CN114674763A - 一种双光谱试纸条智能识别方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种双光谱试纸条智能识别方法和装置,所述方法包括如下步骤:采集试纸条样本上测试位在浸染前后多个时刻的红绿光反射值,基于每个时刻的红绿光反射值平方差值得到浸染判定阈值和特征判定阈值;持续采集待识别试纸条测试位自初始时刻开始各个时刻的红绿光反射值,计算实时浸染平均差值并与所述浸染判定阈值比较,确定测试位浸染时刻,进而确定测试位反应完成时间;计算反应前后测试反应平均差值并与所述特征判定阈值作比较,判定测试位的特征线是否显现,进而判定试纸条是否有效及测试结果是否为阳性。本发明的方法能够实现试纸条是否阳性的智能识别,且识别结果准确性高。
Description
技术领域
本发明涉及智能识别技术领域,具体涉及一种双光谱试纸条智能识别方法和装置。
背景技术
胶体金免疫层析法是将特异性的抗原或抗体以条带状固定在膜上,胶体金标记试剂(抗体或单克隆抗体)吸附在结合垫上。当待检样本加到试纸条一端的样本垫上后,通过毛细作用向前移动,溶解结合垫上的胶体金标记试剂后相互反应,再移动至固定的抗原或抗体的区域时,待检物与金标试剂的结合物又与之发生特异性结合而被截留,聚集在检测带上,进而可通过肉眼观察到显色结果。该方法现已发展成为诊断试纸条,使用十分方便,其基本原理是:通过抗原与胶体金颗粒的电学吸附特性,在试纸条的C、T线进行显性展示,从而判断出样本的阴阳性结果。
现有的诊断试纸条,大部分都需要通过肉眼观察显色结果,因此存在误判的可能,并且采用肉眼观察方式试纸条必须要暴露在外,容易收到污染,干扰测试结果。基于此,现有技术也开发了一些针对试纸条的光电识别结构和算法。其通常采用两组一发一收的光电传感结构(即一组红光或红外光发光管发光,一组光电三极管收光)对胶体金试纸的C线(质控线)和T线(测试线)进行检测,进而通过CT线显性的表示来判断试纸样本的阴阳性。但现有的类似光电识别结构和算法依然存在缺陷:一是识别准确度不高,容易产生错误的识别结果;二是无法完成全自动智能检测,仍需要人工进行一些设置或操作。
发明内容
针对上述至少一个方面的问题,本发明提供了一种双光谱试纸条智能识别方法和装置,以实现试纸条的智能化准确判定。具体采用了如下技术方案:
一种双光谱试纸条智能识别方法,包括如下步骤:
S1、采集试纸条样本上测试位在浸染前后多个时刻的红绿光反射值,计算每个时刻的红绿光反射值平方差值,并根据浸染前后m个时刻红绿光反射值平方差值的平均值计算浸染平均差值,2≤m≤8;
S2、采集试纸条样本上测试位在反应前后多个时刻的红绿光反射值,计算每个时刻的红绿光反射值平方差值,并根据反应前后n个时刻红绿光反射值平方差值的求和值计算反应平均差值,15≤n≤25;
S3、基于人工标记的多组纸条样本获取的所述浸染平均差值的平均值,得到浸染判定阈值;并基于人工判别的多组阳性试纸条样本和阴性试纸条样本获取的所述反应平均差值的平均值,得到特征判定阈值;
S4、基于预设指令,持续采集待识别试纸条测试位自初始时刻开始各个时刻的红绿光反射值,计算包含初始时刻的m个时刻红绿光反射值平方差值的平均值一,以及包含初始时刻的n个时刻红绿光反射值平方差值的求和值一;
S5、持续计算第一时间阈值后连续的m个时刻红绿光反射值平方差值的平均值二,根据所述平均值一和平均值二计算实时浸染平均差值并与所述浸染判定阈值比较,确定测试位浸染时刻,进而确定测试位反应完成时间;
S6、计算反应后连续的n个时刻测试位红绿光反射值平方差值的求和值二,根据所述求和值一和求和值二计算测试反应平均差值并与所述特征判定阈值作比较,判定测试位的特征线是否显现,进而判定试纸条是否有效及测试结果是否为阳性。
进一步的,步骤S1中,基于如下公式计算所述浸染平均差值:
进一步的,步骤S2中,基于如下公式计算所述反应平均差值:
进一步的,步骤S3中,所述特征判定阈值通过如下公式计算:
进一步的,步骤S5具体包括:
S51、通过如下公式计算实时浸染平均差值:
S53、基于确定的测试位浸染时刻,累加预设的第二时间阈值后作为测试位反应完成时间。
