CN107748162A - 一种探针颜色校正方法 - Google Patents

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鲍煦
姜舒
王赟
韩娟
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    • G01N21/75—Systems in which material is subjected to a chemical reaction, the progress or the result of the reaction being investigated
    • G01N21/77—Systems in which material is subjected to a chemical reaction, the progress or the result of the reaction being investigated by observing the effect on a chemical indicator
    • G01N21/78—Systems in which material is subjected to a chemical reaction, the progress or the result of the reaction being investigated by observing the effect on a chemical indicator producing a change of colour

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Abstract

本发明公开了一种探针颜色校正方法，属于比色法领域。在进行比色检测时，能否准确的提取探针的本征颜色是影响比色检测是否准确的关键因素。在实际检测中，由于不同探针与目标物反应会产生不同的颜色，在周围环境的影响下，每个探针的颜色会产生不同的偏差。传统方法中，把对颜色的各种影响因素归结到R，G，B三个颜色通道并进行颜色校正，但这并不能很好的针对每个探针的颜色变化规律进行校正，是不够准确的。因此，本发明提出了一种单独针对每个探针的校正方法，能够更好地还原每个探针的本征颜色，大大提高了比色检测的准确率。

Description

一种探针颜色校正方法
技术领域
本发明涉及比色法，具体的说，本发明涉及一种可以提高比色法准确率的探针颜色校正方法。
背景技术
Point-of-care(POC)检测是一种现场检测方法，由于其快速，便携，低成本的优点，POC检测在最近几年成为了化学分析和医疗检测中的热点。比色检测是POC检测常用的方法之一，它通过比较或测量各个探针的颜色来判断有色溶液的物质种类或浓度。由于探针的颜色会受到许多因素的影响，诸如周围环境的色温，亮度以及物体表面的反射等等，因此能否准确的提取探针的本征颜色就成为了决定比色检测结果是否准确的关键问题。
传统的解决方法是对R，G，B三个颜色通道分别建立颜色校正公式，使得实际检测中获得的颜色数据在校正之后可以还原为在某个特定环境中的颜色数值。然而，由于每个探针的颜色不同，在周围光环境的影响下，其颜色变化规律也是不同的，尤其是当探针数量较多时，仅仅把各种影响因素归结到R，G，B三个颜色通道是不准确的。因此，建立一种单独针对每个探针的校正方法是很有必要的。
发明内容
本发明的目的是：提供一种探针颜色校正方法，分别对每个探针进行颜色校正，从而提高比色检测的准确率。
具体的说，本发明是采用以下的技术方案来实现的，包括以下步骤：
1)建立标准颜色数据库：在封闭的光箱中，在特定的色温和亮度下，待探针与目标物反应完全后，拍摄反应后的图像并提取每个探针的RGB颜色信息，并将颜色数据按照探针的编号顺序排列，建立颜色数据库；
2)提取室内复杂光线环境下的颜色数据：在具有复杂光线环境的室内的不同地点，待探针与目标物反应完全后，拍摄反应后的图像并提取每个探针的颜色信息；
3)建立校正关系：将实际检测中获得的探针颜色数据与标准颜色数据库中的探针颜色数据一一对应起来，并利用线性回归方法来生成每个探针的颜色校正公式。
进一步，此校正方法并不仅限于RGB颜色空间，同样适用于其他颜色空间。
进一步，此校正方法并不仅限于室内的复杂光线环境，同样适用于室外自然光的环境。
进一步，所述步骤1的具体过程为：将含有4-甲基儿茶酚的溶液滴在96孔板上的各个探针中，待探针与该溶液反应完全后，将96孔板置于一个拥有特定的色温和亮度的封闭光箱中，拍摄反应后的图像并依次提取反应后每个探针的RGB颜色信息；同样的，对于含有124-苯三酚和盐酸多巴胺的溶液，重复上述步骤，利用在光箱中提取的探针颜色信息，建立颜色数据库。
进一步，还包括构建邻苯二酚及其衍生物与12种pH指示剂/苯硼酸组合探针的反应，12种pH指示剂分别为：百里香芬兰，刚果红，溴酚蓝，溴甲酚紫，溴甲酚绿，二甲酚橙，溴百里香酚蓝，甲基橙，苯酚红，玫瑰红，溴邻苯三酚红，茜素红；将苯硼酸与12种pH指示剂混合得到的探针溶液分别加入到96孔板的12个孔中。
进一步，所述步骤2的具体过程为：将含有4-甲基儿茶酚的溶液滴在96孔板上的各个探针中，待探针与该溶液反应完全后，将96孔板置于具有复杂光线环境的室内的不同地点，拍摄反应后的图像并依次提取反应后每个探针的RGB颜色信息；同样的，对于含有124-苯三酚和盐酸多巴胺的溶液，重复上述步骤。
