CN104318584A - 一种利用手机成像分析生物试纸的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用手机成像分析生物试纸的方法，包括以下步骤：获取代表取样框图像的数组A(m,n)；针对数组A(m,n)进行中值滤波处理得到数组C(m,n)；将数组C(m,n)中的每一列元素进行求和处理，得到数组Dn；将数组Dn进行求差处理得到数组En；分析数组En，求出C线区域去背景后的和值Csum,和T线区域去背景后的和值Tsum；将Tsum除以Csum，得到的结果记为K值，根据K值与预设浓度对应的值之间的关系，获得K值所表示的浓度。本发明的有益效果在于：实现利用手机拍摄已进行试剂取样的试纸的图像，通过分析出T线区域和C线区域的颜色比值，便可读取该试纸所取样的试剂的浓度。

Description

一种利用手机成像分析生物试纸的方法

技术领域

本发明涉及试纸分析领域，具体涉及利用手机成像分析生物试纸以获取试纸上试剂的浓度。

背景技术

生物试纸是通过颜色深浅反应某一生物参数的一种常用方法。但由于种种原因，各种试纸尚不能走近千家万户。究其原因主要是，现行许多应用要么是通过复杂的电子设备去分析试纸颜色的变化情况，这是一种高成本、长时间的测试解决，要么是直接通过人眼去判读，这种方法往往造成结果误判或偏差较大等问题。而智能手机经过几年的发展，走入千家万户，几近人手一部，因此，如何利用智能手机的摄像头拍摄生物试纸的图像，从而根据图像较为准确地分析出生物试纸上的试剂的浓度，成为了研究方向。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种利用手机成像分析生物试纸的方法，通过手机摄像头拍摄生物试纸的图像，利用拍摄的图像较为准确地分析出生物试纸上的试剂的浓度，既方便快捷，而且成本低廉。

为解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：

方案一：

一种利用手机成像分析生物试纸的方法，包括以下步骤：

S1：利用手机摄像头获取试纸条上的取样框图像，将取样框图像进行白平衡处理后进行灰度处理，以得到取样框灰度图像，并获取取样框灰度图像中的数组A(m,n)；

S2：针对数组A(m,n)进行中值滤波处理得到数组C(m,n)；

S3：将数组C(m,n)中的每一列元素进行求和处理，得到数组Dn；

S4：将数组Dn中的第二个元素至最后一个元素中分别进行求差处理，得到数组En，其中，求差处理为将当前元素减去前一个元素，数组En中的第一个元素与数组Dn中的第一个元素相同，Dn数组和En数组中具有相同下标的元素为相互对应关系；

S5：分析数组En，得出数组Dn中C线区域的起点元素和终点元素，以及C线区域的背景线，将C线区域的起点与终点之间的每一个元素减去C线区域的背景线上相对应的元素，并将得到的结果进行求和，得到去掉背景的C线区域和值，记为Csum；

S6：分析数组En，得出数组Dn中T线区域的起点元素和终点元素，以及T线区域的背景线，将T线区域的起点与终点之间的每一个元素减去T线区域的背景线上相对应的元素，并将得到的结果进行求和，得到去掉背景的T线区域和值，记为Tsum；

S7：将Tsum除以Csum，得到的结果记为K值，根据K值与预设浓度对应的值之间的关系，获得K值所表示的浓度。

优选地，步骤S5具体包括以下步骤：

S51：从最后一个元素向前分析数组En，首先当有连续S1个元素的绝对值均大于第二阈值，则根据连续S1个元素中的第一个元素获取Dn中对应的元素，并标记为C线区域的起点，记为CQ；继续向前分析，当有连续S2个元素的绝对值小于第二阈值，则根据连续S2个元素中的第一个元素获取Dn中对应的元素，并标记为C线区域的终点，记为CZ；

S52：求取从CQ到CZ之间的元素总数，记为CW，将CQ向后外扩CW个元素得到外扩C线区域的起点，记为CQK；将CZ向前外扩CW个元素得到外扩C线区域的终点，记为CZK；

S53：求取CQ与CQK之间的元素均值，记为CQA；求取CZ与CZK之间的元素均值，记为CZA；通过一直线将CQA和CZA进行连接，该直线为C线区域背景线，其中，CQA对应于CQK的位置，为C线区域背景线的起点；CZA对应于CZK的位置，为C线区域背景线的终点；

S54：将CQ与CZ之间的每一个元素减去C线区域背景线上相对应的元素，并将得到的结果进行求和，得到去掉背景的C线区域和值，记为Csum。

优选地，步骤S6具体包括以下步骤：

S61：根据CZK获取数组En中对应的元素，并从该元素起向前分析数组En，首先当有连续S1个元素的绝对值均大于第二阈值，则根据连续S1个元素中的第一个元素获取Dn中对应的元素，并标记为T线区域的起点，记为TQ；继续向前分析，当有连续S2个元素的绝对值小于第二阈值，则根据连续S2个元素中的第一个元素获取Dn中对应的元素，并标记为T线区域的终点，记为TZ；

S62：求取从TQ到TZ之间的元素总数，记为TW，将TQ向后外扩TW个元素得到外扩T线区域的起点，记为TQK；将TZ向前外扩TW个元素得到外扩T线区域的终点，记为TZK；

