CN104198695A - 一种对胶体金试纸条显色结果分析的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种对胶体金试纸条显色结果分析的方法，属于胶体金定量分析技术领域。它解决了现有技术中胶体金检测盐酸克伦特罗后定性观测结果的问题。本方法包括以下步骤：A、建立测试线的显色级与盐酸克伦特罗浓度的关系式；B、识别控制线的显色区域、测试线的显色区域以及背景参考区域；C、分别获得控制线的显色区域、测试线的显色区域以及背景参考区域相同大小像素范围的显色灰度；D、得到测试线与控制线的显色度，并计算出测试线的显色级；E、由测试线的显色级根据建立的关系式得出盐酸克伦特罗的浓度。本方法能够实现胶体金试纸条对盐酸克伦特罗检测后对胶体金试纸条测试线显色结果分析得出盐酸克伦特罗浓度的定量数值。
Description
技术领域
本发明属于胶体金定量分析技术领域，涉及一种对胶体金试纸条显色结果分析的方法。
背景技术
盐酸克伦特罗，俗称“瘦肉精”，它是一种选择性β-2肾上腺素受体激动剂，具有调节动物神经兴奋及其体内营养素重分配的功能。在饲料中添加盐酸克伦特罗可使家畜生长迅速，但是盐酸克伦特罗多在动物体内残留沉积而不被降解，人吃了含有盐酸克伦特罗的家畜，会出现中毒反应，因此我国政府严令申明不得在家畜的饲料中使用盐酸克伦特罗，并且对相关领域进行抽检。
目前对盐酸克伦特罗残留的检测方式有很多种，其中胶体金检测方式由于其快速方便以及时间短，成为当前使用的最主要方式。胶体金检测技术是一种低成本、方便快捷、灵敏高效、稳定性强的快速检测技术，广泛应用于食品药品、医疗卫生领域。采用特定的结合免疫反应技术可制作出相应的胶体金试条。胶体金试纸条通过试纸条上测试线的颜色变化直观显示检测结果，通过对比标准比色卡，目测得到定性检测结果。
虽然胶体金试纸条可以快速检测盐酸克伦特罗的残留，但是其靠人为目测判读，且得到的是定性结果，因此会出现很多误差不能准确得到盐酸克伦特罗的残留的浓度。
为此，中国专利文献公开了申请号为02139704.X的半定量快速盐酸克伦特罗的胶体金试纸条及生产和使用方法。其半定量检测方法如下：用胶体金标记盐酸克伦特罗的载体蛋白偶联物，均匀喷洒在玻璃纤维纸张上，将抗盐酸克伦特罗的载体蛋白抗血清呈横条状多层次固定于层析膜上，使第一条抗体浓度刚好与胶体金所标记的载体蛋白偶联物完全中和。当检测样品为阴性时，检测试纸条只显示一条带，当检测样品中含有盐酸克伦特罗时，显示出多条带，条带越多，则样品中的盐酸克伦特罗浓度越高。虽然该专利能够在一定程度上根据条带的多少判定样品中盐酸克伦特罗的含量，但是依旧由人为去目测观测，会存在误差并且也不能够准确读出盐酸克伦特罗的含量。
发明内容
本发明针对现有的技术存在上述问题，提出了一种对胶体金试纸条显色结果分析的方法，该方法所要解决的技术问题是如何实现胶体金试纸条对盐酸克伦特罗检测后对胶体金试纸条测试线显色结果分析得出盐酸克伦特罗浓度的定量数值。
本发明通过下列技术方案来实现：一种对胶体金试纸条显色结果分析的方法，本方法通过金标读数仪的图像采集单元采集胶体金试纸条的图像，并通过金标读数仪的控制芯片对图像中胶体金测试线显色结果进行定量分析，其特征在于，本方法包括以下步骤：
A、预设将测试线的显色级换算成对应盐酸克伦特罗浓度的计算方程式；
B、识别出胶体金试纸条图像中控制线的显色区域、测试线的显色区域以及背景参考区域；
C、在测试线的显色区域内获取像素范围一，控制线的显色区域内获取像素范围二，背景参考区域内获取像素范围三，所述像素范围一、像素范围二和像素范围三大小相同，将像素范围一内的每个像素点的灰度相加作为测试线的显色灰度，将像素范围二内的每个像素点的灰度相加作为控制线的显色灰度，将像素范围三内的每个像素点的灰度相加作为背景参考区域的显色灰度；
D、用测试线的显色灰度减去背景参考区域的显色灰度得到测试线的显色度，用控制线的显色灰度减去背景参考区域的显色灰度得到控制线的显色度，将测试线的显色度与控制线的显色度之比作为测试线的显色级。