进一步，为了保证数据的可靠性，还包括对每种待测物都做了10次平行实验并提取了每次的颜色信息。
进一步，所述复杂光线环境的室内的不同地点分别选取窗户边，房间中部和门边，有助于生成适用于各种光照环境的校正公式
本发明的有益效果如下：本发明提出了一种探针颜色校正方法，其优点是可以更为准确的校正各个探针的颜色，提高比色检测的准确率。
附图说明
图1为标准取色场景示意图。
图2为实际检测场景取色示意图。
图3为室内取色点位置示意图。
图4为探针颜色校正原理示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图说明对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本实施例以4-甲基儿茶酚，124-苯三酚和盐酸多巴胺的比色检测为例，包括以下步骤：
1)建立标准颜色数据库：基于硼酸试剂能够在碱性条件下与含有顺式二羟基基团的化合物(如糖和核苷类)进行化学反应，发生硼酸亲和作用以后溶液的pH由于副产物H+的生成而产生变化的原理，构建邻苯二酚及其衍生物与12种pH指示剂/苯硼酸组合探针的反应。12种pH指示剂分别为：百里香芬兰，刚果红，溴酚蓝，溴甲酚紫，溴甲酚绿，二甲酚橙，溴百里香酚蓝，甲基橙，苯酚红，玫瑰红，溴邻苯三酚红，茜素红。将苯硼酸与12种pH指示剂混合得到的探针溶液分别加入到96孔板的12个孔中，然后向每个孔中加入一定浓度的4-甲基儿茶酚的溶液，待探针与该溶液反应完全后，将96孔板置于一个拥有特定的色温和亮度的封闭光箱中，拍摄反应后的图像并依次提取反应后每个探针的RGB颜色信息。同样的，对于含有124-苯三酚和盐酸多巴胺的溶液，重复上述步骤。利用在光箱中提取的探针颜色信息，建立颜色数据库；如图1所示，为避免周围光线强弱对拍照产生影响，我们采用光箱来保证拍照环境的一致性。光箱顶部有一个可以调节色温和亮度的光源，96孔有机玻璃板置于光箱底部，光箱顶部有个孔用于放置手机拍照。利用手机照相机采集反应后的图像，利用设计开发的手机app数字化反应后的图像并提取每个探针的颜色信息。
2)提取室内复杂光线环境下的颜色数据：将含有4-甲基儿茶酚的溶液滴在96孔板上的各个探针中，待探针与该溶液反应完全后，将96孔板置于如图3所示的具有复杂光线环境的室内的不同地点，利用图2中的方式拍摄反应后的图像并依次提取反应后每个探针的RGB颜色信息。同样的，对于含有124-苯三酚和盐酸多巴胺的溶液，重复上述步骤。由于非光箱环境下颜色受到周围环境的影响较大，为了保证数据的可靠性，我们对于每种待测物都做了10次平行实验并提取了每次的颜色信息；
图2中，在实际检测中，利用手机照相机采集反应后的图像，利用设计开发的手机app数字化反应后的图像并提取每个探针的颜色信息。当打开该app时，手机的后置摄像头自动打开，app界面上显示的拍摄画面中会出现一个3*4的圆圈矩阵。此时，将手机移至96孔板的上方，令圆圈矩阵对准待测探针，app会自动调节并捕捉12个探针的颜色区域。然后点击确认按钮，app会拍摄照片并自动提取12个探针的颜色均值。在操作过程中，要注意保持手机的水平。
图3为室内取色点位置示意图，三处取色点分别为：窗户边(①)，房间中部(②③)和门边(④⑤)。这三处取色点中，窗户边的亮度较高，房间中部的亮度适中，而门边则光线较暗，测量多种光线情况下的颜色数据，有助于生成适用于各种光照环境的校正公式。
图4为探针颜色校正原理示意图，这里将实际检测中获得的探针RGB颜色数据与标准颜色数据库中的探针RGB颜色数据一一对应起来，并利用线性回归方法来生成每个探针的颜色校正公式。
3)建立校正关系：通过编程在远程服务器里建立数据库、处理模块和通信模块三个功能模块。数据库用来储存步骤1中所获得的标准颜色数据；处理模块用来生成颜色校正公式；通信模块用来实现手机与远程服务器的交流，包括手机上传数据给远程服务器和远程服务器将实验结果反馈给手机，这里利用TCP协议通过无线局域网实现手机与远程服务器的连接。将步骤2中获得的室内复杂光线环境下的探针颜色数据上传至远程服务器，服务器中的处理模块会将其与标准颜色数据库的探针颜色数据对应起来，并利用线性回归方法来生成每个探针的颜色校正公式，最后通过通信模块将生成的颜色校正公式返回至手机。
4-甲基儿茶酚，124-苯三酚和盐酸多巴胺这3种物质校正前后的比色检测的准确率如表1所示。可以看出，在使用了探针颜色校正方法之后，比色检测的准确率较之校正前和使用传统的校正方法均有所提高。这说明本发明提出的探针颜色校正方法是可行的。
表1 4-甲基儿茶酚，124-苯三酚和盐酸多巴胺校正前后的分类准确率
综上，本发明的一种探针颜色校正方法，在进行比色检测时，能否准确的提取探针的本征颜色是影响比色检测是否准确的关键因素。在实际检测中，由于不同探针与目标物反应会产生不同的颜色，在周围环境的影响下，每个探针的颜色会产生不同的偏差。传统方法中，把对颜色的各种影响因素归结到R，G，B三个颜色通道并进行颜色校正，但这并不能很好的针对每个探针的颜色变化规律进行校正，是不够准确的。因此，本发明提出了一种单独针对每个探针的校正方法，能够更好地还原每个探针的本征颜色，大大提高了比色检测的准确率。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (8)

