CN110887960B - 一种基于机器视觉的尿液试纸条定量检测系统及方法 - Google Patents

Abstract

该发明公开了一种基于机器视觉的尿液试纸条定量检测系统及方法，属于机械结构领域和图像处理领域。本发明实现了尿液试纸自动化定量检测，与现有的检测方式相比有如下的优点：不需要把样本送到医院，大大降低了患者的时间成本；不依赖于专业人员，患者可以自己在家中实现测量；基于定量和定时的检测，测量结果准确；操作简单方便；装置和耗材的成本低，可以实现频繁检测；有利于患者病情的观察和控制；有利于促进基层医疗事业均衡发展。

Description

一种基于机器视觉的尿液试纸条定量检测系统及方法

技术领域

本发明属于医疗器械领域，具体涉及了一种定时定量的尿液试纸条检测和判读系统。

背景技术

尿液检测是一种医学的检测方式，以晨尿检测为最佳，对临床诊断、判断疗效和预后有着十分重要的价值。不规范的操作会对检测结果的准确性造成很大的影响，试纸是否变质、尿液样本是否变质、试纸与尿液反应的时间长短、尿液用量等等都会影响检测结果。目前尿液有形成分检测的主要方式是将尿液样本滴在尿液分析试纸条上，一段时间后，人为的将反应过后的试纸条和标准的比色卡对比，然后得出检测结果。这种人工检测的方法有很多固有的缺点，比如主观因素影响大、患者需要把样本送到医院、依赖于专业人员、耗费人力资源、速度慢、不能做到定量分析、频繁测量困难大、对于医疗不发达的地区检测受到严重的限制等等。

发明内容

本发明针对上面人工检测的固有缺点，设计了一种基于机器视觉的尿液试纸条定量检测的系统，从而达到低成本、高效、定量、自动化的目的。

本发明技术方案为：一种基于机器视觉的尿液试纸条定量检测系统，该系统包括：箱体、底座、定量条、拖动杆、压条、姿态控制板，其中箱体为正上方带有开口的方形箱体，其余部件设置于箱体内；底座设置于箱体底部，为中间带凹槽的方形结构，该凹槽包括前段和后段，前段凹槽为样本存放区，后段凹槽用于放置定量条、拖动杆、压条、姿态控制板，前段凹槽比后段凹槽深；所述凹槽的两侧设置有用于放置姿态控制板的卡槽，凹槽的两侧各设置一块姿态控制板；姿态控制板为L形片状结构，L形片状结构的短边朝下位于前段凹槽内，长边位于后段凹槽内，L形片状结构的长边内并行相错设置有两条直滑槽，L形片状结构的弯折处设置有平滑的弯折滑槽；后段凹槽内靠近与前段凹槽分割处的位置设置压条，压条用于将多片试纸单独的并排固定住；所述定量条包括：并列设置有多个样本定量孔的直条，该直条两端顺直条轴向向外各设置有一个滑动凸出，直条两端垂直于直条向外各设置有一个拉杆，拉杆的末端顺直条轴向方向向外设置有拉动凸出，所述定量条两端的滑动凸出更别设置于后段凹槽两侧姿态控制板的弯折滑槽内；所述拖动杆包括：用于施力的直杆，直杆两端垂直于直杆向外各设置一个功能杆，功能杆末端设置有卡孔，功能杆上顺直杆方向向外错位设置有两个定位凸起；定量条的拉动凸出设置于拖动杆的卡孔内，拖动杆中功能杆的两个定位凸起分别置于姿态控制板中对应的两个直滑槽内；等到试纸反应完毕后，通过手机开闪光灯从箱体正上方的开口处拍摄所有的试纸颜色，通过分析试纸颜色得出测试结论。

