CN2903913Y - 吻合器漏针检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种吻合器漏针检测装置，包括计算机，摄像机、光源灯、吻合器定位装置，摄像机由CMOS图像传感器和CMOS摄像头组成；吻合器定位装置包括底座，夹具座，夹具，镜头架，导轨，升降机构，底座上面设有立柱导轨，导轨上面安装有升降机构，升降机构上面设有镜头架，底座上面导轨前固定连接有夹具座，夹具座通过燕尾槽与夹具固定连接，夹具下面底座上放置毛玻璃，毛玻璃下面置有光源，固定在镜头架上的摄像机镜头中心、夹具中心、夹具内的被测工件中心在同一垂直线上。该装置能够有效地识别漏针的元件，判断漏针的个数，从准确性和精确性两方面能保证检测的有效性，并且具有速度快、结构简洁的特点。

Description

吻合器漏针检测装置

                    技术领域

本实用新型涉及一种吻合器漏针检测装置，尤其是一种吻合器漏针在线自动检测装置。

                    背景技术

各种吻合器/缝合器的工作原理与订书机相同，向组织内击发植入两排互相交错的缝钉对组织进行双排交叉钉缝，缝合严密，防止渗漏；根据不同手术部位的需要，分为不同的形状和规格。吻合器大都采用两排互相交错的缝钉，每个吻合器针的个数为十几到三十几不等，但是缝钉纤细(0.2～0.3mm)，数量多，易脱落。若漏针则可能造成钉合不全，发生吻合口出血、狭窄、肠瘘等并发症，直接影响治疗效果。所以在出厂前，对吻合器的针数检查显得尤为重要。

在对国内的吻合器的生产企业进行调查后发现，全部是用眼睛来查漏针与否，既费精力又费时间，且不能保证检测效果，在检测人员疲劳或精力不集中的情况下容易形成误判。从文献资料的查阅中得知，国外除用眼睛来查漏针以外，有一些生产企业采用X光来检测吻合器漏针的情况，这种方法精确度很高，但可能存在辐射泄漏的危险，对操作人员带来潜在的威胁，同时，企业的生产成本也高，国内的吻合器的生产企业都不愿意使用这种方法。

                        发明内容

本实用新型是要提供一种吻合器漏针检测装置，该装置能够有效地识别漏针的元件，判断漏针的个数，从准确性和精确性两方面能保证检测的有效性，并且具有速度快、结构简洁的特点。

本实用新型的技术方案是：一种吻合器漏针检测装置，包括计算机，摄像机、光源灯、吻合器定位装置，摄像机由CMOS图像传感器和CMOS摄像头组成；吻合器定位装置包括底座，夹具座，夹具，镜头架，导轨，升降机构，底座上面设有立柱导轨，导轨上面安装有升降机构，升降机构上面设有镜头架，底座上面导轨前固定连接有夹具座，夹具座通过燕尾槽与夹具固定连接，夹具下面底座上放置毛玻璃，毛玻璃下面置有光源，固定在镜头架上的摄像机镜头中心、夹具中心、夹具内的被测工件中心在同一垂直线上；摄像机与计算机通过USB2.0通用串行总线接口连接；计算机操作***为WindowsXP+SP2，所用软件为多种数字图像处理方法和模糊识别软件。

CMOS图像传感器的最高分辨率1600*1200，像素尺寸为4.2μm*4.2μm，光学尺寸为1/2inch，信噪比＞42dB，动态范围为60dB，敏感度为1.8V，550nm/lux/s。

CMOS摄像头的光学镜头的焦距为12mm，图像最大尺寸8.8mm*6.6mm，光圈F1.4-F16C，焦点0.15m-Inf，工作距离200mm，光学放大率0.06。光源灯为普通低功率的白炽灯。

夹具有带包装测量和不带包装测量的元件的圆形夹具，其圆形口上设有聚光罩。夹具为长条形和矩形夹具。计算机数据输出口接显示器或打印机。

本装置由计算机实时控制，CCD摄像机由软件驱动控制，通过***初始化及实时显示模块观察吻合器的图像；对图像进行去噪、二值化等处理；针对吻合针区域的特征，提取图像中信息；特征参数采用合适的识别准则检测漏针情况，运用数字图像处理和模糊识别技术，检测结果可通过显示器直观显示，亦可方便地存储并能通过打印机输出报表。

