CN105973885B - 一种基于颜色识别的快速检测系统的快速干化学检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于颜色识别的快速检测系统及快速干化学检测方法。快速检测系统包括检测校准板、云服务器和带有拍照功能的智能终端；所述智能终端将所述检测校准板拍照并将照片上传至所述云服务器。快速干化学检测方法包括如下步骤：(1)初始环境信息校准；(2)待测试纸条使用及拍照上传云服务器；(3)云服务器根据用户上传的数据，分析待测纸条结果反馈给用户。本发明可以降低检测时间和成本，可以快速准确检测试纸或试剂颜色变化，给出分析结果。

Description

一种基于颜色识别的快速检测系统的快速干化学检测方法

技术领域

本发明涉及快速检测领域，特别涉及一种基于颜色识别的快速检测系统和快速干化学检测方法。

背景技术

基于颜色变化的干化学检测方法在医学领域已经有广泛研究的应用。将尿糖、尿蛋白、尿PH值等多个项目可以一并进行检查的多联试纸，在医学的临床检查中，通过对尿液的观察和多联试纸颜色变化的分析，能迅速的判断出病人的某些生理病症。随之光电技术进步，尿液分析的设备也逐渐完善。高效的全自动的尿液分析仪已经在各级医院实现快速普及。为了更便于家庭和个人使用，降低检测的时间和成本，研究人员在便携易用方面也在不断尝试。CN201220208722专利提出简化机械结构，利用MCU和LCD缩小体积的方式；CN201220701221 通过蓝牙或其它无线方式连接外部打印单元或其它功能部件的方法都是不错的尝试；不过此类设备本身还是继承了医用尿液分析仪的思路，最基本的光学单元、颜色过滤识别单元以及MCU和显示、存储等单元不可或缺，与廉价、便携和易用的目标尚有差距。2013年3月，英格瓦里(Myshkin Ingawale)，展示了利用手机拍下浸润过尿液的试纸即可识别的技术，为此类尝试提出一个新的方向。

不过手机拍照光环境复杂，颜色识别的准确性变成了新的挑战；英格瓦里将试纸放在特制的检测校准板上，放入带LED照明的盒子中用iphone拍照，模拟了类似尿液分析仪的封闭光环境，但操作仍显复杂；CN201410158121.9和CN201510685813.3希望通过设计带有参考比对颜色的专用试纸条来解决此问题。但是复杂的光环境仍会限制其区分度，很难达到专业尿液分析仪水平。而且专用试纸准确性需要重新经过临床检验，而且此方法不适用于现有市场中已经得到临床实践证明的大量试纸；

发明内容

有鉴于此，本发明在于提供一种降低检测时间和成本的基于颜色识别的快速检测系统和快速干化学检测方法，可以快速准确检测试纸或试剂颜色变化，给出分析结果。

为解决上述问题，本发明采用如下技术方案：一种基于颜色识别的快速检测系统，包括检测校准板、云服务器和带有拍照功能的智能终端；所述智能终端将所述检测校准板拍照并将照片上传至所述云服务器。

上述基于颜色识别的快速检测系统，所述检测校准板包括基板和支撑构件，所述基板的上板面上设有试纸条位置识别区、参考标准色区和大于或等于两个卡定位标记，所述卡定位标记与所述试纸条位置识别区或所述参考标准色区相邻；所述基板的侧板面与所述支撑构件铰接。

上述基于颜色识别的快速检测系统，所述试纸条位置识别区设在两个所述参考标准色区之间，远离所述试纸条位置识别区的所述参考标准色区的一侧设有所述卡定位标记。

上述基于颜色识别的快速检测系统，所述基板包括上基板和下基板，所述上基板的上板面上设有试纸条限位槽、所述卡定位标记和所述参考标准色区；所述下基板的上板面上设有试纸条位置识别区；所述上基板的下板面与所述下基板的上板面固定连接，且所述试纸条位置识别区设在所述试纸条限位槽内。

一种利用上述基于颜色识别的快速检测系统的快速干化学检测方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)初始环境信息校准；

