CN102692498A

CN102692498A - 磺胺类药物残留检测试剂条自动读码装置及其方法

Info

Publication number: CN102692498A
Application number: CN201210189660XA
Authority: CN
Inventors: 王巧华; 丁幼春; 刘亚丽; 许堃瑞
Original assignee: Huazhong Agricultural University
Current assignee: Huazhong Agricultural University
Priority date: 2012-06-11
Filing date: 2012-06-11
Publication date: 2012-09-26
Anticipated expiration: 2032-06-11
Also published as: CN102692498B

Abstract

本发明公开了一种磺胺类药物残留检测试剂条自动读码装置及其方法，涉及磺胺类药物残留检测领域。本方法是：①材料准备；②把试剂条放入本装置的光照箱中通过CCD相机和图像采集卡采集图像；③通过计算机记录好数据并对图像进行处理：A、将采集的彩色图像转换为灰度图像；B、对灰度图像增强；C、提取灰度图像的特征参数；D、代入BP神经网络识别模型，通过检测峰值高度判断磺胺类药物的浓度。本发明采用机器视觉技术，能够完成自动读码；标准统一；判断精确；利用计算机处理图像，效率高；用机器代替人眼，能够适应现代化自动检测行业，具有良好的应用推广前景。本发明对于磺胺类药物的浓度可以实现快速、准确地检测。

Description

磺胺类药物残留检测试剂条自动读码装置及其方法

技术领域

本发明涉及磺胺类药物残留检测领域，尤其涉及一种磺胺类药物残留检测试剂条自动读码装置及其方法；具体地说，本发明是一种药物自动识别技术，利用添加了检测物质的试剂条与磺胺类药物反应呈现不同的颜色，再用机器视觉系统快速准确地检测磺胺类药物的有无和浓度，为阻止磺胺类药物含量超标的食品进入市场提供了一种有快速有效的检测手段。

背景技术

磺胺类药物（sulfonamides，简称SAs）是一类人工合成的抗菌药物，在畜牧业生产中被广泛应用。但由于SAs的不合理使用而导致其在动物源性食品中残留，并通过食物链进入人体，可引起人体不良反应且具有潜在的致癌性，给人体健康带来了潜在的威胁；如增加细菌的耐药性，使得在疾病状态下使用同种药物的治疗效果降低以及对机体产生毒性作用。磺胺二甲嘧啶（SM2）等能够诱发啮齿动物甲状腺增生和甲状腺滤泡细胞腺癌。食品和药物管理局（Food and DrugAdministration，简称FDA）规定动物源性食品中的残留限量为100ng/mL，不得检出磺胺甲恶唑（SMZ）。我国规定磺胺类药物在动物源性食品中的最高残留限量为100ng/mL，SM2为25ng/mL，且各种磺胺类药物总量不得超过100ng/mL。

目前，国内外在基于机器视觉药物残留检测试剂条自动识别方面还属于探索阶段，急需发展。

发明内容

本发明的目的在于采用新的技术方案，提供一种磺胺类药物残留检测试剂条自动读码装置及其方法。

本发明的目的是这样实现的：

本发明利用磺胺类与试剂条上的检测物质反应产生不同的颜色，用CCD摄像机摄取试剂条的图像，通过图像采集卡传送到计算机，计算机进行一系列的图像处理，然后根据统计数据以及设定的相关参数建立自动识别模式。

本发明主要完成以下几项工作：

1、采集磺胺类胶体金免疫层析试纸条的图像，主要包括磺胺类胶体金免疫层析试纸条的准备；

2、寻找合适的算法，进行图像处理，提取特征参数；

3、设计神经网络，建立自动识别模式。

具体地说，本发明的技术方案如下：

一、磺胺类药物残留检测试剂条自动读码装置（简称装置）

本装置由光照箱、载物台、CCD相机、环形日光灯、图像采集卡和计算机组成；

在光照箱的底部设置有载物台，在光照箱的上部中间内置有环形日光灯，在光照箱的顶部设置有CCD相机，CCD相机的摄像头穿过光照箱顶部的中间圆孔（约40mm）正对置于载物台上的待测试剂条；