S63：求取TQ与TQK之间的元素均值，记为TQA；求取TZ与TZK之间的元素均值，记为TZA；通过一直线将TQA和TZA进行连接，该直线为T线区域背景线，其中，TQA对应于TQK的位置，为T线区域背景线的起点；TZA对应于TZK的位置，为T线区域背景线的终点；

S64：将TQ与TZ之间的每一个元素减去T线区域背景线上相对应的元素，并将得到的结果进行求和，得到去掉背景的T线区域和值，记为Tsum。

优选地，若在步骤S61中找不到TQ和TZ，则执行以下替代S61的步骤：

S611：从CZK向前分析数组Dn，得到一组连续的元素均大于第三阈值，将该组连续的元素中的第一个元素标记为T线区域的起点，记为TQ，将该组连续的元素中的最后一个元素标记为T线区域的终点，记为TZ。

优选地，在步骤S1和S2之间还包括以下步骤：

S11：将数组A(m,n)中的每一行元素进行求和处理，得到数组Bm；

S12：针对数组Bm中的所有元素求取平均值和标准差，将平均值除以标准差所得的结果与第一阈值比较，若结果大于第一阈值，则需要调整取样框的位置并重新执行步骤S1；否则执行步骤S2。

方案二：

一种利用手机成像分析生物试纸的方法，包括以下步骤：

S1：利用手机摄像头获取试纸条上的总图像，总图像中包括取样框图像，将总图像进行白平衡处理后进行灰度处理，以得到总灰度图像，并获取总灰度图像中的数组Z(x,y),和总灰度图像中的取样框图像中的数组A(m,n)；

S2：针对数组A(m,n)进行中值滤波处理得到数组C(m,n)；

S3：将数组C(m,n)中的每一列元素进行求和处理，得到数组Dn；

S4：将数组Dn中的第二个元素至最后一个元素中分别进行求差处理，得到数组En，其中，求差处理为将当前元素减去前一个元素，数组En中的第一个元素与数组Dn中的第一个元素相同，Dn数组和En数组中具有相同下标的元素为相互对应关系；

S5：分析数组En，得出数组Dn中C线区域的起点元素和终点元素，以及C线区域的背景线，将C线区域的起点与终点之间的每一个元素减去C线区域的背景线上相对应的元素，并将得到的结果进行求和，得到去掉背景的C线区域和值，记为Csum；

S6：分析数组En，得出数组Dn中T线区域的起点元素和终点元素，以及T线区域的背景线，将T线区域的起点与终点之间的每一个元素减去T线区域的背景线上相对应的元素，并将得到的结果进行求和，得到去掉背景的T线区域和值，记为Tsum；

S7：判断C线区域和T线区域的取样完整性，若C线区域和T线区域均取样完整，则执行S8；否则，针对取样不完整的区域使数组A(m,n)从数组Z(x,y)中外扩相对应的元素，以组成新的数组A(m,n)，并以新的数组A(m,n)重新执行S2；

S8：将Tsum除以Csum，得到的结果记为K值，根据K值与预设浓度对应的值之间的关系，获得K值所表示的浓度。

优选地，步骤S5具体包括以下步骤：

S51：从最后一个元素向前分析数组En，首先当有连续S1个元素的绝对值均大于第二阈值，则根据连续S1个元素中的第一个元素获取Dn中对应的元素，并标记为C线区域的起点，记为CQ；继续向前分析，当有连续S2个元素的绝对值小于第二阈值，则根据连续S2个元素中的第一个元素获取Dn中对应的元素，并标记为C线区域的终点，记为CZ；

S52：求取从CQ到CZ之间的元素总数，记为CW，将CQ向后外扩CW个元素得到外扩C线区域的起点，记为CQK；将CZ向前外扩CW个元素得到外扩C线区域的终点，记为CZK；

S53：求取CQ与CQK之间的元素均值，记为CQA；求取CZ与CZK之间的元素均值，记为CZA；通过一直线将CQA和CZA进行连接，该直线为C线区域背景线，其中，CQA对应于CQK的位置，为C线区域背景线的起点；CZA对应于CZK的位置，为C线区域背景线的终点；

S54：将CQ与CZ之间的每一个元素减去C线区域背景线上相对应的元素，并将得到的结果进行求和，得到去掉背景的C线区域和值，记为Csum。

优选地，步骤S6具体包括以下步骤：

S61：根据CZK获取数组En中对应的元素，并从该元素起向前分析数组En，首先当有连续S1个元素的绝对值均大于第二阈值，则根据连续S1个元素中的第一个元素获取Dn中对应的元素，并标记为T线区域的起点，记为TQ；继续向前分析，当有连续S2个元素的绝对值小于第二阈值，则根据连续S2个元素中的第一个元素获取Dn中对应的元素，并标记为T线区域的终点，记为TZ；

S62：求取从TQ到TZ之间的元素总数，记为TW，将TQ向后外扩TW个元素得到外扩T线区域的起点，记为TQK；将TZ向前外扩TW个元素得到外扩T线区域的终点，记为TZK；

S63：求取TQ与TQK之间的元素均值，记为TQA；求取TZ与TZK之间的元素均值，记为TZA；通过一直线将TQA和TZA进行连接，该直线为T线区域背景线，其中，TQA对应于TQK的位置，为T线区域背景线的起点；TZA对应于TZK的位置，为T线区域背景线的终点；

