CN109557093A - 一种尿液检测试纸颜色测量算法 - Google Patents

一种尿液检测试纸颜色测量算法 Download PDF

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张进锋
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Abstract

本发明涉及医疗检测技术领域，特别是涉及一种利用LAB颜色空间分量算取试纸颜色从而实现测试效果更加精准，包括如下步骤：步骤一：将RGB的颜色分量通过建立通道XYZ颜色空间转化为LAB颜色分量；步骤二：定义X,Y,Z及t变量的取值范围都是[0,1]；步骤三：定义L分量的取值范围为[0,100],A和B分量都为[‑127,127]；步骤四：对LAB各分量的结果的浮点数进行优化：对f(t)这个函数的优化；将RGB颜色空间转换为LAB颜色空间，并通过相应算法对LAB颜色空间L、A和B值进行相应的换算，通过对获取的L、A和B值的浮点值再次进行相应的换算和取舍后进行查表法比对，从而大大的降低试纸颜色的获取误差。

Description

一种尿液检测试纸颜色测量算法
技术领域
本发明涉及医疗检测技术领域，特别是涉及一种尿液检测试纸颜 色测量算法。
背景技术
随着医学技术的发展，尿液检测作为一种常规的检测手段得到了 越来越广泛的应用。通常情况下，采用尿液分析仪对待分析尿液进行 检测。
在实际应用中，由于尿液分析仪体积庞大、售价昂贵，限制了尿 液检测方法的推广应用。目前，随着智能设备的普及和图像分析算法 的应用，利用智能设备对以浸润尿液的检测试纸和未浸润尿液的检测 试纸拍摄图片，进而利用图像分析算法对拍摄的图片进行图像分析， 进而获取尿液检测试纸的颜色；再根据浸润尿液的尿液检测色块显示 的颜色向量值，确定与该尿液检测色块匹配的色块参考颜色向量值集 合中的颜色向量值匹配结果，得到尿液检测结果。
但是，在实际中对尿液检测时试纸接触尿液可能出现不均与接 触，导致检测的试纸上颜色存在误差，虽然有的是用颜色传感器直接 测量颜色分量，有的是用光敏器件来测定光谱曲线，都能实现，但是 弊端就是需要进行补偿，收到外界光强度温度等的影响。算法比较复 杂，而且线性不好，并不是一个较精准的算法。
发明内容
针对现有技术中的上述不足，本发明提供一种利用LAB颜色空间 分量算取试纸颜色从而实现测试效果更加精准。
为实现以上技术目的,本发明的技术方案是：一种尿液检测试 纸颜色测量算法，包括如下步骤：步骤一：将RGB的颜色分量通过 建立通道XYZ颜色空间转化为LAB颜色分量；
L＊＝116f(Y/Yn)-16
a＊＝500[f(X/Xn)-f(Y/Yn)]
b＊＝200[f(Y/Yn)-f(Z/Zn)]
步骤二：定义X,Y,Z及t变量的取值范围都是[0,1]；
步骤三：定义L分量的取值范围为[0,100],A和B分量都为 [-127,127]；
步骤四：对LAB各分量的结果的浮点数进行优化：对f(t)这个函数 的优化。
作为优选，所述
作为优选，所述L分量的取值范围还可定义为[0,255]，把A,B 位移至于[0,255]。
作为优选，对f(t)这个函数的优化采用查表法。
作为优选，所述查表法是指if t＞(6/29)^3这个算法映射到 [0,255]。
作为优选，所述查表法是指if t＞(6/29)^3这个算法放大四倍 if t＞9.04，取整if t＞9[0,255]，隐射到XYZ范围为[0,1020]。
以上描述可以看出，本发明具备以下优点：本发明的尿液检测试 纸颜色测量算法将RGB颜色空间转换为LAB颜色空间，并通过相应算法 对LAB颜色空间L、A和B值进行相应的换算，通过对获取的L、A和B值 的浮点值再次进行相应的换算和取舍后进行查表法比对，从而大大的 降低试纸颜色的获取误差。
具体实施方式
在几个常用的颜色空间中，LAB颜色空间是除了RGB外，最常用的 一种之一，不同于RGB色彩空间，Lab颜色被设计来接近人类视觉。 它致力于感知均匀性，它的L分量密切匹配人类亮度感知。因此可 以被用来通过修改a和b分量的输色阶来做精确的颜色平衡，或使用L分量来调整亮度对比。这些变换在RGB或CMYK中是困难或不 可能的，它们建模物理设备的输出，而不是人类视觉感知。
RGB和LAB之间没有直接的转换公式，其必须用通道XYZ颜色空间 作为中间层，关于RGB和XYZ颜色空间的转换及优化
L＊＝116f(Y/Yn)-16
a＊＝500[f(X/Xn)-f(Y/Yn)]
b＊＝200[f(Y/Yn)-f(Z/Zn)]
其中