E、将得到的测试线的显色级代入到预设的方程式中，读取出当前经胶体金试纸条检测后的盐酸克伦特罗的浓度。
通过金标读取仪胶体金试纸条进行图像采集，之后对胶体金试纸条的图像进行处理。建立一个测试线显色级与盐酸克伦特罗浓度对应的方程式，该方程式能够通过测试线的显色级准确计算出盐酸克伦特罗的浓度，实现胶体金测试线显色结果的定量分析。测试线与控制线的显色度之比为测试线的显色级，因此需先得到两条线的显色度。确定测试线和控制线的显色区域，在两条线的显色区域内分别获取相同大小的像素范围，分别为像素范围一和像素范围二，再在背景参考区域内获得相同大小的像素范围三，将像素范围一的显色灰度和像素范围二的显色灰度分别与像素范围三的显色灰度相减得出测试线与控制线的显色度，从而得出测试线的显色级。本方法通过对胶体金试纸条图像进行处理得到测试线的显色级并将测试线的显色级代入到特定的方程中，换算出盐酸克伦特罗的浓度，从而实现对胶体金试纸条测试线显色结果分析后准确得出盐酸克伦特罗的浓度数值。
在上述的对胶体金试纸条显色结果分析的方法中，所述步骤A中预设的方程为y＝0.026x2-0.1964x+1.025，其中y为测试线的显色级，x为盐酸克伦特罗的浓度。在得出测试线的显色级后通过该方程就能得出较为准确的盐酸克伦特罗的浓度数值，完成对测试线的显色的定量分析。
在上述的对胶体金试纸条显色结果分析的方法中，所述的步骤B中采用基于特征匹配算法在胶体金试纸条图像中识别出控制线的显色区域并得到控制线显色区域的中心点，由控制线的显色区域的中心点向左平移一个恒定的像素距离得到测试线的显色区域的中心点，由测试线的显色区域的中心点得到测试线的显色区域。特征匹配算法是在图像处理中运用较为广泛的方法，通过此算法从而得出控制线。由于现实情况中试纸条中测试线与控制线的中心点距离为恒定尺寸，因此通过摄像后两者之间也为恒定的像素距离，该像素距离通过获取的胶体金试纸条图像人为丈量换算计算出两者中心点的像素距离，反复计算取平均值。
在上述的对胶体金试纸条显色结果分析的方法中，未识别出控制线的显色区域时，不进行下一步图像处理并发出未匹配的胶体金图像的提示。未识别出控制线的显色区域表明当前胶体金坏掉，不用继续显色分析同时提示人员进行更换。
在上述的对胶体金试纸条显色结果分析的方法中，将测试线的显色区域中心点与控制线的显色区域中心点的距离的中点作为像素范围三的中心点。确定测试线和控制线的显色区域后，选定两者中心点的连线的中点作为像素范围三的中心点，这样对需要选取背景参考区域的像素进行定位。
在上述的对胶体金试纸条显色结果分析的方法中，所述步骤C中像素范围一的中心点与测试线的显色区域中心点相同，像素范围二的中心点与控制线的显色区域中心点相同。上述动作使得像素范围一和像素范围二的获取分别是测试线和控制线的显色区域的中心区域，使获得出的像色范围中具有更好的测试线和控制线的显色特征。
在上述的对胶体金试纸条显色结果分析的方法中，所述的步骤C中，将像素范围一内的每个像素点的灰度与阈值比较，大于阈值的像素点的灰度相加作为测试线的显色灰度，将像素范围二内的每个像素点的灰度与阈值比较，大于阈值的像素点的灰度相加作为控制线的显色灰度。胶体金测试线可能会出现显色不完全的情况，同样控制线也有可能在存在部分没有显色的情况，因此通过将像素点每一个与阈值比较，使没有显色的像素所剔除，从而使对测试线的显色结果分析更加准确。
在上述的对胶体金试纸条显色结果分析的方法中，所述的阈值为胶体金试纸条图像中背景参考区域中的任意一个像素的灰度值。当测试线的显色区域显色不完全时，没有显色的地方与背景参考区域内的像素相同，因此选择背景参考区域内的任意一个像素的灰度值作为阈值。
在上述的对胶体金试纸条显色结果分析的方法中，所述的步骤E中，将读取出的盐酸克伦特罗的浓度通过显示屏进行显示。将读出的盐酸克伦特罗的浓度通过显示屏显示告知检测人员。
