CN112666095A - 一种基于色标传感器的尿液成分分析装置 - Google Patents

一种基于色标传感器的尿液成分分析装置 Download PDF

Info

Publication number
CN112666095A
CN112666095A CN202011589034.0A CN202011589034A CN112666095A CN 112666095 A CN112666095 A CN 112666095A CN 202011589034 A CN202011589034 A CN 202011589034A CN 112666095 A CN112666095 A CN 112666095A
Authority
CN
China
Prior art keywords
color
urine
sensor
analysis device
light
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202011589034.0A
Other languages
English (en)
Other versions
CN112666095B (zh
Inventor
严荣国
邵泓燃
张瀚文
王佳晖
叶君军
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
University of Shanghai for Science and Technology
Original Assignee
University of Shanghai for Science and Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by University of Shanghai for Science and Technology filed Critical University of Shanghai for Science and Technology
Priority to CN202011589034.0A priority Critical patent/CN112666095B/zh
Publication of CN112666095A publication Critical patent/CN112666095A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN112666095B publication Critical patent/CN112666095B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Investigating Or Analysing Biological Materials (AREA)

Abstract

本发明提供一种基于色标传感器的尿液成分分析装置，属于医疗器械技术领域。本发明的分析装置包括色标传感器、步进电机、丝杠螺母机构、微处理器、上位机。因为设置有色标传感器，通过步进电机、丝杠螺母机构，使色标传感器对尿液试纸条中的色块进行多次测定灰度值，并将灰度值传输至微处理器、上位机，上位机再将多组灰度值进行相应处理后，输出检测结果。所以，本发明涉及的基于色标传感器的尿液成分分析装置可以对尿液试纸条中的微小色块进行识别，同时基于色标传感器，通过多次测量灰度值，减小了实验误差，从而更加精准地分析尿液中各成分的含量，判断病患的身体状况。

