本發(fā)明涉及醫(yī)療領(lǐng)域，具體涉及自動輸液過程中輸液管路內(nèi)的空氣檢測技術(shù)。

背景技術(shù)：

在靜脈輸注時，一般微量的空氣能被內(nèi)部血液溶解；如果超過一定量的空氣進入血管可能導(dǎo)致空氣栓塞，對于病人十分危險。

在腸內(nèi)喂養(yǎng)時，由于病人無法正常進食，必須通過導(dǎo)管，把營養(yǎng)液注入到病人胃里。如果有大量空氣進入胃里，病人無法通過打嗝把空氣排出。發(fā)生胃脹氣，嚴重時可能撐破胃壁，威脅病人生命安全。

為此，檢測輸液管內(nèi)的空氣非常的重要。由于輸液管內(nèi)的空氣，有兩種形態(tài)：1.夾雜在液體的氣泡；2.管內(nèi)沒有或少量附著在管壁的液體，呈現(xiàn)空管狀態(tài)。

而現(xiàn)有針對輸液管內(nèi)空氣的檢測方法有幾下幾種：

1.利用超聲波通過不同介質(zhì)的速度不同實現(xiàn)檢測。即在輸液管路兩側(cè)，一端發(fā)射超聲波，另一端接收超聲波，以一定頻率和間歇周期發(fā)射超聲波，接收端根據(jù)接收到的信號和發(fā)射信號比較，就能判斷出管內(nèi)是液體還是氣泡。該方法簡單有效，但是超聲波傳感器成本高，實現(xiàn)復(fù)雜。

2.利用光線穿過不同介質(zhì)會發(fā)生折射和反射等原理實現(xiàn)檢測。即在輸液管路兩側(cè)，一邊設(shè)置發(fā)射led，另一邊設(shè)置光敏傳感器接收。光敏傳感器接收到光，產(chǎn)生微弱的小電流，經(jīng)過放大處理變成電壓信號，傳入模數(shù)轉(zhuǎn)換器采樣，最后cpu計算并處理。

該檢測方案的前提是輸液管路必須是透明的材料，并且為了光線的折射效果更好，需要改變輸液管管路形狀，一般把圓形的管路改變成中空三角形或梯形的管路，選擇折射率比較大的波長的光。當(dāng)光以一定角度(非垂直)穿過不同介質(zhì)時，有一個固定的折射角度和光通路。管路另一邊在光出射點接收該光線。如果管路內(nèi)混入空氣，光照射空氣，空氣折射率小于液體折射率，光通路被改變，管路另一邊接收到的光強度變?nèi)?。光敏傳感器把接收到的光轉(zhuǎn)化為微弱的電流，再經(jīng)過電路轉(zhuǎn)化為電壓信號，最后經(jīng)過放大濾波，adc采樣，計算機計算后，判斷出電壓信號的大小，來判斷接收到的光強弱，進而判斷輸液管路是否混入空氣。該方法原理簡單，但是需要搭配復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，并且驅(qū)動電路復(fù)雜。

另外，現(xiàn)有的輸液管內(nèi)空氣檢測方案在實際應(yīng)用過程中還普遍存在檢測精度不高，穩(wěn)定性不高等一系列問題，這大大影響其實用性。由此，提供一種高精度，高穩(wěn)定可靠性的輸液管內(nèi)空氣檢測方案是本領(lǐng)域亟需解決的問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有輸液管內(nèi)空氣檢測技術(shù)所存在的問題，需要一種精度高，可靠性高的輸液管內(nèi)空氣檢測方案。

為此，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種基于機器視覺的輸液管內(nèi)空氣檢測方法及裝置，其檢測精度高，穩(wěn)定可靠。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供的基于機器視覺的輸液管內(nèi)空氣檢測方法，其基于機器視覺技術(shù)直接識別實時采集的輸液管圖像，分析圖像中對應(yīng)于輸液管區(qū)域的形態(tài)，以此來檢測輸液管內(nèi)的空氣形態(tài)。

在本檢測方案中，所述檢測方法以每秒至少1幀的速度實時拍攝輸液管的圖片，并對每一幀圖片進行分析。

在本檢測方案中，所述檢測方法通過對輸液管圖像進行邊緣提取，再通過分析提取的邊緣圖像來判定輸液管內(nèi)空氣情況。

在本檢測方案中，在相應(yīng)光照條件下，若提取的邊緣圖像中，對應(yīng)于輸液管內(nèi)的特定區(qū)域內(nèi)是連續(xù)的，且邊緣線條為單線條，則判定輸液管內(nèi)全是液體；

