CN109856133B - 一种利用多种光照强度、多种色彩照明的试纸检测方法 - Google Patents

一种利用多种光照强度、多种色彩照明的试纸检测方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种利用多种光照强度、多种色彩照明的试纸检测方法，它包含以下步骤：一、在检测设备内设置亮度可调节且颜色可变换的光源；二、以固定时间间隔依次打开不同光照环境，同时摄像头对每种图像进行采集，得到不同情境下试纸的图像信息；三、通过视觉图像处理模块对每种情境下的图像进行切分和高斯滤波处理；四、通过视觉图像处理模块对切分后的试剂块进行色偏校正；五、将不同光照环境下的试纸条图像上各试剂块样本校正后的RGB平均值，与存储器内预设的标准参考色RGB值进行对比分析，得出对应的疑似病证信息；本发明通过多次采集不同色彩情境下的图像进行分析，避免检测结果出现偏差的情况，提高检测准确率。

Description

一种利用多种光照强度、多种色彩照明的试纸检测方法
技术领域
本发明涉及一种试纸检测方法，具体涉及一种利用多种光照强度、多种色彩照明的试纸检测方法。
背景技术
尿液检测对于预防和检测慢性肾病具有重要的意义，中国流行病学调查结果显示，中国成人慢性肾病的患病率为10.8％，总数高达1.2亿人，即平均每10人就有1名慢性肾病患者，通过尿检加强对慢性肾病的预防和控制愈加重要；
通过试纸进行尿液检测相对于传统的到医院做尿检分析，具有省时、省力、省钱、方便的优点，在家就可以自行完成，已成为尿液检测的趋势性选择；
目前尿检的主要方法是通过试纸滴浸尿液后，试纸上的试剂块与尿液中的成分发生化学反应引起颜色变化，由相机、手机对试纸条图像进行拍摄，在单色光、单一光照强度的环境下，对试剂块颜色进行分析，判断相应症状通过变化后的颜色来判断对应疑似症状；单一光照、单一色彩照射环境下，从试纸试剂块上所取得的信息量太少，且具有单一性，会影响识别率。
传统的试纸图像采集方法是通过相机、手机对试纸条进行一次图像采集，将图像发送至后台服务器，后台服务器针对图像进行统一色偏校正分析，存在着以下问题：
1、机设备出现问题，如RGB感光模块故障、白平衡算法不准确等问题，拍摄出来的图像就会失真，会使得后续分析的准确性受到影响；
2、出现亮度不均匀的情况，采集到的图像将会出现色偏、色差、过度曝光、灰度值偏高等问题，也会对后续检测造成影响；
3、纸条因存放时间过长、密封性不好等问题出现参考色块泛黄或异常的情况，将会影响采集图像色偏校正的准确性；
4、环境出现杂光干扰时，单次图像采集传输至后台服务器后，难以有效减少杂光对检测结果的影响；
图像采集传统方法还包括通过比色卡对试纸条进行比色，通过颜色最近邻原则判断疑似症状，然而这一方法更加难以避免摄像头、亮度、试纸、环境的影响和干扰，检测结果的准确性和可信度更低。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的缺陷和不足，提供一种利用多种光照强度、多种色彩照明的试纸检测方法，通过多次采集不同色彩情境下的图像进行分析，可以避免在单次图像采集中因灯光亮度过高或过低、试纸由于时间关系导致参考底色泛黄、检测环境存在光线干扰等问题致使检测结果出现偏差的情况，提高检测准确率。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：它包含以下步骤：
一、在检测设备内设置亮度可调节且颜色可变换的光源，形成不同的光照环境；
二、将试纸条放置于卡槽推入检测设备内后，保持黑暗不透光条件，以固定时间间隔依次打开不同光照环境，同时摄像头对每种图像进行采集，得到不同情境下的图像信息；
三、通过视觉图像处理模块对每种色彩情境下的图像进行切分和高斯滤波处理；
四、通过视觉图像处理模块对切分后的试剂块进行色偏校正；
五、将不同光照环境下的试纸条图像上各试剂块样本校正后的RGB平均值，与存储器内预设的标准参考色RGB值进行对比分析，得出对应的疑似病证信息。
进一步地，光源的亮度可变换三档，分别为高亮度、中亮度和低亮度；光源的颜色可变换四种，分别为白光、红光、绿光、蓝光。
采用上述方案后，本发明所述的一种利用多种光照强度、多种色彩照明的试纸检测方法，具有以下优点：
1、多次采集不同色彩情境下的图像，可以去除因光源亮度导致的图像失真问题；内置光源将以高亮度、中亮度、低亮度三档进行调节，图像采集三种亮度条件下的图像进行还原，可以避免一次采集存在的失真问题；
2、通过多次采集不同色彩情境下的图像，可以避免试纸参考底色泛黄导致影响准确度的问题，通过设置白光、红光、绿光、蓝光四种不同的色彩环境，使试纸图像覆盖一层颜色，通过对不同颜色环境下的图像进行分别还原校正，降低杂色和底色泛黄的影响；