Description

一种基于色标传感器的尿液成分分析装置
技术领域
本发明涉及医疗器械技术领域，具体涉及一种基于色标传感器的尿液成分分析装置。
背景技术
随着现代人生活节奏的加快，许多人的身体由于熬夜，加班或者生活作息不规律导致人的肺、肾、皮肤和膀胱出现问题。这些问题都会影响到尿液的外观、尿液中物质的浓度和含量。由此，人们会选择便携式尿液试纸条来检测自己身体的状态。
但是现有技术中，由于人为操作因素和试纸条的使用不当，导致检测结果出现误差，同时现有技术中的TCS230颜色传感器无法检测到小于5mm的颜色色块，因此无法精准有效地判断病患身体的状态。
发明内容
本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种基于色标传感器的尿液成分分析装置。
本发明提供了一种基于色标传感器的尿液成分分析装置，用于检测尿液试纸条中的微小色块，从而对尿液成分进行分析，具有这样的特征，包括：色标传感器，用于对尿液试纸条中的微小色块进行检测，并进行处理后生成第一信号；微处理器，与色标传感器电连接，用于接收第一信号并进行处理后生成第二信号；以及上位机，与微处理器电连接，用于接收第二信号并进行处理，输出检测结果，其中，色标传感器包括：光纤放大器，包括光源、发射光纤及接收光纤，光源用于发射光线；聚光镜，用于汇聚发射光线；以及滤光镜，用于供聚光镜汇聚的发射光线透过，并照射到尿液试纸条中的微小色块上，形成反射光线，反射光线依次通过滤光镜、聚光镜、接收光纤后在光纤放大器中放大、处理，生成第一信号。
在本发明提供的的基于色标传感器的尿液成分分析装置中，还具有这样的特征，还包括：载物台，用于放置尿液试纸条。
在本发明提供的的基于色标传感器的尿液成分分析装置中，还具有这样的特征，还包括：步进电机，用于驱动载物台进行移动；以及丝杠，通过花键与步进电机连接，用于推动尿液试纸条进行移动。
在本发明提供的的基于色标传感器的尿液成分分析装置中，还具有这样的特征：其中，光源为发光二极管。
在本发明提供的的基于色标传感器的尿液成分分析装置中，还具有这样的特征：其中，发光二极管利用红、绿、蓝三基色作为光源。
在本发明提供的的基于色标传感器的尿液成分分析装置中，还具有这样的特征，还包括：通信模块，用于连接微处理器与上位机，并将第二信号传输至上位机。
在本发明提供的的基于色标传感器的尿液成分分析装置中，还具有这样的特征：其中，通信模块为RS-232串口。
发明的作用与效果
根据本发明所涉及的基于色标传感器的尿液成分分析装置，因为色标传感器与微处理、上位机电性连接，其中，色标传感器包括光纤放大器、光源、发射光纤、聚光镜、滤光片、接收光纤，光源发出的光线通过发射光纤传输至聚光镜，聚光镜将光线进行汇聚后透过滤光片并照射到尿液试纸条的色块上，形成反射光线，反射光线再通过滤光片、聚光镜、接收光纤到达光纤放大器，在光纤放大器中进行放大，并将测得的灰度值传输至上位机，上位机将灰度值转化为RGB值后，与标准色进行比对，获得病患尿样中每个成分的含量并输出检测结果。所以，本发明涉及的基于色标传感器的尿液成分分析装置可以对尿液试纸条中的微小色块进行识别，同时基于色标传感器，通过多次测量灰度值，减小了实验误差，从而更加精准地分析尿液中各成分的含量，判断病患的身体状况。
附图说明
图1是本发明的实施例中基于色标传感器的尿液成分分析装置的整体示意图；以及
图2是本发明的实施例中尿液试纸条颜色识别系统的框架图；
图3为本发明的实施例中灰度值与RGB值的线性关系图；以及
图4为本发明的实施例中残差分析图。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，以下结合实施例及附图对本发明作具体阐述。
<实施例>
图1是本实施例中基于色标传感器的尿液成分分析装置的整体示意图。
如图1所示，本实施例中的基于色标传感器的尿液成分分析装置10包括载物台12、步进电机13、丝杠螺母机构14、色标传感器15、微处理器16、串口模块17、上位机18以及电源模块19。本实施例提供的基于色标传感器的尿液成分分析装置用于检测尿液试纸条11上的微小色块。
尿液试纸条11呈条状，上面设置有多个色块(图中未示出)，用于蘸取病患的尿液，从而供色标传感器15进行检测获得灰度值。
载物台12用于放置尿液试纸条11。
弹簧夹(图中未示出)安装在载物台12上，用于固定尿液试纸条11。
图2是本实施例中尿液试纸条11颜色识别系统的框架图。
如图2所示，步进电机13内部通过花键(图中未示出)连接有丝杠螺母机构14，并与微处理器16电性连接。微处理器16控制步进电机13驱动丝杠螺母机构14进行转动，丝杠螺母机构14推动尿液试纸条11移动。步进电机13往复运动，使尿液试纸条11进行来回移动，从而使色标传感器15对尿液试纸条11上的每个色块进行多次检测。
色标传感器15用于对尿液试纸条11中的每个色块进行检测，并测量灰度值，包括光纤放大器151、发射口152、发射光纤153、聚光器154、聚光镜155、滤光片156、接收口157以及接收光纤158。
光纤放大器151内设置有发光二极管(图中未示出)。
