CN114235717A - 一种用于对光学传感器进行定量分析的通用光学检测系统 - Google Patents

Abstract

本发明适用于即时检测技术领域，公开了一种用于对光学传感器进行定量分析的通用光学(包括颜色、荧光等)检测系统，包括用于放置检测片材、比色卡的遮光盒部件和用于拍摄包含检测片材以及比色卡的目标图像后对显色区的颜色进行识别并输出检测值的移动终端，遮光盒部件内设置有照明部件，遮光盒部件的顶部设置有供移动终端的摄像头对准的成像窗口；遮光盒部件连接有转动杆，转动杆具有可以夹持于移动终端或吸附于移动终端的连接部，转动杆的转动连接于连接部。本发明所提供的一种用于对试纸或别的材质上的光学传感器表面进行定量分析的通用光学检测系统，该检测系统能和手机或别的照相机系统联用、检测准确度高，且便利、成本低、通用性佳。

Description

一种用于对光学传感器进行定量分析的通用光学检测系统

技术领域

本发明属于无创即时检测技术领域，尤其涉及一种用于对光学传感器进行定量分析的通用光学检测系统。

背景技术

随着即时检测(POCT)的巨大潜力和对其需求的日益增长，相应的检测平台吸引了学术界和实践领域的极大兴趣。由于早期技术发展水平的限制和对性能的较高要求，传统探测设备往往价格昂贵、操作复杂、移动困难。由于POCT对快速、简单、准确和低成本的要求，迫切需要开发并不断升级和修改读取系统，实现现场检测，简化探测设备和操作。因此，各种规模、性能各异的快速检测平台应运而生，如比色法检测，荧光检测和磁信号检测等。随着智能手机的快速发展，使用手机对比色试纸和荧光试纸进行拍照和定量分析可以大大简化检测装置，实现方便，快捷，便宜，适用于医疗资源匮乏，偏远地区的使用。然而，现有手机附加拍摄装置大多针对特定手机和特定试纸，且不具有荧光检测功能。由于手机的闪光灯存在光线不均和位置各异的特点，亟待开发一种可适用于多种试纸检测并提供统一均匀光源的、能和手机或别的照相机系统联用的、准确的通用手机光学定量检测装置。

发明内容

本发明旨在至少解决上述技术问题之一，提供了一种用于对试纸或别的材质上的传感器表面进行定量分析的通用光学检测系统，该检测系统能和手机或别的照相机系统联用、能实现即时检测(POCT)，且具有快速、简单、准确和低成本等优点。

本发明的技术方案是：.一种用于对光学传感器界面进行定量分析的通用光学检测系统，包括用于放置检测片材、比色卡的遮光盒部件和用于拍摄包含检测片材以及比色卡的目标图像后对显色区的颜色进行识别并输出检测值的移动终端，所述遮光盒部件内设置有照明部件，所述遮光盒部件的顶部设置有供移动终端的摄像头对准的成像窗口；所述遮光盒部件连接有转动杆，所述转动杆具有可以夹持于移动终端或吸附于移动终端的连接部，所述转动杆的转动连接于所述连接部。