S64：将TQ与TZ之间的每一个元素减去T线区域背景线上相对应的元素，并将得到的结果进行求和，得到去掉背景的T线区域和值，记为Tsum。

优选地，若在步骤S61中找不到TQ和TZ，则执行以下替代S61的步骤：

S611：从CZK向前分析数组Dn，得到一组连续的元素均大于第三阈值，将该组连续的元素中的第一个元素标记为T线区域的起点，记为TQ，将该组连续的元素中的最后一个元素标记为T线区域的终点，记为TZ。

优选地，步骤S7具体包括以下步骤：

S71：获取C线区域的中点元素与数组Dn最后一个元素之间的元素总数，记为WDc，获取T线区域的终点元素与数组Dn第一个元素之间的元素总数，记为WDt，将CW和TW中较大者的两倍定义为第四阈值，记为K4；

S72：分别判断WDc和WDt是否大于K4，若WDc小于K4，WDt大于K4，则执行S73；若WDc大于K4，WDt小于K4，则执行S74；若WDc和WDt均小于K4，则执行S75；若WDc和WDt均大于K4，则执行S8；

S73：将数组A(m,n)向后外扩一组(m,K4)元素得到新的数组，并定义为新的数组A(m,n)，以新的数组A(m,n)重新执行S2，其中，外扩的元素均为数组Z(x,y)中的元素；若以新的数组A(m,n)执行至S72仍出现WDc小于K4，则表示取样失败，结束流程；

S74：将数组A(m,n)向前外扩一组(m,K4)元素得到新的数组，并定义为新的数组A(m,n)，以新的数组A(m,n)重新执行S2，其中，外扩的元素均为数组Z(x,y)中的元素；若以新的数组A(m,n)执行至S72仍出现WDt小于K4，则表示取样失败，结束流程；

S75：将数组A(m,n)向后外扩一组(m,K4)元素和向前外扩一组(m,K4)元素，以得到新的数组，并定义为新的数组A(m,n)，以新的数组A(m,n)重新执行S2，其中，外扩的元素均为数组Z(x,y)中的元素；若以新的数组A(m,n)执行至S72仍出现WDt小于K4或者WDc小于K4，则表示取样失败，结束流程。

优选地，在步骤S1和S2之间还包括以下步骤：

S11：将数组A(m,n)中的每一行元素进行求和处理，得到数组Bm；

S12：针对数组Bm中的所有元素求取平均值和标准差，将平均值除以标准差所得的结果与第一阈值比较，若结果大于第一阈值，则需要调整取样框的位置并重新执行步骤S1；否则执行步骤S2。

相比现有技术，本发明的有益效果在于：实现利用手机拍摄已进行试剂取样的试纸的图像，通过分析出T线区域和C线区域的颜色比值，便可读取该试纸所取样的试剂的浓度。而且在分析图像的同时，能保证图像中包含了完整的T线区域图像和C线区域图像，避免找到错误的数据或者不完整的数据使结果造成较大的误差。另外，本发明利用智能手机作为分析仪器，能极大地降低成本，而且使得试纸分析能进入到普通家庭中，对于一般用户，就不需要花费大量的成本购买专业的试纸分析仪器。

附图说明

图1为本发明的实施例1中的方法流程图。

图2为本发明的实施例2中的方法流程图。

具体实施方式

下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述：

实施例1：

参考图1，一种利用手机成像分析生物试纸的方法，包括以下步骤：

S1：利用手机摄像头获取试纸条上的取样框图像，将取样框图像进行白平衡处理后进行灰度处理，以得到取样框灰度图像，并获取取样框灰度图像中的数组A(m,n)。

其中，试纸条针对某试剂进行取样后，会呈现出一条测试线和一条质控线，即T线和C线。取样框的作用是框取试纸条上的显色部分，即框取T线和C线部分，使T线和C线位于取样框的相对中间位置。而且在取样框中，T线是位于左侧，C线位于右侧。由取样框灰度图像得到数组A(m,n)，其中m表示m行，n表示n列，数组A(m,n)中的元素代表了取样框灰度图像的像素点。

S2：针对数组A(m,n)进行中值滤波处理得到数组C(m,n)。该步骤是为了有效去除取样框灰度图像中的噪点，例如，利用一个3*3的模板遍历数组A(m,n)，将位于模板中心点的元素替换为中心点周围八个元素的平均值，处理过后便得到一个数组C(m,n)。

S3：将数组C(m,n)中的每一列元素进行求和处理，得到一个有n个元素的数组Dn。例如，C(m,n)为C(5,6)，将其中的每一列的5个元素进行求和处理，便得到一个具有6个元素的数组Dn。

S4：将数组Dn中的第二个元素至最后一个元素中分别进行求差处理，得到数组En，其中，求差处理为将当前元素减去前一个元素，数组En中的第一个元素与数组Dn中的第一个元素相同，Dn数组和En数组中具有相同下标的元素为相互对应关系。

