一种基于机器视觉的智能咽拭子采样设备控制系统的制作方法

本发明涉及咽拭子采样，具体涉及一种基于机器视觉的智能咽拭子采样设备控制系统。

背景技术：

1、咽拭子采样也称核酸采样，核酸采样的物质是病毒的核酸，核酸检测是查找人体的呼吸道标本、血液或粪便中是否存在外来入侵的病毒的核酸，来确定是否被病毒感染，在采样需求较大时，常使用智能咽拭子采样设备来实现无人的采样工作，大大减少了人工成本及采样过程中的交叉感染。

2、目前智能化咽拭子自动采样设备，对用户进行咽拭子采样时，通常根据视觉检测完成与用户口部的校对，虽能够完成咽拭子采样工作，但并未根据用户的头部角度进行设备上采样端的角度微调，从而造成设备上采样端径直伸入用户口部，易引起用户口腔内部黏膜不适或刮伤用户口腔内部黏膜。

技术实现思路

1、针对现有技术所存在的上述缺点，本发明提供了一种基于机器视觉的智能咽拭子采样设备控制系统，解决了上述背景技术中提出的技术问题。

2、为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：

3、一种基于机器视觉的智能咽拭子采样设备控制系统，包括控制终端、采集层、识别层及控制层；

4、控制终端，是系统的主控端，用于发出执行命令；

5、采样设备基于重力感应实时触发采集层运行，采集层运行连续采集用户的面容图像数据，对采集的用户面容图像数据进行有效性分析，基于有效性分析结果选择用户面容图像，对选择的用户面容图像向识别层发送，识别层基于接收的用户面容图像，进一步分析用户眼部视角分布，控制层设定采样设备调节逻辑，并同步接收识别层中用户眼部视角分布分析结果，基于采样设备调节逻辑及用户眼部视角分布分析结果控制采样设备运行调节，在调节后对用户进行咽拭子采样；

6、所述识别层包括接收模块、处理模块及辨识模块，接收模块用于接收采集层中选择的用户面容图像，处理模块用于对接收模块接收的用户面容图像进行降噪处理，辨识模块用于获取用户面容图像数据中眼部图像，基于用户眼部图像分析用户眼部视角分布，并将分析得到的用户眼部视角分布结果实时向控制层发送；

7、所述用户眼部视角分布分析逻辑表示为：

8、；

9、式中：为用户面容图像数据中眼部图像左上方区域分布特征表现值；为识别区域像素的集合；为眼部图像左上方区域中第1组像素块的颜色特征向量；为权重；为用户面容图像数据中眼部图像正上方区域分布特征表现值；为眼部图像正上方区域中第1组像素块的颜色特征向量；

10、其中，用户眼部视角分布分析逻辑在应用前，对用户眼部图像进行等分分割，分割区域所得区域均为上式识别区域，分割结果为3×3的子图像矩阵，子图像矩阵分别记作：左上、正上、右上、正左、中、正右、左下、正下及右下，用户眼部视角分布分析逻辑在应用时，选用两组子图像矩阵应用于用户眼部视角分布分析逻辑的运行，选择的两组子图像矩阵可以是：左上、正上；正上、右上；右上、正右；左上、正左；正左、左下；左下、正下；正下、右下；右下、正右；对应表示为：ul、u；u、ur；ur、r；ul、l；l、dl；dl、d；d、dr；dr、r。

11、更进一步地，所述采样设备包括定位工位、采样工位、处理工位及控制工位，定位空位用于定位用户的头部放置姿态，采样工位用户采集用户的咽拭子样本、处理工位用于回收采集的用户咽拭子样本，控制工位用于控制定位工位、采样工位、处理工位的运行；

12、其中，定位工位上部署有重力传感器，重力传感器感应到定位空位实时承载重量发生变化时，触发采集层运行，定位工位运行阶段，承托用户下颚，使用户头部正置于定位工位之上，采样工位运行阶段，自动对位，使咽拭子采样端正对于用户口部，并在与用户口部对位后，进一步运行执行咽拭子采样操作。

13、更进一步地，所述采集层包括摄像头模组、分析模块及选择模块，摄像头模组用于采集用户面容图像，分析模块用于分析用户面容图像的有效性，选择模块用于接收分析模块中对于用户面容图像的有效性分析结果，基于用户面容图像的有效性分析结果选择用户面容图像，对选择的用户面容图像向识别层反馈；

14、其中，摄像头模组下级设置有语音模组，摄像头模组与语音模组部署于采样设备上，摄像头模组与语音模组通过无线数据传输参与系统运行，语音模组用于发出语音通报，告知用户看向摄像头模组及请勿移动头部，系统端用户于控制终端中输入用户面容图像采集频率，摄像头模组于控制终端中获取用户面容图像采集频率并应用运行。