可选地，所述遮光盒部件的一侧设置有用于放入检测片材的开口，所述开口处设置有可活动封挡于所述开口的活动挡板。

可选地，所述遮光盒部件设置有用于调节检测片材及比色卡距离成像窗口距离的调节机构。

可选地，所述遮光盒部件内设置有凸透镜，所述照明部件环设于所述遮光盒部件内周。

可选地，所述遮光盒部件内设置有紫外灯。

本发明还提供了一种无创的通用光学检测系统，采用上述的一种用于对光学传感器进行定量分析的通用光学检测系统，对所述显色区的颜色进行识别并输出检测值的步骤包括：

所述移动终端拍摄包含检测片材以及比色卡的目标图像；所述移动终端识别目标图像中的显色区和色卡区；

所述移动终端提取显色区的第一像素值信息，以及色卡区的第二像素值信息；

所述移动终端根据第一像素值信息、第二像素值信息、比色卡的标准颜色信息、预设的浓度标准曲线以及统计学数据，确定与检测片材对应的浓度值；

所述移动终端提取所述显色区的第一像素值信息，以及所述色卡区的第二像素值信息的步骤，包括：

所述移动终端识别所述显色区的待检测区，提取每个所述待检测区的像素值，得到所述第一像素值信息；以及

所述移动终端识别所述色卡区的色条区，提取每个所述色条区的像素值，得到所述第二像素值信息。

可选地，所述移动终端基于所述第一像素值信息、所述第二像素值信息、所述比色卡的标准颜色信息以及预设的浓度标准曲线，确定所述检测片材对应的浓度值的步骤，包括：

所述移动终端获取所述第二像素值信息和所述标准颜色信息的色彩映射关系；

所述移动终端基于所述色彩映射关系对所述第一像素值信息进行像素值转换，得到第三像素值信息；

所述移动终端基于预设的浓度标准曲线和统计学数据对所述第三像素值信息进行分析，得到与所述检测片材对应的浓度值。

可选地，计算终端获取目标图像集，所述目标图像集中包含多张所述目标图像，每张所述目标图像由所述移动终端拍摄得到；

所述计算终端批量识别所述目标图像的显色区和色卡区；

所述计算终端批量提取所述目标图像的显色区的第一像素值信息以及色卡区的第二像素值信息；

所述计算终端基于所述第二像素值信息和所述标准颜色信息，批量对所述第一像素值信息进行像素值转换，得到多组第三像素值信息；

所述计算终端获取每组所述第三像素值信息的浓度值，并对所有的第三像素值信息和对应的浓度进行回归计算和统计学计算，得到所述浓度标准曲线和所述统计学数据。

本发明所提供的一种用于对光学传感器进行定量分析的通用光学检测系统，其能和手机或别的照相机系统联用、能实现即时检测(POCT)，且具有快速、简单、准确和低成本等优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的一种用于对光学传感器进行定量分析的通用光学检测系统中一种遮光盒部件的应用场景示意图；

图2是本发明实施例提供的一种用于对光学传感器进行定量分析的通用光学检测系统中一种遮光盒部件的应用场景示意图；

图3是本发明实施例提供的一种用于对光学传感器进行定量分析的通用光学检测系统中一种遮光盒部件的立体示意图；

图4是本发明实施例提供的一种用于对光学传感器进行定量分析的通用光学检测系统中一种遮光盒部件的立体切面示意图；

图5是本发明实施例提供的一种用于对光学传感器进行定量分析的通用光学检测系统中另一种遮光盒部件的立体分解示意图；

图6是本发明实施例提供的一种用于对光学传感器进行定量分析的通用光学检测系统的实现流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

需要说明的是，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是直接设置、连接，也可以通过居中元部件、居中结构间接设置、连接。

另外，本发明实施例中若有“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系的用语，其为基于附图所示的方位或位置关系或常规放置状态或使用状态，其仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的结构、特征、装置或元件必须具有特定的方位或位置关系、也不是必须以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在具体实施方式中所描述的各个具体技术特征和各实施例，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，例如通过不同的具体技术特征/实施例的组合可以形成不同的实施方式，为了避免不必要的重复，本发明中各个具体技术特征/实施例的各种可能的组合方式不再另行说明。

如图1至图4所示，本发明实施例提供的一种用于对光学传感器进行定量分析的通用光学检测系统，包括用于放置检测片材和比色卡的遮光盒部件200和用于对所述检测片材的显色区的颜色(包括荧光颜色)进行识别并输出检测值的移动终端990，所述遮光盒部件200内设置有照明部件，所述遮光盒部件200的顶部设置有供移动终端990的摄像头对准的成像窗口211，所述移动终端990拍摄包含检测片材以及比色卡的目标图像；检测片材作为光学传感器，其可为试纸或其它材质的检测材料，检测片材(即光学传感器)可以根据设定的反应变色或通过荧光而体现检测结果。

所述移动终端990识别目标图像中的显色区和色卡区；

所述移动终端990提取显色区的第一像素值信息，以及色卡区的第二像素值信息；

所述移动终端990根据第一像素值信息、第二像素值信息、比色卡的标准颜色信息、预设的浓度标准曲线以及统计学数据，确定与检测片材中显色区对应的浓度值，利于人群进行自检监测，可利用手机进行检测，检测准确度高，且便利。可适用于多种试纸检测，并提供统一均匀光源，可用作通用手机光学检测装置或别的照相机系统，可实现方便、快捷、便宜的即时检测(POCT)，具有快速、简单、准确和低成本等优点。