例如，数组Dn为{0，4，1，10，25，11，1，0，3，2，20，35，43，44，21，1，2，3，4}，经过求差处理后，所得到的数组En为{0，4，-3，9，15，-14，-10，-1，3，-1，18，15，8，1，-23，-20，1，1，1}。其中，Dn数组和En数组中具有相同下标的元素为相互对应关系的意思是，例如，D5＝25，则与之具有对应关系的是E5＝15。

S5：分析数组En，得出数组Dn中C线区域的起点元素和终点元素，以及C线区域的背景线，将C线区域的起点与终点之间的每一个元素减去C线区域的背景线上相对应的元素，并将得到的结果进行求和，得到去掉背景的C线区域和值，记为Csum。具体地，S5步骤包括步骤S51-S54。

S51：从最后一个元素向前分析数组En，首先当有连续S1个元素的绝对值均大于第二阈值，则根据连续S1个元素中的第一个元素获取Dn中对应的元素，并标记为C线区域的起点，记为CQ；继续向前分析，当有连续S2个元素的绝对值小于第二阈值，则根据连续S2个元素中的第一个元素获取Dn中对应的元素，并标记为C线区域的终点，记为CZ。如果在该步骤中找不到CQ和CZ，则表示取样失败，结束流程。

其中，S1、S2和第二阈值的取值是预设的，针对不同类型的试纸会有不同的预设值，具体是通过数据分析，应用统计学原理和分析大量实际试纸数据所确定的，即同一种类型的试纸，其S1、S2和第二阈值是固定的。

在步骤S1中已经表示C线区域是位于取样框的右侧，在取样框放置的位置没有较大偏差的情况下，由于在S3中经过了列求和，实际上是将C线区域的长度上的像素点进行了求和处理，因此在步骤S51中所得到的CQ和CZ所在的位置实际上是对应于C线区域的宽度的两个边界。

例如，针对上述举例的数组En{0，4，-3，9，15，-14，-10，-1，3，-1，18，15，8，1，-23，-20，1，1，1}，从后向前分析，首先有连续S1＝2个元素的绝对值均大于10，则可得到-20和-23，其第一个元素是E16＝-20，其对应于Dn中的D16＝1。继续向前分析，有连续S2＝2个元素的绝对值均小于10，则可得到-1和3，其第一个元素是E10＝-1，其对应于Dn中的D10＝2。由上述举例得到的结果可知，D16＝1为CQ，D10＝2为CZ。

S52：求取从CQ到CZ之间的元素总数，记为CW，将CQ向后外扩CW个元素得到外扩C线区域的起点，记为CQK；将CZ向前外扩CW个元素得到外扩C线区域的终点，记为CZK；其中，元素总数包括CQ和CZ这两个元素。

例如，在数组Dn{0，4，1，10，25，11，1，0，3，2，20，35，43，44，21，1，2，3，4}中，CQ为21，CZ为20，则CW为5。由于举例的数组仅限于说明步骤的实施过程，真实试纸上的数组中的数据量巨大，不适宜在此进行举例。基于举例的数组Dn中的元素较少，在此假设CW为2，则CQ向后外扩两个元素，得到CQK为2，CZ向前外扩两个像素，得到CZK为3。

S53：求取CQ与CQK之间的元素均值，记为CQA；求取CZ与CZK之间的元素均值，记为CZA；通过一直线将CQA和CZA进行连接，该直线为C线区域背景线，其中，CQA对应于CQK的位置，为C线区域背景线的起点；CZA对应于CZK的位置，为C线区域背景线的终点；其中，CQ与CQK之间的元素包括CQK，不包括CQ，CZ与CZK之间的元素包括CZK，不包括CZ。

接着步骤S52的举例结果，在该步骤中求得CQA为(1+2)/2＝1.5，CZA为(3+2)/2＝2.5，然后将CQA和CZA连成一条C线区域背景线。

S54：将CQ与CZ之间的每一个元素减去C线区域背景线上相对应的元素，并将得到的结果进行求和，得到去掉背景的C线区域和值，记为Csum。

接着上一步骤举例的结果，由于CQA对应于CQK的位置，CZA对应于CZK的位置，在该步骤中用下列表格示出其中关系：

3	2	20	35	43	44	21	1	2
									2.5	2.375	2.25	2.125	2	1.875	1.75	1.625	1.5
		18.25	33.125	41	41.875	18.75

其中，第一行是数组Dn中的元素，第二行是C线区域背景线上对应于Dn中的元素的点，即，由于从CQK到CZK一共有9个元素，因此C线区域背景线也对应有9个点。第三行是CQ与CZ之间的每一个元素减去C线区域背景线上相对应的点所得到结果，将结果进行求和，即得到Csum＝153。

S6：分析数组En，得出数组Dn中T线区域的起点元素和终点元素，以及T线区域的背景线，将T线区域的起点与终点之间的每一个元素减去T线区域的背景线上相对应的元素，并将得到的结果进行求和，得到去掉背景的T线区域和值，记为Tsum。具体地，步骤S6包括步骤S61-S64。

S61：根据CZK获取数组En中对应的元素，并从该元素起向前分析数组En，首先当有连续S1个元素的绝对值均大于第二阈值，则根据连续S1个元素中的第一个元素获取Dn中对应的元素，并标记为T线区域的起点，记为TQ；继续向前分析，当有连续S2个元素的绝对值小于第二阈值，则根据连续S2个元素中的第一个元素获取Dn中对应的元素，并标记为T线区域的终点，记为TZ。