若提取的邊緣圖像中，對應(yīng)于輸液管內(nèi)的特定區(qū)域內(nèi)是不連續(xù)的，則判定輸液管內(nèi)有液體，有氣泡；

若提取的邊緣圖像中，對應(yīng)于輸液管內(nèi)的特定區(qū)域內(nèi)是連續(xù)的，且邊緣線條為雙線條，一條邊緣線是管壁，一條是管壁反光的光線，則判斷輸液管內(nèi)全是空氣。

在本檢測方案中，所述檢測方法通過對輸液管圖像進行二值化處理，并分析對應(yīng)于輸液管的固定位置區(qū)域內(nèi)黑白的分布情況，以此判定輸液管內(nèi)空氣情況。

在本檢測方案中，若對應(yīng)于輸液管的固定位置區(qū)域內(nèi)為連續(xù)的全黑色，則判定輸液管內(nèi)全是液體；

若對應(yīng)于輸液管的固定位置區(qū)域內(nèi)有白色有黑色，則判定輸液管內(nèi)有液體，有氣泡；

若對應(yīng)于輸液管的固定位置區(qū)域內(nèi)為連續(xù)的全白色，則判定輸液管內(nèi)全是空氣。

在本檢測方案中，所述二值化處理時，通過自適應(yīng)調(diào)整自動選擇合適的閾值，將采集的彩色圖像進行二值化處理。

在本檢測方案中，所述檢測方法中進行二值化處理時，首先對采集到的輸液管彩色圖像轉(zhuǎn)化為灰白圖像；

接著，根據(jù)預(yù)設(shè)的閾值對輸液管灰白圖像進行二值化處理；

接著，分析二值化圖像中非輸液管區(qū)域是否全為白色像素；如果不是白色像素，調(diào)整閾值，直到全為白色像素為止；

接著，分析二值化圖像中輸液管壁區(qū)域是否有連續(xù)的黑色像素包裹，如果沒有，則調(diào)整閾值，直到被連續(xù)黑色像素包裹該區(qū)域；

最后，以該閾值對采集的圖像進行二值化處理。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供的基于機器視覺的輸液管內(nèi)空氣檢測裝置，所述檢測裝置包括：

暗室，所述暗室相對于輸液管固定設(shè)置，構(gòu)建輸液管圖像采集環(huán)境；

圖像采集裝置，所述圖像采集裝置設(shè)置在暗室上，實時采集位于暗室內(nèi)的輸液管圖像；

圖像處理單元，所述圖像處理單元直接識別實時采集的輸液管圖像，分析圖像中對應(yīng)于輸液管區(qū)域的形態(tài)，以此來檢測輸液管內(nèi)的空氣形態(tài)。

在檢測裝置的方案中，所述圖像處理單元由處理芯片和圖像識別及分析模塊配合構(gòu)成，所述圖像識別及分析模塊直接識別采集到輸液管圖像，并分析圖像中對應(yīng)于輸液管區(qū)域的形態(tài)，以此來檢測輸液管內(nèi)空氣的形態(tài)；所述處理芯片控制圖像采集裝置和圖像識別及分析模塊協(xié)同工作完成圖像采集和識別分析。

在檢測裝置的方案中，所述圖像采集裝置由鏡頭和圖像傳感器配合構(gòu)成。

在檢測裝置的方案中，所述暗室內(nèi)設(shè)置有照明單元，所述照明單元配合密閉的暗室內(nèi)部結(jié)構(gòu)構(gòu)成光照條件恒定的輸液管圖像采集環(huán)境。

在檢測裝置的方案中，所述檢測裝置還包括一倉室，該倉室具有可閉合倉門，其內(nèi)固定輸液管，并容納暗室。

在檢測裝置的方案中，所述暗室頂部的蓋板作為背景板設(shè)置在倉室的倉門上。

據(jù)此構(gòu)成的輸液管路內(nèi)空氣檢測方案可有效檢測輸液管內(nèi)的空氣形態(tài)；再者本方案實現(xiàn)結(jié)構(gòu)簡單，易于實現(xiàn)，可靠性，能夠有效解決現(xiàn)有技術(shù)所存在的問題。據(jù)此構(gòu)成的輸液管內(nèi)空氣檢測方案，其基于機器視覺技術(shù)可有效實現(xiàn)對輸液管內(nèi)空氣的精確識別；再者本方案穩(wěn)定可靠性高，能夠有效解決現(xiàn)有技術(shù)所存在的問題。

另外，本方案提供的檢測技術(shù)，能夠適用于醫(yī)療領(lǐng)域，將本方案集成在輸液泵和喂養(yǎng)泵內(nèi)，可實現(xiàn)在給病人靜脈輸注或腸內(nèi)喂養(yǎng)過程中，有效檢測輸液軟管內(nèi)氣泡和空管，大大提高安全性。

