液位检测方法及其装置与流程

本发明涉及一种液位检测方法及应用其的液位检测装置。

背景技术：

一般来说，脑室外引流系统包括容器及压力阀，压力阀连接容器与脑室。当脑室内脑压过大时，压力阀开启，以将脑室内液体引流至容器内。依据容器内脑液的液位(脑液量不同)，会有不同的对应医嘱。医护人员必须到现场用肉眼观察容器内脑液的液位变化，才能判断是否采用对应医嘱。

因此，如何提出一种能自动测量相关的液位变化，是本技术领域业者努力的目标之一。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种液位检测方法及应用其的液位检测装置，可改善前述现有议题。

本发明提出一种液位检测方法。液位检测方法包括以下步骤。一摄像器从一透光容器的一前表面的方向提取透光容器的一透光容器影像及一标示件的一标示件影像，其中透光容器用以容纳一液体，且标示件位于透光容器的一后表面；从标示件影像的端部往下分析标示件影像，以取得标示件影像的数个位置点的数个宽度值；取得各宽度值与标示件影像的一宽度平均值的一宽度差异值；判断宽度差异值未介于预设范围内的位置点为液体的液位。

本发明另提出一种液位检测装置。液位检测装置用以检测一透光容器内液体的液位，一标示件位于透光容器的一后表面。液位检测装置包括一摄像器、一影像分析器及一液位判断器。摄像器用以从透光容器的一前表面的方向提取透光容器的一透光容器影像及标示件的一标示件影像。影像分析器用以：从标示件影像的端部往下分析标示件影像，以取得标示件影像的数个位置的数个宽度值；以及，取得各宽度值与一宽度平均值的一宽度差异值。液位判断器用以：判断宽度差异值未介于预设范围内的位置点为液体的液位。

为了对本发明的上述及其他方面有更佳的了解，下文特举实施例，并配合所附的附图详细说明如下：

附图说明

图1为本发明一实施例的标示件影像的宽度平均值的取得流程图；

图2a为本发明一实施例的液位检测装置的示意图；

图2b为从图2a的透光容器的前表面的方向观看到的透光容器的示意图；

图2c为从图2a的摄像器从透光容器的前表面的方向提取的容纳元件影像的示意图；

图2d为图2c的标示件影像、第一标记影像及第二标记影像的示意图；

图2e为图2d的标示件影像的宽度示意图；

图3为本发明一实施例的液位检测方法的流程图；

图4a为图2a的透光容器内的液体为低液位的示意图；

图4b为从图4a的摄像器从透光容器的前表面的方向提取的容纳元件影像的示意图；

图4c为图4b的标示件影像、第一标记影像及第二标记影像的示意图；

图4d为图4c的标示件影像的宽度变化示意图；

图5a为图2a的透光容器内的液体为中高液位的示意图；

图5b为从图5a的摄像器从透光容器的前表面的方向提取的容纳元件影像的示意图；

图5c为图5a的标示件影像、第一标记影像及第二标记影像的示意图；

图5d为图5c的标示件影像的宽度变化示意图；

图6a为图2a的透光容器内的液体为中高液位的示意图；

图6b为从图6a的摄像器从透光容器的前表面的方向提取的容纳元件影像的示意图；

图6c为图6a的标示件影像、第一标记影像及第二标记影像的示意图；

图6d为图6c的标示件影像的宽度变化示意图。

符号说明

100、200：液位检测装置

110：摄像器

120：影像分析器

10：容纳元件

11：透光容器

11b：后表面

11f：前表面

12：标示件

12e1：第一长边

12e2：第二长边

13：第一标记

13e、14e：底边

14：第二标记

230：液位判断器

d1：距离

l1：液体

m1：容纳元件影像

m11：透光容器影像

m11e：边界影像

m12：标示件影像

m12’：标示件宽度影像

m12a、m12b：端部

m12e1：第一长边影像

m12e2：第二长边影像

m13：第一标记影像

m14：第二标记影像

p1、p2、p5、pi、p10、p15、pm：位置点

s2：连线

s110～s130、s210～s240：步骤

x、y、z：轴向

wav：宽度平均值

wd,i：宽度差异值

wi：宽度值

具体实施方式

请同时参照图1及图2a～图2e，图1绘示依照本发明一实施例的标示件影像m12的宽度平均值wav的流程图，图2a绘示依照本发明一实施例的液位检测装置100的示意图，图2b绘示从图2a的透光容器11的前表面11f的方向观看到的透光容器11的示意图，图2c绘示从图2a的摄像器110从透光容器11的前表面11f的方向提取的容纳元件影像m1的示意图，图2d绘示图2c的标示件影像m12、第一标记影像及第二标记影像的示意图，而图2e绘示图2d的标示件影像m12的宽度示意图。