因为前面的步骤已经找出C线区域，而T线区域是位于左侧，即在数组中是位于C线区域的前面，因此，从CZK对应于数组En中的元素起，向前分析数组En，按照分析C线区域的条件找出TQ和TZ。

由于T线区域的颜色可能会较浅，与C线区域的颜色差异较大，则可能会导致上述步骤S61找不到T线的起点和终点。此时，执行步骤S611用于替代步骤S61。

S611：从CZK向前分析数组Dn，得到一组连续的元素均大于第三阈值，将该组连续的元素中的第一个元素标记为T线区域的起点，记为TQ，将该组连续的元素中的最后一个元素标记为T线区域的终点，记为TZ。

其中，第三阈值也是预设的，是针对出现上述找不到TQ和TZ的情况下而设定的，该第三阈值是用于直接分析Dn数组的。例如，在数组Dn{0，4，1，10，25，11，1，0，3，2，20，35，43，44，21，1，2，3，4}中，D9＝3为CZK，则从D9＝3开始向前分析数组Dn，假设第三阈值为6，则可得到一组连续的元素大于6，为{10,25,11}，其中，TQ为11，TZ为10。

如果步骤S61中能找到TQ和TZ，则直接执行S62，如果找不到则执行替代步骤S611后再执行S62。如果步骤S611中还找不到TQ和TZ，则表示取样失败，结束流程。

S62：求取从TQ到TZ之间的元素总数，记为TW，将TQ向后外扩TW个元素得到外扩T线区域的起点，记为TQK；将TZ向前外扩TW个元素得到外扩T线区域的终点，记为TZK。

S63：求取TQ与TQK之间的元素均值，记为TQA；求取TZ与TZK之间的元素均值，记为TZA；通过一直线将TQA和TZA进行连接，该直线为T线区域背景线，其中，TQA对应于TQK的位置，为T线区域背景线的起点；TZA对应于TZK的位置，为T线区域背景线的终点；

S64：将TQ与TZ之间的每一个元素减去T线区域背景线上相对应的元素，并将得到的结果进行求和，得到去掉背景的T线区域和值，记为Tsum。

其中步骤S62-S64与步骤S52-S54的原理一样，在此不再赘述。

分别得到Csum和Tsum的值之后，执行步骤S7。

S7：将Tsum除以Csum，得到的结果记为K值，根据K值与预设浓度对应的值之间的关系，获得K值所表示的浓度。

在该步骤中，是预先已经针对该种试纸设定了K值与浓度之间的关系曲线，其确定该种试纸的关系曲线的方式是，用大量的实验针对不同浓度得到对应的K值，再描绘出K值与浓度的关系曲线。因此，只需要将K值代入到关系曲线中便可得到相应的浓度，该浓度便表示该试纸所取样的试剂的浓度。

进一步地，为了更好地判断取样框是否超出试纸太多，或者超出试纸的部分是否造成太大的干扰，例如，如果拍摄时取样框中包含了太多超出试纸外的图像，则会使图像处理结果出现很大的误差，因此，在步骤S1和S2之间包括以下步骤：

S11：将数组A(m,n)中的每一行元素进行求和处理，得到数组Bm。

S12：针对数组Bm中的所有元素求取平均值和标准差，将平均值除以标准差所得的结果与第一阈值比较，若结果大于第一阈值，则需要调整取样框的位置并重新执行步骤S1；否则执行步骤S2。

其中，第一阈值也是预设的，如果出现取样越界太多的情况，由于越界部分的数据与试纸部分的数据差异较大，因此利用平均值除以标准差所得的结果也会较大。

进一步地，为了调整不同手机摄像头的拍摄图像所带来的偏差，在执行步骤S1之前包括一个前置步骤，其步骤内容为：

设置一个标准校准卡，标准校准卡预设有对应的K值，然后用户使用手机拍摄该标准校准卡，经过分析得到K值，用户将得到的K值与预设的K值进行比较，得到其校准比值，例如，预设的K值为1，用户手机所得到的K值为2，其校准比值为1/2。则用户在对具体需要分析的试纸进行采样分析后所得到的K值就要乘以1/2，再读出其对应的浓度值。需要说明的是，真实情况下，不同的摄像头所得到的K值之间一般不会有较大的差异，该前置步骤是为了更好地调整偏差。

实施例2：

实施例2也公开了一种利用手机成像分析生物试纸的方法，该方法相对于实施例1中的方法，其区别在于步骤S1不同，在步骤S6与S7之间增加一个步骤。为了描述方便，实施例1中的步骤S7在本实施例中改为步骤S8，本实施例中新增的步骤为S7。

S1：利用手机摄像头获取试纸条上的总图像，总图像中包括取样框图像，将总图像进行白平衡处理后进行灰度处理，以得到总灰度图像，并获取总灰度图像中的数组Z(x,y),和总灰度图像中的取样框图像中的数组A(m,n)。

