一种尿液试纸分析装置及其检测方法

本发明涉及试纸检测分析领域，更具体地，涉及一种尿液试纸分析装置及其检测方法。

背景技术：

1、尿液分析仪是检测泌尿系统重要工具，也是病理确诊、检查以及后期复查的首选手段。人体产生尿液中的各个成分含量的变化可以反映健康状况的改变。目前的尿检仪中较为流行的检测方法是采用计算机视觉技术在试纸条图像中进行颜色识别浓度检测，存在如下的难题：

2、1、用户对测试时间把握不准确，试纸块上的试剂与尿液样品反应不充分时就开始读取数值，导致结果不准确。

3、2、因为尿液样品易附着于试纸块之上，仪器光源极易在图像中形成高亮的反光点，影响颜色值的计算。

4、3、反应后的试纸块上可能会出现颗粒状的像素分布，直接用颜色均值识别导致结果不准确。

5、4、当前的颜色识别算法，对噪声的滤除效果不好。

6、5、基于rgb色彩空间的方法，容易受到光照强度的影响，识别结果很不稳定。

7、6、基于hsv色彩空间的方法，在颜色块接近黑、白、灰色时不能精准地计算色相值，识别结果不稳定。

技术实现思路

1、本发明提供一种尿液试纸分析装置及其检测方法，解决了现有技术存在的问题。

2、本发明的技术方案：

3、一种尿液试纸分析装置，该装置包括：控制机构、定量条、试纸传输平台、光学系统、视频采集卡、计算机和显示器；试纸条放置于所述试纸传输平台，带动试纸条移动到不同的位置；所述控制机构控制所述定量条向试纸条上加样的量和反应的时间；所述光学系统采集试纸条上的图像，经过所述视频采集卡发送至所述计算机上，通过显示器显示。

4、优选的，所述控制机构包括：加样模块和反应定时模块；所述加样模块控制所述定量条向试纸条加样的量；所述反应定时模块设定试纸条的反应时间。

5、优选的，所述光学系统包括：白色led光源和面阵式ccd摄像头；试纸条经所述白色led光源照射，面阵式ccd摄像头对试纸条拍摄图像。

6、优选的，所述计算机包括：试纸分析图像处理模块、试纸分析图像提取模块和浓度计算模块；所述试纸分析图像处理模块基于双立方插值法去除所述图像的高光；所述试纸分析图像提取模块找到图像中反应最为充分的地方，提取感兴趣区域，获得每个检测项目的色块图；所述浓度计算模块将所述图像从rgb颜色空间转换到hsv颜色空间，以待测图像与空白对照模块的图像在hsv颜色空间中的欧氏距离作为特征值，将该值代入其相应的预先实验得到的标准浓度梯度曲线中，得到检测项的浓度值。

7、一种尿液试纸分析装置的检测方法，该方法包括如下步骤：

8、步骤1：通过所述加样模块在试纸条上加样，反应设定时间后，在所述白色led光源照射下由所述面阵式ccd摄像头拍摄图像；

9、步骤2：所述试纸分析图像处理模块基于双立方插值法去除所述图像的高光并进行轮廓提取；

10、步骤3：对所述图像进行透视变换的处理，提取出与试纸块实际尺寸相同的矩形图像，并识别出所检测的类型；

11、步骤4：基于热力图找到步骤3中所述的透视变换后的图像中反应最为充分的地方，提取感兴趣区域，获得每个检测项目的色块图；

12、步骤5：基于矩阵转换的方法对步骤4的每个检测项目的色块图分别进行多项式非线性颜色校正，分析标准比色卡得出灰度偏差曲线，构建多项式，拟合出类似的非线性关系即可校正颜色偏差；

13、步骤6：将步骤5所得的色块图从rgb颜色空间转换到hsv颜色空间，以待测图像与空白对照模块的图像在hsv颜色空间中的欧氏距离作为特征值，将特征值代入其相应的预先实验得到的标准浓度梯度曲线中，即可得到检测项的浓度值。

14、优选的，所述步骤2中去除高光包括：

15、步骤201：对所述图像分块，每个子块的平均亮度构成子块亮度矩阵；

16、步骤202：将所述子块亮度矩阵与全图平均亮度相减计算得到亮度差值矩阵，用双立方插值的方法将亮度差值矩阵扩展为全图大小，估算出全图的光照分布；

17、步骤203：将原灰度图与计算后的光照分布图相减完成图像的高光处理。

18、优选的，所述步骤2中提取轮廓包括：

19、步骤204：采用高斯平滑滤波器来完成图像滤波，去除高斯噪声；

20、步骤205：对滤波后图像进行形态学处理，对图像开运算消除干扰色块，利用闭运算填充目标色块区域；

21、步骤206：使用自适应阈值计算分离出背景区域与前景区域；

22、步骤207：采用canny算子边缘检测对图像进行边缘提取，获取每一个检测项目各自的图像。

23、优选的，所述步骤5中包括：步骤501：实际图像中第i色块rgb值为ri，gi，bi，标准比色卡中第i色块标准值为r0i，g0i，b0i；矩阵v[j][i]为实际拍摄图像中rgb值构造的多项式组成的多项式矩阵，每一行为{r，g，b，rg，rb，bg，r²，b²，g²，rg²，rb²，bg²，br²，gr²，gb²，r3，g3，b3，rgb}，其中j=19位多项式项数，i为色卡的色块数；