在上述表达式中，X,Y,Z及t变量的取值范围都是[0,1]，对应的L 分量的取值范围为[0,100],A和B分量都为[-127,127],因此，如果把L 拉升至[0,255]，把A,B位移至于[0,255]，就可以同RGB颜色空间表达 为同一个范围了。即使这样映射后，一般来说，LAB各分量的结果仍 为浮点数，这个和RGB不同，但是在很多情况下，为了速度计效率， 我们这需结果的取整部分，得到类似于RGB空间的布局。因此，对这 类结果的优化更有实际意义。
关于这样的优化，OpenCv已经做了非常好的工作，各位看客也可 以先看看OpenCv的代码，本文未直接沿用其优化，但本文的算法更简 单明了，在保证结果无明显变化的同时，速度和效率都有30％以上的 提升。
第一步，我们来看看f(t)这个函数的优化，f(t)是个分段函数， 如果直接在函数体中判断，会多一些跳转和比较语句，不利于CPU的 流水线工作，因此，我考虑的第一步是是否能用查表法来做。
转换后的XYZ值得范围是[0,255]，而这里的t值范围为[0,1],把 if t>(6/29)^3这个算法映射到[0,255],则为if t>2.26,因为XYZ 都为整数，即此条件和if t>2等价，可见这里会出现一些漏判点；考 虑2.26这个数字的特点，如果我们在把这个结果放大4倍，即XYZ范围 为[0,1020],则判断条件随之升级为if t>9.04，取整if t>9，则漏判 现象大为减少。
接着上面，这样的话我们就定义一个查找表，查找表大小应该和 XYZ的域相同的，即上面的1020，对于表中的元素值，为求速度，当 然必须为int类型。
RGB无法直接转换成LAB，需要先转换成XYZ再转换成LAB，即：RGB ——XYZ——LAB
因此转换公式分两部分：
(1)RGB转XYZ
假设r,g,b为像素三个通道，取值范围均为[0,255]，转换公式如 下：
M＝0.4124,0.3576,0.1805
0.2126,0.7152,0.0722
0.0193,0.1192,0.9505
等同于如下公式：
X＝var_R*0.4124+var_G*0.3576+var_B*0.1805
Y＝var_R*0.2126+var_G*0.7152+var_B*0.0722
Z＝var_R*0.0193+var_G*0.1192+var_B*0.9505
上面的gamma函数，是用来对图象进行非线性色调编辑的，目的 是提高图像对比度。
(2)XYZ转LAB
L＊＝116f(Y/Yn)-16
a＊＝500[f(X/Xn)-f(Y/Yn)]
b＊＝200[f(Y/Yn)-f(Z/Zn)] (3)
上面两个公式中，L*，a*，b*是最终的LAB色彩空间三个通道的 值。X，Y，Z是RGB转XYZ后计算出来的值，Xn，Yn，Zn一般默认是95.047， 100.0，108.883。
以上对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性。 总而言之如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明 创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方 式及实施例，均应属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种尿液检测试纸颜色测量算法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤一：将RGB的颜色分量通过建立通道XYZ颜色空间转化为LAB颜色分量；
L＊＝116f(Y/Yn)-16
a＊＝500[f(X/Xn)-f(Y/Yn)]
b＊＝200[f(Y/Yn)-f(Z/Zn)]
步骤二：定义X，Y，Z及t变量的取值范围都是[0，1]；
步骤三：定义L分量的取值范围为[0，100]，A和B分量都为[-127，127]；
步骤四：对LAB各分量的结果的浮点数进行优化：对f(t)这个函数的优化。
2.根据权利要求1所述的尿液检测试纸颜色测量算法，其特征在于：所述
3.根据权利要求1所述的尿液检测试纸颜色测量算法，其特征在于：所述L分量的取值范围还可定义为[0，255]，把A，B位移至于[0，255]。
4.根据权利要求1所述的尿液检测试纸颜色测量算法，其特征在于：对f(t)这个函数的优化采用查表法。
5.根据权利要求4所述的尿液检测试纸颜色测量算法，其特征在于：所述查表法是指ift＞(6/29)^3这个算法映射到[0，255]。
6.根据权利要求5所述的尿液检测试纸颜色测量算法，其特征在于：所述查表法是指ift＞(6/29)^3这个算法放大四倍if t＞9.04，取整if t＞9[0，255]，隐射到XYZ范围为[0，1020]。
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