CN107315003A - 一种尿检试纸反应色分析方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种尿检试纸反应色分析方法。本发明通过采集包含待检的尿液试纸置放区的尿液试纸图像，利用尿液试纸空白来标记检测过程中的光照环境特征和摄像装置的颜色特征，同时利用给定颜色的试纸放置区背景来标记检测过程中光照环境特征和摄像装置颜色特征，获取不同光照环境和不同手机摄像头颜色特征下的待测尿液试的颜色数据。实施本发明可以排除不同光照环境和摄像装置的差异的干扰，以低成本的方式获得准确、可靠的尿检结果。

Description

一种尿检试纸反应色分析方法

技术领域

本发明涉及一种尿检试纸反应色分析方法。

背景技术

目前尿液生化分析在医学领域作为疾病诊断、疾病预防和健康状况普查方面的应用越来越广泛。尿液生化分析方法主要有液相色谱法、尿沉渣显微分析法以及干化学法。液相色谱法设备昂贵、操作与数据分析复杂，一般应用于尿液代谢组学分析；尿沉渣显微分析制样流程繁琐、效率低，主要对白细胞、红细胞及尿蛋白结晶等检测项进行专项分析；干化学法是使用吸附于试纸上的干化学试剂与尿液中常规检查项发生反应而发生颜色变化，并根据颜色变化程度来确定尿液中相应化学成分的浓度。干化学法尿液检测速度快、项目多、重复性好、准确性较高，适用于大批量尿标本筛检。

干化学法尿液分析技术是根据尿液和试纸反应后特定波长的反射率进行定量检测，需要光强与光波长恒定的单色光源，然而目前的干化学尿检仪的光源发光强度将随着使用时长而衰减，并且波长也将发生漂移，因此需要定期定标校准来减少误差，此外，尿检仪需要屏蔽环境光的干扰，并且体积大、户外使用不便。

随着智能手机的普及，本领域技术人员开始利用智能手机摄像头拍摄尿液试纸各检测项反应色图像，通过图像识别和颜色分析来确定反应色变化程度，进而得到尿液各检测项浓度。这种尿液检查方式具有方便、廉价、迅速的特点。但由于不同品牌的智能手机,或者同一品牌不同批次、不同型号的智能手机的传感器、镜头参数和图像处理算法有所不同,其颜色输出特性差异大，即拍摄取同一尿液试纸将得到颜色数据不同，目前多采用定标的方式来得到RGB空间向CIE色度***的转换系数，但智能手机型号数量庞大，传感器、镜头参数和图像处理算法千差万别，导致定标工作非常繁杂，难以覆盖多数用户需求。

此外，用户在利用智能手机拍摄尿液试纸图像进行颜色分析时，即使定标后的智能手机，在不同光照环境中得到的颜色数据也存在大的差异，特别是日光和灯光背景下的试纸颜色有显著差异。拍摄图像的颜色差异将导致尿液颜色分析结果不稳定，影响检查结果的准确性与可靠性。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种低成本、高准确性、高可靠性的尿检试纸反应色分析方法，在利用摄像装置采集尿检试纸的图像并识别尿液反应色的同时考虑了采集图像时的光照环境和摄像装置光学参数对测量结果的影响，从而获得精确的测量结果。

本发明提供了一种尿检试纸反应色分析方法，包括如下步骤：利用摄像装置获取关于待检尿液试纸的图像；识别检测时的光照环境特征；获取用于检测的摄像装置的颜色特征；提取待检尿液试纸各检测项目区块反应色的颜色特征；根据所述光照环境特征和摄像装置的颜色特征在数据库中匹配已知光照环境特征和摄像装置的颜色特征，获取匹配的光照环境特征和摄像装置的颜色特征；根据匹配的光照环境特征和摄像装置的颜色特征在数据库中匹配与待检尿液试纸各检测项目区块反应色的颜色特征最接近的已知尿液试纸检测项目区块反应色的颜色特征，其中，所述数据库中包含不同已知光照环境特征和不同已知摄像头颜色特征下的尿液试纸已知的各检测项目区块反应色的颜色特征及其对应的检测项目浓度数据；将最接近的已知尿液试纸检测项目区块反应色的颜色特征对应的检测项浓度数据作为相应的检测项的检测结果。

