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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 基于視頻處理的透明容器液面自動監(jiān)測系統(tǒng)
- 小類：
- 信息技術(shù)
- 大類：
- 科技發(fā)明制作B類
- 簡介：
- 基于視頻處理的透明容器液面自動監(jiān)測系統(tǒng)通過視頻采集設(shè)備獲得輸液瓶的實(shí)時圖像，采用相關(guān)的數(shù)字圖像處理技術(shù)對視頻圖像進(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)了對液面的實(shí)時監(jiān)測，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)則啟動報警。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監(jiān)測系統(tǒng)綜合利用計(jì)算機(jī)技術(shù)和多媒體技術(shù)實(shí)現(xiàn)對液體液面進(jìn)行動態(tài)跟蹤，當(dāng)液面變動到一定位置時，系統(tǒng)自動預(yù)警，這樣可以減少很多工作量。 該系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對醫(yī)院醫(yī)用輸液瓶內(nèi)液面的自動檢測及預(yù)警，也可以應(yīng)用于其他類似的工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)場景，特別是在一些危險場景下的作業(yè)。本系統(tǒng)通過視頻采集設(shè)備獲得輸液瓶的實(shí)時圖像，采用相關(guān)的數(shù)字圖像處理技術(shù)對圖像進(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)了對液面的實(shí)時監(jiān)測，當(dāng)液面下降到一定的位置時啟動預(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)完成對透明容器液面位置的自動跟蹤，并對液面位置進(jìn)入警戒位置時進(jìn)行預(yù)警。最典型的例子是醫(yī)院的輸液過程。在醫(yī)院中，給病人輸液是最常見的一種治療方式，而輸液過程中，照看病人的護(hù)士或家屬要時刻關(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，能及時預(yù)警，以便值班護(hù)士進(jìn)行處理，將護(hù)士及病人家屬從單調(diào)乏味的等待中解放出來，減少醫(yī)療事故的發(fā)生。除此之外，對液面自動跟蹤并預(yù)警的研究在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中還有很多的應(yīng)用前景，如鍋爐玻璃管液面監(jiān)測、奶牛場擠奶生產(chǎn)線上奶瓶液面的監(jiān)測等。 創(chuàng)新點(diǎn) 1.在不改變原有容器的情況下，僅通過對視頻圖像的處理分析，實(shí)現(xiàn)了對液面的自動監(jiān)測和跟蹤，成本低，易于操作。 2.采取Shen算法準(zhǔn)確檢測液面位置。 3.當(dāng)液面進(jìn)入警戒位置時自動預(yù)警。 技術(shù)關(guān)鍵 1. 圖像二值化。本項(xiàng)目擬對圖像直方圖進(jìn)行分析，采用自適應(yīng)閾值的方法對圖像進(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，再對這些區(qū)域進(jìn)行分析，將各不同區(qū)域分割開來。 3.液面準(zhǔn)確定位，采用投影法，引入Shen算子對投影圖進(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.能動態(tài)實(shí)時對液面進(jìn)行跟蹤。 2.在某時刻準(zhǔn)確對液面進(jìn)行定位。 3.當(dāng)液面下降到指定范圍時系統(tǒng)可以自動預(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監(jiān)測系統(tǒng)是在不改動原有設(shè)備的環(huán)境下僅僅增加攝像頭和軟件方法來實(shí)現(xiàn)對液面進(jìn)行動態(tài)跟蹤，這種方法方便、簡單、科學(xué)。通過實(shí)驗(yàn)該系統(tǒng)達(dá)到了預(yù)期的效果。 對透明容器液面的監(jiān)測主要有如下兩種： 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監(jiān)測系統(tǒng)僅在外圍簡單加裝相應(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)到自動報警的效果，成本低、效率高。 2.通過在容器中加裝電子傳感器來進(jìn)行對液面的自動監(jiān)控。但這種方法應(yīng)用受限，對很多應(yīng)用場景，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完成的話，需要藥廠對裝藥的每一個容器都要加裝相應(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’全國大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競賽選拔賽”中獲得科技制作發(fā)明B類第一名。 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’全國大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競賽全省選拔賽”中獲得科技制作發(fā)明B類一等獎。
作品所處階段
- 中試階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 無
作品可展示的形式
- 實(shí)物、現(xiàn)場演示、錄像、圖片
使用說明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測
- 技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢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)測系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控，僅增加了簡單的圖像采集設(shè)備便完成了遠(yuǎn)距離監(jiān)控，保證實(shí)時跟蹤的可靠性。適用范圍本研究適用于醫(yī)院輸液過程監(jiān)控、鍋爐相應(yīng)玻璃管液面監(jiān)測、奶牛場自動擠奶生產(chǎn)線實(shí)時擠奶監(jiān)測及奶量統(tǒng)計(jì)等類似的生活、工業(yè)農(nóng)生產(chǎn)場景。市場分析現(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)測系統(tǒng)，估計(jì)會需要近萬套系統(tǒng)。同時該系統(tǒng)還可以推廣到其他的省份。另外，相同的技術(shù)可用在奶牛場的生產(chǎn)線上，牛奶瓶液面的檢測，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)來對液面的變化過程進(jìn)行監(jiān)測。經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測本系統(tǒng)利用醫(yī)院現(xiàn)有的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，只是附加一些簡單的攝像頭和無線網(wǎng)絡(luò)分布，批量生產(chǎn)后每件成本不超過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)生幾百萬元的產(chǎn)值。同時，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)價格，同時社會效益也將大大提高。
同類課題研究水平概述
- 目前，針對透明容器液面的自動監(jiān)測研究還很少，但對于其它液面自動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)算量過大，膨脹腐蝕對于高精度的刻度識別會導(dǎo)致擴(kuò)大誤差，且對于水銀液面監(jiān)測相對容易些，因水銀是不透明的，容易檢測到水銀液面，因此將該方法應(yīng)用到檢測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)中采用灰度級切片法進(jìn)行圖像二值化，Sobel算子及細(xì)化算法對玻璃液體溫度計(jì)進(jìn)行液面定位，但存在二值圖像閾值的選取問題。張艷玲等在中采用顏色提取法及增益法對彩色數(shù)字儀表表盤刻度進(jìn)行定位，但對背景色彩噪聲過于敏感。文獻(xiàn)中，張松敏采用中值噪聲濾波、一維邊緣檢測遞歸算子和二值化圖像處理技術(shù)對數(shù)字水準(zhǔn)儀自動定位，但在信息比對時存在噪聲敏感性過高。Torres等通過中值濾波對模糊及強(qiáng)噪聲條件下的圖像噪聲處理，同時結(jié)合使用了回歸方法，達(dá)到了對圖像預(yù)處理的良好效果。Marr等的綜合評價了幾種常用的邊緣檢測方法，并闡述了每種方法適合的場景為視頻圖像的邊緣檢測奠定了基礎(chǔ)理論。Worthington等使用Canny算子進(jìn)行圖像邊緣檢測，實(shí)現(xiàn)了圖像邊緣劃分的功能。 而對于透明容器因在采集過程中產(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Sobel算子和掃描法進(jìn)行圖像分割，利用Shen算法對二值化后的圖像投影線進(jìn)行平滑，然后分割平滑后的投影線，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。