附圖說明

以下結(jié)合附圖和具體實施方式來進一步說明本發(fā)明。

圖1為本發(fā)明實例中涉及到的輸液管路結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明實例中輸液管內(nèi)空氣檢測裝置的主要結(jié)構(gòu)圖；

圖3為本發(fā)明實例中暗室的主要結(jié)構(gòu)圖；

圖4為本發(fā)明實例中暗室的頂視圖；

圖5為本發(fā)明實例1中針對三種不同形態(tài)輸液管圖像采用同一閾值，邊緣檢測后得到的處理圖像；

圖6為本發(fā)明實例2中針對三種不同形態(tài)輸液管圖像采用同一閾值，二值法處理后分別得的處理圖像；

圖7為本發(fā)明實例2中二值法閾值自動確定的流程示意圖；

圖8為本發(fā)明實例2中二值法分析的流程示意圖。

具體實施方式

為了使本發(fā)明實現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達成目的與功效易于明白了解，下面結(jié)合具體圖示，進一步闡述本發(fā)明。

首先，本實例針對的輸液管為一類醫(yī)療耗材，不局限于用于靜脈輸液或腸內(nèi)營養(yǎng)液喂養(yǎng)的輸液管，也不局限用于人的靜脈輸注和腸內(nèi)喂養(yǎng)或動物的靜脈輸注和腸內(nèi)喂養(yǎng)。

參見圖1，用于自動靜脈注射和自動腸內(nèi)喂養(yǎng)的輸液管100一般包括四部分：第一透明導(dǎo)管101、硅膠軟管102、第二透明導(dǎo)管103、透明導(dǎo)管和硅膠軟管接頭104。

其中，第一透明導(dǎo)管101用于連接輸液袋或輸液瓶105到硅膠軟管102；而硅膠軟管102可以是透明和不透明；第二透明導(dǎo)管103用于連接硅膠軟管到接頭106。

這里的接頭106為連接病人體內(nèi)胃管的接頭，或者是針頭插入病人血管。

這里的硅膠軟管103為塑料制品，透明，柔軟，有彈性，配合蠕動泵105實現(xiàn)自動輸液和喂養(yǎng)。

如此構(gòu)成輸液管100在使用時管內(nèi)液體的流動是通過蠕動泵107(如圖2所示)來控制。在實際的應(yīng)用過程中，輸液管100會進入空氣，對于輸液管內(nèi)的空氣，有兩種形態(tài)：1.是夾雜在液體的氣泡，即一部分空氣和一部分液體；2.是管內(nèi)沒有液體，全是空氣。

由于輸液管中含有空氣形態(tài)的不同，其內(nèi)部形態(tài)也不同。為此，本方案通過基于機器視覺技術(shù)來直接識別實時采集的輸液管圖像，分析圖像中對應(yīng)于輸液管區(qū)域的形態(tài)，以此來檢測輸液管內(nèi)空氣的形態(tài)。

本方案具體通過基于機器視覺技術(shù)來識別實時采集的輸液管路相應(yīng)區(qū)域段的圖像，輸液管路在圖像中的位置固定不變，并且輸液管路為透明材質(zhì)，使得管路內(nèi)的液體或空氣都在圖像中呈現(xiàn)。由此通過分析圖像中對應(yīng)于輸液管區(qū)域的形態(tài)，即可有效檢測輸液管內(nèi)是否混入空氣，還是全是液體，或全是空氣等狀態(tài)，據(jù)此構(gòu)成的輸液管路內(nèi)空氣檢測方案可有效檢測輸液管內(nèi)的空氣形態(tài)。

在此基礎(chǔ)上，為保證檢測結(jié)果的實時性和高精度，本方案具體以每秒至少1幀的速度實時拍攝與輸液管中硅膠軟管相關(guān)的圖片，再對拍攝的每一幀圖片進行分析，以此確定輸液管內(nèi)部狀態(tài)的變化，繼而來檢測輸液管內(nèi)空氣的形態(tài)。

參見圖2，其所示為本方案提供的基于機器視覺的輸液管內(nèi)空氣檢測裝置的總體結(jié)構(gòu)圖。

由圖可知，本檢測裝置200主要包括泵倉室210，采集及識別裝置220，暗室230這幾個部分。

其中，倉室210構(gòu)成用于檢測裝置的空間結(jié)構(gòu)，固定相應(yīng)的待檢測的輸液管100；同時用于安置相應(yīng)的硅膠軟管102、蠕動泵107、電機108、暗室240、采集及識別裝置220等。