3、通过多次采集不同色彩情境下的图像，相比传统的一次采集和单色采集方法，能够增加检测分析时的样本图像数量和样本图像状态，通过色偏校正算法处理，能够更加准确地还原真实图像，提高检测结果的准确性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本具体实施方式的流程图；
图2是本具体实施方式中12中不同光照环境；
图3是单排试纸的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明作进一步的说明。
参看图1所示，本具体实施方式采用的技术方案是：它包含以下步骤：
一、在检测设备内设置亮度可调节且颜色可变换的光源，形成不同的光照环境；光源的亮度可变换三档，分别为高亮度、中亮度和低亮度；光源的颜色可变换四种，分别为白光、红光、绿光、蓝光，即在此条件下存在3*4＝12种光照环境；
二、将试纸条放置于卡槽推入检测设备内后，保持黑暗不透光条件，首先开启低亮度白光，而后以固定时间间隔S按顺序转变为中亮度白光、高亮度白光、低亮度红光、中亮度红光、高亮度红光、低亮度绿光、中亮度绿光、高亮度绿光、低亮度蓝光、中亮度蓝光、高亮度蓝光，同时摄像头对每种图像进行采集，依次采集12次，得到12种不同情境下的图像信息；
三、通过视觉图像处理模块对每种色彩情境下的图像进行切分和高斯滤波处理；图像切分规则为：由于试纸尺寸固定、卡槽位置及放置试纸区域固定，可直接设定试纸图像的切分尺寸，其试剂块的切分保留区域可略小于实际区域；
四、通过视觉图像处理模块对切分后的试剂块进行色偏校正；
以单排试纸为例，色偏校正的具体步骤如下：
(1)在试剂块b上下两块白色参考色块a、白色参考色块c上，对白色块裁剪区域a、白色块裁剪区域c内的所有的像素点，按照公式(1)-公式(3)分别计算它们R、G、B三个通道的平均值，其中
Figure BDA0001961698680000041
和
Figure BDA0001961698680000042
分别表示在R、G、B三个通道的平均值，n是总的像素个数，
Figure BDA0001961698680000043
和
Figure BDA0001961698680000044
分别表示第i个像素在R、G、B通道上的值；
公式(1)
Figure BDA0001961698680000045
公式(2)
Figure BDA0001961698680000046
公式(3)
Figure BDA0001961698680000051
(2)按公式(4)-公式(6)计算a、c两个区域内所有像素的R、G、B三个通道的标准差，其中sigma_R、sigma_G和sigma_B分别表示在R、G、B三个通道求取的标准差；
公式(4)
Figure BDA0001961698680000052
公式(5)
Figure BDA0001961698680000053
公式(6)
Figure BDA0001961698680000054
(3)过滤噪声：对裁剪区域内的每个像素点进行分析。如果该像素不再平均值周边的标准差范围内，即该像素点无法同时满足公式(7)-公式(9)，就当做噪声过滤，其中
Figure BDA0001961698680000055
可表示裁剪区域内第j个像素点在R通道上的值，abs表示求取绝对值操作；
公式(7)
Figure BDA0001961698680000056
公式(8)
Figure BDA0001961698680000057
公式(9)
Figure BDA0001961698680000058
(4)利用剩余的像素点，重新计算平均值，作为白色参考色块a、白色参考色块c的RGB代表值；
(5)在白色参考色块平均RGB色值
Figure BDA0001961698680000059
中选取数值最大的通道，定义该值为Maxval；若
Figure BDA00019616986800000510
为最大值，即定义为Maxval，由于白色的RGB标准值是(255.255.255)，通过设置参数β、
Figure BDA00019616986800000511
使三个通道的数值比例为(1：1：1)即
Figure BDA00019616986800000512
计算得出β、￡的参数值，则白色色块的RGB色值的映射比例即为
Figure BDA00019616986800000513
(6)由于白色参考色块位于试剂块的上方和下方，可用白色色块的RGB色值映射比例
Figure BDA0001961698680000061
用于试剂块的色偏校正；
(7)试剂块b中计算RGB平均值