进一步的,步骤S6具体包括:
S63、若试纸条上质控线对应的测试位显现特征线,则判定试纸条有效;在判定试纸条有效后,若试纸条上测试线对应的测试位显现特征线,则判定测试结果为阳性,若试纸条上测试线对应的测试位未显现特征线,则判定测试结果为阴性。
进一步的,所述测试位为试纸条上胶体金线及其附近的区域。
进一步的,所述测试位为试纸条上胶体金线及其附近2-3mm的区域。
本发明还提供了一种双光谱试纸条智能识别装置,用于实现上述的识别方法,包括:
壳体,所述壳体上至少设有滴液口;
试纸条,其配置于所述壳体内,滴液端与所述滴液口相对应,并于测试端设有两道胶体金线,分别为质控线和测试线;
光栅,其设有对应试纸条上测试位的两组光栅孔,所述测试位包括胶体金线及其附近区域;
光电收发模块,其设有对应所述光栅孔的两组红绿光发射单元和接收单元;
以及控制处理单元,其用于控制所述光电收发模块进行信号采集,并基于信号处理数据和预设判定阈值识别检测结果。
进一步的,所述光栅孔包括对应胶体金线中质控线的第一组光栅孔和对应胶体金线中测试线的第二组光栅孔,每组光栅孔包括倾斜设置的连通红绿光发射单元与测试位的入射光栅孔和连通测试位与接收单元的反射光栅孔,所述入射光栅孔和反射光栅孔于靠近试纸条的一端连通合并为一个端口,该端口对应试纸条上胶体金线及其附近2-3mm的区域。
本发明的有益效果:
本发明的双光谱试纸条智能识别方法和装置,相比现有技术具有如下优点:
1)通过红、绿两种光谱对胶体金试纸测试位进行照射采样,配合特定的判别算法,能够准确识别试纸条上测试位的胶体金线是否显现,识别准确度高。
2)通过对试纸条上测试位的浸染识别,能够自动确定反应完成时间,从而进行准确采样,避免了因反应不充分或反应时间过长造成的采样结果不准确。
3)整个装置采样密封式结构,试纸条不易受到污染或干扰,同时避免了二次感染。
4)本发明的装置开机后只需滴入测试样本即可全自动运行,操作便捷,用户体验好。
附图说明
图1为本发明方法实施例的流程示意简图。
图2为本发明装置实施例的外型示意图。
图3为本发明装置实施例的内部模块示意图。
图4为图3所示内部模块中的光栅和试纸条示意图。
具体实施方式
为了进一步理解本发明,下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述,但是应当理解,这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点,而不是对本发明权利要求的限制。
参见附图1,本发明实施例提供了一种双光谱试纸条智能识别方法,包括如下步骤:
首先,采集试纸条样本上测试位在浸染前后多个时刻的红绿光反射值,计算每个时刻的红绿光反射值平方差值,并根据浸染前后m个时刻红绿光反射值平方差值的平均值计算浸染平均差值,2≤m≤8。
此步中,试纸条测试位的浸染时间由人工标记。
作为优选实施方案,本实施例中,基于如下公式计算浸染平均差值:
优选的,m取值为5,即分别采集浸染前后5个时刻(5秒)的红绿光反射值进行计算。同时,为了方便后续计算,浸染前的红绿光反射值取从初始时刻开始的5个时刻(5秒)进行计算。
然后,采集试纸条样本上测试位在反应前后多个时刻的红绿光反射值,计算每个时刻的红绿光反射值平方差值,并根据反应前后n个时刻红绿光反射值平方差值的求和值计算反应平均差值,15≤n≤25。
此步中,试纸条测试位的反应时间同样由人工标记。
作为优选实施方案,本实施例中,基于如下公式计算所述反应平均差值:
优选的,n取值为20,即分别采集浸染前后20个时刻(20秒)的红绿光反射值进行计算。同时,为了方便后续计算,浸染前的红绿光反射值取从初始时刻开始的20个时刻(20秒)进行计算。
接下来,通过人工标记的多组(1000条以上)纸条样本获取的浸染平均差值的平均
值,得到浸染判定阈值。同时,基于人工判别的多组(1000条以上)阳性试纸条样本和阴
性试纸条样本获取的反应平均差值的平均值,得到特征判定阈值。具体的,特征判定阈值通
过如下公式计算:
实际测试时,接收到开机信号或测试开始指令后,持续采集待识别试纸条上测试位自初始时刻开始各个时刻的红绿光反射值,计算包含初始时刻的m个时刻红绿光反射值平方差值的平均值一,以及包含初始时刻的n个时刻红绿光反射值平方差值的求和值一。
同时,持续计算第一时间阈值后连续的m个时刻红绿光反射值平方差值的平均值二,根据计算得到的平均值一和平均值二计算实时浸染平均差值:
此步中,第一时间阈值为经验获取的自样本滴液开始到测试位被浸染的最短时间(保险起见也可以设置地比该最短时间更小)。优选的,此步骤中m同样取值为5,持续对第一时间阈值后连续的5个时刻(5秒)的红绿光反射值平方差值进行计算得到连续的5个时刻对应的平均值二,进而计算对应的实时浸染平均差值。
在此过程中,实时将计算得到的实时浸染平均差值与前述浸染判定阈值进行
比较,以确定测试位浸染时刻,进而确定测试位反应完成时间。具体的,若,则表示
当前测试位未被测试样本浸染,若,则判定当前测试位已被测试样本浸染,取对应
的时刻t作为测试位浸染时刻;然后,基于确定的测试位浸染时刻,累加预设的第二时间阈
值后作为测试位反应完成时间。
比如,当接收到开机信号或测试开始指令后第300秒时采集的第295秒~300秒(5个时刻)对应的红绿光反射值计算得到的实时浸染平均差值开始小于浸染判定阈值,即可取第300秒为测试位浸染时刻,进而根据经验数据累加100秒作为测试位反应完成时间。
接下来,即可计算反应后连续的n个时刻测试位红绿光反射值平方差值的求和值二,根据求和值一和求和值二计算测试反应平均差值并与特征判定阈值作比较,判定测试位的特征线是否显现,进而判定试纸条是否有效及测试结果是否为阳性。
最后,若试纸条上质控线对应的测试位显现特征线,则判定试纸条有效;在判定试纸条有效后,若试纸条上测试线对应的测试位显现特征线,则判定测试结果为阳性,若试纸条上测试线对应的测试位未显现特征线,则判定测试结果为阴性。
需要说明的是,本发明的方法中,所述的测试位为试纸条上胶体金线及其附近的区域。作为优选方案,计算浸染判定阈值以及进行浸染判定时,可使用试纸条上质控线(C线)对应的测试位进行信号采集;判定试纸条是否有效同样采用试纸条上质控线(C线)对应的测试位进行信号采集;而判定测试结果是否为阳性则采用试纸条上测试线(T线)对应的测试位进行信号采集。
作为优选实施方案,本实施例中,测试位为试纸条上胶体金线及其附近2-3mm的区域。此时,测试位既包括胶体金线,又包括其附件的试纸区域,使得采样获得的光谱变化信息更加丰富,判定结果更加准确。
本发明的另一实施例为一种双光谱试纸条智能识别装置,用于实现前述实施例中所述的识别方法。参见图2-图4,该识别装置包括由底壳11和顶盖10组成的壳体,壳体一端设有滴液口110。试纸条20设置于壳体内,其滴液端201与壳体上的滴液口110相对应;测试端设有两道胶体金线,分别为质控线和测试线。光栅30置于试纸条20的测试端上,其设有对应试纸条上测试位的第一组光栅孔301和第二组光栅孔302。集成有光电收发模块和控制处理单元的电路板40安装于壳体内。其中,光电收发模块包括对应第一组光栅孔301和第二组光栅孔302的两组红绿光发射单元和接收单元。控制处理单元至少包括集成于电路板上的微处理器和其它电子元件,用于控制光电收发模块进行信号采集,并基于信号处理数据和预设判定阈值识别检测结果。
具体的,参见图3-图4,电路板40上的光电收发模块包括红绿光发射管402、403和各自对应的光接收管401、404。红绿光发射管402、403各自能够发出红色和绿色两种光谱的光,经试纸条上的测试位反射后被对应的光接收管接收。试纸条20上的测试位包括胶体金线及其附近区域,胶体金线包括质控线(C线)202和测试线(T线)203。光栅30上的第一组光栅孔301对应质控线202,第二组光栅孔302对应测试线203,每组光栅孔包括倾斜设置的连通红绿光发射管与测试位的入射光栅孔和连通测试位与光接收管的反射光栅孔,且入射光栅孔和反射光栅孔于靠近试纸条的一端连通合并为一个端口,该端口对应试纸条上胶体金线及其附近2-3mm的区域。
另外,电路板40上还设有电池安装部,电池安装于该电池安装部处,以为整个装置提供电源。
使用时,打开电源开机后,在滴液口110处滴下测试样本,即可由装置自行进行全自动检测识别,操作十分便捷。
作为进一步的优选实施方案,本发明的装置还配置有通信模块,其集成于电路板40上,包括蓝牙模组和加密单元。其中蓝牙模组用于连接外部设备进行输出传输,加密单元用于对传输数据进行加解密操作。
作为进一步的优选实施方案,本发明的装置还配置有唯一标识信息,其用于外部设备与装置进行绑定并进行一次性激活。另外,加密单元的加解密操作也可以基于该唯一标识信息进行。
具体的,该唯一标识信息可以是印制于壳体上的二维码或条码,也可以是烧录于电路板上的固件信息或硬件标识信息。
使用时,可通过用户终端(如手机APP)扫描作为唯一标识信息的二维码以与电子检测仪建立蓝牙连接并进行激活,同时还可以进一步读取到该电子检测仪的唯一硬件编码,来做用户绑定。
作为进一步的优选实施方案,本发明的装置于壳体上设有USB接口101,其与内部电路板连接,用于连接外部设备进行数据传输或参数配置。
以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以对本发明进行若干改进和修饰,这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
Claims (10)
1.一种双光谱试纸条智能识别方法,其特征在于,包括如下步骤:
S1、采集试纸条样本上测试位在浸染前后多个时刻的红绿光反射值,计算每个时刻的红绿光反射值平方差值,并根据浸染前后m个时刻红绿光反射值平方差值的平均值计算浸染平均差值,2≤m≤8;
S2、采集试纸条样本上测试位在反应前后多个时刻的红绿光反射值,计算每个时刻的红绿光反射值平方差值,并根据反应前后n个时刻红绿光反射值平方差值的求和值计算反应平均差值,15≤n≤25;
S3、基于人工标记的多组纸条样本获取的所述浸染平均差值的平均值,得到浸染判定阈值;并基于人工判别的多组阳性试纸条样本和阴性试纸条样本获取的所述反应平均差值的平均值,得到特征判定阈值;
S4、基于预设指令,持续采集待识别试纸条测试位自初始时刻开始各个时刻的红绿光反射值,计算包含初始时刻的m个时刻红绿光反射值平方差值的平均值一,以及包含初始时刻的n个时刻红绿光反射值平方差值的求和值一;
S5、持续计算第一时间阈值后连续的m个时刻红绿光反射值平方差值的平均值二,根据所述平均值一和平均值二计算实时浸染平均差值并与所述浸染判定阈值比较,确定测试位浸染时刻,进而确定测试位反应完成时间;
S6、计算反应后连续的n个时刻测试位红绿光反射值平方差值的求和值二,根据所述求和值一和求和值二计算测试反应平均差值并与所述特征判定阈值作比较,判定测试位的特征线是否显现,进而判定试纸条是否有效及测试结果是否为阳性。
7.如权利要求1-6任一项所述的双光谱试纸条智能识别方法,其特征在于,所述测试位为试纸条上胶体金线及其附近的区域。
8.如权利要求7所述的双光谱试纸条智能识别方法,其特征在于,所述测试位为试纸条上胶体金线及其附近2-3mm的区域。
9.一种双光谱试纸条智能识别装置,用于实现如权利要求1-8任一项所述的识别方法,其特征在于,包括:
壳体,所述壳体上至少设有滴液口;
试纸条,其配置于所述壳体内,滴液端与所述滴液口相对应,并于测试端设有两道胶体金线,分别为质控线和测试线;
光栅,其设有对应试纸条上测试位的两组光栅孔,所述测试位包括胶体金线及其附近区域;
光电收发模块,其设有对应所述光栅孔的两组红绿光发射单元和接收单元;
以及控制处理单元,其用于控制所述光电收发模块进行信号采集,并基于信号处理数据和预设判定阈值识别检测结果。
10.如权利要求9所述的双光谱试纸条智能识别装置,其特征在于:所述光栅孔包括对应胶体金线中质控线的第一组光栅孔和对应胶体金线中测试线的第二组光栅孔,每组光栅孔包括倾斜设置的连通红绿光发射单元与测试位的入射光栅孔和连通测试位与接收单元的反射光栅孔,所述入射光栅孔和反射光栅孔于靠近试纸条的一端连通合并为一个端口,该端口对应试纸条上胶体金线及其附近2-3mm的区域。
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