1.一种探针颜色校正方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)建立标准颜色数据库：在封闭的光箱中，在特定的色温和亮度下，待探针与目标物反应完全后，拍摄反应后的图像并提取每个探针的RGB颜色信息，并将颜色数据按照探针的编号顺序排列，建立颜色数据库；
2)提取室内复杂光线环境下的颜色数据：在具有复杂光线环境的室内的不同地点，待探针与目标物反应完全后，拍摄反应后的图像并提取每个探针的颜色信息；
3)建立校正关系：将实际检测中获得的探针颜色数据与标准颜色数据库中的探针颜色数据一一对应起来，并利用线性回归方法来生成每个探针的颜色校正公式。
2.根据权利要求1所述的探针颜色校正方法，其特征在于：此校正方法并不仅限于RGB颜色空间，同样适用于其他颜色空间。
3.根据权利要求1所述的探针颜色校正方法，其特征在于：此校正方法并不仅限于室内的复杂光线环境，同样适用于室外自然光的环境。
4.根据权利要求1所述的探针颜色校正方法，其特征在于：所述步骤1的具体过程为：将含有4-甲基儿茶酚的溶液滴在96孔板上的各个探针中，待探针与该溶液反应完全后，将96孔板置于一个拥有特定的色温和亮度的封闭光箱中，拍摄反应后的图像并依次提取反应后每个探针的RGB颜色信息；同样的，对于含有124-苯三酚和盐酸多巴胺的溶液，重复上述步骤，利用在光箱中提取的探针颜色信息，建立颜色数据库。
5.根据权利要求4所述的探针颜色校正方法，其特征在于：还包括构建邻苯二酚及其衍生物与12种pH指示剂/苯硼酸组合探针的反应，12种pH指示剂分别为：百里香芬兰，刚果红，溴酚蓝，溴甲酚紫，溴甲酚绿，二甲酚橙，溴百里香酚蓝，甲基橙，苯酚红，玫瑰红，溴邻苯三酚红，茜素红；将苯硼酸与12种pH指示剂混合得到的探针溶液分别加入到96孔板的12个孔中。
6.根据权利要求1所述的探针颜色校正方法，其特征在于：所述步骤2的具体过程为：将含有4-甲基儿茶酚的溶液滴在96孔板上的各个探针中，待探针与该溶液反应完全后，将96孔板置于具有复杂光线环境的室内的不同地点，拍摄反应后的图像并依次提取反应后每个探针的RGB颜色信息；同样的，对于含有124-苯三酚和盐酸多巴胺的溶液，重复上述步骤。
7.根据权利要求6所述的探针颜色校正方法，其特征在于：为了保证数据的可靠性，还包括对每种待测物都做了10次平行实验并提取了每次的颜色信息。
8.根据权利要求6所述的探针颜色校正方法，其特征在于：所述复杂光线环境的室内的不同地点分别选取窗户边，房间中部和门边，有助于生成适用于各种光照环境的校正公式。
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