該倉室210上設(shè)置有相應(yīng)的倉門蓋211，用于構(gòu)成一個封閉的檢測空間，隔絕外部干擾，防止異物進入；同時防止外部光線進入倉室內(nèi)，影響攝像頭拍照攝像，以保證本裝置的可靠性。

這里的蠕動泵107、電機108、硅膠軟管102、以及第一透明管101和第二透明管103為現(xiàn)有自動輸液管的設(shè)置方案，此處不加以贅述。

暗室230，其設(shè)置在倉室210中，構(gòu)成一個封閉的，光照條件恒定的圖像采集空間，用于采集及識別裝置220拍攝輸液管100中的硅膠軟管102，避免不同光照條件，對后續(xù)圖像識別的影響，保證后續(xù)圖像檢測識別的精度。

如圖2和圖3所示，該暗室230容安置在倉室210內(nèi)的硅膠軟管102穿過，并通過接頭104連接于第一透明導(dǎo)管101、第二透明導(dǎo)管103。通過與倉室210配合，使得硅膠軟管102固定在倉室210內(nèi)，從而使得穿過暗室230的硅膠軟管102相對于暗室230固定，即位于暗室230內(nèi)的部分是固定不變的，作為圖像采集區(qū)段。

同時在該暗室230的底部設(shè)置的連接部232，用于連接采集及識別裝置220；該暗室230的頂部設(shè)置有相應(yīng)蓋板231，該蓋板231對應(yīng)于暗室230頂部，與其配合，能夠完全閉合，密閉暗室230，達到屏蔽外部光線的目的，從而在暗室230內(nèi)形成密閉的，光照條件恒定的圖像采集空間。

在具體實現(xiàn)時，本方案中的蓋板231可進一步作為相應(yīng)的背景板，用于檢測倉門蓋211是否關(guān)閉。具體的，該蓋板231對應(yīng)于暗室230頂部，設(shè)置在倉門蓋211上，并隨倉門開關(guān)閉合，在倉門閉合后，蓋板231和暗室230完全閉合；在倉門打開后，該蓋板231脫離暗室230；由通過檢測暗室230的頂部是否有蓋板231來實現(xiàn)檢測倉門蓋211是否關(guān)閉。優(yōu)選的，該背景板231上設(shè)置有用于檢測倉門是否關(guān)閉的圖案和/或顏色。如采用白色背景板，不局限于白色，和全白色，也可以是其他顏色，或帶有特定圖標(biāo)。材質(zhì)表面對光不是全反射，以漫反射為主。

這樣可由采集及識別裝置通過拍攝和識別背景板上圖案和/或顏色來檢測倉門是否關(guān)閉。如當(dāng)攝像頭對倉室拍照，獲取的圖片中，判斷圖片中固定區(qū)域是否有該圖標(biāo)，來檢測倉門是否關(guān)閉。

另外，為了便于下部的采集及識別裝置220的拍攝采集，暗室230的底部為透明的，采用完全透明材料構(gòu)成，這樣在本暗室230中，硅膠軟管102固定在內(nèi)部，置于完全透明材料之上，同時在硅膠軟管102的上部為白色背景板231。

這樣的完全透明材料，可以是玻璃，也可以說是亞克力板，但不局限這兩種。該透明材料的作用是，方便機器視覺用攝像頭透過該透明材料對暗室內(nèi)的硅膠軟管102進行拍照，同時隔離外界灑落的液體，塵埃和外部物體進入損壞機器視覺用攝像頭。

參見圖3和圖4，本方案中的采集及識別裝置220為整個檢測裝置的處理中心，其通過直接識別實時采集的輸液管圖像，分析圖像中對應(yīng)于輸液管區(qū)域的形態(tài)，以此來檢測輸液管內(nèi)空氣的形態(tài)。

該采集及識別裝置220主要由圖像采集部分221和圖像處理單元部分(圖中未示出)配合構(gòu)成。

其中圖像采集部分221，具體為攝像頭用于圖像的采集，通過連接部232安置在暗室230的下部，即位于硅膠軟管102之下；該攝像頭在處理單元部分的控制下，搭配led照明燈，實時對暗室內(nèi)的硅膠軟管102拍照，并把圖像數(shù)據(jù)傳遞給圖像處理單元部分。這里的攝像頭包括黑白攝像頭或彩色攝像頭；而攝像頭由圖像傳感器(ccd或cmos)和鏡頭構(gòu)成；鏡頭選用大景深、微距。

具體的，連接部分232內(nèi)部有l(wèi)ed照明燈222，同時連接部分232和暗室230中間隔著透明層(如上所述)。該透明層是阻隔外部污染，并完全透光，利于攝像頭拍攝圖片。