之所以要获取总灰度图像，是为了如果取样框图像中的C线区域或者T线区域的取样不完整，需要外扩元素时，便从数组Z(x,y)中的相应位置获取元素。

S7：判断C线区域和T线区域的取样完整性，若C线区域和T线区域均取样完整，则执行S8；否则，针对取样不完整的区域使数组A(m,n)从数组Z(x,y)中外扩相对应的元素，以组成新的数组A(m,n)，并以新的数组A(m,n)重新执行S2。具体地，步骤S7包括了步骤S71-S75。

S71：获取C线区域的中点元素与数组Dn最后一个元素之间的元素总数，记为WDc，获取T线区域的终点元素与数组Dn第一个元素之间的元素总数，记为WDt，将CW和TW中较大者的两倍定义为第四阈值，记为K4。

S72：分别判断WDc和WDt是否大于K4，若WDc小于K4，WDt大于K4，则执行S72；若WDc大于K4，WDt小于K4，则执行S73；若WDc和WDt均小于K4，则执行S74；若WDc和WDt均大于K4，则执行S8。

其中，设置步骤S71和S72的原理是，由于C线区域靠近数组Dn的后面部分，而T线区域靠近数组Dn的前面部分，因此，如果判断C线区域的中点与数组Dn最后一个元素的距离大于第四阈值，则表示C线区域是取样完整的，如果小于第四阈值，则很有可能是C线区域取样不完整，为了确保是取样完整，就需要往数组Z(x,y)中外扩元素了，执行S72。判断T线区域的中点与数组Dn第一个元素的距离大于第四阈值，则表示T线区域是取样完整的，如果小于第四阈值，则很有可能是T线区域取样不完整，为了确保是取样完整，就需要往数组Z(x,y)中外扩元素了，执行S73。至于第四阈值的设定也是由大量实验结果所得到的边界值。

S73：将数组A(m,n)向后外扩一组(m,K4)元素得到新的数组，并定义为新的数组A(m,n)，以新的数组A(m,n)重新执行S2，其中，外扩的元素均为数组Z(x,y)中的元素；若以新的数组A(m,n)执行至S71仍出现WDc小于K4，则表示取样失败，结束流程。

在该步骤中，由于数组A(m,n)是包括于数组Z(x,y)中的，因此如果要保证C线区域的取样完整，就需要将数组A(m,n)右边边界外的位于数组Z(x,y)中的元素包括进数组A(m,n)中，具体是外扩一组(m,K4)元素，然后就以扩大后的数组A(m,n)重新执行步骤S2。如果重新执行S2直至S71时仍然出现C线区域的中点与数组Dn最后一个元素小于第四阈值，则可判断得到的C线区域并不是真正的C线区域，表示取样失败。

S74：将数组A(m,n)向前外扩一组(m,K4)元素得到新的数组，并定义为新的数组A(m,n)，以新的数组A(m,n)重新执行S2，其中，外扩的元素均为数组Z(x,y)中的元素；若以新的数组A(m,n)执行至S71仍出现WDt小于K4，则表示取样失败，结束流程。

在该步骤中，与步骤S72原理一样，只是该步骤是针对T线区域的，而且外扩的数据是将数组A(m,n)左边边界外的位于数组Z(x,y)中的元素包括进数组A(m,n)中。

S75：将数组A(m,n)向后外扩一组(m,K4)元素和向前外扩一组(m,K4)元素，以得到新的数组，并定义为新的数组A(m,n)，以新的数组A(m,n)重新执行S2，其中，外扩的元素均为数组Z(x,y)中的元素；若以新的数组A(m,n)执行至S71仍出现WDt小于K4或者WDc小于K4，则表示取样失败，结束流程。

在该步骤中，与S73和S74的原理一样，只是该步骤是针对C线区域和T线区域都进行外扩。

利用本发明实施例1和实施例2的方法，可以实现利用手机拍摄已进行试剂取样的试纸的图像，通过分析出T线区域和C线区域的颜色比值，便可读取该试纸所取样的试剂的浓度。而且在分析图像的同时，能保证图像中包含了完整的T线区域图像和C线区域图像，避免找到错误的数据或者不完整的数据使结果造成较大的误差。另外，本发明利用智能手机作为分析仪器，能极大地降低成本，而且使得试纸分析能进入到普通家庭中，对于一般用户，就不需要花费大量的成本购买专业的试纸分析仪器。

对本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及形变，而所有的这些改变以及形变都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种利用手机成像分析生物试纸的方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：利用手机摄像头获取试纸条上的取样框图像，将取样框图像进行白平衡处理后进行灰度处理，以得到取样框灰度图像，并获取取样框灰度图像中的数组A(m,n)；

S2：针对数组A(m,n)进行中值滤波处理得到数组C(m,n)；

S3：将数组C(m,n)中的每一列元素进行求和处理，得到数组Dn；

S4：将数组Dn中的第二个元素至最后一个元素中分别进行求差处理，得到数组En，其中，求差处理为将当前元素减去前一个元素，数组En中的第一个元素与数组Dn中的第一个元素相同，Dn数组和En数组中具有相同下标的元素为相互对应关系；

S5：分析数组En，得出数组Dn中C线区域的起点元素和终点元素，以及C线区域的背景线，将C线区域的起点与终点之间的每一个元素减去C线区域的背景线上相对应的元素，并将得到的结果进行求和，得到去掉背景的C线区域和值，记为Csum；