在上述的对胶体金试纸条显色结果分析的方法中，将读取的读取出的盐酸克伦特罗的浓度进行存储，并能够支持与上位机相互信息。将盐酸克伦特罗的浓度进行存储后，可以在上位机中进行读取和存档，便于检测人员的后续操作。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、本发明通过对胶体金试纸条进行图像处理获取测试线的显色级，为对测试线的显色结果定量分析提供准确的显色数据。
2、本发明建立了测试线的显色级与酸克伦特罗浓度的关系模型，从而准确得出酸克伦特罗的浓度。
3、本发明不需要通过人为的判断，就能够准确数值读出，提高了对酸克伦特罗的浓度的检测并且支持批量检测具有较高的市场推广前景。
附图说明
图1是本发明的工作流程示意图。
具体实施方式
以下是本发明的具体实施例，并结合附图对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
如图1所示，一种对胶体金试纸条显色结果分析的方法，本方法通过金标读数仪的图像采集单元采集胶体金试纸条的图像，并通过金标读数仪的控制芯片对图像中胶体金测试线显色结果进行定量分析，本方法包括以下步骤：
步骤A、预设将测试线的显色级换算成对应盐酸克伦特罗浓度的计算方程式，预设的方程为y＝0.026x2-0.1964x+1.025，其中y为测试线的显色级，x为盐酸克伦特罗的浓度；
步骤B、识别出胶体金试纸条图像中控制线的显色区域、测试线的显色区域以及背景参考区域，采用基于特征匹配算法在胶体金试纸条图像中识别出控制线的显色区域并得到控制线显色区域的中心点，由控制线的显色区域的中心点向左平移一个恒定的像素距离得到测试线的显色区域的中心点，由测试线的显色区域的中心点得到测试线的显色区域，未识别出控制线的显色区域时，不进行下一步图像处理并发出未匹配的胶体金图像的提示；
步骤C、在测试线的显色区域内获取像素范围一，控制线的显色区域内获取像素范围二，背景参考区域内获取像素范围三，所述像素范围一、像素范围二和像素范围三大小相同，将像素范围一内的每个像素点的灰度相加作为测试线的显色灰度，将像素范围二内的每个像素点的灰度相加作为控制线的显色灰度，将像素范围三内的每个像素点的灰度相加作为背景参考区域的显色灰度，将测试线的显色区域中心点与控制线的显色区域中心点的距离的中点作为像素范围三的中心点，像素范围一的中心点与测试线的显色区域中心点相同，像素范围二的中心点与控制线的显色区域中心点相同；将像素范围一内的每个像素点的灰度与阈值比较，大于阈值的像素点的灰度相加作为测试线的显色灰度，将像素范围二内的每个像素点的灰度与阈值比较，大于阈值的像素点的灰度相加作为控制线的显色灰度，阈值为胶体金试纸条图像中背景参考区域中的任意一个像素的灰度值；
步骤D、用测试线的显色灰度减去背景参考区域的显色灰度得到测试线的显色度，用控制线的显色灰度减去背景参考区域的显色灰度得到控制线的显色度，将测试线的显色度与控制线的显色度之比作为测试线的显色级；
步骤E、将得到的测试线的显色级代入到预设的方程式中，读取出当前经胶体金试纸条检测后的盐酸克伦特罗的浓度，将读取出的盐酸克伦特罗的浓度通过显示屏进行显示，并将读取的读取出的盐酸克伦特罗的浓度进行存储，且能够支持与上位机相互信息。
测试线显色与控制线显色存在一定的关联，而且控制线与测试线显色条件相同，例如照明，温度等等，因此将控制线显色强度引入到结果判定中，可以全面有效判定检测结果，因此本方法中，建立测试线的显色级来表征测试线的显色特征。
在步骤B中，需要对测试线的显色区域、控制线的显色区域和背景参考区域进行识别，由于测试线的位置在不同的胶体金中是不同的，但是实际情况中控制线与测试线的中心点距离是一个恒定值，并且控制线的线条的宽度长度是一定的，因此先识别出控制线。通过采用基于特征匹配算法在胶体金试纸条图像中识别出控制线的显色区域并得到控制线显色区域的中心点。过程如下：直接利用全部可用的图像灰度信息能够提高估计精度，因此采用原始灰度值的匹配特征算法，控制线较周围背景显色深，将整个控制线作为一个整体进行识别，控制线内所有像素点灰度和作为特征，因此模版相似性测度选为匹配模版内所有像素和，模版为预设的控制线的显色区域。再通过穷举搜索方法，将模版在整个胶体金试纸条图像中平移，进行对应搜索，模版覆盖下的图为子图，将模版的像素灰度和与子图的像素灰度和进行比较，两者差值越小越匹配，选取差值最小的区域确定为控制线的显色区域，由控制线的长宽是固定的，因此得到控制线的中心点。
在步骤C中，分别在测试线的显色区域内获取像素范围一，控制线的显色区域内获取像素范围二，背景参考区域内获取像素范围三，由于三者像素范围需要进行像素灰度和的计算，因此选择相同大小的像素范围。为了更好的选择测试线和控制线的显色特征，因此像素范围的中心点与对应显色区域的中心点相同。像素范围的获取应当小于等于显色区域的大小，并且越接近显色区域的大小越好。
本方法通过金标读取仪进行采集胶体金试纸条图像以及对图像进行处理。金标读取仪包括壳体，壳体内设置有用于采集胶体金试纸条显色图像的图像采集单元和用于对采集的图像进行处理分析得出盐酸克伦特罗浓度数值的控制芯片。图像采集单元包括一个密封的光具外壳，光具外壳上开设有用于***胶体金试纸条的插槽，光具外壳内设置有提供光源的LED灯以及用于获取胶体金试纸条显色图像的CMOS数字图像传感器。壳体上开设有让位口，光具外壳设置在壳体让位口处且插槽口与让位口正对，壳体表面设置有显示屏，CMOS摄像头连接控制器的输入端，显示屏连接控制器的输出端。
以下通过检测纯阴性的浓度为1ng/ml的盐酸克伦特罗加标溶液进行对本发明工作流程的说明：
将需要检测的盐酸克伦特罗加标溶液滴入到胶体金试纸条上，3分钟后，将胶体金试纸条完全***到金标读取仪的插槽中，CMOS数字图像传感器获取胶体金试纸条的图像并发送给控制芯片进行处理。控制芯片内预设有将测试线的显色级换算成对应盐酸克伦特罗浓度的计算方程式，预设的方程为y＝0.026x2-0.1964x+1.025，其中y为测试线的显色级，x为盐酸克伦特罗的浓度。经由多次试验以及对于试验结果的判断总结出上述的方程式。
通过控制芯片对图像处理的主要过程如下：识别出胶体金试纸条图像中控制线的显色区域、测试线的显色区域以及背景参考区域，未识别出控制线的显色区域时，不进行下一步图像处理并发出未匹配的胶体金图像的提示。在测试线的显色区域内获取像素范围一，控制线的显色区域内获取像素范围二，背景参考区域内获取像素范围三。将像素范围一内的每个像素点的灰度与阈值比较，大于阈值的像素点的灰度相加作为测试线的显色灰度，将像素范围二内的每个像素点的灰度与阈值比较，大于阈值的像素点的灰度相加作为控制线的显色灰度，将像素范围三内的每个像素点的灰度相加作为背景参考区域的显色灰度，阈值为胶体金试纸条图像中背景参考区域中的任意一个像素的灰度值。
用测试线的显色灰度减去背景参考区域的显色灰度得到测试线的显色度，用控制线的显色灰度减去背景参考区域的显色灰度得到控制线的显色度，将测试线的显色度与控制线的显色度之比作为测试线的显色级。由上述处理过程后得出当前胶体金试纸条的显色级为0.86。将y＝0.86代入到y＝0.026x2-0.1964x+1.025中得到x＝0.96，也就是说通过对测试线的显色结果分析定量读取的盐酸克伦特罗的浓度为0.96ng/ml。将1ng/ml的盐酸克伦特罗加标溶液进行重复五次测量，分别得到测试线的显色级：0.86、0.85、0.84、0.87、0.86，从而读取盐酸克伦特罗的浓度分别为：0.96ng/ml、1.03ng/ml、1.10ng/ml、0.89ng/ml、0.96ng/ml。由以上可以看出通过上述方程得出的读取盐酸克伦特罗的浓度误差较小，能够较为准确的对胶体金试纸条的测试线显色结果进行分析定量读出。
对纯阴性的浓度为2ng/ml的盐酸克伦特罗加标溶液进行重复五次测量，分别得到测试线的显色级：0.74、0.75、0.73、0.73、0.75，从而读取盐酸克伦特罗的浓度分别为：1.95ng/ml、1.85ng/ml、2.06ng/ml、2.06ng/ml、1.85ng/ml。
对纯阴性的浓度为3ng/ml的盐酸克伦特罗加标溶液进行重复五次测量，分别得到测试线的显色级：0.68、0.66、0.68、0.67、0.67，从而读取盐酸克伦特罗的浓度分别为：2.78ng/ml、3.30ng/ml、2.78ng/ml、2.99ng/ml、2.99ng/ml。
由以上可知，本方法建立的测试线的显色级换算成对应盐酸克伦特罗浓度的计算方程式可用于对任何盐酸克伦特罗加标溶液进行检测，且误差较小，定量得出的数据准确。
最后将读取出的盐酸克伦特罗的浓度通过显示屏进行显示，并将读取的读取出的盐酸克伦特罗的浓度进行存储，且能够支持与上位机相互信息。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
Claims (10)
1.一种对胶体金试纸条显色结果分析的方法，本方法通过金标读数仪的图像采集单元采集胶体金试纸条的图像，并通过金标读数仪的控制芯片对图像中胶体金测试线显色结果进行定量分析，其特征在于，本方法包括以下步骤：
A、预设将测试线的显色级换算成对应盐酸克伦特罗浓度的计算方程式；
B、识别出胶体金试纸条图像中控制线的显色区域、测试线的显色区域以及背景参考区域；
C、在测试线的显色区域内获取像素范围一，控制线的显色区域内获取像素范围二，背景参考区域内获取像素范围三，所述像素范围一、像素范围二和像素范围三大小相同，将像素范围一内的每个像素点的灰度相加作为测试线的显色灰度，将像素范围二内的每个像素点的灰度相加作为控制线的显色灰度，将像素范围三内的每个像素点的灰度相加作为背景参考区域的显色灰度；
D、用测试线的显色灰度减去背景参考区域的显色灰度得到测试线的显色度，用控制线的显色灰度减去背景参考区域的显色灰度得到控制线的显色度，将测试线的显色度与控制线的显色度之比作为测试线的显色级。
E、将得到的测试线的显色级代入到预设的方程式中，读取出当前经胶体金试纸条检测后的盐酸克伦特罗的浓度。
2.根据权利要求1所述的对胶体金试纸条显色结果分析的方法，其特征在于，所述步骤A中预设的方程为y＝0.026x2-0.1964x+1.025，其中y为测试线的显色级，x为盐酸克伦特罗的浓度。
3.根据权利要求2所述的对胶体金试纸条显色结果分析的方法，其特征在于，所述的步骤B中采用基于特征匹配算法在胶体金试纸条图像中识别出控制线的显色区域并得到控制线显色区域的中心点，由控制线的显色区域的中心点向左平移一个恒定的像素距离得到测试线的显色区域的中心点，由测试线的显色区域的中心点得到测试线的显色区域。
4.根据权利要求3所述的对胶体金试纸条显色结果分析的方法，其特征在于，未识别出控制线的显色区域时，不进行下一步图像处理并发出未匹配的胶体金图像的提示。
5.根据权利要求3或4所述的对胶体金试纸条显色结果分析的方法，其特征在于，将测试线的显色区域中心点与控制线的显色区域中心点的距离的中点作为像素范围三的中心点。
6.根据权利要求5所述的对胶体金试纸条显色结果分析的方法，其特征在于，所述步骤C中像素范围一的中心点与测试线的显色区域中心点相同，像素范围二的中心点与控制线的显色区域中心点相同。
7.根据权利要求6所述的对胶体金试纸条显色结果分析的方法，其特征在于，所述的步骤C中，将像素范围一内的每个像素点的灰度与阈值比较，大于阈值的像素点的灰度相加作为测试线的显色灰度，将像素范围二内的每个像素点的灰度与阈值比较，大于阈值的像素点的灰度相加作为控制线的显色灰度。
8.根据权利要求7所述的对胶体金试纸条显色结果分析的方法，其特征在于，所述的阈值为胶体金试纸条图像中背景参考区域中的任意一个像素的灰度值。
9.根据权利要求8所述的对胶体金试纸条显色结果分析的方法，其特征在于，所述的步骤E中，将读取出的盐酸克伦特罗的浓度通过显示屏进行显示。
10.根据权利要求9所述的对胶体金试纸条显色结果分析的方法，其特征在于，将读取的读取出的盐酸克伦特罗的浓度进行存储，并能够支持与上位机相互信息。
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