进一步的，箱体内还设置有颜色标定板。

进一步的，所述压条和姿态控制板都采用螺丝固定在底座内。

进一步的，所述定量条中的样本定量孔的结构为方格状的通孔。当控制定量孔进入尿液存放区域时，由于毛细现象会使得尿液浸入每一个定量孔，当控制浸满尿液的孔和尿液试纸接触时，由于试纸是一种吸水材料，并且定量孔中携带的尿液量很小，尿液试纸上的每一个试纸垫会吸收定量孔全部携带的尿液，而且试纸条上的每一个试纸垫，是相对隔开的，因此每一个试纸垫之间不会互相污染，通过此方法，将尿液滴加在试纸上。

一种基于机器视觉的尿液试纸条定量检测系统的测试方法，该方法包括：

步骤1：在装置中依次放置已知颜色的色块，使用手机开闪光拍摄获取到这些色块的数字图像；

步骤2：对获取到的图像进行裁剪，得到色块的图像；

步骤3：使用颜色空间转换，得到色块图像的颜色信息；

步骤4：将得到的色块图像颜色信息和实际色块的颜色信息对比，得出图像颜色信息和真实颜色信息之间的转换矩阵；

步骤5：拍摄标准比色卡图像，并且利用上述步骤得到的转换矩阵，得到经过校正之后的标准比色卡的颜色信息；

步骤6：拍摄经过反应后的尿液试纸的图像，并且利用上述步骤得到的转换矩阵，校正反应后的尿液试纸的颜色信息；

步骤7：将经过校正之后得到的尿液试纸的颜色信息和标准比色卡的颜色信息对比之后得出检测结果；

其中，所述步骤6的具体步骤为：

步骤6.1：判断拍摄的图像中尿液试纸的标志位是否到达预期位置，如果达到进行后续步骤，未达到放弃该试纸的检测判断；

步骤6.2：利用转换矩阵对尿液分析试纸进行颜色校正；

步骤6.3：利用颜色识别算法得到试纸的颜色信息。

本发明实现了尿液试纸自动化定量检测，与现有的检测方式相比有如下的优点：不需要把样本送到医院，大大降低了患者的时间成本；不依赖于专业人员，患者可以自己在家中实现测量；基于定量和定时的检测，测量结果准确；操作简单方便；装置和耗材的成本低，可以实现频繁检测；有利于患者病情的观察和控制；有利于促进基层医疗事业均衡发展。

附图说明

图1是本发明的硬件部分的总装置示意图。

图2是本发明的硬件部分的底座示意图。

图3是本发明的硬件部分的定量条示意图。

图4是本发明的硬件部分的拖动杆示意图。

图5是本发明的硬件部分的压条示意图。

图6是本发明的硬件部分的姿态控制板示意图。

图7是本发明的硬件部分环箱体示意图。

图8是本发明检测系统检测流程图。

图中，101.底座，102.定量条，103.拖动杆，104.压条，105.姿态控制板，106.箱体，201.样本放置槽，202.安装孔，203.卡槽，301.样本定量孔，302.滑动突出，303.拉动凸出，402.卡孔，403.定位凸起，404.定位凸起，501.安装孔，601.弯折滑槽，602.直滑槽，603.直滑槽，701.开口。

具体实施方式

下面结合附图对本发明系统的每个部件以及各个部件之间的连接固定方式和整个系统检测流程进行详细说明。

本发明压条以迪瑞H12-800MA型号的尿液分析试纸条的规格作为标准，保证试纸条被装置卡住而不发生松动和掉落，并且保证试纸条上面的每一个试纸垫之间的独立性，即一个试纸垫上面的样品不会渗透到另一个试纸垫上而互相干扰影响检测结果。

前段凹槽是尿液样本的存放区，需要把样本放置在前段凹槽后来进行后续的操作。这个部分保证一定的密封性和与尿液试纸的隔离性。密封性是指尿液样品不能渗透到装置的外部给操作者造成一定的困扰；与尿液试纸的隔离性是指尿液样品在与试纸接触之前，与试纸是完全隔离的，不能让样品提前接触到试纸而给测量结果带来误差。