如图2a所示，液位检测装置100包括摄像器110及影像分析器120。液位检测装置100用以检测透光容器11内液体l1(图4a有绘示液体l1)的液位。液位检测装置100可应用于医疗领域，如应用于脑室外引流系统，可自动判读透光容器11内从脑室引流的液体的液位。在另一实施例中，液位检测装置100也可应用于医疗以外的领域。只要是需要观察液位以执行对应的操作的领域都为本发明实施例的液位检测方法及应用其的液位检测装置的应用领域。

如图2a所示，容纳元件10包括用以容纳液体l1(图4a有绘示液体l1)的透光容器11及标示件12，标示件12位于透光容器11的后表面11b。透光容器11例如是量筒、点滴瓶或其它可容纳任何液体的容器，其中液体例如是体液、药液、水、营养液或其它合适液体等。在本实施例中，标示件12的颜色与透光容器11的颜色可区分，例如标示件12的颜色比透光容器11更为深色，如黑色、蓝色或其它合适颜色。

在本实施例中，如图2a及图2b所示，容纳元件10还包括第一标记13及第二标记14，其中第一标记13及第二标记14位于透光容器11的前表面11f。此外，第一标记13、第二标记14与标示件12彼此分离。往前表面11f看去，如图2b所示，标示件12位于第一标记13与第二标记14之间，且第一标记13、第二标记14与标示件12彼此分离而完全不重叠。另外，第一标记13及第二标记14的颜色可类似或同于标示件12的颜色，于此不再赘述。如图2b所示，透光容器11具有刻度11a。刻度11a可位于透光容器11的侧面，使从前表面11f看去的视图(如图2b)尽可能看到最少(或甚至看不到)刻度11a。如此，可避免后续影像分析步骤中，刻度影像(若有的话)负面影响液位的正确判断。

如图2b所示，标示件12的延伸方向s1实质上平行于第一标记13与第二标记14的连线s2方向。在本实施例中，如图2b所示，第一标记13为第一三角形，第二标记14为第二三角形，第一标记13的底边13e与第二标记14的底边14e相对。此外，往前表面11f看去，第一标记13与第二标记14之间的连线s2可通过标示件12。例如，往前表面11f看去，连线s2大致与标示件12的第一长边12e1重合。然而在另一实施例中，往前表面11f看去，连线s2可通过标示件12的第一长边12e1与第二长边12e2之间的区域。

在步骤s110中，如图2c所示，摄像器110从透光容器11的前表面11f的方向提取容纳元件10的容纳元件影像m1，容纳元件影像m1包括透光容器影像m11、标示件影像m12、第一标记影像m13及第二标记影像m14。

然后，影像分析器120对容纳元件影像m1进行二值化影像处理。举例来说，影像分析器120设定图2c的容纳元件影像m1的透光容器影像m11的边界影像m11e的像素、标示件影像m12的像素、第一标记影像m13的像素及第二标记影像m14的像素为第一灰度值，且设定透光容器影像m11的边界影像m11e以外的像素、标示件影像m12以外的像素、第一标记影像m13以外的像素及第二标记影像m14以外的像素为第二灰度值，第二灰度值与第一灰度值相异。在本实施例中，如图2d所示，第一灰度值例如是0(黑色，以剖面线表示)，而第二灰度值例如是255(白色，未剖面的区域)。在另一实施例中，第一灰度值及/或第二灰度值可以是介于0～255之间的任意数值。如图2d所示，对于透光容器影像m11，由于透光容器11的透光性，因此透光容器影像m11除了边界像素(边界影像m11e的颜色较深，较明显)被设为第一灰度值外，其余的像素因为透光性因素，全部、几乎全部或大部分被设为第二灰度值。此外，容纳元件影像m1中，背景影像b1(背景影像b1绘示于图2c)的像素也被设为第一灰度值(如图2d所示)。

在步骤s120中，如图2d所示，影像分析器120用以从标示件影像m12的端部m12a往下分析标示件影像m12，以取得标示件影像m12的数个位置点pi的数个宽度值wi，如图2e所示，其中下标i表示不同位置点。i的数值可介于1～m之间的正整数，其中m表示位置点pi的总数量，其可以是任意正整数。如图2d所示，第一个位置点p1例如是端部m12a的位置，而最后一个位置点pm例如是标示件影像m12的另一端部m12b。在本实施例中，端部m12a为标示件影像m12的顶端，而端部m12b为标示件影像m12的底端。

在一实施例中，影像分析器120可采用数种方法取得算宽度值wi，以下介绍其中一种。

例如，如图2d及图2e所示，在各位置点pi，影像分析器120以第一标记影像m13与第二标记影像m14的连线s2为计算宽度的起始点，往实质上垂直于连线s2的方向(如往标示件影像m12的第二长边影像m12e2方向，以涵盖标示件影像m12的范围)一距离d1，计算距离d1的范围内的宽度值wi。此距离d1的范围至少涵盖标示件影像m12的第二长边影像m12e2，但不超过透光容器影像m11的边界影像m11e。由于前述步骤已将标示件影像m12的各像素设为第一灰度值，因此，在各位置点pi，影像分析器120可累加距离d1的范围内具有第一灰度值的像素数量，并依据累加的像素数量决定宽度值wi。当像素数量愈多，则宽度值wi愈宽。累加后的宽度影像如图2e所示。

此外，由于第一标记13、第二标记14与标示件12完全不重叠，因此当累加标示件影像m12的像素时，不会累加到第一标记影像m13的像素及第二标记影像m14的像素数量，让宽度值wi更准确。另，由于距离d1的范围至少涵盖标示件影像m12的第二长边影像m12e2，因此能够累加到标示件影像m12的像素数量。由于距离d1不超过透光容器影像m11的边界影像m11e，因此不会累加到透光容器影像m11的像素数量，让宽度值wi更准确。综上，由于距离d1的范围至少涵盖标示件影像m12的第二长边影像m12e2，但不超过透光容器影像m11的边界影像m11e，因此所累加的像素全部或几乎都是标示件影像m12沿宽度的像素，让取得的宽度值wi更准确。

此外，由于影像分析器120以往实质上垂直于连线s2的方向计算距离d1的范围内的宽度值wi，即使容纳元件10的摆放姿态歪斜(歪斜状况例如是：标示件12的延伸方向不平行z轴)，所取得的宽度值wi与未歪斜情况下(未歪斜状况例如是：图2b所示的标示件12的延伸方向大致平行z轴)所取得的宽度值wi大致接近或甚至相同。换言之，由于影像分析器120以往实质上垂直于连线s2的方向计算距离d1的范围内的宽度值wi，因此不需特别考虑影像分析器120与容纳元件10的相对配置位置/角度，仍可获得准确或一致的液位判断结果。附图的z轴例如是通过地心或垂直于地面，对容纳元件影像m1或透光容器影像m11而言为影像的垂直线。

在步骤s130中，影像分析器120可采用下式(1)计算数个宽度值wi，以取得其宽度平均值wav。式(1)中，m表示表示取像点(位置点)的总数，其可以是等于或大于1的任意正整数。

以下介绍依照本发明数个实施例的液位检测方法。

请参照图3及图4a～图4d，图3绘示依照本发明一实施例的液位检测方法的流程图，图4a绘示图2a的透光容器11内的液体l1为低液位的示意图，图4b绘示从图4a的摄像器110从透光容器11的前表面11f的方向提取的容纳元件影像m1的示意图，图4c绘示图4b的标示件影像m12、第一标记影像m13及第二标记影像m14的示意图，而图4d绘示图4c的标示件影像m12的宽度变化示意图。

如图4a所示，液位检测装置200包括摄像器110、影像分析器120及液位判断器230。液位判断器230电连接摄像器110及影像分析器120，用以判断宽度差异值未介于一预设范围的位置点(以下称此未介于此预设范围的位置点为「宽度突变点」)，且依据宽度突变点判断液体l1的液位。在一实施例中，影像分析器120及/或液位判断器230为采用半导体制作工艺所形成的电路(circuit)，其也可整合成单一电路。此外，影像分析器120及液位判断器230也可整合成一处理器(processor)，或可整合至中央处理器(cpu)中。

在步骤s210中，如图4b所示，摄像器110用以从透光容器11的前表面11f的方向提取容纳元件10的容纳元件影像m1，容纳元件影像m1包括透光容器影像m11、标示件影像m12、第一标记影像m13及第二标记影像m14。如图4b所示，由于液体l1的折射率，标示件影像m12被液体l1遮住的部分被放大，然后，影像分析器120对容纳元件影像m1进行二值化影像处理

举例来说，如图4c所示，影像分析器120设定容纳元件影像m1的透光容器影像m11的边界影像m11e的像素、标示件影像m12的像素、第一标记影像m13的像素及第二标记影像m14的像素为第一灰度值，且设定透光容器影像m11的边界影像m11e以外的像素、标示件影像m12以外的像素、第一标记影像m13以外的像素及第二标记影像m14以外的像素为第二灰度值，第二灰度值与第一灰度值相异。在本实施例中，如图4c所示，第一灰度值例如是0(黑色，以剖面线表示)，而第二灰度值例如是255(白色，未剖面的区域)。在另一实施例中，第一灰度值及/或第二灰度值可以是介于0～255之间的任意数值。如图4c所示，对于透光容器影像m11，由于透光容器11及液体l1的透光性，因此透光容器影像m11除了边界像素(边界影像m11e的颜色较深，较明显)被设为第一灰度值外，其余的像素因为透光性因素，大多被设为第二灰度值。此外，容纳元件影像m1中，背景影像b1(背景影像b1绘示于图4b)的像素也被设为第一灰度值(如图4c所示)

在步骤s220中，如图4c及图4d所示，影像分析器120用以从标示件影像m12的端部m12a往下分析标示件影像m12，以取得标示件影像m12的数个位置点pi的数个宽度值wi，其中下标i表示不同位置点。如图4c所示，第一个位置点p1例如是端部m12a的位置，而最后一个位置点pm例如是标示件影像m12的另一端部m12b。在本实施例中，端部m12a为标示件影像m12的顶端，而端部m12b为标示件影像m12的底端。

在一实施例中，影像分析器120可采用数种方法取得宽度值wi，以下介绍其中一种。在各位置点pi，影像分析器120以第一标记影像m13与第二标记影像m14的连线s2为计算宽度的起始点，往实质上垂直于连线s2的方向(如往标示件影像m12的第二长边影像m12e2的方向，以涵盖到标示件影像m12)一距离d1，计算距离d1的范围内的宽度值wi。由于前述步骤已将标示件影像m12的各像素设为第一灰度值，因此，在各位置点pi，影像分析器120可累加距离d1的范围内具有第一灰度值的像素数量，并依据该像素数量决定宽度值wi。当像素数量愈多，则宽度值wi愈宽。累加后的影像如图4d所示。

此外，由于影像分析器120以往往实质上垂直于连线s2的方向计算距离d1的范围内的宽度值wi，因此，即使容纳元件10的摆放姿态歪斜(歪斜状况例如是：标示件12的延伸方向不平行z轴)，所取得的宽度值wi与未歪斜情况下(未歪斜状况例如是：图2b所示的标示件12的延伸方向大致平行z轴)所取得的宽度值wi大致接近或甚至相同。

在步骤s230中，影像分析器120可取得各宽度值wi与标示件影像m12的宽度平均值wav的宽度差异值wd,i，其中宽度差异值wd,i的下标i表示位置点pi的宽度差异值。位置点pi的宽度差异值wd,i的计算方式如下式(2)所示。

wd,i＝wi/wav.....................(2)

在步骤s240中，液位判断器230判断宽度差异值wd,i未介于预设范围内的位置点pi为液体l1的液位。本实施例的预设范围例如是介于下限与上限之间的范围，其中下限例如是0.1或更小，而上限例如是1.5或更大。

进一步地说，如式(2)所示，当宽度差异值wd,i小于下限时，表示透光容器11内的液体l1处于低液位；当宽度差异值wd,i大于上限时，表示透光容器11内的液体l1处于中高液位。以本实施例来说，如图4c所示，当透光容器11内的液体l1处于低液位，摄像器110拍摄到透光的液体l1，因此透光容器影像m11具有液体l1的透明影像ml1(其像素为第二灰度值)，此导致图4d的宽度(表示具有第一灰度值的像素数量)影像图出现宽度突变点，如位置点p15，其宽度差异值wd,i小于下限。

由上可知，在本步骤中，如图4d所示，液位判断器230从上往下依序分析标示件宽度影像m12’的位置点pi的宽度差异值wd,i，并依据宽度差异值wd,i的数值变化判断出宽度突变点(如位置点p15)，此宽度突变点对应于液体l1的液位。