15、更进一步地，所述分析模块运行阶段对于用户面容图像的有效性分析逻辑表示为：

16、；

17、式中：为用户面容图像有效值；为用户面容图像中用户左眼到摄像头模组的距离；为用户面容图像中用户右眼到摄像头模组的距离；用户面容图像中用户左眼或右眼到摄像头模组的距离表示为：

18、；

19、式中：摄像头模组的空间坐标为，用户面容图像中用户左眼或右眼的空间坐标为，为已知；

20、其中，的值越接近1，则表示摄像头模组采集的用户面容图像越有效，识别层接收的用户面容图像为，求取的用户面容图像有效值最接近1时应用的用户左眼或右眼的空间坐标所在用户面容图像。

21、更进一步地，用户面容图像的坐标基于采样设备的定位工位为已知，记作（x，y），则中，为已知，应用，求取，求取逻辑表示为：

22、；

23、式中；为尺度因子；（，）为用户面容图像（x，y）中对应的坐标；为用户面容图像（x，y）中对应正交旋转矩阵与其平移向量的比率；为透视投影矩阵；

24、其中，在求取时，基于摄像头模组摄像端与摄像角度限定的平面与用户面容图像（x，y）所在平面进行求取。

25、更进一步地，所述处理模块运行阶段，对用户面容图像进行降噪处理后的用户面容图像通过下式进行输出，公式为：

26、；

27、式中：为降噪处理后输出的用户面容图像；为邻域以内的像素总和；为原用户面容图像（x，y）中的一点的像素值；

28、其中，。

29、更进一步地，所述权重取值为0.5或1，特征表现值在求取时，求取目标识别区域为非正方向时，权重取值为1，识别区域为非正方向时，权重取值为0.5。

30、更进一步地，所述控制层包括设定模块、逻辑模块及控制模块，设定模块用于设定采样设备调节逻辑，逻辑模块用于获取识别层中分析用户眼部视角分布时，应用的识别区域，基于识别区域配置采样设备调节逻辑，控制模块用于接收逻辑模块中配置的采样设备调节逻辑及用户眼部视角分布分析结果，基于用户眼部视角分布分析结果及采样设备调节逻辑控制采样设备运行，完成采样工位的调节操作；

31、其中，采样设备的采样工位的调节操作即对采样工位的角度调节。

32、更进一步地，所述设定模块中设定的采样设备调节逻辑为：

33、；

34、式中：为调节角度；为调节系数；

35、其中，采样设备调节逻辑中中分子始终应用非正方向识别区域求取的特征表现值减正方向识别区域求取的特征表现值，分母始终应用正方向识别区域求取的特征表现值，调节系数的取值服从，的值越大，的取值越大，的值越小，的取值越小的设定逻辑，中l表示采样工位的臂展，调节角度在求取后，同步获取正方向识别区域，正方向识别区域为正右或正下时，采样设备采样工位应用调节角度向上调节，正方向识别区域为正左或正上时，采样设备采样工位应用调节角度向下调节。

36、更进一步地，所述控制终端通过介质电性连接有分析模块选择模块，所述分析模块通过局域网络与摄像头模组及语音模组连接，进行数据共享，所述摄像头模组与语音模组通过介质电性相连接，所述选择模块通过介质电性连接有接收模块，所述接收模块通过介质电性连接有处理模块及辨识模块，所述辨识模块通过介质电性连接有设定模块，所述设定模块通过介质电性连接有逻辑模块及控制模块。

37、采用本发明提供的技术方案，与已知的公有技术相比，具有如下有益效果：

38、1、本发明提供一种基于机器视觉的智能咽拭子采样设备控制系统， 该系统在运行过程中能够对用户的面容图像进行采集，从而进一步于用户面容图像数据中获取用户的眼部图像，基于用户眼部图像分析，来进一步校正调节采样设备，使采样设备运行采集用户咽拭子样本的过程更加舒适，尽可能规避因采样设备采样端的采样姿态与用户口部不符，而造成的采样过程不适或对用户口部口腔内壁黏膜造成的伤害。

39、2、本发明中系统在运行过程中，通过传感功能部署，进一步为该系统在配置采样设备运行状态下带来智能控制效果，使系统能够随采用用户的采样行为同步运行，同时在采集到用户面容图像后，进一步以指定逻辑对用户面容图像进行选择，以达到选择最佳用户面容图像来更进一步对用户眼部图像进行分析，借此来提升系统运行精度。

40、3、本发明中系统在运行过程中，通过用户眼面容图像的降噪处理，能够进一步凸显用户面容图像细节，从而以此来更进一步提升系统运行控制结果的精度。

41、4、本发明以指定调节逻辑控制采集设备运行，使搭载有该系统的采样设备能够稳定在用户进行咽拭子采样时，适应性的完成采样端调节，且在调节逻辑应用阶段，通过对眼部图像的分割能够获取多组数据，进而基于分割的子眼部图像来求取调节结果，使调节结果的求取过程鲁棒性更佳，且调节响应更加敏锐。