发光二极管(图中未示出)利用红、绿、蓝三基色作为光源，用于发出光线。
发射口152设置在光纤放大器151的底端，用于供发光二极管发出的光线通过。
发射光纤153呈束状，与发射口152连接，用于传输发光二极管发出的光线。
聚光镜155安装在聚光器154内，与发射光纤153螺纹连接，用于将发射光纤153传输的光线进行汇聚，从而防止经过发射光纤153传输的光线投影至尿液试纸条11上时，光线大量发散无法完全投射至尿液试纸条11上，导致其反射的光强度不够，无法被光纤放大器151识别。
滤光片156用于过滤聚光镜155汇聚的光线中与滤光片156不同的波长，从而使光线中与滤光片156相同波长的光线通过。在本实施例中，滤光片156可供蓝光或红光通过。蓝光透过滤光片156后，测定灰度值，然后更换可供红光透过的滤光片156，再测定灰度值。
接收光纤158呈束状，与聚光镜155螺纹连接。发光二极管(图中未示出)发出的光线经过聚光镜155汇聚后，透过滤光片156照射到尿液试纸条11的色块上，尿液试纸条11的色块反射滤光片156透过的光线，形成反射光线，反射光线依次通过滤光片156、聚光镜155后，再经接收光纤158进行传输。在本实施例中，光源发出的光线垂直照射到尿液试纸条11的色块上，尿液试纸条11的色块反射光源发出的光线后，反射光线沿垂直方向反射到光纤放大器151内，进行放大、处理。
接收口157设置在光纤放大器151的底端，并靠近发射光纤153设置，用于供接收光纤158传输的反射光线通过。
微处理器16为单片机，与色标传感器15电性连接，用于接收色标传感器15测得的多组灰度值。
串口模块17为RS-232串口，用于将微处理器16接收的多组灰度值传输至上位机18。
上位机18将接收到的多组灰度值取平均值后，将灰度值转换为RGB值，通过CIEDE2000色差公式将所测得的颜色与色标卡测得的标准色进行比对，获得病患尿样中每个成分的含量并输出检测结果。
电源模块19与色标传感器15、微处理器16、串口模块17电性连接，用于供电。
本实施例中的基于色标传感器的尿液成分分析装置的操作步骤如下：
步骤1，将尿液试纸条11蘸取待检测尿液，并通过弹簧夹(图中未示出)固定在载物台12上，打开上位机18的开关(图中未示出)开始检测；
步骤2，在载物台12上放置好色标传感器15，检测尿液试纸条11在红色滤光片、蓝色滤光片下的灰度值；
步骤3，通过步进电机13的往复运动，从而驱动试纸条进行来回移动，使两个色标传感器15分别对红色滤光片和蓝色滤光片下的灰度值进行多次(一般进行三次)检测，并将测得的多组灰度值通过单片机传输给上位机18；
步骤4，上位机18将接收到的多组灰度值取平均值并转化为RGB值；
步骤5，通过CIEDE2000色差公式将所测得的颜色与色标卡测得的标准色进行比对，获得病患尿样中每个成分的含量并输出检测结果。
在本实施例中，通过粒子群算法拟合出灰度值与RGB值的线性关系：RGB＝a*Gray+b其中a＝1.0384，b＝-777.8604，Gray为灰度值。
图3为灰度值与RGB值的线性关系图。
在图3中,横坐标为灰度值，纵坐标为灰度值对应的RGB值，直线为拟合直线。
图4为残差分析图。
在图4中。横坐标为自变量，纵坐标为残差。
色差公式的计算过程如下：
在CIELab颜色空间中使用L*、a*和b*坐标轴定义CIE颜色空间。其中，L值代表光亮度，a和b代表色度坐标，a代表红_绿轴，b代表黄_蓝轴。
从RGB颜色空间到CIELab颜色空间的转换先转换到CIE1931XYZ颜色空间，计算出三基色的刺激值X、Y、Z。此变换是一个线性变换，通过一个3*3的矩阵实现，如公式(1)所示：
Figure BDA0002868274760000081
得到三基色的刺激值X、Y、Z后，可以按下列公式(2)计算出L*、a*和b*的值，
Figure BDA0002868274760000082
Figure BDA0002868274760000083
Xn、Yn和Zn是CIE标准光源的坐标，是三刺激值，公式(2)中的Xn＝95.046，Yn＝100.000，Zn＝108.575。
CIEDE2000色差公式：
Figure BDA0002868274760000084
式(4)中的计算过程及各参数的意义如下：
(1)在CIELab颜色空间中计算L*、a*、b*、
Figure BDA0002868274760000085
和
Figure BDA0002868274760000086
的值。其中，L*、a*、b*由式(2)求得，而心理彩度
Figure BDA0002868274760000087
和心理色相角
Figure BDA0002868274760000088
由公式(5)得到：
Figure BDA0002868274760000091
(2)由公式(6)计算a'、C'ab和h'ab的值：
Figure BDA0002868274760000092
式(6)中，
Figure BDA0002868274760000093
表示CIELab颜色空间的a*轴的调整因子。
Figure BDA0002868274760000094
是样品色
