CN110412257B - 一种结合人工标定与星射线算法的试纸块定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种结合人工标定与星射线算法的试纸块定位方法。该方法通过同时结合人工手动方式与算法自动化方式，可以很便捷地实现尿液检测仪拍摄的图像中干化学试纸块的定位。具体包含如下步骤：一、在图像中设置默认监测区域；二、手动点击得到图像采集框的初始中心位置；三、利用星射线算法自动检测试纸块的边缘位置；四、后期手动调整优化试纸块的精准边缘位置。本发明提供了一种便捷而准确的方法，可以快速实现试纸图像中试纸块的精准定位。

Description

一种结合人工标定与星射线算法的试纸块定位方法

技术领域

本发明涉及健康管理领域，特别是一种结合人工标定与星射线算法的试纸块定位方法。

背景技术

随着当今人们生活水平的提高和生活方式的转变，慢性非传染性疾病的患病人数高速增长，慢性疾病的早期筛查和日常管理成为家庭健康和公共卫生的重大难题和挑战；通过在试纸条上增加检测身体多项指标的试剂块，能够较为准确地判断出人体的健康情况，对于肾功能、肝功能、炎症、糖尿病等众多疾病的筛查与监测都具有较好的临床意义。

利用试纸进行尿液检测是医疗检测的常用方法，主要是通过在试剂块上添加化学试剂，与尿液中的人体分泌物质进行化学反应产生颜色变化，再根据试剂块颜色变化的情况和程度来判断尿液中对应物质含量的多少，进而用于疾病的检测和判断；试纸检测具有方便快捷、无痛无创、成本低廉、操作简单等优点，日益成为疾病筛查和日常检测的首要选择。

当前对尿液检测试纸进行分析的技术主要是通过摄像头拍摄图像，或是通过颜色传感器读取色值，然后对图像和色值进行分析匹配，找到对应的指标含量浓度，匹配相应的疑似病症和治疗建议等，因此图像获取及试剂块定位对于后续判断的准确性较为重要。

目前市场上利用摄像头(或者是智能手机)拍摄图像，进行颜色识别的方法，存在以下缺点：

1、每次检测时，试纸条、试纸块的位置都会出现少量的变动，无法采用固定位置的方法，直接从图像中进行裁剪。这样很可能出现裁剪不准确，导致试纸块不完整，或者是非试纸块部分被引入从而引起检测结果不准确；

2、采用缩小裁剪框的方法，则导致试纸块上大量的有用像素被浪费，引起颜色平均值的计算不精准；

3、在图像中采用颜色分割方法得到试纸块，则容易受到相机色偏、阴影的干扰而出错；

4、利用投影法计算试纸块的位置，则要求每一行的试纸块都保证高精度对齐。些许偏移都导致算法结果不正确；

5、光学镜头，尤其是鱼眼镜头，普遍存在着不同程度的径向畸变；此时，在图像中基于直线检测、梯度投影等实现试纸块定位的方法失效。并且由于试纸块的小幅度位置变动，也很难预料到每一个试纸块的畸变幅度。

针对以上难题，本专利提出了一种结合人工标定与星射线算法的试纸块定位方法。该方法在保证用户体验不受到影响的前提下，同时结合了人眼的高度精准性，以及算法的自动化检测的优点。该方法可以实现快速、便捷而精准的试纸块外框定位。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的缺陷和不足，提供了一种结合人工标定与星射线算法的试纸块定位方法。为实现上述目的，本发明采用的技术方案：一种结合人工标定与星射线算法的试纸块定位方法包含如下模块：在试纸图像中设置默认监测区域、手动点击得到图像采集框的初始中心位置、利用星射线算法自动检测试纸块的边缘、后期手动调整优化试纸块的边缘位置。

进一步地，所述的一种结合人工标定与星射线算法的试纸块定位方法，设置默认图像监测区域的流程为：事先通过人工观察，记录下试纸条所在的区域范围的位置，然后将区域位置坐标存储下来，在手机上展示试纸条图像时，直接根据位置坐标对原图进行裁剪、显示，将试纸块以外的区域去掉。