在图像分辨率为800*600，正常采集速度，选取最佳的曝光条件和增益系数，白平衡调节采用试验的经验数值的条件下，对15种型号的90个吻合器进行在线检测，准确率达92％，平均时间3688ms，效果良好。

本实用新型是一套快速、准确的检测装置，可以解决漏针检测问题，提高产品合格率和安全性，避免人为的误判，提高检测效率，保证产品的质量。因此，具有准确度高、速度快、结构设计简洁的优点，适合推广使用。

                            附图说明

图1是本实用新型的方案结构示意图；

图2是吻合器定位装置结构立体总装示意图；

图3是不带包装测量的元件的圆形夹具立体示意图；

图4带包装测量的元件的圆形夹具立体示意图；

图5是长形夹具立体示意图；

图6是矩形夹具立体示意图；

图7是***的工作流程图。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本实用新型作进一步的描述。

如图1所示，吻合器漏针检测装置，包括计算机1，摄像机2、光源灯5、吻合器定位装置3。摄像机2由CMOS图像传感器和CMOS摄像头组成。

如图2所示，吻合器定位装置3包括底座11，夹具座9，夹具10，镜头架9，导轨6，升降机构7，底座11上面设有立柱导轨6，导轨6上面安装有升降机构7，升降机构7上面设有镜头架8，底座11上面导轨6前固定连接有夹具座9，夹具座9通过燕尾槽与夹具10固定连接，夹具10下面底座上放置毛玻璃4，毛玻璃4下面置有光源灯5，固定在镜头架8上的摄像机2镜头中心、夹具10中心、夹具10内的被测工件中心在同一垂直线上。摄像机2与计算机1通过USB2.0通用串行总线接口连接；计算机1操作***为WindowsXP+SP2，所用软件为多种数字图像处理方法和模糊识别软件。

本装置采用CMOS(互补金属氧化物半导体，ComplementaryMetal-Oxide Semiconductor)感光器件构成的摄像机2采集图像，自行设计了统一、简洁的光路和配合各类型的被测物的机械装置，运用多种数字图像处理方法和模糊识别技术，实现了吻合器漏针在线识别。

1.CMOS图像传感器与周边电路的整合性高，体积较小，电源消耗量较低，传输速度可以较快。采用的高分辨率数字摄像机2已经完成了ADC、采集卡、控制芯片及电路的整合，体积小，重量轻，携带方便，并且和计算机1的接口采用USB2.0通用串行总线接口，传输速度高达480Mb/s，适合高速、实时的设计要求。由于被检元件有长形、圆形的形状大小区分，圆形最大直径34mm，长形最大长度90mm，缝钉0.2～0.3mm；颜色有乳白色和不同深浅的彩色区别，并且结构各具特点，决定了光学器件的参数。

                                  表1所选光学元件的主要参数

CMOS图像传感器参数
						最高分辨率	像素尺寸	光学尺寸	信噪比	动态范围	敏感度
1600*1200	4.2μm*4.2μm	1/2inch(8.9mm)	＞42dB	60dB	1.8V550nm/lux/s
						光学镜头参数
焦距	图像最大尺寸	光圈	焦点	工作距离	光学放大率
						12mm	8.8mm*6.6mm	F1.4-F16C手动	0.15m-Inf手动	200mm	0.06

2.鉴于CMOS图像传感器的光谱敏感区域在波长550nm黄、绿光附近，而专业的LED照明光源红光为主，其工作环境以暗室为主，不符合正常的人眼长期适应条件，考虑到实际检查时在净化室内，是非暗室条件且照明强度稳定，需要连续工作8小时，所以采用了普通低功率的白炽灯；辅助以毛玻璃，使光线漫反射，形成平行光，均匀光线，降低光强，增加对比度。光线从底部透射过不同的被测吻合器，在保证图像效果的前提下实现了光学***设计的统一性、简洁性。

3.该机械装置的设计目的主要为摄像头和被测元件提供一个稳定良好的工作环境，以便准确定位和图像的采集。如图2所示，以毛玻璃4的中心为工作中心，保证镜头中心、夹具10中心、被测工件中心在同一垂直线上，工作平面选择所有工件中最高被测点，即距工作中心的垂直距离50mm。利用升降机构7实现了工作距离的调节。