Figure BDA0002868274760000095
的算数平均数。
(3)由公式(7)计算明度差ΔL'、彩度差ΔC'ab及色相差ΔH'ab：
Figure BDA0002868274760000096
式(7)中，下标s表示样本色，b表示标准色。
(4)由公式(8)、(9)、(10)计算权重系数SL、SC、SH、RT以及RC：
Figure BDA0002868274760000097
式中，
Figure BDA0002868274760000101
其中，
Figure BDA0002868274760000102
Figure BDA0002868274760000103
Figure BDA0002868274760000104
表示各自的算数平均值。
RT＝-sin(2Δθ)×RC (9)
其中，
Figure BDA0002868274760000105
它是由色调决定的旋转角。
Figure BDA0002868274760000106
RC是根据彩度变化的旋转幅度。
(5)选择合适的校正系数KL、KC、KH。本实施例的观测条件符合CIE给定的标准条件，因此KL＝KC＝KH＝1。
(6)用CIEDE2000色差公式计算色差
Figure BDA0002868274760000107
实施例的作用与效果
根据本实施例所涉及的基于色标传感器的尿液成分分析装置，因为色标传感器与微处理、上位机电性连接，其中，色标传感器包括光纤放大器、光源、发射光纤、聚光镜、滤光片、接收光纤，光源发出的光线通过发射光纤传输至聚光镜，聚光镜将光线进行汇聚后透过滤光片并照射到尿液试纸条的色块上，形成反射光线，反射光线再通过滤光片、聚光镜、接收光纤到达光纤放大器，在光纤放大器中进行放大，并将测得的灰度值传输至上位机，上位机将灰度值转化为RGB值后，与标准色进行比对，进而获得病患尿样中每个成分的含量。所以，本实施例的涉及的基于色标传感器的尿液成分分析装置可以对尿液试纸条中的微小色块进行识别，同时基于色标传感器，通过多次测量灰度值，减小了实验误差，从而更加精准地分析尿液中各成分的含量，判断病患的身体状况。
上述实施方式为本发明的优选案例，并不用来限制本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种基于色标传感器的尿液成分分析装置，用于检测尿液试纸条中的微小色块，从而对尿液成分进行分析，其特征在于，包括：
色标传感器，用于对所述尿液试纸条中的微小色块进行检测，并进行处理后生成第一信号；
微处理器，与所述色标传感器电连接，用于接收所述第一信号并进行处理后生成第二信号；以及
上位机，与所述微处理器电连接，用于接收所述第二信号并进行处理，输出检测结果，
其中，所述色标传感器包括：
光纤放大器，包括光源、发射光纤及接收光纤，所述光源用于发射光线；
聚光镜，用于汇聚所述发射光线；以及
滤光镜，用于供所述聚光镜汇聚的所述发射光线透过，并照射到所述尿液试纸条中的微小色块上，形成反射光线，所述反射光线依次通过所述滤光镜、所述聚光镜、所述接收光纤后在所述光纤放大器中放大、处理，生成第一信号。
2.根据权利要求1所述的基于色标传感器的尿液成分分析装置，其特征在于，还包括：
载物台，用于放置所述尿液试纸条。
3.根据权利要求1所述的基于色标传感器的尿液成分分析装置，其特征在于，还包括：
步进电机，用于驱动所述载物台进行移动；以及
丝杠，通过花键与所述步进电机连接，用于推动所述尿液试纸条进行移动。
4.根据权利要求1所述的基于色标传感器的尿液成分分析装置，其特征在于：
其中，所述光源为发光二极管。
5.根据权利要求4所述的基于色标传感器的尿液成分分析装置，其特征在于：
其中，所述发光二极管利用红、绿、蓝三基色作为光源。
6.根据权利要求1所述的基于色标传感器的尿液成分分析装置，其特征在于，还包括：
通信模块，用于连接所述微处理器与所述上位机，并将所述第二信号传输至所述上位机。
7.根据权利要求6所述的基于色标传感器的尿液成分分析装置，其特征在于：
其中，所述通信模块为RS-232串口。
CN202011589034.0A 2020-12-29 2020-12-29 一种基于色标传感器的尿液成分分析装置 Active CN112666095B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011589034.0A CN112666095B (zh) 2020-12-29 2020-12-29 一种基于色标传感器的尿液成分分析装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011589034.0A CN112666095B (zh) 2020-12-29 2020-12-29 一种基于色标传感器的尿液成分分析装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN112666095A true CN112666095A (zh) 2021-04-16
CN112666095B CN112666095B (zh) 2023-04-21