(2)待测试纸条使用及拍照上传云服务器；

(3)云服务器根据用户上传的数据，分析待测纸条结果反馈给用户。

上述快速干化学检测方法，步骤(1)包括如下步骤：

(a1)用户设备和环境光校准：用户通过智能终端对检测校准板拍照，然后通过所述智能终端提取用户信息，所述用户信息包括用户的智能终端的设备信息和拍照信息以及检测校准板的参考色块数据，并将用户信息上传至云服务器，然后在云服务器上将用户标识与用户信息进行关联，然后云服务器将用户信息与云服务器自身存储的各种典型的光环境下的各种典型智能终端对检测校准板拍照的结果进行比较，确定云服务器自身存储的各种典型的光环境下的各种典型智能终端对检测校准板拍照的结果与用户信息匹配最佳的一组，即可完成用户设备和环境光校准；

(b1)待测试纸条校准：首先在当前用户下输入检测试纸条识别信息；然后用户将新的检测试纸条浸入参考溶液后置于检测校准板，并通过智能终端拍照，通过智能终端提取检测校准板上的校准颜色和检测试纸条各个测试项目的颜色数据并上传至云服务器；云服务器将用户上传的检测标准板的校准颜色和检测试纸条各个测试项目的颜色数据与云服务器自身存储的不同智能终端和光照下该类试纸条各个测试项目检测结果对应的颜色表进行比较，即可完成待测试纸条校准。

上述快速干化学检测方法，在步骤(b1)中，如果用户上传的检测标准板的校准颜色和检测试纸条各个测试项目的颜色数据与云服务器自身存储的不同智能终端和光照下该类试纸条各个测试项目检测结果对应的颜色表的误差满足要求，则完成待测试纸条校准；如果用户上传的检测标准板的校准颜色和检测试纸条各个测试项目的颜色数据与云服务器自身存储的不同智能终端和光照下该类试纸条各个测试项目检测结果对应的颜色表的误差不满足要求，则待测试纸条校准失败，说明用户设备或光照不满足要求，将提示用户检测结果不可靠，需要重新校准。

上述快速干化学检测方法，步骤(2)包括如下步骤：

(a2)用户选测需要分析的试纸条种类；

(b2)按照试纸条的使用指导使用待测纸条分析待测物；

(c2)将待测试纸条置于检测校准板上，用户通过智能终端拍照，并且智能终端会自动将此次拍照结果及用户信息发送至云服务器。

上述快速干化学检测方法，步骤(c3)中，拍照结果包括：照片、检测校准板的颜色、待检试纸色块的颜色和用户信息。

上述快速干化学检测方法，步骤(3)包括如下步骤：

(a3)根据用户标识，检查此次待分析数据的可靠性：(i)智能终端与用户校准时的设备一致；(ii)此次检测校准板校准色与用户初次校准时颜色误差满足要求；

(b3)比较待测纸条每个项目的颜色与云服务器根据用户光照环境选取的颜色表比较，获得校准的检测结果；

(c3)云服务器将检测结果存储并反馈给智能终端，智能终端显示结果给用户。

本发明的有益效果是：

1.本发明通过检测校准板、智能拍照终端和云服务器三者结合。建立基于用户的设备和环境光校准测量，结合云服务器积累的大量实测数据和图像分析处理功能，有效克服了智能终端拍照光环境复杂对拍照检测结果的精度影响，使得分析结果可以接近或达到提供给普通使用检测试纸可以接近或达到医院专业分析仪水平。

