基本信息
- 项目名称：
- 基于视频处理的透明容器液面自动监测系统
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”作品
- 小类：
- 信息技术
- 大类：
- 科技发明制作B类
- 简介：
- 基于视频处理的透明容器液面自动监测系统通过视频采集设备获得输液瓶的实时图像，采用相关的数字图像处理技术对视频图像进行处理，结合自适应方法分割图像并寻找到准确的液面位置，实现了对液面的实时监测，从而得到了准确的液面位置，当液面下降到阈值范围之内则启动报警。经实验表明，所设计的系统已达到了预期的效果。该系统设计简单、成本低、操作方便、精度高，具有广泛的应用前景。
- 详细介绍：
- 基于视频处理的透明容器液面自动监测系统综合利用计算机技术和多媒体技术实现对液体液面进行动态跟踪，当液面变动到一定位置时，系统自动预警，这样可以减少很多工作量。 该系统可以实现对医院医用输液瓶内液面的自动检测及预警，也可以应用于其他类似的工农业生产场景，特别是在一些危险场景下的作业。本系统通过视频采集设备获得输液瓶的实时图像，采用相关的数字图像处理技术对图像进行处理，结合自适应方法分割图像并寻找到准确的液面位置，实现了对液面的实时监测，当液面下降到一定的位置时启动预警提示，以便提醒相关工作人员进行处置。实验结果表明，所设计的系统达到了预期的效果。
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作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 研究目的和基本思路设计作品的目的是利用数字图像处理和视频处理技术完成对透明容器液面位置的自动跟踪，并对液面位置进入警戒位置时进行预警。最典型的例子是医院的输液过程。在医院中，给病人输液是最常见的一种治疗方式，而输液过程中，照看病人的护士或家属要时刻关注输液瓶中的药液是否输完，以免由于药液输完后未及时处理造成空气进入血管或血液倒流等现象发生，从而引发医疗事故。本系统的研究就是为了解决当药液快输完时，能及时预警，以便值班护士进行处理，将护士及病人家属从单调乏味的等待中解放出来，减少医疗事故的发生。除此之外，对液面自动跟踪并预警的研究在工农业生产过程中还有很多的应用前景，如锅炉玻璃管液面监测、奶牛场挤奶生产线上奶瓶液面的监测等。 创新点 1.在不改变原有容器的情况下，仅通过对视频图像的处理分析，实现了对液面的自动监测和跟踪，成本低，易于操作。 2.采取Shen算法准确检测液面位置。 3.当液面进入警戒位置时自动预警。 技术关键 1. 图像二值化。本项目拟对图像直方图进行分析，采用自适应阈值的方法对图像进行二值化处理。 2.图像区域分割，根据边缘值分割原理找出边缘信息丰富的区域，再对这些区域进行分析，将各不同区域分割开来。 3.液面准确定位，采用投影法，引入Shen算子对投影图进行处理，从而得到液面的准确位置。 主要技术指标 1.能动态实时对液面进行跟踪。 2.在某时刻准确对液面进行定位。 3.当液面下降到指定范围时系统可以自动预警。
科学性、先进性
- 基于视频处理的透明容器液面自动监测系统是在不改动原有设备的环境下仅仅增加摄像头和软件方法来实现对液面进行动态跟踪，这种方法方便、简单、科学。通过实验该系统达到了预期的效果。 对透明容器液面的监测主要有如下两种： 1.大部分是采用人工的方法，不断地观察容器，然后根据观察者观察到的值和其本身的经验，来判断液面到达了什么位置，是否启用相应的程序，这样的工作十分枯燥无味并且容易发生事故。 而基于视频处理的透明容器液面自动监测系统仅在外围简单加装相应的图像采集设备就完成了远距离的监控，就可以达到自动报警的效果，成本低、效率高。 2.通过在容器中加装电子传感器来进行对液面的自动监控。但这种方法应用受限，对很多应用场景，在容器中加装传感器是不可行的，如前面提到的医院输液过程，因输液的容器很多都是一次性的，很难重复使用，如果用加装传感器来完成的话，需要药厂对装药的每一个容器都要加装相应的设备，增加很多工作量和成本，因此，是不可行的。