Figure BDA0001961698680000062
定义试剂块b的三通道RGB色值校正后值为(Rb、Gb、Bb)，按公式(10)-公式(15)计算：
公式(10)
Figure BDA0001961698680000063
公式(11)
Figure BDA0001961698680000064
公式(12)
Figure BDA0001961698680000065
公式(13)
Figure BDA0001961698680000066
公式(14)
Figure BDA0001961698680000067
公式(15)
Figure BDA0001961698680000068
(8)同理计算出试剂块d、f、h…色偏校正后的RGB数值；
(9)以上即完成一条试纸条的图像采集与色偏校正，由于每条试纸都会在3种光照强度和4种色彩环境下共取12张图像，所以其余11条试纸图像亦按此方法进行色偏校正；
(10)得到12张校正后的试纸图像后，再针对各个试剂块进行RGB平均值计算，设在白光低亮度图像中的第一个试剂块为b1，白光中亮度图像中的第一个试剂块为b2，白光高亮度图像中的第一个试剂块为b3……蓝光高亮度图像中的第一个试剂块为b12，计算12种环境下色偏校正后的试纸条上第一个试剂块b的RGB平均值为
Figure BDA0001961698680000069
(11)按照步骤(10)的方法，计算试纸条上第二个试剂块d的平均值
Figure BDA00019616986800000610
第三个试剂块的平均值
Figure BDA00019616986800000611
第四个试剂块的平均值
Figure BDA00019616986800000612
……依次计算出12张试纸条图像上各试剂块样本校正后的RGB平均值；
五、将不同光照环境下的试纸条图像上各试剂块样本校正后的RGB平均值，与存储器内预设的标准参考色RGB值进行对比分析，得出对应的疑似病证信息；具体步骤如下：
(1)储存器存有试剂块各项指标在不同浓度反应下的RGB色值及各个色值所对应的疑似病症信息；
(2)将试纸条上的某个指标试剂块平均色值与储存器中预存的该指标试剂块在不同浓度下反应后的RGB值进行计算对比，找出最相近的预设色值。以试纸条上第一个试剂块b为例，由步骤四中的步骤(10)计算出试纸条上第一个试剂块b的RGB平均值为
Figure BDA0001961698680000071
记为
Figure BDA0001961698680000072
设对应第一个试剂块在储存器内最相近的预设值为b0＝RGB(Rb0,Gb0,Bb0)，计算R通道的平均值
Figure BDA0001961698680000073
在RGB色值空间中，两点各通道色差按公式(16)-公式(18)计算：
公式(16)
Figure BDA0001961698680000074
公式(17)
Figure BDA0001961698680000075
公式(18)
Figure BDA0001961698680000076
利用加权欧式公式计算RGB色彩空间距离ΔC，公式如下：
Figure BDA0001961698680000077
(3)由加权欧式公式可计算出当ΔC绝对值最小时，两个颜色的RGB空间距离最小，结果最接近，即可选取储存器内最接近试纸条上该试剂块平均值的参考值作为参考数值输出，并读取输出该数值对应的疑似病症信息。
以上所述，仅用以说明本发明的技术方案,而非限制本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其它修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (1)

1.一种利用多种光照强度、多种色彩照明的试纸检测方法，其特征在于它包含以下步骤：
一、在检测设备内设置亮度可调节且颜色可变换的光源，形成不同的光照环境；光源的亮度可变换三档，分别为高亮度、中亮度和低亮度；光源的颜色可变换四种，分别为白光、红光、绿光、蓝光；
二、将试纸条放置于卡槽推入检测设备内后，保持黑暗不透光条件，以固定时间间隔依次打开不同光照环境，同时摄像头对每种图像进行采集，得到不同情境下的图像信息；
三、通过视觉图像处理模块对每种色彩情境下的图像进行切分和高斯滤波处理；
四、通过视觉图像处理模块对切分后的试剂块进行色偏校正；
五、将不同光照环境下的试纸条图像上各试剂块样本校正后的RGB平均值，与存储器内预设的标准参考色RGB值进行对比分析，得出对应的疑似病证信息。
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