24、步骤502：x=at·v，x[3][i]为色卡色块标准rgb值构成的矩阵，a[j][3]为需要求的映射关系矩阵，v[j][i]为多项式回归矩阵；

25、步骤503：矩阵a由最小二乘法优化得到a=(v·vt)-1·(v·xt)；

26、步骤504：经上述步骤处理后的输入图像xin[3][m]，rgb值构成的多项式矩阵vin[19][m]，校正后的输出图像xout[3][m]=at·vin。

27、本发明的有益效果：本发明提供了一种简便准确的定量条装置，能更加精确的定量样品，保证样品与试纸反应的稳定，减少因样品量不同造成误差。控制尿液样品与试纸的反应时间，防止因反应不充分或反应时间过长造成氧化对反应结果造成影响，保证反应的准确性。去除图像高光的处理中，采用双立方插值法进行矩阵处理，其速度快耗时低。提取纯色块图像的处理中，创新地采用热力图的方法，提取出反应最好的区域，并且基于标准比色卡采用多项式非线性回归算法校正颜色，获得精准的最佳反应区域的纯色块图像。基于图像分析方法，能更加准确的判断尿液样品中各成分的浓度。

技术特征：

1.一种尿液试纸分析装置，其特征在于，该装置包括：控制机构、定量条、试纸传输平台、光学系统、视频采集卡、计算机和显示器；试纸条放置于所述试纸传输平台，带动试纸条移动到不同的位置；所述控制机构控制所述定量条向试纸条上加样的量和反应的时间；所述光学系统采集试纸条上的图像，经过所述视频采集卡发送至所述计算机上，通过显示器显示。

2.根据权利要求1所述的一种尿液试纸分析装置，其特征在于，所述控制机构包括：加样模块和反应定时模块；所述加样模块控制所述定量条向试纸条加样的量；所述反应定时模块设定试纸条的反应时间。

3.根据权利要求1所述的一种尿液试纸分析装置，其特征在于，所述光学系统包括：白色led光源和面阵式ccd摄像头；试纸条经所述白色led光源照射，面阵式ccd摄像头对试纸条拍摄图像。

4.根据权利要求1所述的一种尿液试纸分析装置，其特征在于，所述计算机包括：试纸分析图像处理模块、试纸分析图像提取模块和浓度计算模块；所述试纸分析图像处理模块基于双立方插值法去除所述图像的高光；所述试纸分析图像提取模块找到图像中反应最为充分的地方，提取感兴趣区域，获得每个检测项目的色块图；所述浓度计算模块将所述图像从rgb颜色空间转换到hsv颜色空间，以待测图像与空白对照模块的图像在hsv颜色空间中的欧氏距离作为特征值，将该值代入其相应的预先实验得到的标准浓度梯度曲线中，得到检测项的浓度值。

5.基于1-4任意一项权利要求所述的一种尿液试纸分析装置的检测方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

6.根据权利要求5所述的检测方法，其特征在于，所述步骤2中去除高光包括：

7.根据权利要求6所述的检测方法，其特征在于，所述步骤2中提取轮廓包括：

8.根据权利要求5所述的检测方法，其特征在于，所述步骤5中包括：步骤501：实际图像中第i色块rgb值为ri，gi，bi，标准比色卡中第i色块标准值为r0i，g0i，b0i；矩阵v[j][i]为实际拍摄图像中rgb值构造的多项式组成的多项式矩阵，每一行为{r，g，b，rg，rb，bg，r²，b²，g²，rg²，rb²，bg²，br²，gr²，gb²，r3，g3，b3，rgb}，其中j=19位多项式项数，i为色卡的色块数；

技术总结
本发明公开了一种尿液试纸分析装置及其检测方法，涉及试纸检测分析领域，该装置包括：控制机构、定量条、试纸传输平台、光学系统、视频采集卡、计算机和显示器；试纸条放置于所述试纸传输平台，带动试纸条移动到不同的位置；所述控制机构控制所述定量条向试纸条上加样的量和反应的时间；所述光学系统采集试纸条上的图像，经过所述视频采集卡发送至所述计算机上，通过显示器显示。本发明能更加精确的定量样品，保证样品与试纸反应的稳定，减少因样品量不同造成误差。控制尿液样品与试纸的反应时间，防止因反应不充分或反应时间过长造成氧化对反应结果造成影响，保证反应的准确性。基于图像分析方法，能更加准确的判断尿液样品中各成分的浓度。

技术研发人员：黄建邦,王哲,陈启梦,于源华,宫平,庞春颖,张昊,孟祥凯,李欣悦
受保护的技术使用者：长春理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/4/17