CCD相机、采集卡和计算机依次连接；图像采集卡安装在计算机的PCI插槽内。

二、磺胺类药物残留检测试剂条自动读码方法（简称方法）

本方法包括下列步骤：

①材料准备

准备1条磺胺类药物残留检测试剂条（简称试剂条）

所述的磺胺类药物残留检测试剂条是磺胺类胶体金免疫层析试纸条。

它由样品垫、结合垫、硝酸纤维素膜、吸水垫和PVC（polyvinyl chloride，聚氯乙烯）背衬构成。PVC背衬一端依次粘附样品垫、结合垫，中间粘附硝酸纤维素膜，另一端粘附吸水垫，其特征在于结合垫上包被了抗磺胺类药物特异性单克隆抗体-胶体金标记物；硝酸纤维素膜上包被N-磺胺-4-氨基苯甲酸-载体蛋白偶联物作为检测线，包被了兔抗鼠IgG作为质控线。

当试剂条测试线上抗体或者抗原与磺胺类药物匹配时，测试线显色浅；当抗体或抗原不匹配时，测试线显色深，因此试剂条显色深浅反应磺胺类药物溶液的浓度信息。

详见：检测磺胺类药物残留的免疫胶体金试纸条

申请日：2006-07-17

专利号：ZL 200610019642.1

专利权人：华中农业大学

发明人：毕丁仁等。

授权公告号：CN 100396774C

授权公告日：2008-06-25。

②把试剂条放入本装置的光照箱中通过CCD相机和图像采集卡采集图像；

③通过计算机记录好数据并对图像进行处理：

A、将采集的彩色图像转换为灰度图像

用于显示的灰度图像通常用每个采样像素8位的非线性尺度来保存，这样可以有256级灰度，这种精度刚刚能够避免可见的条带失真，并且非常易于编程；

B、对采集的图像增强

通过对图像灰度等级的变换以达到强调被关注的特征，抑制不受关注的特征，使图像质量得到改善，信息量得到丰富；

C、提取图像的特征参数

对试剂条灰度图像求行像素和（发现：不同浓度的峰值高度图具有一定规律）；

D、代入BP神经网络识别模型，通过检测峰值高度判断磺胺类药物的浓度。

所述的BP神经网络识别模型是利用一种公开的按误差逆传播算法训练的多层前馈网络算法的模型。

本发明的工作原理：

将磺胺类胶体金免疫层析试剂条与待测物反应后，放入光照箱内，开亮环形日光灯，为磺胺类胶体金免疫层析试剂条提供光源，用CCD相机获取试剂条的图像；电脑内置有图像采集卡和图像处理软件，可建立识别模式来识别试剂条的图像特征，通过图像特征来判断磺胺类药物的浓度。

本发明具有以下优点和积极效果：

1、采用机器视觉技术，能够完成自动读码；

2、标准统一；

3、判断精确；

4、利用计算机处理图像，效率高；

5、用机器代替人眼，能够适应现代化自动检测行业，具有良好的应用推广前景。

本发明对于磺胺类药物的浓度可以实现快速、准确地检测；经试验可知，检测正确率可达96％。

附图说明

图1是本装置的结构示意图，图中：

00—待测试剂条；

10—光照箱；20—载物台；40—CCD相机；

30—环形日光灯；50—图像采集卡；60—计算机。

图2是本方法的步骤图。

图3是提取特征参数（HIS）的流程图。

图4是提取特征参数峰值高度的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例详细说明：

一、装置

1、总体

如图1，本装置由光照箱10、载物台20、CCD相机40、环形日光灯30、图像采集卡50和计算机60组成；

在光照箱10的底部设置有载物台20，在光照箱10的上部中间内置有环形日光灯30，在光照箱10的顶部设置有CCD相机40，CCD相机40的摄像头穿过光照箱10顶部的中间圆孔（约40mm）正对置于载物台20上的待测试剂条00；