本方案中采用4個led照明燈222，分別設(shè)置于連接部分232的四個角，并位于攝像頭旁邊，而攝像頭從連接部分232中間伸出。

另外，對于led照明燈222的安置位置并不限于此，根據(jù)需要還可安置在攝像頭鏡頭之下，之上，透明材料之下，或處于背景板，只要能夠在攝像頭拍照時(必須屏蔽外部光線)，提供必要的照明即可。

該采集及識別裝置220中的圖像處理單元部分用于完成輸液管圖像的處理和識別采集的輸液管圖像，分析圖像中對應(yīng)于輸液管區(qū)域的形態(tài)，以此來檢測輸液管內(nèi)空氣的形態(tài)。

該圖像處理單元部分具體由相應(yīng)的電路板和設(shè)置在該電路板處理芯片構(gòu)成。圖像采集部分221中的圖像傳感器設(shè)置在該電路板上，以將采集到的圖像傳至處理芯片；同時相應(yīng)的led照明燈連接于電路板，并受控于處理芯片；而處理芯片控制圖像傳感器來實時采集相應(yīng)的輸液管圖像，并配合相應(yīng)的圖像識別及分析模塊，對采集到圖像進行識別并分析圖像中對應(yīng)于輸液管區(qū)域的形態(tài)，以此來檢測輸液管內(nèi)空氣的形態(tài)。

這里的處理芯片優(yōu)選相應(yīng)的cpu來實現(xiàn)，其控制圖像傳感器以每秒至少1幀的速度實時拍攝與輸液管中硅膠軟管相關(guān)的圖片，再對拍攝的每一幀圖片進行分析，以此確定輸液管內(nèi)部狀態(tài)的變化，繼而來檢測輸液管內(nèi)空氣的形態(tài)。

在本輸液管內(nèi)空氣檢測裝置中，由于硅膠軟管、背景板與攝像頭三者之間相對固定，所以硅膠軟管和背景板出現(xiàn)在圖像的固定位置，不會改變。在此情況下，采集及識別裝置220中鏡頭焦距固定，拍攝的圖像不會變焦，畫面內(nèi)容不變，繼而cpu獲取的圖像，是固定圖像，這樣cpu分析圖像，只需分析對應(yīng)硅膠軟管的區(qū)域部分，即可進行空氣檢測。

由此構(gòu)成的檢測裝置在工作時，在自動輸液或喂養(yǎng)的時候，倉門關(guān)閉，使得倉門上的蓋板與和暗室完全閉合，屏蔽外部光線，在暗室內(nèi)形成密閉的，光照條件恒定的圖像采集空間。

電機帶動蠕動泵逆時針旋轉(zhuǎn)，擠壓硅膠軟管管內(nèi)的液體，自第一透明導(dǎo)管流向硅膠軟管，再流向第二透明導(dǎo)管，最終流向病人體內(nèi)。

這期間，采集及識別裝置中的cpu控制led照射暗室內(nèi)硅膠軟管，以形成恒定的光照條件。

與此同時，cpu通過攝像頭拍攝蓋板圖像，以檢測倉門蓋是否關(guān)閉。在確定倉門蓋關(guān)閉后，cpu通過攝像頭每秒至少1幀的速度實時拍攝暗室內(nèi)硅膠軟管相關(guān)的圖像；攝像頭中的圖像傳感器將采集的圖像實時傳至cpu；cpu配合相應(yīng)的圖像識別及分析算法，對采集到的每一幀圖片進行識別分析，識別分析硅膠軟管內(nèi)空氣形態(tài)。由于光照明度，光線的照射角度等環(huán)境變化因數(shù)對后期分析結(jié)果的準(zhǔn)確性有很大的影響，本方案通過建立暗室，構(gòu)建密閉的暗室內(nèi)環(huán)境，作為圖像采集環(huán)境。在該圖像采集環(huán)境內(nèi)照明度，光線的照射角度等因數(shù)在整個分析過程都恒定的，從而可大大提高后期分析準(zhǔn)確性。

本實例中，在基于機器視覺技術(shù)來直接識別實時采集的輸液管圖像，分析圖像中對應(yīng)于輸液管區(qū)域的形態(tài)時，有多種的實現(xiàn)方式，以下通過具體的應(yīng)用實例來說明。

實例1：

本實例通過對輸液管圖像進行邊緣提取，再通過分析提取的邊緣圖像來判定輸液管內(nèi)空氣的形態(tài)。

在具體實現(xiàn)時，本實例相對于輸液管構(gòu)建相應(yīng)的密閉結(jié)構(gòu)(如圖1所示)，用于輸液管圖像實時采集時，屏蔽外部光線，保證后期邊緣提取和分析的準(zhǔn)確性。

如圖1所示，該密閉結(jié)構(gòu)為雙重密閉結(jié)構(gòu)，由倉室、倉門、暗室、蓋板以及采集及識別裝置配合構(gòu)成，具體如上所述，此處不加以贅述。

在該密閉結(jié)構(gòu)中，倉門不透光，工作時，倉門必須關(guān)閉。該倉門的作用：

1、蠕動泵工作時，保護泵不被外界干擾，同時蠕動泵也不危及使用者的安全，和其他接觸的人或動物的安全。

2、屏蔽外部光線，當(dāng)內(nèi)部攝像頭工作時，實時拍照，避免外部光線進入，影響成像，造成干擾，使采集及識別裝置中cpu處理增加難度，同時防止內(nèi)部光線泄露出去。

在該密閉結(jié)構(gòu)中，蓋板作為背景板，具體采用明亮單色的背景板，同色正向光。

在該密閉結(jié)構(gòu)中，采用透明輸液管，采集及識別裝置中的攝像頭和輸液管相對固定，且輸液管平行于拍攝面，鏡頭與輸液管的距離數(shù)厘米，并處于密閉的暗室里，屏蔽外部光線。

在該密閉結(jié)構(gòu)中，采集及識別裝置用于采集密閉暗室內(nèi)透明輸液管的實時圖像，并對采集到的圖像進行識別分析，以檢測圖像中輸液管內(nèi)的空氣形態(tài)。

該采集及識別裝置由攝像頭、cpu以及圖像識別及分析模塊配合構(gòu)成。攝像頭作為圖像采集裝置由鏡頭和圖像傳感器構(gòu)成，其中鏡頭安置在暗室上，并與暗室內(nèi)的輸液管形成定距拍攝結(jié)構(gòu)。

圖像識別及分析模塊用于識別、分析攝像頭采集到的圖像中的輸液管的形態(tài)。該圖像識別及分析模塊通過對輸液管圖像進行邊緣提取，再通過分析提取的邊緣圖像來判定輸液管內(nèi)空氣的形態(tài)。

cpu控制攝像頭和圖像識別及分析模塊協(xié)同工作完成圖像采集和識別分析。具體的，cpu控制攝像頭以每秒大于等于1幀的速度實時拍照輸液管的圖像，再控制圖像識別及分析模塊對每一幀圖片分析。

在分析圖片時，圖像識別及分析模塊首先進行邊緣提取，以提取圖像內(nèi)軟管邊緣；再者，分析提取的邊緣圖像來判定輸液管內(nèi)空氣情況。

由于輸液管內(nèi)部的空氣形態(tài)歸納總結(jié)有如下三種情況：

1、全是液體，液體可能有各種顏色；

2、有液體，有氣泡；

3、全是空氣。

據(jù)此，本實例中的圖像識別及分析模塊通過如下方式來分析邊緣圖像，來實現(xiàn)輸液管內(nèi)部空氣形態(tài)的檢測：

若提取的邊緣圖像中，對應(yīng)于軟管內(nèi)的特定區(qū)域內(nèi)是連續(xù)的，且邊緣線條為單線條，則判定輸液管內(nèi)全是液體；

若提取的邊緣圖像中，對應(yīng)于軟管內(nèi)的特定區(qū)域內(nèi)是不連續(xù)的，則判定輸液管內(nèi)有液體，有氣泡；

若提取的邊緣圖像中，對應(yīng)于軟管內(nèi)的特定區(qū)域內(nèi)是連續(xù)的，且邊緣線條為雙線條，則判斷輸液管內(nèi)全是空氣。

針對上述的分析方案，本實例進一步以輸液溶劑為透明液體為例和一定環(huán)境亮度條件下進行試驗驗證。其他顏色液體和其他亮度條件參照此處理，具體分析方法和閾值確定可能有所不同。

參見圖5，其所示為針對三種不同形態(tài)輸液管圖像采用同一閾值，邊緣檢測后得到的處理圖像。

參見圖5a，其所示為管內(nèi)為全是無色透明液體時，攝像頭拍攝的圖像，采用同一閾值，邊緣檢測后得到的處理圖像。

參見圖5b，其所示為管內(nèi)為一部分無色透明液體和一部分空氣，攝像頭拍攝的圖像，采用同一閾值，邊緣檢測后得到的處理圖像。

參見圖5c，其所示為管內(nèi)為完全是空管的狀態(tài)，攝像頭拍攝的圖像，采用同一閾值，邊緣檢測后得到的處理圖像。

經(jīng)過分析比較可知：

第一種情況下，軟管內(nèi)全是液體。液體為圓柱體形狀，對于光有放大鏡的效應(yīng)。管子中間亮度很高。則其對應(yīng)的提取的邊緣圖像中，對應(yīng)于輸液管內(nèi)的特定區(qū)域內(nèi)是連續(xù)的，且邊緣線條為單線條，單線條為軟管外壁。