S6：分析数组En，得出数组Dn中T线区域的起点元素和终点元素，以及T线区域的背景线，将T线区域的起点与终点之间的每一个元素减去T线区域的背景线上相对应的元素，并将得到的结果进行求和，得到去掉背景的T线区域和值，记为Tsum；

S7：将Tsum除以Csum，得到的结果记为K值，根据K值与预设浓度对应的值之间的关系，获得K值所表示的浓度。

2.根据权利要求1所述的利用手机成像分析生物试纸的方法，其特征在于，步骤S5具体包括以下步骤：

S51：从最后一个元素向前分析数组En，首先当有连续S1个元素的绝对值均大于第二阈值，则根据连续S1个元素中的第一个元素获取Dn中对应的元素，并标记为C线区域的起点，记为CQ；继续向前分析，当有连续S2个元素的绝对值小于第二阈值，则根据连续S2个元素中的第一个元素获取Dn中对应的元素，并标记为C线区域的终点，记为CZ；

S52：求取从CQ到CZ之间的元素总数，记为CW，将CQ向后外扩CW个元素得到外扩C线区域的起点，记为CQK；将CZ向前外扩CW个元素得到外扩C线区域的终点，记为CZK；

S53：求取CQ与CQK之间的元素均值，记为CQA；求取CZ与CZK之间的元素均值，记为CZA；通过一直线将CQA和CZA进行连接，该直线为C线区域背景线，其中，CQA对应于CQK的位置，为C线区域背景线的起点；CZA对应于CZK的位置，为C线区域背景线的终点；

S54：将CQ与CZ之间的每一个元素减去C线区域背景线上相对应的元素，并将得到的结果进行求和，得到去掉背景的C线区域和值，记为Csum。

3.根据权利要求2所述的利用手机成像分析生物试纸的方法，其特征在于，步骤S6具体包括以下步骤：

S61：根据CZK获取数组En中对应的元素，并从该元素起向前分析数组En，首先当有连续S1个元素的绝对值均大于第二阈值，则根据连续S1个元素中的第一个元素获取Dn中对应的元素，并标记为T线区域的起点，记为TQ；继续向前分析，当有连续S2个元素的绝对值小于第二阈值，则根据连续S2个元素中的第一个元素获取Dn中对应的元素，并标记为T线区域的终点，记为TZ；

S62：求取从TQ到TZ之间的元素总数，记为TW，将TQ向后外扩TW个元素得到外扩T线区域的起点，记为TQK；将TZ向前外扩TW个元素得到外扩T线区域的终点，记为TZK；

S63：求取TQ与TQK之间的元素均值，记为TQA；求取TZ与TZK之间的元素均值，记为TZA；通过一直线将TQA和TZA进行连接，该直线为T线区域背景线，其中，TQA对应于TQK的位置，为T线区域背景线的起点；TZA对应于TZK的位置，为T线区域背景线的终点；

S64：将TQ与TZ之间的每一个元素减去T线区域背景线上相对应的元素，并将得到的结果进行求和，得到去掉背景的T线区域和值，记为Tsum。

4.根据权利要求3所述的利用手机成像分析生物试纸的方法，其特征在于，若在步骤S61中找不到TQ和TZ，则执行以下替代S61的步骤：

S611：从CZK向前分析数组Dn，得到一组连续的元素均大于第三阈值，将该组连续的元素中的第一个元素标记为T线区域的起点，记为TQ，将该组连续的元素中的最后一个元素标记为T线区域的终点，记为TZ。

5.根据权利要求1所述的利用手机成像分析生物试纸的方法，其特征在于，在步骤S1和S2之间还包括以下步骤：

S11：将数组A(m,n)中的每一行元素进行求和处理，得到数组Bm；

S12：针对数组Bm中的所有元素求取平均值和标准差，将平均值除以标准差所得的结果与第一阈值比较，若结果大于第一阈值，则需要调整取样框的位置并重新执行步骤S1；否则执行步骤S2。

6.一种利用手机成像分析生物试纸的方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：利用手机摄像头获取试纸条上的总图像，总图像中包括取样框图像，将总图像进行白平衡处理后进行灰度处理，以得到总灰度图像，并获取总灰度图像中的数组Z(x,y),和总灰度图像中的取样框图像中的数组A(m,n)；

S2：针对数组A(m,n)进行中值滤波处理得到数组C(m,n)；

S3：将数组C(m,n)中的每一列元素进行求和处理，得到数组Dn；

S4：将数组Dn中的第二个元素至最后一个元素中分别进行求差处理，得到数组En，其中，求差处理为将当前元素减去前一个元素，数组En中的第一个元素与数组Dn中的第一个元素相同，Dn数组和En数组中具有相同下标的元素为相互对应关系；

S5：分析数组En，得出数组Dn中C线区域的起点元素和终点元素，以及C线区域的背景线，将C线区域的起点与终点之间的每一个元素减去C线区域的背景线上相对应的元素，并将得到的结果进行求和，得到去掉背景的C线区域和值，记为Csum；

S6：分析数组En，得出数组Dn中T线区域的起点元素和终点元素，以及T线区域的背景线，将T线区域的起点与终点之间的每一个元素减去T线区域的背景线上相对应的元素，并将得到的结果进行求和，得到去掉背景的T线区域和值，记为Tsum；