CCD相机40、采集卡50和计算机60依次连接；图像采集卡50安装在计算机60的PCI插槽内。

2、功能块

1）环形日光灯30

环形日光灯30是一种通用外购件，如选用Philips TLSC型环形日光灯；

其功能是为磺胺类药物检测试剂条00提供光源。

2）CCD相机40

CCD相机12是一种通用外购件，如选用UI—2210RE—C—HG工业相机；

其功能是采集磺胺类药物检测试剂条00的图像数据。

3）计算机60

计算机60是一种通用外购件，如选用联想主机（CPU主频384MHZ，内存128M），内置有图像采集卡50和图像处理软件。

所述的图像处理软件的工作流程是：

（1）如图3，提取特征参数（HIS）的流程：

①输入待测试剂条图像301；

②图像预处理：试剂条图像的增强与分割302；

③输入待测试剂条的序号303；

④截取试剂条测试线区域中间的一部分304；

⑤提取特征参数H、S、I 305；

H：色调S：饱和度I：亮度

⑥保存数据306；

⑦判断是否继续307，是则转跳到步骤②302，否则进入下一步骤；

⑧结束程序308。

（2）如图4，提取特征参数峰值高度的流程：

①输入待测试剂条图像401；

②图像预处理：试剂条图像的增强，去噪与分割402；

③输入待测试剂条的序号403；

④找到试剂条测试线区域（通过灰度图像行像素和最大值的索引值减去50）404；

⑤提取特征参数波峰高度值405；

⑥保存数据406；

⑦判断是否继续407，是则转跳到步骤②402，否则进入下一步骤；

⑧结束程序408。

3、试剂条自动识别的BP神经网络设计

1)样本数据的定义。

将药物残留试剂条根据其浓度分为五个等级：0浓度（0ng/mL）、10浓度（10ng/mL）、20浓度（20ng/mL）、40浓度（40ng/mL）、80以及100浓度（80ng/mL以及100ng/mL）

2)样本数据的导入

由于提取特征参数时，将特征参数保存到了excel表格里，所以需要先将excel里的数据导入至MATLAB中。

3)编写网络程序

编写matlab程序，其工作流程是：

①输入导师信号和训练模式；

②设定网络层次和节点；

③训练网络；

④训练成功则保存网络数据，否则重新进行②。

4）网络验证

将前面处理的图片信息代入BP神经网络进行运算，得出结果并与实际药物浓度进行对比，检验BP神经网络的正确率。

4、检测结果

判断正确的总试剂条个数为58个，0浓度试剂条自动识别的正确率为100％；10浓度试剂条自动识别的正确率为80％；20浓度试剂条自动识别的正确率为100％；40浓度试剂条自动识别的正确率为100％；80以及100浓度试剂条自动识别的正确率为100％。故药物残留试剂条浓度自动识别的总正确率为96％左右。

Claims

1.一种磺胺类药物残留检测试剂条自动读码装置，其特征在于：

由光照箱（10）、载物台（20）、CCD相机（40）、环形日光灯（30）、图像采集卡（50）和计算机（60）组成；

在光照箱（10）的底部设置有载物台（20），在光照箱（10）的上部中间内置有环形日光灯（30），在光照箱（10）的顶部设置有CCD相机（40），CCD相机（40）的摄像头穿过光照箱（10）顶部的中间圆孔、正对置于载物台（20）上的待测试剂条（00）；

CCD相机（40）、采集卡（50）和计算机（60）依次连接；图像采集卡（50）安装在计算机（60）的PCI插槽内。

2.基于权利要求1所述的磺胺类药物残留检测试剂条自动读码装置的自动读码方法，其特征在于包括下列步骤：

①材料准备（201）

准备1条磺胺类药物残留检测试剂条；

②把试剂条放入本装置的光照箱中通过CCD相机和图像采集卡采集图像（202）；

③通过计算机记录好数据并对图像进行处理（203）：

A、将采集的彩色图像转换为灰度图像（204）；

B、对灰度图像增强（205）；

C、提取灰度图像的特征参数（206）

对试剂条灰度图像求行像素和，得到灰度图像的特征曲线，其中的浓度峰值高度即为特征参数；

D、代入BP神经网络识别模型，通过检测峰值高度判断磺胺类药物的浓度（207）。

3.按权利要求2所述的自动读码方法，其特征在于提取特征参数的流程：

①输入待测试剂条图像（301）；

②图像预处理：试剂条图像的增强与分割（302）；

③输入待测试剂条的序号（303）；

④截取试剂条测试线区域中间的一部分（304）；

⑤提取特征参数H、S、I（305）；

H：色调；S：饱和度；I：亮度；

⑥保存数据（306）；

⑦判断是否继续（307），是则转跳到步骤②（302），否则进入下一步骤；

⑧结束程序（308）。

4.按权利要求2所述的自动读码方法，其特征在于提取特征参数峰值高度的流程：

①输入待测试剂条图像（401）；

②图像预处理：试剂条图像的增强，去噪与分割（402）；

③输入待测试剂条的序号（403）；

④找到试剂条测试线区域（404）；

⑤提取特征参数波峰高度值（405）；

⑥保存数据（406）；

⑦判断是否继续（407），是则转跳到步骤②（402），否则进入下一步骤；

⑧结束程序（408）。