进一步地，所述的一种结合人工标定与星射线算法的试纸块定位方法，利用星射线算法自动检测试纸块边缘的流程为：1)将彩色图像转变成灰度图像；2)在前述步骤得到的试纸块初始中心点位置，向四周发射18条射线，每条射线的夹角是20°；3)针对当前射线L_i，从中心点0开始，沿着射线方向向外逐像素遍历图像；4)在沿着射线L_i从中心点0向四周遍历时，一旦遇到像素梯度值大于阈值，则得到关键点；5)将所有的18个关键点连接起来，得到试纸块的外部边界；6)通过分析关键点的位置，得到试纸块的外部边界坐标。

1)进一步地，所述的一种结合人工标定与星射线算法的试纸块定位方法，后期手动调整优化试纸块的边缘位置的步骤如下：对于极少数情形下星射线算法定位不准的试纸块，后期通过手动调整优化试纸块外部边界的流程为：1)通过指尖触摸，整体移动试纸块外框的位置；2)对每个试纸块外框的每一条边界，利用手指进行精确的位置调整，使得每一条边界都跟真实边界完全重合。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：在保证用户体验不受到影响的前提下，同时结合了人眼的高度精准性，以及算法的自动化检测的优点。该方法可以实现快速、便捷而精准的试纸块外框定位。

附图说明

图1为本发明模块结构示意图；

图2为以触摸点为中心发射18条等角射线与图像梯度值较大位置的交点示意图；

图3为手动点击初始中心，屏幕以红点形式展现示意图；

图4为人工手动调整试纸块外部边界与真实边界重合示意图；

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动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。

实施例

参照图1所示，一种结合人工标定与星射线算法的试纸块定位方法包含以下模块：在图像中设置默认监测区域的模块1、手动点击得到图像采集框的初始中心位置的模块2、利用星射线算法自动检测试纸块的边缘位置的模块3、后期手动调整优化试纸块的精准边缘位置的模块4，各个模块依次连接。

所述在图像中设置默认监测区域的模块1，是指在使用尿液检测仪之前，事先通过人工观察，通过多次手动安置试纸条以及拍摄图像的方法，记录下试纸条所在区域的可能范围，然后将区域位置坐标存储下来。在手机上展示试纸条图像时，直接根据区域范围的位置坐标对原图进行裁剪、显示，将试纸块以外的区域去掉。通过对图像进行裁剪，可以使得在手机上显示的试纸图像内容全部都是用户最关心的关键区域，从而将手机屏幕上试纸块的尺寸放大到极致。在后续步骤进行手动交互时，可以降低操作难度，提高位置的精准性。

所述手动点击得到图像采集框的初始中心位置的模块2，是指用户通过在手机屏幕上手动点击，以得到每一个试纸块对应的外框的初始中心位置。具体流程如下：用户通过指尖触摸智能手机的屏幕，点击图像中每一个试纸块的大致中心位置。***会自动记录下该中心位置点，并且在手机屏幕上以红点的形式展示出来。然后，用户通过人眼验证该中心位置是否在试纸块区域以内。如果是，则该试纸块的中心点选取结束。否则，需要对该试纸块重新进行点击选取。如果观察到有某一个试纸块的中心点发生漏缺的现象，则需要进行补充标定。如果观察到某个中心点位置距离试纸块的真实中心位置超过阈值(试纸块宽度值的40％)，则通过人工移动调整中心点位置。

所述利用星射线算法自动检测试纸块的边缘位置的模块3，是指利用星射线算法自动检测试纸块边缘，参照图2所示，具体的流程为：

1)将尿液检测仪拍摄的试纸条的彩色图像转变成灰度图像(转变过程为公知，不赘述)；

2)在每一个利用手动标注得到的试纸块的初始中心点位置的基础上，向四周发射18条射线。每两条相邻射线之间的夹角都是20°，均匀分布，其角度值按逆时针方向依次为：0°，20°，40°，60°，80°，100°，120°，140°，160°，180°，200°，220°，240°，260°，280°，300°，320°，340°；