Family

ID=75411682

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202011589034.0A Active CN112666095B (zh) 2020-12-29 2020-12-29 一种基于色标传感器的尿液成分分析装置

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112666095B (zh)

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003324619A (ja) * 2002-05-01 2003-11-14 Canon Inc 画像処理装置及びその制御方法
JP2004349936A (ja) * 2003-05-21 2004-12-09 Toshiba Corp 画像認識方法及びその装置
CN101380489A (zh) * 2008-09-24 2009-03-11 上海大学 自动血液分离机
CN202048987U (zh) * 2011-04-12 2011-11-23 重庆医科大学 基于光纤束的尿液分析仪的颜色采集器
CN203231968U (zh) * 2013-05-24 2013-10-09 南开大学 光纤式小体积金标免疫层析试纸检测仪
CN205192953U (zh) * 2015-12-15 2016-04-27 重庆理工大学 基于光纤的尿液干化分析装置
CN205246547U (zh) * 2015-12-30 2016-05-18 四川医科大学 基于颜色传感器的尿液分析检测系统
CN108982191A (zh) * 2018-10-19 2018-12-11 医芯（厦门）科技有限公司 磁力检测笔、磁力笔用检测平台及检测方法
CN109142346A (zh) * 2018-10-19 2019-01-04 医芯（厦门）科技有限公司 生物检测液检测装置及其检测方法

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003324619A (ja) * 2002-05-01 2003-11-14 Canon Inc 画像処理装置及びその制御方法
JP2004349936A (ja) * 2003-05-21 2004-12-09 Toshiba Corp 画像認識方法及びその装置
CN101380489A (zh) * 2008-09-24 2009-03-11 上海大学 自动血液分离机
CN202048987U (zh) * 2011-04-12 2011-11-23 重庆医科大学 基于光纤束的尿液分析仪的颜色采集器
CN203231968U (zh) * 2013-05-24 2013-10-09 南开大学 光纤式小体积金标免疫层析试纸检测仪
CN205192953U (zh) * 2015-12-15 2016-04-27 重庆理工大学 基于光纤的尿液干化分析装置
CN205246547U (zh) * 2015-12-30 2016-05-18 四川医科大学 基于颜色传感器的尿液分析检测系统
CN108982191A (zh) * 2018-10-19 2018-12-11 医芯（厦门）科技有限公司 磁力检测笔、磁力笔用检测平台及检测方法
CN109142346A (zh) * 2018-10-19 2019-01-04 医芯（厦门）科技有限公司 生物检测液检测装置及其检测方法

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
李南;邵忠一;孟志常;: "软管机中利用色标传感器定位误差分析及改进方法" *
杨永才 等: "《光电信息技术》", 30 April 2009, 东华大学出版社 *
魏若凡等: "基于RGB颜色识别的尿液成分分析", 《电子测量技术》 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN112666095B (zh) 2023-04-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20180120162A1 (en) Method for performing color measurement using standard light source color matching observation box
TWI242638B (en) Color and intensity measuring module for test of light emitting components by automated test equipment
US7466417B2 (en) Process for the colour measurement of printed samples including brighteners
CN202814866U (zh) 用于生化分析仪的色差评定系统
CN104792710B (zh) 一种物体光学特性测量装置
CN114739991B (zh) 一种尿干化学常规检测方法及检测装置
CN112666095A (zh) 一种基于色标传感器的尿液成分分析装置
CN108801957B (zh) 一种基于光学方法的生化物质检测仪器及其校准方法
CN112684313B (zh) 一种led发光性能的自动化测试装置和方法
CN103411679B (zh) 一种色度光检测系统及光检测方法
CN202710183U (zh) 一种物体色度测量系统
CN202119706U (zh) 便携式血液颜色测量仪
JP6555276B2 (ja) 刺激値直読型の測色測光計
Schmitter et al. Interexaminer reliability in the clinical measurement of L* C* h* values using a laminar spectrophotometer.
TWI356289B (en) Device and method for providing dynamic light stan
WO2009013718A2 (en) Methods and apparatus for tristimulus colorimetry
CN205748642U (zh) 一种颜色测量装置
KR100866346B1 (ko) 엘이디 모듈의 오류 판별장치
KR20170006073A (ko) Led 분광광도계를 이용한 농도 검출 장치
CN111024644A (zh) 一种基于单波长的水的pH值快速光学检测方法及装置
CN220552593U (zh) 一种标准光源检测系统
CN210541504U (zh) 一种检测皮肤白度的检测电路
CN207703709U (zh) 用于生物检测的试纸反应颜色数据获取装置
CN110646622B (zh) 一种基于hpv16型e7蛋白的免疫检测装置及使用方法
CN216132755U (zh) 一种用于粮食水分实时监测的扦样装置

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant