УСТАНОВКА ДЛЯ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПОЛУЧЕНИЯ 3D МОДЕЛИ УПАКОВКИ ЛЕКАРСТВЕННОГО ПРЕПАРАТА

Заявляемое изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для визуализации трехмерных объектов, в частности, упаковок или иных предметов, а также для решения задачи распознавания объектов за счет трехмерной регистрации их изображения, т.е. получения шести изображений объекта в автоматическом режиме.
Известны устройства для визуализации трехмерных объектов RU №№100610, 2096741, 2211440, 2230291, 2256878, 2260173, 2284469, 2295110, 2301968, 2310815, 2316727, 2316796, 2320958, 2365876, 2406150, 2436508, 2448323, 2479828, 2521725, 2012142114
Известна система множественных бесконтактных измерений трехмерных координат поверхности детали, характеризующаяся тем, что включает, по меньшей мере, две цифровые видеокамеры, программно-управляемый проектор структурированного света и компьютер, при этом видеокамеры и проектор закреплены на жестком базисе, фиксирующем их взаимное положение (RU №100610).
Известна система для обнаружения поверхностных дефектов удлиненного прутка, перемещаемого в направлении его продольной оси, содержащая устройство формирования изображения, имеющее поле зрения, используемое для создания изображения первой предопределенной ширины по окружности поверхности указанного прутка, чтобы определить полосу изображения и создать данные изображения, соответствующие этой полосе, при этом указанное устройство формирования изображения включает n цифровых кинокамер, где n является целым числом 3 или большим числом, а кинокамеры размещены так, что их общее поле зрения соответствует указанной полосе изображения, при этом указанные кинокамеры содержат камеры с однострочной разверткой;
блок создания световой линии, предназначенный для проецирования полосы световой линии и имеющий вторую предопределенную ширину, на поверхность указанного прутка, при этом указанный блок создания световой линии расположен относительно указанного устройства формирования изображений таким образом, что полоса изображения находится в пределах указанной полосы световой линии, причем указанный блок создания световой линии расположен таким образом, что интенсивность света, в основном, равномерна по всей указанной полосе изображения; вычислительный блок, соединенный с указанным устройством формирования изображения и служащий для получения данных изображения для множества полос изображения, захваченных указанным устройством формирования изображения по мере движения прутка в направлении его продольной оси, при этом указанный вычислительный блок обеспечивает обработку указанных данных изображения для обнаружения поверхностных дефектов указанного прутка (RU №2320958).
Недостатком этих известных устройств является низкая точность измерений. Одной из причин этого является то, что полученные в разных проекциях изображения фигуры не могут быть однозначно сопоставлены для определения пространственных координат точек поверхности тела.
Известно устройство для антропометрических измерений, содержащее подиум с разметкой для установки объекта, устройство регистрации изображения объекта, персональный компьютер, и дополнительно содержит установленные с четырех сторон системы с источниками когерентного излучения, генерирующие оптически контрастные ортогонально направленные световые полосы на объекте, при этом устройство регистрации изображения объекта состоит из пяти цифровых камер на стенках устройства, системы с источниками когерентного излучения, объективы камер установлены так, что их оптические оси пересекаются в одной точке, лежащей на вертикальной линии, восстановленной от центра подиума, камеры функционально связаны между собой через компьютер для обеспечения управления и синхронной регистрации изображения объекта спереди, сзади, слева, справа, сверху (RU №2436508, прототип).
Недостатком этого известного устройства является низкая точность измерений тех линейных размеров, которые определяются точками, лежащими не в общей плоскости, перпендикулярной оптической оси фотокамеры, так как для определения расстояния между такими точками требуется сопоставление проекций фигуры на две взаимно перпендикулярные плоскости
Технической задачей заявленной группы изобретений, объединенных единством изобретательского замысла, является создание эффективного способа и устройства 3D измерений для идентификации объекта, а также расширение арсенала способов и устройств моделирования объекта.
Технический результат, обеспечивающий решение поставленной задачи заявляемым устройством, состоит в упрощении и повышении точности измерения геометрических параметров и построения модели.
Сущность полезной модели состоит в том, что установка для автоматизированного получения 3D модели упаковки содержит корпус в форме пространственного куба, одна из стенок которого выполнена открывающейся, на всех стенках корпуса расположены подключенные к отдельным контроллерам устройства подсветки и получения изображения, при этом на боковых и верхней стенках корпуса устройства получения изображения выполнены в виде фотовидеокамер, а на дне - в виде сканера, фотовидеокамеры на боковых сторона корпуса установлены с возможностью вертикального перемещения по направляющим с помощью кареток, каждая из которых снабжена оптопарой, в которой лазерный источник света размещен на одной каретке, фотодиод - на противоположной каретке, а все контроллеры связаны с компьютером.
Предпочтительно при этом:
- каждый источник света оптопары выполнен в виде лазерного источника света;
- каждая каретка снабжена шаговым двигателем;
- каждая каретка установлена на линейных подшипниках с возможностью перемещения с помощью шагового двигателя по вертикальным, выполненным шлифованными, направляющим;
- установка снабжена средствами подсветки на боковых и верхней стенках корпуса, при этом в качестве средств подсветки установлены светодиоды;
- установка снабжена средствами подсветки на дне корпуса при этом в качестве средств подсветки установлены светодиоды;
- в качестве светодиодов подсветки установлены управляемые RGB светодиоды;
- светодиоды размещены группами на самоклеющихся лентах;
- на дне корпуса размещены дополнительные линейные источники света в виде лазерных источников света с щелевой диафрагмой;
- каждая фотовидеокамера подключена к соответствующему контроллеру через гибкий шлейф;
- установка снабжена панелью с разъемами внешних периферийных устройств из группы: монитор, клавиатура, мышь, сканер штрих-кода;
- дно снабжено шаговым двигателем и установлено с возможностью вращения сканера;
- открывающаяся стенка корпуса снабжена замковым механизмом с фиксирующими сдвигающимися крюками.
На чертеже фиг. 1 приведено схематическое изображение установки, на фиг. 2 - модуль механизма перемещения фотовидеокамеры по вертикали, на фиг. 3 - размещение контроллера приема сигнал с подвижных фотовидеокамер, на фиг. 4 - основание (дно) установки, на фиг. 5 - внешний вид верхней стенки, на фиг. 6 - внешний вид вертикальной стенки, на фиг. 7 - общий вид установки, на фиг. 8 - замковый механизм, на фиг. 9 - расположение элементов аппаратуры установки, на фиг. 10 - внешний вид кольца со встроенными светодиодами, на фиг. 11 - панель с соединительными разъемами, на фиг. 12 - вращающееся дно (сканирующее основание), на фиг. 13 - конструктивная схема установки со снятыми стенками, на фиг. 14 - корпус установки в открытом состоянии.
Установка для автоматизированного получения 3D модели упаковки содержит корпус в форме пространственного куба, одна из стенок которого (фронтальная) выполнена открывающейся, на всех стенках корпуса расположены подключенные к отдельному контроллеру (не изображен) устройства подсветки, при этом на боковых и верхней стенках корпуса устройства получения изображения выполнены в виде левой фотовидеокамеры 2, задней фотовидеокамеры 3, правой фотовидеокамеры 4 и фронтальной фотовидеокамеры 5 и верхней фотовидеокамеры 6 на верхней стенке корпуса, а на дне (основании корпуса) - в виде планшетного сканера 1, на который ставится объект (упаковка) 7. Фотовидеокамеры 2-5 на боковых сторонах корпуса установлены с возможностью вертикального перемещения по направляющим 12 с помощью кареток 9, каждая из которых снабжена оптопарой, в которой лазерный источник света 10 размещен на одной каретке 9, фотодиод 11, связанный горизонтальным оптическим лучом 8 с источником 10 света, - на противоположной каретке 9, а все контроллеры 11 связаны с головным компьютером (не изображен). Каретки 9 имеют концевые датчики (не изображены) достижения крайних положений (не изображены).
Каждый источник 10 света оптопары выполнена в виде лазерного источника света, например, лазерный диод с линзой фокусировки луча света.
Каждая каретка 9 снабжена шаговым двигателем (не обозначен).