第二種情況下，軟管內(nèi)有液體，有氣泡。則其對應(yīng)的提取的邊緣圖像中對應(yīng)于輸液管內(nèi)的特定區(qū)域內(nèi)是不連續(xù)的，并且雜亂無章的分布。

第三種情況下，軟管內(nèi)全是空氣。則其對應(yīng)的提取的邊緣圖像中對應(yīng)于輸液管內(nèi)的特定區(qū)域內(nèi)是連續(xù)的，且邊緣線條為雙線條，雙線條中一條邊緣線是管壁，一條是管壁反光的光線。

由此可見，本實例提供通過分析提取的邊緣圖像來判定輸液管內(nèi)空氣形態(tài)的方案，能夠精確檢測到輸液管內(nèi)的空氣形態(tài)。

實例2：

本實例具體通過對輸液管圖像進行二值化處理，并分析對應(yīng)于輸液管的固定位置區(qū)域內(nèi)黑白的分布情況，以此判定輸液管內(nèi)空氣情況。

這里的二值法為把圖像不同顏色的像素點(包括不同顏色的像素)，先分別轉(zhuǎn)換為0到255，共256種程度灰白圖像顯示，從完全黑色0到完全白色255。然后選取一個閾值，閾值在0到255之間，高于閾值的像素點用255白色像素表示，低于閾值的像素點用0黑色表示，最終只有黑白兩種像素表示。

據(jù)此方法可簡化分析復(fù)雜性，只分析兩種像素點分布情況，就知道輸液管管內(nèi)情況。

在具體實現(xiàn)時，本實例基于實例1中的密閉結(jié)構(gòu)方案進行，這里的密閉結(jié)構(gòu)方案與實例1中相同，此處不加以贅述。

其中，采集及識別裝置中的cpu控制攝像頭和圖像識別及分析模塊協(xié)同工作完成圖像采集和識別分析；cpu控制攝像頭以每秒大于等于1幀的速度實時拍照輸液管的圖像，再控制圖像識別及分析模塊對每一幀圖片分析。

在分析圖片時，圖像識別及分析模塊針對采集到的每一幀圖像進行二值法處理，使得圖像中只有兩種顏色像素點(白色和黑色)；接著分析對應(yīng)于輸液管的固定位置區(qū)域內(nèi)黑白的分布情況，以此判定輸液管內(nèi)空氣情況。

針對輸液管內(nèi)部空氣形態(tài)的三種情況下(如實例1中所述)，本實例中的圖像識別及分析模塊通過如下方式來分析二值化圖像，以實現(xiàn)輸液管內(nèi)部空氣形態(tài)的檢測：

若對應(yīng)于輸液管的固定位置區(qū)域內(nèi)為連續(xù)的全黑色，則判定輸液管內(nèi)全是液體；

若對應(yīng)于輸液管的固定位置區(qū)域內(nèi)有白色有黑色，則判定輸液管內(nèi)有液體，有氣泡；

若對應(yīng)于輸液管的固定位置區(qū)域內(nèi)為連續(xù)的全白色，則判定輸液管內(nèi)全是空氣。

對于這里的固定位置區(qū)域，為輸液管在圖像中成像位置區(qū)域。由于輸液管和攝像頭位置相對固定，故輸液管在圖像中固定位置成像。

本實例中，在對采集到的圖像進行二值化處理時，根據(jù)環(huán)境光強度大小，選擇一個合適的閾值，把彩色圖像用二值法表現(xiàn)出來。

本實例中為了保證檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性，根據(jù)實際情況自適應(yīng)調(diào)整自動選擇合適的二值化閾值。

具體的，本實例在輸液管安裝到泵上，并且關(guān)閉泵倉門的條件下進行確定二值化閾值。在進行處理時，由于預(yù)先是不知道管內(nèi)是否有液體，空氣，和一部分液體和氣泡混合這三種情況，也不知道液體是何種顏色，因此通過自適應(yīng)調(diào)整自動選擇合適的二值化閾值，實現(xiàn)過程如下(參見圖7)：

首先，輸液泵開始工作，針對攝像頭拍攝采集到的彩色圖像，先轉(zhuǎn)化為灰白圖像，選擇一個預(yù)定(內(nèi)部程序固定)的二值化閾值，開始二值化處理。