不同形状吻合器的夹具10拆装方便，夹具座9、夹具10以燕尾槽和燕尾进行拆装，不仅约束面少，而且在位置公差方面只需一个垂直度误差，保证被测工件的中心和被测面是整个机械装置的工作中心和工作平面。圆形夹具10配合不同直径的元件，聚光罩12能够更好地采集光线而获得更清晰的图像。如图3所示，为不带包装的元件的夹具10，图4所示，则为对应带包装测量的夹具10，图5所示，为长型夹具10，图6所示，为矩形夹具10。

4.整个装置的工作流程(图4)如下：初始化设备；采集图像至内存(实时和单帧采集、停止、读取、存储)；实时参数设置完成反馈；图像处理和判别；检测结果(存储、打印)。

***软件的运行环境是：512MB内存、120GB硬盘的P43.0G戴尔计算机，操作***为WindowsXP+SP2中文版，采用Visual C++6.0编制软件。该***软件能够设置和实时调节摄像头的多个参数(分辨率、图像窗口、曝光、增益、白平衡、Gamma校正等)，使图像采集质量达到最佳；从获得的数字图像中提取特征，以此为判据实现高正确率、高精度的漏针检测，功能完善、运行可靠、界面友好、使用方便。

5.装置关键技术-数字图像处理与模式识别技术

本实用新型从计算机视觉的角度提出了一种基于图像处理和模式识别技术的吻合器漏针自动检测的方法。具体的算法流程如下：

(1)截取出原始BMP灰度图像中吻合钉区域边缘上下左右的有效区域，可以减少处理的工作量和耗费时间，满足在线实时监测的需要；

(2)针对噪声来源(环境噪声等)采取中值滤波消除噪声；

(3)二值化(黑白)处理是解析图像的基础和基准，采用了Pun基于分布假定的方法，完成自动阈值分割，得到不同图像的较精准的二值图；

最常用的方法是选择一个阈值，图像中所有低于这一阈值的像素值将被重新赋值为黑色(0)，而高于这一阈值的像素值赋值为白色(1)。因此，二值化的问题转化为阈值的选取问题。这里采用了Pun基于分布假定提出的方法，简称P氏熵方法。

设有阈值t将图像分割为目标与背景两类，则关于黑色和白色像素的熵分别为：

$H_b=-\underset{i=0}{\overset{t}{\mathrm{\Σ}}}{p}_i\ln \left(p_i\right)$ $H_w=-\underset{i=t+1}{\overset{l-1}{\mathrm{\Σ}}}{p}_i\ln \left(p_i\right)$

这里要求得使H＝H_b+H_w最大的阈值t，亦即使得f(t)最大的t值将是使目标与背景分开的最佳阈值。

$f\left(t\right)=\frac{H_t}{H_T}\frac{\ln p_t}{\ln \left(\max \right\{p_0,p_1,\·\·\·,p_t\left\}\right)}+[1-\frac{H_t}{H_T}]\frac{\ln (1-p_t)}{\ln \left(\max \right\{p_{t+1},p_{t+2},\·\·\·,p_{l-1}\left\}\right)}$

其中， $H_t=-\underset{i=0}{\overset{t}{\mathrm{\Σ}}}{p}_i\ln \left(p_i\right)$ 是图像被阈值t分割后的黑色像素的熵；

$H_t=-\underset{i=0}{\overset{255}{\mathrm{\Σ}}}{p}_i\ln \left(p_i\right)$ 是图像总的熵；

$p_t=\underset{i=0}{\overset{t}{\mathrm{\Σ}}}{p}_t$ 是一给定像素的灰度值小于或等于阈值t的概率。

(4)采用形态学处理中腐蚀的算法，分割有吻合针的针孔图像中的粘连部分，使漏针和无漏针图像面积与周长特征更加显著，并且可以消除部分噪声；

(5)图像特征提取是软件***的核心，采用最有效的特征参数(漏针针孔的面积、其面积与周长之比)，建立了基于模糊理论的分类器，实现了准确率较高的在线识别。

采用模糊最近邻算法。

设样本x的特征向量是：Fx＝[f₁，f₂，…，f_j]，j＝1，2；各个类别空间中心为：Ci＝[C_i1，C_i2，…，C_ij]，j＝1，2；i∈{I，II|漏针；有针}。