进一步地，所述识别检测时的光照环境特征的步骤包括：提取所述图像中待检尿液试纸空白区域的颜色分量Xi、Yi、Zi；提取图像中不包含尿液试纸区域的背景区域的颜色分量Xj、Yj、Zj；光照环境特征标记为矢量Mi(Xi、Yi、Zi，Xj、Yj、Zj)。

进一步地，所述获取用于检测的摄像装置的颜色特征的步骤包括：提取图像中待检尿液试纸空白区域的颜色分量xi、yi、zi；提取图像背景中不含尿液试纸区域颜色分量xj、yj、zj；摄像装置颜色特征标记为矢量mi＝(xi、yi、zi，xj、yj、zj)。

进一步地，根据所述光照环境特征和摄像装置的颜色特征在数据库中匹配已知光照环境特征和摄像装置的颜色特征的步骤包括：计算所述光照环境特征与所述数据库中的各已知光照环境特征的第一夹角θ1；计算所述摄像装置颜色特征矢量与所述数据库中的各已知摄像装置颜色特征的第二夹角θ2；选取使第一夹角和第二夹角之积最小的已知光照环境特征和摄像装置颜色特征作为匹配的光照环境特征和摄像装置颜色特征。

进一步地，所述方法还包括采集数据库中的不同已知光照环境特征和不同已知摄像头颜色特征下的尿液试纸的各检测项目区块反应色的颜色特征及其对应的检测项浓度数据的步骤。

进一步地，所述采集数据库中的不同已知光照环境特征和不同已知摄像头颜色特征下的尿液试纸的各检测项目区块反应色的颜色特征及其对应的检测项浓度数据的步骤包括如下步骤：在不同光照环境下通过不同摄像头获取包含与各给定浓度的尿液反应后的尿液试纸的一系列图像；利用该图像中的尿液试纸空白区域的颜色特征标记光照环境特征和摄像装置颜色特征；利用给定颜色的试纸放置区的背景来标记光照环境特征和摄像装置颜色特征；检测尿液试纸在给定的各给定浓度下的颜色特征，从而获得不同光照环境和不同摄像装置颜色特征下尿液试纸在给定的各检测项浓度下的颜色特征。

本发明的有益效果是：

1)本发明通过采集已知浓度尿液试纸在不同光照环境中的反应色图像，利用6维度矢量颜色标记方法来对光照环境进行定量分析并精细分类，在进行待检尿液试纸反应色颜色识别时，能够确定并定量其光照环境，使检测结果不受光照环境的影响。

2)本发明通过采集已知浓度尿液试纸对不同摄像装置的反应色图像，利用矢量颜色标记方法来对摄像头颜色特征进行定量分析并精细分类，在进行待检尿液试纸反应色颜色识别时，能够确定其摄像装置颜色特征，消除因不同型号或批次的摄像装置的颜色差异的影响。

3)本发明采用尿液试纸空白和给定背景颜色相结合的方式来定量分析光照环境特征和摄像装置颜色特征，使得光照环境特征和摄像装置颜色特特征具有更多维度信息，提高识别的准确性，且可通过选择多点背景区域来消除光照不均匀、阴影的影响。

附图说明

图1是根据本发明的一个实施方式的尿检试纸反应色分析方法的流程图；

图2是根据本发明的一个实施例的关于待检尿液试纸的图像

图3是图1中的根据所述光照环境特征和摄像装置的颜色特征在数据库中匹配已知光照环境特征和摄像装置的颜色特征的步骤的详细流程图；

图4是根据本发明的一个实施方式的采集数据库中的不同已知光照环境特征和不同已知摄像头颜色特征下的尿液试纸已知的各检测项目区块反应色的颜色特征及其对应的检测项浓度数据的流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1是根据本发明的一个实施方式的尿检试纸反应色分析方法的流程图。如图1所示，该尿检试纸反应色分析方法包括如下步骤：

步骤S101，利用摄像装置获取关于待检尿液试纸的图像；摄像装置可以是摄像头、数码相机等。图2是根据本发明的一个实施例的关于待检尿液试纸的图像。如图2所示，图像中的尿液试纸放置于试纸放置区，试纸放置区设有具有特定颜色的背景区域。尿液试纸具有若干检测项目区块，以及检测项目区块以外的空白区域。检测项目区块内设有检测特定尿液检测项目的试剂。同一检测项目可能有多种不同试剂。这些试剂在与不同成分的尿液反应后会呈现出相应的颜色。

步骤S102，识别检测时的光照环境特征；进一步地，识别检测时的光照环境特征的步骤可以包括：提取所述图像中待检尿液试纸空白区域的颜色分量Xi、Yi、Zi(此处以RGB色彩模式为例，即R＝Xi，G＝Yi、B＝Zi)；提取图像中不包含尿液试纸区域的背景区域的颜色分量Xj、Yj、Zj；光照环境特征标记为矢量(Xi、Yi、Zi，Xj、Yj、Zj)。提取待检尿液试纸空白区域的颜色分量时，可以选择图像中的空白区域内的一个或者多个像素点，根据所选的像素点的颜色分量确定空白区域的颜色分量。

步骤S103，获取用于检测的摄像装置的颜色特征；进一步地，获取用于检测的摄像装置的颜色特征的步骤可以包括：提取图像中待检尿液试纸空白区域的颜色分量xi、yi、zi；提取图像背景中不含尿液试纸区域颜色分量xj、yj、zj；摄像装置颜色特征标记为矢量(xi、yi、zi，xj、yj、zj)。

步骤S104，提取待检尿液试纸各检测项目区块反应色的颜色特征；具体来说，可以通过图像处理算法提取待检测试纸各检测项目区块反应色的颜色值。

步骤S105，获取匹配的光照环境特征和摄像装置的颜色特征；具体来说，根据所述光照环境特征和摄像装置的颜色特征在数据库中匹配已知光照环境特征和摄像装置的颜色特征，以获取匹配的光照环境特征和摄像装置的颜色特征，其中，所述数据库中包含不同已知光照环境特征和不同已知摄像头颜色特征下的尿液试纸已知的各检测项目区块反应色的颜色特征及其对应的检测项目浓度数据。同时结合图3，根据所述光照环境特征和摄像装置的颜色特征在数据库中匹配已知光照环境特征和摄像装置的颜色特征的步骤包括：步骤S1051，计算所述光照环境特征与所述数据库中的各已知光照环境特征的第一夹角θ1；步骤S1052，计算所述摄像装置颜色特征矢量与所述数据库中的各已知摄像装置颜色特征矢量的第二夹角θ2；步骤S1053，选取使第一夹角和第二夹角之积最小的已知光照环境特征矢量和摄像装置颜色特征矢量作为匹配的光照环境特征和摄像装置颜色特征。

步骤S106，获取最接近的已知尿液试纸检测项目区块反应色的颜色特征；具体来说，根据匹配的光照环境特征和摄像装置的颜色特征在数据库中匹配与待检尿液试纸各检测项目区块反应色的颜色特征最接近的已知尿液试纸检测项目区块反应色的颜色特征。

步骤S107，获取对应的检测项的检测结果，具体地，将最接近的已知尿液试纸检测项目区块反应色的颜色特征对应的检测项浓度数据作为相应的检测项的检测结果。

图4是根据本发明的一个实施方式的采集数据库中的不同已知光照环境特征和不同已知摄像头颜色特征下的尿液试纸已知的各检测项目区块反应色的颜色特征及其对应的检测项浓度数据的流程图。如图4所示，采集数据库中的不同已知光照环境特征和不同已知摄像头颜色特征下的尿液试纸已知的各检测项目区块反应色的颜色特征及其对应的检测项浓度数据的步骤包括：

步骤S201，在不同光照环境下通过不同摄像头获取包含与各给定浓度的尿液反应后的尿液试纸的一系列图像；需要注意的是，由于同一检测项目可能有多种不同试剂，而这些不同试剂的反应色有所不同。因此为了兼容应用了不同试剂方案的试纸，可以根据试剂的不同进一步地在不同光照环境下通过不同摄像头采集包含与各给定浓度的尿液反应后的具有不同试剂的尿液试纸的图像。

步骤S202，利用该图像中的尿液试纸空白区域的颜色特征形式标记光照环境特征和摄像装置颜色特征(类似于步骤S102中的矢量)；

步骤S203，利用给定颜色的试纸放置区的背景来标记光照环境特征和摄像装置颜色特征(类似于步骤S102中的矢量)；

步骤S204，检测尿液试纸在给定的各给定浓度下的颜色特征，从而获得不同光照环境和不同摄像装置颜色特征下尿液试纸在给定的各检测项浓度下的颜色特征。

综上所述，一方面，本发明通过采集已知浓度尿液试纸在不同光照环境中的反应色图像，利用6维度矢量颜色标记方法来对光照环境进行定量分析并精细分类，在进行待检尿液试纸反应色颜色识别时，能够确定并定量其光照环境，使检测结果不受光照环境的影响。