Каждая каретка 9 установлена на линейных подшипниках с возможностью перемещения с помощью шагового двигателя по вертикальным, выполненным шлифованными, направляющим 12.
Установка снабжена средствами подсветки на боковых и верхней стенках корпуса, при этом в качестве средств подсветки установлены светодиоды 13.
Установка снабжена средствами подсветки на дне корпуса при этом в качестве этих средств подсветки используется подсветка сканера 1.
В качестве светодиодов 13 подсветки установлены управляемые RGB светодиоды.
Светодиоды 13 размещены группами на технологических самоклеющихся лентах - гибких печатных платах (ГПП). Это позволяет закреплять их группами с последующим электрическим соединением.
Каждая фотовидеокамера 2-5 подключена к соответствующему контроллеру 11 через гибкий шлейф.
Установка снабжена панелью 14 с разъемами внешних периферийных устройств из группы: монитор, клавиатура, мышь, сканер штрих-кода (считывание идентификации с упаковки).
Дно снабжено шаговым двигателем (не изображен) и установлено с возможностью вращения сканера 1.
Устройство снабжено источником света 18, выполненным с возможностью проецирования вертикальной линии за счет применения щелевой диафрагмы.
Открывающаяся стенка корпуса снабжена замковым механизмом 15 с фиксирующими сдвигающимися крюками.
Таким образом, заявляемая установка представляет собой пространственный куб, на стенках которого расположены устройства получения изображения. В качестве таковых на 5 сторонах (боковые и верхняя) применены фотовидеокамеры 2-6. Снизу камеры установлен сканер 1, который получает изображение объекта 7 снизу и при этом является опорой для исследуемого объекта.
Установка для автоматизированного получения 3D модели упаковки лекарственного средства работает следующим образом.
Сканером штрих-кода считывается информация с упаковки 7, идет запрос в базу данных (БД) о наличии данных по ней. Оператор по ответу БД понимает, что необходимо произвести с данным препаратом. В случае, если необходимо произвести сканирование, то упаковка 7 помещается вовнутрь устройства для чего открывается фронтальная стенка и упаковка 7 помещается на середину стекла сканера 1, встроенного в основание корпуса, после чего корпус закрывается. Далее установка функционирует в автоматическом режиме, контроль ведется через монитор компьютера, на который выводится изображение с разных фотовидеокамер 2-6 и сканера 1. Происходит трансляция живого видео с верхней фотовидеокамеры 6. На объект программным способом (дополненная реальность для вида сверху) добавляются реперные линии, что помогает точно позиционировать объект по середине и в нужной ориентации. Расположение упаковки 7 по центу сканера 1 позволяет убрать оптические искажения для верхней фотовидеокамеры 6. Чтобы убрать эти искажения для боковых фотовидеокамер 2-5, необходимо обеспечить передвижение этих фотовидеокамер по вертикали. Модуль механизма перемещения фотовидеокамеры 2-5 по вертикали приведен на Фиг.2 Перемещение осуществляется с помощью каретки 9 на линейных подшипниках, перемещаемых по шлифованным направляющим шаговым двигателем. Предварительно каретки 9 перемещаются вниз до срабатывания концевых датчиков. Положение этих датчиков отрегулировано так, что их положение НОЛЬ соответствует уровню основания корпуса.
Используя этот механизм перемещения фотовидеокамер 2-5, измеряется высота объекта 7. Для этого на движущейся каретке 9 включается оптопара (источник света - излучатель 10 на одной стороне, приемник - фотодиод 11 на противоположной стороне). Перемещаясь синхронно на противоположных сторонах, оптопара может зафиксировать момент границы объекта 7. Перемещение производится с помощью шаговых двигателей, что позволяет соответствующей автоматике (контроллер 11) контролировать текущую координату по высоте.
После получения высоты фотовидеокамеры 2-5 могут встать в положение на середину высоты объекта.
Сигнал с подвижных фотовидеокамер 2-6 через гибкий шлейф поступает на отдельный контроллер 11 (Фиг. 3). Там видео изображение обрабатывается и по локальной TCP/IP сети отправляется на головной компьютер, который в свою очередь занимается компоновкой развертки изображения поверхности объекта сканирования.