样本x的第j维特征分量隶属于各个类别中心第j分量的隶属度为：

${\mathrm{\μ}}_{\mathrm{ij}}\left(x\right)=\left\{\begin{array}{c}\exp \left(\frac{{(f_j-f_{\mathrm{ij}})}^2}{2_{\mathrm{var}}}\right),\\ (c_{\mathrm{ij}}-2c_{{\mathrm{ij}}_{\mathrm{STD}}})\≤f_j\≤{\mathrm{ci}}_j+3c_{\mathrm{ijSTD}});\\ 0,\mathrm{others}\end{array}\right.$

上述公式中是类别C_i空间中心第j分量的标准差。样本x隶属于类别C_i的隶属度为： ${\mathrm{\μ}}_i\left(x\right)=\underset{j=1}{\overset{2}{\min }}\left({\mathrm{\μ}}_{\mathrm{ij}}\right);$ 如果隶属度接近1，则将样本x归于类别C_i。

国外企业采用X光检测吻合器漏针的情况，尽管精确度很高，但可能存在辐射泄漏的危险，对操作人员带来潜在的威胁，而国内企业生产吻合器的过程中则一直延用人工眼睛观查漏针与否，既费精力又费时间，且不能保证检测效果。

根据实际工作环境，图像分辨率为800*600，正常采集速度，选取最佳的曝光条件和增益系数，白平衡调节采用试验的经验数值的条件下，对15种型号的90个吻合器进行在线检测，准确率达92％，平均时间3688ms，效果良好。

该装置能够有效地识别漏针的元件，且可以判断漏针的个数，从准确性和精确性两方面能保证了检测的有效性。该方法是一种相对于X线检测的无辐射伤害检查，提高生产实践效率，发展了数字图像处理技术的应用领域，具有准确度高、速度快、结构设计简洁的优点，适合推广使用。

Claims (7)

1.一种吻合器漏针检测装置，包括计算机(1)，其特征在于，还包括摄像机(2)、光源灯(5)、吻合器定位装置(3)，所述摄像机(2)由CMOS图像传感器和CMOS摄像头组成；所述吻合器定位装置(3)包括底座(11)，夹具座(9)，夹具(10)，镜头架(8)，导轨(6)，升降机构(7)，底座(11)上面设有立柱导轨(6)，导轨(6)上面安装有升降机构(7)，升降机构(7)上面设有镜头架(8)，底座(11)上面导轨(6)前固定连接有夹具座(9)，夹具座(9)通过燕尾槽与夹具(10)固定连接，夹具(10)下面底座(11)上放置毛玻璃(4)，毛玻璃(4)下面置有光源灯(5)，固定在镜头架(8)上的摄像机(2)镜头中心、夹具(10)中心、夹具内的被测工件中心在同一垂直线上；所述摄像机(2)与计算机(1)通过USB2.0通用串行总线接口连接。

2.根据权利要求1所述的吻合器漏针检测装置，其特征在于，所述CMOS图像传感器的最高分辨率1600*1200，像素尺寸为4.2μm*4.2μm，光学尺寸为1/2inch，信噪比＞42dB，动态范围为60dB，敏感度为1.8V，550nm/lux/s。

3.根据权利要求1所述的吻合器漏针检测装置，其特征在于，所述CMOS摄像头的光学镜头的焦距为12mm，图像最大尺寸8.8mm*6.6mm，光圈F1.4-F16C，焦点0.15m-Inf，工作距离200mm，光学放大率0.06。

4.根据权利要求1所述的吻合器漏针检测装置，其特征在于，所述光源灯(5)为普通低功率的白炽灯。

5.根据权利要求1所述的吻合器漏针检测装置，其特征在于，所述夹具(10)是带包装测量和不带包装测量的元件的圆形夹具，其圆形口上设有聚光罩(12)。

6.根据权利要求1所述的吻合器漏针检测装置，其特征在于，所述夹具(10)为长条形和矩形夹具。

7.根据权利要求1所述的吻合器漏针检测装置，其特征在于，所述计算机(1)数据输出口接显示器或打印机。

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