所述遮光盒部件200连接有转动杆310，所述转动杆310具有可以夹持于移动终端990或吸附于移动终端990的连接部320，所述转动杆310的两端也可分别转动连接于所述遮光盒部件200和所述连接部320，本实施例中，转动杆310的一端固定连接于遮光盒部件200的侧面。连接部320可以连接于移动终端990两侧合适位置，本实施例中，连接部320可为弹性夹。这样，可以很方便地调节遮光盒部件200与移动终端990的相对位置，使移动终端990的摄像头对准于成像窗口211，朝向于遮光盒部件200内的检测片材以及比色卡。检测片材、比色卡可以相邻设置。移动终端990可为手机或平板电脑。

作为一种可选实施方式，遮光盒部件200的结构可如下：所述遮光盒部件200的一侧设置有用于放入检测片材、比色卡的开口301，所述开口301处设置有可活动封挡于所述开口的活动挡板302,活动挡板302可采用推拉结构，其可以调节开口的大小，可以避免环境光进入遮光盒部件200内，从而利于提高检测可靠性。

具体地，所述遮光盒部件200设置有用于调节检测片材及比色卡距离成像窗口211距离的调节机构303。调节机构303可为可沿靠近或远离成像窗口211方向调节的调节板或调节杆，通过移动调节板或调节杆即可以调节检测片材及比色卡与移动终端990的摄像头之间的距离，以提高成像的效果。

具体地，所述遮光盒部件200内设置有凸透镜或滤光片，实现颜色和荧光的检测，遮光盒部件200内可以设置透镜安装槽331，凸透镜或滤光片的边缘可以设置于透镜安装槽331内。

具体地，所述照明部件环设于所述遮光盒部件200内周,遮光盒部件200内周可以设置有灯槽332，灯槽332环遮光盒部件200内周设置有一圈，照明部件可为LED灯带并贴于灯槽内，透镜安装槽331位于成像窗口211与灯槽332之间。

具体地，所述遮光盒部件200内设置有紫外灯(UV灯)，检测片材可为荧光试纸。

这样，移动终端990可为智能手机，照明部件可为LED灯，LED灯用于比色卡的照明；紫外灯用于检测片材(荧光试纸)的照明；LED灯和紫外灯可使用USB接电接口，可直接使用充电宝或具有反向供电功能的手机进行供电，或者，也可以采用内置电池供电；凸透镜可以缩短相机焦距以减小检测装置的体积；遮光盒部件200的开口大小可进行调节以适应不同尺寸的试纸盒(检测片材)并将其固定；连接部320作为可伸缩基座可固定于不同大小的手机；遮光箱部件与连接部320通过可转动杆310相连，可转动杆310转动。因此遮光箱可被移动于任何摄像头的位置。完成拍摄后，将图片导入颜色分析程序可实现对分析物的定量分析。本系统适用于多种试纸的检测，适合大范围推广应用。

本实施例中，作为其中另一种可选实施方式，如图5所示，遮光盒部件200的结构可如下：所述遮光盒部件200包括盒体210、盖体220和可以用于承托检测片材和比色卡的底部抽屉构件230，所述盒体210的一侧设置有开口211，所述底部抽屉构件230设置于所述开口211处，底部抽屉构件230可以抽出以取放检测片材和比色卡，所述盖体220盖于所述盒体210的上端，所述盖体220具有所述成像窗口211。所述照明部件240连接有电源模块(图中未示出)，电源模块可以通过线缆连接于照明部件240，这样，可以在统一光线环境下对显色后的即时检测装置进行成像识别，其识别精度高，判断浓度值更精准，可靠性高。遮光盒部件200内可以设置光线传感器，移动终端990的摄像头成像前且照明部件240未启动时，光线传感器先启动对遮光盒部件200内的光线进行检测，若光线传感器感应的亮度值高于设定值，说明遮光盒部件200漏光，可以通过喇叭或指示灯提示操作人员。具体应用中，可以在遮光盒部件200的上表面设置有NFC芯片，移动终端990可以内置有NFC器件，NFC芯片与NFC器件靠近时，通过设定的数据交换，可以使移动终端990自动下载数据及启动相应的程序，操作更便利。当值，也可以采用用户手动进行操作的方式。盖体220可以设置有对应的程序下载二维码等。

具体地，遮光盒部件200内侧设置有黑色涂层或贴附层，遮光效果佳。

具体地，利用移动终端990的移动终端对显色区102的显色结果进行成像，并对成像进行处理识别，识别显色强度(根据颜色深浅)，以根据预设的对应关系判断浓度值。具体应用中，移动终端可为智能终端，例如智能手机，也可为专门配套的成像识别分析装置。所述移动终端可为移动终端990(例如手机等具有拍照功能、程序运行功能及无线通讯功能的设备等)。

具体地，所述盒体210的内侧设置朝向于所述底部抽屉构件230的斜面，所述照明部件240安装于所述斜面且朝向于所述底部抽屉构件230，斜面可以设置于盒体210的两相对内侧或四侧壁。具体地，所述照明部件240可为LED发光件，所述照明部件240连接于电源模块；所述电源模块为可安装电池的电池盒，电源模块也可为直流供电模块。

本发明实施例中，对所述显色区的颜色进行识别并输出检测值的步骤包括：

测量结束后对试纸进行手机拍照，手机软件将图片导入分析，由软件预设的回归曲线对检测结果进行量化。为了避免颜色干扰，与传统的检测种单纯比较颜色强度不同的是，分析软件将照片转换成RGB数据，移除其它颜色干扰，对特定的目标颜色(蓝色)进行分析，从而最大程度优化对比度。

具体应用中，上述对图像进行处理识别并根据处理识别结果对照预设输出对应的浓度值，可以包括以下步骤：

图6示出了本发明实施例提供的实现流程，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分，详述如下：

在步骤S101中，移动终端990拍摄包含检测片材以及比色卡的目标图像。

在本发明实施例中，比色卡和检测片材被置于黑盒子底部，且互不遮挡，待移动终端990固定好后，对比色卡和检测片材进行拍照，得到一张目标图像。所述比色卡包含多个色条，该多个色条可以多个灰度值不同的灰度条，也可以多个颜色变化比较强烈的彩色条，还可以是多个颜色变化比较强烈的荧光色条，具体可根据实际需要确定，以满足实际检测要求。

在步骤S102中，所述移动终端990识别所述目标图像中的显色区和色卡区。

在本发明实施例中，可采用图像匹配等目标识别算法识别目标图像中的显色区和色卡区。

在步骤S103中，所述移动终端990提取所述显色区的第一像素值信息，以及所述色卡区的第二像素值信息。

在本发明实施例中，考虑到检测片材中可能包含多个待检测区，优选地，

所述移动终端990识别所述显色区的待检测区，提取每个所述待检测区的像素值，得到所述第一像素值信息，以保证像素信息提取的全面性。在提取每个所述待检测区的像素值时，可提取每个所述待检测区的中心区域像素值，以保证提取精度。

为了保证对色卡区中特征信息提取的全面性，需要对每个色条区进行像素提取，从而优选地，所述移动终端990识别所述色卡区的色条区，提取每个所述色条区的像素值，得到所述第二像素值信息。具体地，可采用二值法确定上述的色条区。进一步地，在提取每个所述色条区的像素值，同样可提取每个所述待检测区的中心区域像素值，以保证提取精度。

在步骤S104中，所述移动终端990根据所述第一像素值信息、所述第二像素值信息、所述比色卡的标准颜色信息、预设的浓度标准曲线以及统计学数据，确定与所述检测片材对应的浓度值。

在本发明实施例中，在确定上述浓度值时，为减少移动终端990偏色的影响，优选地，所述移动终端990获取所述第二像素值信息和所述标准颜色信息的色彩映射关系，基于所述色彩映射关系对所述第一像素值信息进行像素值转换，得到第三像素值信息，基于预设的浓度标准曲线和统计学数据对所述第三像素值信息进行分析，得到与所述检测片材对应的浓度值，从而保证了检测精度。

上述的浓度标准曲线和统计学数据可基于数据分析得到，优选地，计算终端获取目标图像集，所述目标图像集中包含多张上述的目标图像，每张所述目标图像由移动终端990拍摄得到，之后，所述计算终端批量识别所述目标图像的显色区和色卡区，并批量提取所述目标图像的显色区的第一像素值信息以及色卡区的第二像素值信息，基于所述第二像素值信息和所述标准颜色信息，批量对所述第一像素值信息进行像素值转换，得到多组第三像素值信息，最后，所述计算终端获取每组所述第三像素值信息的浓度值，并对所有的第三像素值信息和对应的浓度进行回归计算和统计学计算，得到所述浓度标准曲线和所述统计学数据，从而通过批量处理多张目标图片获得上述浓度标准曲线和统计学数据。

在这里需要指出的是，由于在相同拍摄环境下，同一移动终端990拍摄的照片通常具有相同的色差，因此，可直接提取任一显色区的第一像素值信息，基于该第一像素值信息和标准颜色信息获取二者的色彩映射关系，基于该色彩映射关系批量对所述第一像素值信息进行像素值转换。

在本发明实施例中，移动终端990拍摄包含检测片材以及比色卡的目标图像，识别所述目标图像中的显色区和色卡区，提取所述显色区的第一像素值信息，以及所述色卡区的第二像素值信息，根据所述第一像素值信息、所述第二像素值信息、所述比色卡的标准颜色信息、预设的浓度标准曲线以及统计学数据，确定与所述检测片材对应的浓度值，从而提高了样本浓度检测了便捷性，并保证了检测精度。

本发明实施例所提供的一种用于对光学传感器进行定量分析的通用光学检测系统，其检测片材100采用微流控纸基芯片结构设计，利用MatLab数据分析，可通过手机智能检测系统，具有超高的灵敏度，可以用于即时检测(POCT)，具有快速、简单、准确和低成本等优点，利于减轻医院的医疗资源压力，应用前景大。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种用于对光学传感器进行定量分析的通用光学检测系统，其特征在于，包括用于放置检测片材、比色卡的遮光盒部件和用于拍摄包含检测片材以及比色卡的目标图像后对显色区的颜色进行识别并输出检测值的移动终端，所述遮光盒部件内设置有照明部件，所述遮光盒部件的顶部设置有供移动终端的摄像头对准的成像窗口；所述遮光盒部件连接有转动杆，所述转动杆具有可以夹持于移动终端或吸附于移动终端的连接部，所述转动杆的转动连接于所述连接部。

2.如权利要求1所述的一种用于对光学传感器进行定量分析的通用光学检测系统，其特征在于，所述遮光盒部件的一侧设置有用于放入检测片材的开口，所述开口处设置有可活动封挡于所述开口的活动挡板。

3.如权利要求1所述的一种用于对光学传感器进行定量分析的通用光学检测系统，其特征在于，所述遮光盒部件设置有用于调节检测片材及比色卡距离成像窗口距离的调节机构。

4.如权利要求1所述的一种用于对光学传感器进行定量分析的通用光学检测系统，其特征在于，所述遮光盒部件内设置有凸透镜，所述照明部件环设于所述遮光盒部件内周。

5.如权利要求1所述的一种用于对光学传感器进行定量分析的通用光学检测系统，其特征在于，所述遮光盒部件内设置有紫外灯。

6.如权利要求1至5中任一项所述的一种用于对光学传感器进行定量分析的通用光学检测系统，其特征在于，对所述显色区的颜色进行识别并输出检测值的步骤包括：

所述移动终端识别目标图像中的显色区和色卡区；

所述移动终端提取显色区的第一像素值信息，以及色卡区的第二像素值信息；

所述移动终端根据第一像素值信息、第二像素值信息、比色卡的标准颜色信息、预设的浓度标准曲线以及统计学数据，确定与检测片材对应的浓度值；

所述移动终端提取所述显色区的第一像素值信息，以及所述色卡区的第二像素值信息的步骤，包括：

所述移动终端识别所述显色区的待检测区，提取每个所述待检测区的像素值，得到所述第一像素值信息；以及

所述移动终端识别所述色卡区的色条区，提取每个所述色条区的像素值，得到所述第二像素值信息。

7.如权利要求6所述的通用光学检测系统，其特征在于，所述移动终端基于所述第一像素值信息、所述第二像素值信息、所述比色卡的标准颜色信息以及预设的浓度标准曲线，确定所述检测片材对应的浓度值的步骤，包括：

所述移动终端获取所述第二像素值信息和所述标准颜色信息的色彩映射关系；

所述移动终端基于所述色彩映射关系对所述第一像素值信息进行像素值转换，得到第三像素值信息；

所述移动终端基于预设的浓度标准曲线和统计学数据对所述第三像素值信息进行分析，得到与所述检测片材对应的浓度值。

8.如权利要求6所述的通用光学检测系统，其特征在于，所述方法还包括：

计算终端获取目标图像集，所述目标图像集中包含多张所述目标图像，每张所述目标图像由所述移动终端拍摄得到；

所述计算终端批量识别所述目标图像的显色区和色卡区；

所述计算终端批量提取所述目标图像的显色区的第一像素值信息以及色卡区的第二像素值信息；

所述计算终端基于所述第二像素值信息和所述标准颜色信息，批量对所述第一像素值信息进行像素值转换，得到多组第三像素值信息；

所述计算终端获取每组所述第三像素值信息的浓度值，并对所有的第三像素值信息和对应的浓度进行回归计算和统计学计算，得到所述浓度标准曲线和所述统计学数据。

Images