定量条，精确控制尿液样本滴加在尿液分析试纸条上每一个试纸垫上的体积。是本发明检测系统实现定量检测的核心部件，即保证每一次滴加在试纸垫上的体积是一定的，并且这个体积的大小是合适的(这个体积的具体值是前期经过实验测量获得)。

定量条将已经控制好体积的尿液样本输送到尿液试纸条。定量条是本发明系统实现定时检测的核心装置，保证定量之后的样品和尿液试纸条的每一个试纸垫的充分接触，并且设置了标志位，当标志位到达预期的位置，表示尿液与试纸条发生接触，即反应开始。

由于检测结果是通过对比尿液样品与尿液分析试纸接触反应之后的颜色和标准比色卡的颜色得出。颜色是影响检测结果的关键信息。而在不同的环境光照下，相机拍摄出来的图像颜色会有不同程度的失真。因此需要确保相机拍摄环境的一致性，减少由于外界光照而对相机成像质量带来的影响。

图像采集使用传统的智能手机的闪光灯和相机，该部件获取到经过反应之后的尿液分析试纸的数字图像以待后续的处理。

智能手机软件是本发明系统的软件部分，包含智能手机用户交互界面、打开闪光灯和相机、调用图像处理算法、用户管理、显示检测结果和用户检测记录等功能。

本发明的硬件模型如图1-图7所示，其中图1是总装置图，图2是装置底座，图3-图6都固定在底座上面，201区域是样本放置槽；图3是定量条，301区域是样本定量孔，每一个定量孔大小一样，被分配在各个定量孔里面的尿液样本的体积是一定且相同的；图4是拖动杆，拉动401区域，由图3和图4的组合体会沿着图2的向下方向移动，拖动杆和底座之间设置了标志位，当拉动拖动杆，使得拖动杆上的标志和底座的标志重合的时候，代表反应开始。图5是固定尿液试纸的压条，502区域的每一个凹槽固定尿液分析试纸的一个试纸垫，每个试纸垫之间是独立不相干的；图6为姿态控制板，图3和图4的组合体固定在此板上；图7是箱体结构，由5个面构成立方体，智能手机通过701区域向下获取经过反应之后的尿液分析试纸条的数字图像。

各个部件的详细尺寸如下：图2所示的底座，长、宽、高各为110mm、70mm、20mm；图3所示的定量条的长为100mm，定量条上面的每一个定量孔均为矩形孔，其长、宽、高分别为5mm、1mm、4mm，其体积为20mm³；图4所示的拖动杆的长为9mm，卡孔半径为1.1mm，拉动凸起是半径为0.75mm的圆柱；图5所示的压条的厚度为3mm，宽为11mm，其中，固定试纸条上每一个试纸垫的缺口长为5mm，宽为3.5mm；图6所示的姿态控制板的厚度为2mm，长为60mm，各个滑槽的宽度为2.2mm；图7构成一个立方体外壳，外壳的长、宽、高各为166mm、81mm、128mm，壁厚为3mm。

各个部件之间的连接和固定方式如下：图3的303区域与图4的402区域连接；图3的302区域与图6的601区域连接；图4的403和404区域分别与图6的602和603区域连接；图5由螺丝通过501区域与图2的202区域固定；图6固定在图2的203区域。

本发明系统的检测流程如图8所示，具的体检测流程如下：

步骤1：将尿液分析试纸条固定在底座的压条上；使每一个试纸垫嵌入压条的方格中。

步骤2：取适量尿液样本滴加在图2底座的201区域，这个时候尿液会浸入定量条的定量孔中，并且样本此时还没有和试纸发生接触；

步骤3：然将整个底座放入箱体中，开启智能手机软件，智能手机会相隔一定的时间截取一张图像；

步骤4：通过拉动拖动杆，让浸满了样本的定量条升起，然后和固定在底座上的尿液分析试纸接触；

步骤5：调用相应的算法，分析拍摄所得图像，得出检测结果；

步骤6：将检测结果记录并且显示在智能手机软件上。

Claims (5)