获奖情况及鉴定结果
- 2011年4月20日在贵州民族学院团委举办的贵州民族学院“第十二届‘挑战杯’全国大学生课外学术科技作品竞赛选拔赛”中获得科技制作发明B类第一名。 2011年5月21日在贵州省共青团委举办的贵州省“第十二届‘挑战杯’全国大学生课外学术科技作品竞赛全省选拔赛”中获得科技制作发明B类一等奖。
作品所处阶段
- 中试阶段
技术转让方式
- 无
作品可展示的形式
- 实物、现场演示、录像、图片
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 技术特点和优势本研究打破了原有人工查看透明容器液面位置的模式，采取基于视频处理的透明容器监测系统进行实时监控，仅增加了简单的图像采集设备便完成了远距离监控，保证实时跟踪的可靠性。适用范围本研究适用于医院输液过程监控、锅炉相应玻璃管液面监测、奶牛场自动挤奶生产线实时挤奶监测及奶量统计等类似的生活、工业农生产场景。市场分析现在仅贵州省的公立和私立医院就有近千家，按照每家医院部分病房配备这样的监测系统，估计会需要近万套系统。同时该系统还可以推广到其他的省份。另外，相同的技术可用在奶牛场的生产线上，牛奶瓶液面的检测，尤其在一些高危的工农业生产环境下，可以采用该系统来对液面的变化过程进行监测。经济效益预测本系统利用医院现有的计算机系统，只是附加一些简单的摄像头和无线网络分布，批量生产后每件成本不超过200元，如果加上相应的软件设备，每件按300元出售，那将产生几百万元的产值。同时，如果该系统应用于其他的特殊环境下我们可以提高系统价格，同时社会效益也将大大提高。
同类课题研究水平概述
- 目前，针对透明容器液面的自动监测研究还很少，但对于其它液面自动定位有这样一些方法：吴英等采用霍夫变换及膨胀腐蚀的方法对水银温度计水银液面进行定位，但霍夫变换计算量过大，膨胀腐蚀对于高精度的刻度识别会导致扩大误差，且对于水银液面监测相对容易些，因水银是不透明的，容易检测到水银液面，因此将该方法应用到检测透明容器中的透明液体液面，效果很不理想。娄方等在文献中采用灰度级切片法进行图像二值化，Sobel算子及细化算法对玻璃液体温度计进行液面定位，但存在二值图像阈值的选取问题。张艳玲等在中采用颜色提取法及增益法对彩色数字仪表表盘刻度进行定位，但对背景色彩噪声过于敏感。文献中，张松敏采用中值噪声滤波、一维边缘检测递归算子和二值化图像处理技术对数字水准仪自动定位，但在信息比对时存在噪声敏感性过高。Torres等通过中值滤波对模糊及强噪声条件下的图像噪声处理，同时结合使用了回归方法，达到了对图像预处理的良好效果。Marr等的综合评价了几种常用的边缘检测方法，并阐述了每种方法适合的场景为视频图像的边缘检测奠定了基础理论。Worthington等使用Canny算子进行图像边缘检测，实现了图像边缘划分的功能。 而对于透明容器因在采集过程中产生大量的气泡，因此上述方法不能很好的定位液瓶的液面。本文针对医院大量病人输液的输液瓶的特定环境，提出了一种基于数字图像处理技术的液面准确定位的方法。将摄像头捕捉到的液瓶图片通过Sobel算子和扫描法进行图像分割，利用Shen算法对二值化后的图像投影线进行平滑，然后分割平滑后的投影线，从而得到液面位置。实验结果表明，建议方法能准确的定位液面。