Таким образом, все пять фотовидеокамер 2-6 объединены с главным компьютером по локальной сети. Для этого используется активное сетевое оборудование типа коммутатор.
Изображение нижней стороны получается с помощью сканера 1, встроенного в основание стенда (Фиг. 4).
Объективы фотовидеокамер 2-6 имеют фиксированный угол зрения, известный заранее. Используя тригонометрические формулы и зная высоту объекта-упаковки и угол зрения объектива фотовидеокамер 2-6, можно получить размер верхней поверхности упаковки. Это позволяет произвести вырез необходимого участка изображения в автоматическом режиме.
Одновременно сканирование сканером 1 нижней стороны и обработка на поиск границы изображения также дают размеры ширины и длины. Вырез изображений для боковых снимков также происходит в автоматическом режиме. Качественное фотографирование на сторонах корпуса обеспечивает подсветка с помощью светодиодов 13. У сканера 1 также имеется своя подсветка.
Поскольку в качестве подсветки применяются управляемые RGB светодиоды 13, это управление позволяет решать две задачи:
- изменять оттенок (цветовую температуру) освещения;
- при появлении блика на глянцевой упаковке гасить необходимые точечные источники. Программное обеспечение компьютера производит автоматическое вырезание полезной информации, т.е. убирается фон.
Каждая светодиодная панель управляется отдельным контроллером 11, воспринимающим команды (код цвета и активности) от компьютера.
В итоге компьютер получил шесть изображений, которые могут быть использованы для 3-х мерного моделирования прямоугольной упаковки.
Для удержания открывающейся стенки корпуса в закрытом состоянии используется замковый механизм (Фиг. 8). Фиксирование обеспечивается сдвигающимися крюками. Управление замком 15 происходит за счет поворачивания ручки его привода на четверть оборота (90 гр).
В основании стенда, непосредственно под сканером 1, размещается аппаратура 17, куда поступают фотовидео сигналы со всех сторон установки.
Для наглядного отображения текущего состояния устройства используется светодиодная индикация в виде прозрачного кольца 16, под которым располагается группа управляемых светодиодов (Фиг. 10). Они расположены по кругу и образуют светящееся кольцо. Контроллер 11 управляет цветом и необходимым сегментом этого кольца.
При работе установки могут задействоваться внешние периферийные устройства (монитор, клавиатура, мышь, сканер штрих-кода). Для этого служит отдельная панель 14 со всеми необходимыми разъемами (Фиг. 11).
Для увеличения количества USB портов используется активный USB концентратор.
Все изображения, получаемые установкой и передаваемые на головной компьютер, связаны с физической упаковкой через сканирование штрих-кода на ней. Это сканирование производиться перед помещением упаковки вовнутрь корпуса. Компьютер по штрих-коду получает необходимые данные из внешней БД.
Приведенное описание получения изображений сторон хорошо согласуются в случае прямоугольной упаковки (тело параллелепипед). Что касается лекарственных препаратов, то в большинстве случаев так оно и есть.
Установка позволяет получать модель для тела произвольной формы. Например, треугольная упаковка или бутылка.
Для решения этой задачи сканирующее основание выполнено вращающимся и снабжено источником 18 света, проецирующий вертикальную линию (Фиг. 12).
При этом на поверхность объекта проецируется две вертикальные линии. Угол проецирования по отношению к каждой фотовидеокамере 2-5 составляет 45 гр. Таким образом фотовидеокамера 2-5 видит профиль объекта.
Далее основание совершает полный оборот, а фотовидеокамеры 2-5 делают множество снимков профиля объекта при разных углах позиции. После математической обработки получается массив точек в 3-х мерном пространстве. По этим точкам строится 3D модель, которая в дальнейшем «обтягивается» реальным изображением поверхности объекта. Все данные отправляются в базу данных РЛС для последующей обработки. Полученные размеры и изображения в дальнейшем используются для создания виртуальной 3D модели упаковки с наложенными текстурами сторон.
В результате использования полезной модели обеспечиваются полная автоматизация, упрощение и повышение точности измерения геометрических параметров и построения 3D модели.