在本步骤中，液位判断器230可通过表格(未绘示)，通过查表判断此位置点p15所对应的液体l1的液位值。在一实施例中，此表格包含数个位置点p15与数个液位值的对应关系，其中液面高度值对应透光容器11的刻度11a(绘示于图2b)。换言之，由液位判断器230所判断的位置点p15的液位值与透光容器11内的液体l1的液面刻度值一致或相对应。例如，若液位判断器230所判断的位置点p15的液位值为5毫升，表示透光容器11内的液体l1的液位刻度值也是在5毫升或接近5毫升。前述表格可预先以实验或模拟方式取得，并存储于液位判断器230内或以外的存储器。

在另一实施例中，液位判断器230判断液位值是否达到一预设液位值。当液位值达到此预设液位值，液位判断器230可发出信号，通知医护人员到场进行对应处理，如执行对应的医嘱。在一实施例中，液位检测装置100还包括通知器(未绘示)，其可依据液位判断器230的信号发出通知信号，以通知医护人员到场进行对应处理。通知器例如是声音产生器、显示器、振动器等，而通知信号例如是声音、影像、振动等。

请参照图3及图5a～图5d，图5a绘示图2a的透光容器11内的液体l1为中高液位的示意图，图5b绘示从图5a的摄像器110从透光容器11的前表面11f的方向提取的容纳元件影像m1的示意图，图5c绘示图5a的标示件影像m12、第一标记影像m13及第二标记影像m14的示意图，而图5d绘示图5c的标示件影像m12的宽度变化示意图。

本实施例的液位检测方法具有类似或同于图4a～图4d所述的检测方法的步骤，不同处在于步骤s240的判断结果。

在本实施例的步骤s240中，液位判断器230判断未介于预设范围内的位置点pi(即宽度突变点)为液位。举例来说，如图5d所示，液位判断器230从上往下依序分析标示件宽度影像m12’的位置点pi的宽度差异值wd,i，并依据宽度差异值wd,i的数值判断出宽度突变点(如位置点p10)，此宽度突变点对应于液体l1的液位。在本步骤中，液位判断器230可通过类似或同于前述表格，通过查表判断此位置点p10所对应的液体l1的液位值。

请参照图3及图6a～图6d，图6a绘示图2a的透光容器11内的液体l1为中高液位的示意图，图6b绘示从图6a的摄像器110从透光容器11的前表面11f的方向提取的容纳元件影像m1的示意图，图6c绘示图6a的标示件影像m12、第一标记影像m13及第二标记影像m14的示意图，而图6d绘示图6c的标示件影像m12的宽度变化示意图。

本实施例的液位检测方法具有类似或同于图4a～图4d所述的检测方法的步骤，不同处在于步骤s240的判断结果。

在本实施例的步骤s240中，液位判断器230判断未介于预设范围内的位置点pi(即宽度突变点)为液位。举例来说，如图6d所示，液位判断器230从上往下依序分析标示件宽度影像m12’的位置点pi的宽度差异值wd,i，并依据宽度差异值wd,i的数值判断出宽度突变点(如位置点p1)，此宽度突变点对应于液体l1的液位。在本步骤中，液位判断器230可通过类似或同于前述表格，通过查表判断此位置点p1所对应的液体l1的液位值。由于液位为第一个位置点(i等于1)，因此液位判断器230可据以判断透光容器11内的液体l1处于满水位。

在另一实施例中，当宽度突变点为最后一个位置点pm时，表示透光容器11内的液体l1可能耗尽(空桶)或几乎耗尽。此外，当各宽度差异值wd,i都位于预设范围内时，即没有宽度突变点，表示透光容器12内的液体l1已耗尽(空桶)或几乎耗尽。

由上可知，随着液位的变化，液位检测装置可于不同时点取得的数个标示件宽度影像，并分析此些标示件宽度影像的数个宽度突变点，然后依据此些宽度突变点的变化趋势判断透光容器11内液体l1的液位高度变化趋势。例如，在第一时点的宽度突变点为p5，在第二时点时的宽度突变点为p10，表示第一时点时透光容器11内的液体l1的液位高于第二时点时透光容器11内的液体l1的液位。由此，液位判断器230可依据一时间差内的透光容器11内液体l1的液位差异值，判断透光容器11内液体l1的变化速度(如液位降低或上升速度)。

综上所述，虽然结合以上实施例公开了本发明，然而其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围应当以附上的权利要求所界定的为准。