[发明专利]输液液面视觉检测报警系统及其检测方法

权利要求书

1.一种输液液面视觉检测报警系统，其特征在于：包括视频采集卡（6）、计算机（11）、计算机显示屏（10）、图像处理软件（7），以及声光电报警装置（12），视频采集卡（6）安装在计算机（11）的主机上并与摄像机（5）连接，视频采集卡（6）把视频图像传送给计算机（11），计算机显示屏（10）显示视频图像，计算机（11）与声光电报警装置（12）连接。

2.一种如权利要求1所述的输液液面视觉检测报警系统的检测方法，其特征在于：包括以下步骤，

1）用摄像头正直对准一个正在进行输液的完整输液瓶，选取输液过程中间隔不小于5秒钟的两张图像；

2）提取彩色图像的红色分量R、绿色分量G和蓝色分量B，对 R、G、B 分量图像进行算术运算；

3）采用Otsu算法确定阈值，对算数运算后的图像进行二值化处理，寻找瓶体像素范围，获得二值化图像；

4）根据瓶体横向像素长度选择合适的阀值，对步骤3）得到的二值化图像进行图像切割，去除输液管部分，得到最终的瓶体像素范围；

5）在原图的R分量上保留该瓶体像素范围的R分量，其余范围数值清零；

6）对步骤5）得到的图像的像素数值采用kmeans聚类算法将其分为4类，选择数值最低的那一部分灰度数值的最大值作为二值化的阀值，得到液体像素数值的范围，进而提取液体部分；

7）提取液位图像的液位高度并计算。

3.根据权利要求2所述的输液液面视觉检测报警系统的检测方法，其特征在于：所述的步骤2）采取以下方法：

201）算术运算：提取输液图像的红色分量R(x ,y)图像，绿色分量G(x ,y)图像，蓝色分量B(x,y)图像，对R，G，B分量图像按公式1进行算术运算，得到图像I(x,y)；

I(x,y)＝a*R(x,y)+b*G(x,y)+c*B(x,y) (1)

式中，a为红色分量系数，b为绿色分量系数，c为蓝色分量系数，取值分别为a=2,b=-0.6,c=-0.5；x＝0 ,1 ,2 ,...,M-1，y＝0 ,1 ,2 ,...,N-1，M为图像像素行数，N为图像像素列数，x和y分别代表输液瓶彩色图像的行和列；

202）二值处理：设算术运算后图像中灰度为的像素数为，灰度范围为，则总的像素数为 （2）

各灰度值出现概率为

（3）

对于有

（4）

把图像中的像素用阀值T分成两类和，由灰度值在的像素组成，由灰度值在的像素组成，则区域和的概率分别为

（5）

（6）

区域和的平均灰度分别为

（7）

（8）

其中，是整幅图像的平均灰度；

（9）

两个区域的总方差为

（10）

式中，为区域的灰度均值，为整幅图像任一像素点位于区域的概率，为整幅图像的灰度均值，为区域的灰度均值，为整幅图像任一像素点位于区域的概率；

让在范围内依次取值，使最大的值便是最佳区域分割阀值，根据此阈值进行二值化，即可得到瓶体的图像；

203）膨胀运算：对上元素的集合和，使用对进行膨胀，记作，形式化的定义为

（11）

设想有原本位于图像原点的结构元素，让在整个平面上移动，当其自身原点平移至点时能相对于其自身的映像和有公共的交集，即和至少有1个像素是重叠的，则所有这样的点构成的集合即为对的膨胀图像；其中，S为上述二值化后得到的瓶体图像，为S和A所处的平面，即为整幅图像，z为平面上的一个点，S为用于膨胀的结构元素；

204）腐蚀运算：对上元素的集合和，使用对进行腐蚀，记作，形式化的定义为：

（12）

让原本位于图像原点的结构元素在整个平面上移动，如果当的原点平移至点时能够完全包含于中，则所有这样的点构成的集合即为对的腐蚀图像，其中，S为上述二值化后得到的瓶体图像，为S和A所处的平面，即为整幅图像，z为平面上的一个点，S为用于腐蚀的结构元素。