接著，分析二值化圖像中的非特定區(qū)域(不是輸液管的區(qū)域，即為白色背景板的區(qū)域)，判定該區(qū)域是否全為白色像素，如果不是白色像素，調(diào)整閾值，直到全為白色像素為止。

接著，分析二值化圖像中的特定區(qū)域(輸液管區(qū)域)，判定該區(qū)域是否有連續(xù)的黑色像素包裹，該連續(xù)黑色像素即為輸液管壁；若沒有，則調(diào)整閾值，直到被連續(xù)黑色像素包裹該區(qū)域。

由此，調(diào)整得到的閾值，則為適合本次輸注過程空氣檢測的二值化閾值。在整個輸注過程中，閾值只需在一開始確定，直到本次輸注完成時為止，都用該閾值處理所有采集的圖像。

基于上述方案自適應(yīng)調(diào)整自動選擇的二值化閾值，本實例對輸液管圖像進行二值化處理，并分析對應(yīng)于輸液管的固定位置區(qū)域內(nèi)黑、白的分布情況，以此判定輸液管內(nèi)空氣情況的整個過程如下(參見圖8)：

1、通過攝像頭每秒大于等于1幀的速度連續(xù)拍照輸液管的圖像。

2、基于上述自適應(yīng)調(diào)整自動選擇的二值化閾值，對采集到的每一幀圖像進行二值法處理，得到相應(yīng)的二值化圖像(即黑白圖像)。

3、分析二值化圖像(即黑白圖像)中特定區(qū)域內(nèi)(即輸液管內(nèi))，黑色和白色像素的分布情況。

4、分析判斷特定區(qū)域內(nèi)是否有一條白色像素區(qū)域，沿著輸液管方向分布：若是，則判斷白色像素區(qū)域的寬度，如果很寬表示管內(nèi)全為液體，沒有汽包和空氣；若不是，則轉(zhuǎn)入步驟5。

5、分析判斷特定區(qū)域內(nèi)是否為連續(xù)白色像素點沿著輸液管方向分布：若是，則判斷輸白色像素區(qū)域的寬度，如果很窄，并且周圍有不連續(xù)的黑色像素，則管內(nèi)全部為空氣，即現(xiàn)在為空管狀態(tài)；若不是，則判斷輸液管內(nèi)混入有氣泡。

針對上述的二值圖像分析方案，本實例進一步以輸液溶劑為無色透明液體為例和一定環(huán)境亮度條件下進行試驗驗證。其他顏色液體和其他亮度條件參照此處理，其他具體分析方法和閾值確定可能有所不同。

參見圖6，其所示為本實例中針對三種不同形態(tài)輸液管圖像采用同一閾值，進行二值法處理后分別得的處理圖像。)

參見圖6a，其所示為管內(nèi)為全是無色透明液體時，攝像頭拍攝的圖像，采用同一閾值，二值法處理后分別得的處理圖像。

參見圖6b，其所示為管內(nèi)為部分無色透明液體和一部分空氣時，攝像頭拍攝的圖像，采用同一閾值，二值法處理后分別得的處理圖像。

參見圖6c，其所示為管內(nèi)完全是空管的狀態(tài)時，攝像頭拍攝的圖像，采用同一閾值，二值法處理后分別得的處理圖像。

由于攝像頭和輸液管相對固定，本實例中通過分析二值圖像中固定位置區(qū)域(輸液管區(qū)域)內(nèi)黑白像素點的分布情況以此判定輸液管內(nèi)空氣情況：

經(jīng)過二值法處理后，若該區(qū)域兩邊是連續(xù)的全黑色像素帶狀分布，即輸液管壁。中間是連續(xù)的白色像素，由于液體在管內(nèi)的形狀為柱狀，(放大鏡的原理)對光線有匯聚效應(yīng)，所以白色像素區(qū)域?qū)?，沒有黑色像素摻雜；則輸液管內(nèi)全是液體。

經(jīng)過二值法處理后，若該區(qū)域有白色和像素有黑色，一大片白色像素區(qū)域，即為液體區(qū)域。位于邊緣分布的黑色像素帶，即為輸液管壁；中間區(qū)域出現(xiàn)黑色像素和白色像素混合，即為氣泡；則輸液管內(nèi)混入空氣。

經(jīng)過二值法處理后，若輸液管路區(qū)域黑色像素多于白色；但是，由于管壁反光，有一條白色的光帶，該白色像素帶，細長直線分部；則表示輸液管內(nèi)全是空氣。

由此可見，本實例提供的二值圖像分析方法，能夠完全分析出輸液管內(nèi)全是液體、全是空氣或一部分液體和一部分氣泡三種情況。

以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理、主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效物界定。