S7：判断C线区域和T线区域的取样完整性，若C线区域和T线区域均取样完整，则执行S8；否则，针对取样不完整的区域使数组A(m,n)从数组Z(x,y)中外扩相对应的元素，以组成新的数组A(m,n)，并以新的数组A(m,n)重新执行S2；

S8：将Tsum除以Csum，得到的结果记为K值，根据K值与预设浓度对应的值之间的关系，获得K值所表示的浓度。

7.根据权利要求6所述的利用手机成像分析生物试纸的方法，其特征在于，步骤S5具体包括以下步骤：

S51：从最后一个元素向前分析数组En，首先当有连续S1个元素的绝对值均大于第二阈值，则根据连续S1个元素中的第一个元素获取Dn中对应的元素，并标记为C线区域的起点，记为CQ；继续向前分析，当有连续S2个元素的绝对值小于第二阈值，则根据连续S2个元素中的第一个元素获取Dn中对应的元素，并标记为C线区域的终点，记为CZ；

S52：求取从CQ到CZ之间的元素总数，记为CW，将CQ向后外扩CW个元素得到外扩C线区域的起点，记为CQK；将CZ向前外扩CW个元素得到外扩C线区域的终点，记为CZK；

S53：求取CQ与CQK之间的元素均值，记为CQA；求取CZ与CZK之间的元素均值，记为CZA；通过一直线将CQA和CZA进行连接，该直线为C线区域背景线，其中，CQA对应于CQK的位置，为C线区域背景线的起点；CZA对应于CZK的位置，为C线区域背景线的终点；

S54：将CQ与CZ之间的每一个元素减去C线区域背景线上相对应的元素，并将得到的结果进行求和，得到去掉背景的C线区域和值，记为Csum。

8.根据权利要求6所述的利用手机成像分析生物试纸的方法，其特征在于，步骤S6具体包括以下步骤：

S61：根据CZK获取数组En中对应的元素，并从该元素起向前分析数组En，首先当有连续S1个元素的绝对值均大于第二阈值，则根据连续S1个元素中的第一个元素获取Dn中对应的元素，并标记为T线区域的起点，记为TQ；继续向前分析，当有连续S2个元素的绝对值小于第二阈值，则根据连续S2个元素中的第一个元素获取Dn中对应的元素，并标记为T线区域的终点，记为TZ；

S62：求取从TQ到TZ之间的元素总数，记为TW，将TQ向后外扩TW个元素得到外扩T线区域的起点，记为TQK；将TZ向前外扩TW个元素得到外扩T线区域的终点，记为TZK；

S63：求取TQ与TQK之间的元素均值，记为TQA；求取TZ与TZK之间的元素均值，记为TZA；通过一直线将TQA和TZA进行连接，该直线为T线区域背景线，其中，TQA对应于TQK的位置，为T线区域背景线的起点；TZA对应于TZK的位置，为T线区域背景线的终点；

S64：将TQ与TZ之间的每一个元素减去T线区域背景线上相对应的元素，并将得到的结果进行求和，得到去掉背景的T线区域和值，记为Tsum。

9.根据权利要求8所述的利用手机成像分析生物试纸的方法，其特征在于，步骤S7具体包括以下步骤：

S71：获取C线区域的中点元素与数组Dn最后一个元素之间的元素总数，记为WDc，获取T线区域的终点元素与数组Dn第一个元素之间的元素总数，记为WDt，将CW和TW中较大者的两倍定义为第四阈值，记为K4；

S72：分别判断WDc和WDt是否大于K4，若WDc小于K4，WDt大于K4，则执行S73；若WDc大于K4，WDt小于K4，则执行S74；若WDc和WDt均小于K4，则执行S75；若WDc和WDt均大于K4，则执行S8；

S73：将数组A(m,n)向后外扩一组(m,K4)元素得到新的数组，并定义为新的数组A(m,n)，以新的数组A(m,n)重新执行S2，其中，外扩的元素均为数组Z(x,y)中的元素；若以新的数组A(m,n)执行至S72仍出现WDc小于K4，则表示取样失败，结束流程；

S74：将数组A(m,n)向前外扩一组(m,K4)元素得到新的数组，并定义为新的数组A(m,n)，以新的数组A(m,n)重新执行S2，其中，外扩的元素均为数组Z(x,y)中的元素；若以新的数组A(m,n)执行至S72仍出现WDt小于K4，则表示取样失败，结束流程；

S75：将数组A(m,n)向后外扩一组(m,K4)元素和向前外扩一组(m,K4)元素，以得到新的数组，并定义为新的数组A(m,n)，以新的数组A(m,n)重新执行S2，其中，外扩的元素均为数组Z(x,y)中的元素；若以新的数组A(m,n)执行至S72仍出现WDt小于K4或者WDc小于K4，则表示取样失败，结束流程。

10.根据权利要求6所述的利用手机成像分析生物试纸的方法，其特征在于，在步骤S1和S2之间还包括以下步骤：

S11：将数组A(m,n)中的每一行元素进行求和处理，得到数组Bm；

S12：针对数组Bm中的所有元素求取平均值和标准差，将平均值除以标准差所得的结果与第一阈值比较，若结果大于第一阈值，则需要调整取样框的位置并重新执行步骤S1；否则执行步骤S2。