另一方面，本发明通过采集已知浓度尿液试纸对不同摄像装置的反应色图像，利用矢量颜色标记方法来对摄像头颜色特征进行定量分析并精细分类，在进行待检尿液试纸反应色颜色识别时，能够确定其摄像装置颜色特征，消除因不同型号或批次的摄像装置的颜色差异的影响。

又一方面，本发明采用尿液试纸空白和给定背景颜色相结合的方式来定量分析光照环境特征和摄像装置颜色特征，使得光照环境特征和摄像装置颜色特特征具有更多维度信息，提高识别的准确性，且可通过选择多点背景区域来消除光照不均匀、阴影的影响。

流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (6)

1.一种尿检试纸反应色分析方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

利用摄像装置获取关于待检尿液试纸的图像；

识别检测时的光照环境特征；

获取用于检测的摄像装置的颜色特征；

提取待检尿液试纸各检测项目区块反应色的颜色特征；

根据所述光照环境特征和摄像装置的颜色特征在数据库中匹配已知光照环境特征和摄像装置的颜色特征，获取匹配的光照环境特征和摄像装置的颜色特征，其中，所述数据库中包含不同已知光照环境特征和不同已知摄像头颜色特征下的已知尿液试纸各检测项目区块反应色的颜色特征及其对应的检测项目浓度数据；

根据匹配的光照环境特征和摄像装置的颜色特征在数据库中匹配与待检尿液试纸各检测项目区块反应色的颜色特征最接近的已知尿液试纸检测项目区块反应色的颜色特征；

将最接近的已知尿液试纸检测项目区块反应色的颜色特征对应的检测项浓度数据作为相应的检测项的检测结果。

2.根据权利要求1所述的尿检试纸反应色分析方法，其特征在于，所述识别检测时的光照环境特征的步骤包括：提取所述图像中待检尿液试纸空白区域的颜色分量Xi、Yi、Zi；提取图像中不包含尿液试纸区域的背景区域的颜色分量Xj、Yj、Zj；光照环境特征标记为矢量Mi(Xi、Yi、Zi，Xj、Yj、Zj)。

3.根据权利要求2所述的尿检试纸反应色分析方法，其特征在于，所述获取用于检测的摄像装置的颜色特征的步骤包括：提取图像中待检尿液试纸空白区域的颜色分量xi、yi、zi；提取图像背景中不含尿液试纸区域颜色分量xj、yj、zj；摄像装置颜色特征标记为矢量mi＝(xi、yi、zi，xj、yj、zj)。

4.根据权利要求3所述的尿检试纸反应色分析方法，其特征在于，根据所述光照环境特征和摄像装置的颜色特征在数据库中匹配已知光照环境特征和摄像装置的颜色特征的步骤包括：

计算所述光照环境特征与所述数据库中的各已知光照环境特征的第一夹角；

计算所述摄像装置颜色特征矢量与所述数据库中的各已知摄像装置颜色特征的第二夹角；

选取使第一夹角和第二夹角之积最小的已知光照环境特征和摄像装置颜色特征作为匹配的光照环境特征和摄像装置颜色特征。

5.根据权利要求1所述的尿检试纸反应色分析方法，其特征在于，所述方法还包括采集数据库中的不同已知光照环境特征和不同已知摄像头颜色特征下的尿液试纸的各检测项区块反应色的颜色特征及其对应的检测项浓度数据的步骤。

6.根据权利要求5所述的尿检试纸反应色分析方法，其特征在于，所述采集数据库中的不同已知光照环境特征和不同已知摄像头颜色特征下的尿液试纸的各检测项区块反应色的颜色特征及其对应的检测项浓度数据的步骤包括如下步骤：

在不同光照环境下通过不同摄像头获取包含与各给定浓度的尿液反应后的尿液试纸的一系列图像；

利用该图像中的尿液试纸空白区域的颜色特征标记光照环境特征和摄像装置颜色特征；

利用给定颜色的试纸放置区的背景来标记光照环境特征和摄像装置颜色特征；

检测尿液试纸在给定的各检测项浓度下的颜色特征，从而获得不同光照环境和不同摄像装置颜色特征下尿液试纸在给定的各检测项浓度下的颜色特征。