.通過(guò)在容器中加裝電子傳感器來(lái)進(jìn)行對(duì)液面的自動(dòng)監(jiān)控。但這種方法應(yīng)用受限，對(duì)很多應(yīng)用場(chǎng)景，在容器中加裝傳感器是不可行的，如前面提到的醫(yī)院輸液過(guò)程，因輸液的容器很多都是一次性的，很難重復(fù)使用，如果用加裝傳感器來(lái)完成的話(huà)，需要藥廠(chǎng)對(duì)裝藥的每一個(gè)容器都要加裝相應(yīng)的設(shè)備，增加很多工作量和成本，因此，是不可行的。
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- 2011年4月20日在貴州民族學(xué)院團(tuán)委舉辦的貴州民族學(xué)院“第十二屆‘挑戰(zhàn)杯’全國(guó)大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競(jìng)賽選拔賽”中獲得科技制作發(fā)明B類(lèi)第一名。 2011年5月21日在貴州省共青團(tuán)委舉辦的貴州省“第十二屆‘挑戰(zhàn)杯’全國(guó)大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競(jìng)賽全省選拔賽”中獲得科技制作發(fā)明B類(lèi)一等獎(jiǎng)。
作品所處階段
- 中試階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 無(wú)
作品可展示的形式
- 實(shí)物、現(xiàn)場(chǎng)演示、錄像、圖片
使用說(shuō)明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說(shuō)明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)
- 技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)本研究打破了原有人工查看透明容器液面位置的模式，采取基于視頻處理的透明容器監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，僅增加了簡(jiǎn)單的圖像采集設(shè)備便完成了遠(yuǎn)距離監(jiān)控，保證實(shí)時(shí)跟蹤的可靠性。適用范圍本研究適用于醫(yī)院輸液過(guò)程監(jiān)控、鍋爐相應(yīng)玻璃管液面監(jiān)測(cè)、奶牛場(chǎng)自動(dòng)擠奶生產(chǎn)線(xiàn)實(shí)時(shí)擠奶監(jiān)測(cè)及奶量統(tǒng)計(jì)等類(lèi)似的生活、工業(yè)農(nóng)生產(chǎn)場(chǎng)景。市場(chǎng)分析現(xiàn)在僅貴州省的公立和私立醫(yī)院就有近千家，按照每家醫(yī)院部分病房配備這樣的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，估計(jì)會(huì)需要近萬(wàn)套系統(tǒng)。同時(shí)該系統(tǒng)還可以推廣到其他的省份。另外，相同的技術(shù)可用在奶牛場(chǎng)的生產(chǎn)線(xiàn)上，牛奶瓶液面的檢測(cè)，尤其在一些高危的工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境下，可以采用該系統(tǒng)來(lái)對(duì)液面的變化過(guò)程進(jìn)行監(jiān)測(cè)。經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)本系統(tǒng)利用醫(yī)院現(xiàn)有的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，只是附加一些簡(jiǎn)單的攝像頭和無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)分布，批量生產(chǎn)后每件成本不超過(guò)200元，如果加上相應(yīng)的軟件設(shè)備，每件按300元出售，那將產(chǎn)生幾百萬(wàn)元的產(chǎn)值。同時(shí)，如果該系統(tǒng)應(yīng)用于其他的特殊環(huán)境下我們可以提高系統(tǒng)價(jià)格，同時(shí)社會(huì)效益也將大大提高。
同類(lèi)課題研究水平概述
- 目前，針對(duì)透明容器液面的自動(dòng)監(jiān)測(cè)研究還很少，但對(duì)于其它液面自動(dòng)定位有這樣一些方法：吳英等采用霍夫變換及膨脹腐蝕的方法對(duì)水銀溫度計(jì)水銀液面進(jìn)行定位，但霍夫變換計(jì)算量過(guò)大，膨脹腐蝕對(duì)于高精度的刻度識(shí)別會(huì)導(dǎo)致擴(kuò)大誤差，且對(duì)于水銀液面監(jiān)測(cè)相對(duì)容易些，因水銀是不透明的，容易檢測(cè)到水銀液面，因此將該方法應(yīng)用到檢測(cè)透明容器中的透明液體液面，效果很不理想。婁方等在文獻(xiàn)中采用灰度級(jí)切片法進(jìn)行圖像二值化，Sobel算子及細(xì)化算法對(duì)玻璃液體溫度計(jì)進(jìn)行液面定位，但存在二值圖像閾值的選取問(wèn)題。張艷玲等在中采用顏色提取法及增益法對(duì)彩色數(shù)字儀表表盤(pán)刻度進(jìn)行定位，但對(duì)背景色彩噪聲過(guò)于敏感。文獻(xiàn)中，張松敏采用中值噪聲濾波、一維邊緣檢測(cè)遞歸算子和二值化圖像處理技術(shù)對(duì)數(shù)字水準(zhǔn)儀自動(dòng)定位，但在信息比對(duì)時(shí)存在噪聲敏感性過(guò)高。Torres等通過(guò)中值濾波對(duì)模糊及強(qiáng)噪聲條件下的圖像噪聲處理，同時(shí)結(jié)合使用了回歸方法，達(dá)到了對(duì)圖像預(yù)處理的良好效果。Marr等的綜合評(píng)價(jià)了幾種常用的邊緣檢測(cè)方法，并闡述了每種方法適合的場(chǎng)景為視頻圖像的邊緣檢測(cè)奠定了基礎(chǔ)理論。Worthington等使用Canny算子進(jìn)行圖像邊緣檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)了圖像邊緣劃分的功能。 而對(duì)于透明容器因在采集過(guò)程中產(chǎn)生大量的氣泡，因此上述方法不能很好的定位液瓶的液面。本文針對(duì)醫(yī)院大量病人輸液的輸液瓶的特定環(huán)境，提出了一種基于數(shù)字圖像處理技術(shù)的液面準(zhǔn)確定位的方法。將攝像頭捕捉到的液瓶圖片通過(guò)Sobel算子和掃描法進(jìn)行圖像分割，利用Shen算法對(duì)二值化后的圖像投影線(xiàn)進(jìn)行平滑，然后分割平滑后的投影線(xiàn)，從而得到液面位置。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，建議方法能準(zhǔn)確的定位液面。