3)针对当前射线L_i，从中心点0开始，沿着射线方向向四周逐像素遍历灰度图像，计算每一个像素点所在位置的梯度幅值。梯度幅值的计算公式如下：

其中，G(x，y)表示图像中(x，y)位置的梯度幅值；I(x，y)表示图像中(x，y)位置的像素亮度值；

4)设定边缘检测的梯度阈值

在沿着当前射线L_i从中心点o向外侧遍历时，遇到满足如下条件的第一个像素，就认为它是关键点K_i，也就是试纸块的边界所在位置：

5)将所有射线的关键点K_i按照逆时针方向连接起来，得到一组轮廓点序列。该轮廓点序列就是试纸块的外部边界；

6)在轮廓点序列中，找到分别位于最上方、最下方、最左方、最右方的轮廓点，从而进一步得到试纸块矩形外框的四边所在位置；

所述后期手动调整优化试纸块的精准边缘位置的模块4，是指对于极少数情形，星射线算法检测试纸块边缘出现异常，导致出现边缘上的关键点缺失，或者是定位不准确的现象。此时可以通过手动调整检测框的办法来进行弥补。具体流程如下：

1)整体移动某一个试纸块边框矩形，使得该边框矩形的中心点与该试纸块的真实中心位置重合；

2)对每一个试纸块矩形框，如果它的某一条边界与真实边界不重合的，则利用手指在手机界面上触摸移动，手动调节该边界到真实边界的位置，实现重合；

3)将所有边框的位置信息存储下来，至此，本专利所述试纸块定位方法完成。

Claims (5)

1.一种结合人工标定与星射线算法的试纸块定位方法，其特征在于试纸图像中计算设置默监测区域，包含如下模块：

(1)手动点击得到图像采集框的初始中心位置；

(2)利用星射线算法自动检测试纸块的边缘；星射线算法其特征在于：利用星射线算法自动检测试纸块边缘的流程为：1)将彩色图像转变成灰度图像；2)在前述步骤得到的试纸块初始中心点位置，向四周发射18条射线，每条射线的夹角是20°；3)针对当前射线L_i，从中心点0开始，沿着射线方向向外逐像素遍历图像；4)在沿着射线L_i从中心点0向四周遍历时，一旦遇到像素梯度值大于阈值，则得到关键点；5)将所有的18个关键点连接起来，得到试纸块的外部边界；6)通过分析关键点的位置，得到试纸块的外部边界坐标；

(3)后期手动调整优化试纸块的边缘位置；

(4)各个模块依次连接。

2.根据权利要求1所述的一种结合人工标定与星射线算法的试纸块定位方法，其特征在于：用户按照如下流程进行操作：首先，在智能手机上根据预先存储的位置，设定试纸块所在区域，并且将区域外的图像裁减掉；然后，在手机屏幕上，通过指尖触摸，点击每一个试纸块的中心位置，得到试纸块的大致位置；然后，一个自动化的定位算法——星射线算法开始被运行；它以每一个试纸块的初始中心点为起始点，向四周发射18条等夹角的射线；每一条射线在碰到试纸块边界时就停止下来，得到关键点；然后将所有的18个关键点连接起来，得到试纸块的矩形边界；最终，人工再对星射线算法的边界定位结果进行一次校准，精细调整试纸块边界，得到最终的结果。

3.根据权利要求1所述的一种结合人工标定与星射线算法的试纸块定位方法，其特征在于：设置默认图像监测区域的流程为：事先通过人工观察，记录下试纸条所在的区域范围的位置，然后将区域位置坐标存储下来，在手机上展示试纸条图像时，直接根据位置坐标对原图进行裁剪、显示，将试纸块以外的区域去掉。

4.根据权利要求1所述的一种结合人工标定与星射线算法的试纸块定位方法，其特征在于：手动点击得到图像采集框的初始中心位置的流程为：用户通过指尖触摸智能手机的屏幕，点击每一个试纸块的大致中心位置，记录下中心位置点，并且在手机屏幕上以红点的形式展示出来；用户人眼验证中心位置是否在试纸块区域内，或者是否有试纸块漏缺的现象，然后针对性进行删除或者补充，或者通过人工移动而调整中心点位置。

5.根据权利要求1所述的一种结合人工标定与星射线算法的试纸块定位方法，其特征在于：对于极少数情形下星射线算法定位不准的试纸块，后期通过手动调整优化试纸块外部边界的流程为：1)通过指尖触摸，整体移动试纸块外框的位置；2)对每个试纸块外框的每一条边界，利用手指进行精确的位置调整，使得每一条边界都跟真实边界完全重合。

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