1.一种基于机器视觉的尿液试纸条定量检测系统，该系统包括：箱体、底座、定量条、拖动杆、压条、姿态控制板，其中箱体为正上方带有开口的方形箱体，其余部件设置于箱体内；底座设置于箱体底部，为中间带凹槽的方形结构，该凹槽包括前段和后段，前段凹槽为样本存放区，后段凹槽用于放置定量条、拖动杆、压条、姿态控制板，前段凹槽比后段凹槽深；所述凹槽的两侧设置有用于放置姿态控制板的卡槽，凹槽的两侧各设置一块姿态控制板；姿态控制板为L形片状结构，L形片状结构的短边朝下位于前段凹槽内，长边位于后段凹槽内，L形片状结构的长边内并行相错设置有两条直滑槽，L形片状结构的弯折处设置有平滑的弯折滑槽；后段凹槽内靠近与前段凹槽分割处的位置设置压条，压条用于将多片试纸单独的并排固定住；所述定量条包括：并列设置有多个样本定量孔的直条，该直条两端顺直条轴向向外各设置有一个滑动凸出，直条两端垂直于直条向外各设置有一个拉杆，拉杆的末端顺直条轴向方向向外设置有拉动凸出，所述定量条两端的滑动凸出分别设置于后段凹槽两侧姿态控制板的弯折滑槽内；所述拖动杆包括：用于施力的直杆，直杆两端垂直于直杆向外各设置一个功能杆，功能杆末端设置有卡孔，功能杆上顺直杆方向向外错位设置有两个定位凸起；定量条的拉动凸出设置于拖动杆的卡孔内，拖动杆中功能杆的两个定位凸起分别置于姿态控制板中对应的两个直滑槽内；等到试纸反应完毕后，通过手机开闪光灯从箱体正上方的开口处拍摄所有的试纸颜色，通过分析试纸颜色得出测试结论。

2.如权利要求1所述的一种基于机器视觉的尿液试纸条定量检测系统，其特征在于箱体内还设置有颜色标定板。

3.如权利要求1所述的一种基于机器视觉的尿液试纸条定量检测系统，其特征在于所述压条和姿态控制板都采用螺丝固定在底座内。

4.如权利要求1所述的一种基于机器视觉的尿液试纸条定量检测系统，其特征在于所述定量条中的样本定量孔的结构为方格状的通孔。

5.一种用于权利要求1所述的基于机器视觉的尿液试纸条定量检测系统的测试方法，该方法包括：

步骤1：在装置中依次放置已知颜色的色块，使用手机开闪光拍摄获取到这些色块的数字图像；

步骤2：对获取到的图像进行裁剪，得到色块的图像；

步骤3：使用颜色空间转换，得到色块图像的颜色信息；

步骤4：将得到的色块图像颜色信息和实际色块的颜色信息对比，得出图像颜色信息和真实颜色信息之间的转换矩阵；

步骤5：拍摄标准比色卡图像，并且利用上述步骤得到的转换矩阵，得到经过校正之后的标准比色卡的颜色信息；

步骤6：拍摄经过反应后的尿液试纸的图像，并且利用上述步骤得到的转换矩阵，校正反应后的尿液试纸的颜色信息；

步骤7：将经过校正之后得到的尿液试纸的颜色信息和标准比色卡的颜色信息对比之后得出检测结果；

其中，所述步骤6的具体步骤为：

步骤6.1：判断拍摄的图像中尿液试纸的标志位是否到达预期位置，如果达到进行后续步骤，未达到放弃该试纸的检测判断；

步骤6.2：利用转换矩阵对尿液分析试纸进行颜色校正；

步骤6.3：利用颜色识别算法得到试纸的颜色信息。

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