2.本发明利用了互联网数据通讯的迅速发展的大环境，使得普通用户只需要拥有一部具备拍照和上网功能的智能手机即可以以极低的成本使用此类成熟检测技术带来的好处。

3.本发明优点还在于可以直接使用现有的各种通用纸条，在降低用户成本方面也有优势。

附图说明

图1为本发明中基于颜色识别的快速检测系统的结构框图；

图2为本发明中基于颜色识别的快速检测系统中检测标准板的结构示意图；

图3为本发明中基于颜色识别的快速检测系统中检测校准板的使用时的结构示意图；

图4为本发明中基于颜色识别的快速检测系统中检测校准板的基板的结构示意图；

图5为本发明中检测标准板使用测试照片；

图6为本发明中云服务器主要检测步骤流程图；

图7-1为志愿者1医院尿常规检测设备检测结果；

图7-2为志愿者1利用本发明进行的尿常规检测结果；

图8-1为志愿者2医院尿常规检测设备检测结果；

图8-2为志愿者2利用本发明进行的尿常规检测结果；

图9-1为志愿者3医院尿常规检测设备检测结果；

图9-2为志愿者3利用本发明进行的尿常规检测结果；

图10-1为志愿者4医院尿常规检测设备检测结果；

图10-2为志愿者4利用本发明进行的尿常规检测结果；

图11-1为志愿者5医院尿常规检测设备检测结果；

图11-2为志愿者5利用本发明进行的尿常规检测结果；

图12-1为志愿者6医院尿常规检测设备检测结果；

图12-2为志愿者6利用本发明进行的尿常规检测结果。

图中，1-基板；2-支撑构件；3-卡定位标记；4-参考标准色区；5-试纸条位置识别区；6-试纸条限位槽；7-上基板；8-下基板。

具体实施方式

为清楚说明本发明中的方案，下面给出优选的实施例并结合附图详细说明。

鉴于当前去医院做检查需要挂号排队，为此需要抽出一段时间来处理这项事务，而随着就医或做检查的人越来越多，去医院做检查将会耗费更多的时间，因此，本发明提出一种快速干化学检测方法，依靠基于颜色识别的快速检测系统完成尿液等待检测物质的快速检测，其中所述基于颜色识别的快速检测系统，如图1所示，包括检测校准板、云服务器和带有拍照功能的智能终端；所述智能终端将所述检测校准板拍照并将照片上传至所述云服务器。其中，所述检测校准板包括基板1和支撑构件2，所述基板1的上板面上设有试纸条位置识别区5、两个参考标准色区4和四个卡定位标记3，所述卡定位标记3与所述参考标准色区4相邻；所述基板1的侧板面与所述支撑构件2铰接，所述试纸条位置识别区5设在两个所述参考标准色区4之间，远离所述试纸条位置识别区5的所述参考标准色区4的一侧设有两个所述卡定位标记3，如图 2和图3所示。而且为了试纸条的放置，本实施例中，所述基板1包括上基板7和下基板8，所述上基板7的上板面上设有试纸条限位槽6、所述卡定位标记3和所述参考标准色区4；所述下基板8的上板面上设有试纸条位置识别区5；所述上基板7的下板面与所述下基板8的上板面固定连接，且所述试纸条位置识别区5设在所述试纸条限位槽6内。

利用所述基于颜色识别的快速检测系统进行快速干化学检测方法，具体步骤如下：

(1)初始环境信息校准，具体包括如下步骤：

(a1)用户设备和环境光校准：用户通过智能终端对检测校准板拍照，然后通过智能终端提取用户信息，所述用户信息包括用户的智能终端的设备信息(如手机的种类和型号)和拍照信息以及检测校准板的参考色块数据，并将用户信息上传至云服务器，然后在云服务器上将用户标识与用户信息进行关联，然后云服务器将用户信息与云服务器自身存储的各种典型的光环境下的各种典型智能终端对检测校准板拍照的结果进行比较，确定云服务器自身存储的各种典型的光环境下的各种典型智能终端对检测校准板拍照的结果与用户信息匹配最佳的一组，即可完成用户设备和环境光校准。

对于多个用户使用同一个智能终端而言，为了使用户能够在所述云服务器上找到自己的信息，同时为了便于对不同用户的信息进行分类存储及管理，通常需要用户利用所述智能终端注册一个唯一的用户标识。用户注册一个唯一的用户标识之后，在对用户设备和环境光校准时，可以将用户信息与用户标识进行关联。

(b1)待测试纸条校准，二次校准：首先在当前用户下输入检测试纸条识别信息；然后用户将新的检测试纸条浸入参考溶液(例如纯净水)后置于检测校准板，并通过智能终端拍照，通过智能终端提取检测校准板上的校准颜色和检测试纸条各个测试项目的颜色数据并上传至云服务器；云服务器将用户上传的检测标准板的校准颜色和检测试纸条各个测试项目的颜色数据与云服务器自身存储的不同智能终端和光照下该类试纸条各个测试项目检测结果对应的颜色表进行比较，即可完成待测试纸条校准。

尽管云服务器自身存储的不同智能终端和光照下该类试纸条各个测试项目检测结果对应的颜色表需要通过大量实验测量统计得到，且不能穷举所有可能的终端设备和光环境组合，但是经过适当选取足够量的典型的终端设备和光环境组合进行测试和数据积累，通过最佳匹配颜色表的选取，仍可以将测量误差控制在小于国家标准的要求。而且随着用户信息的不断增加和积累，将更有利于通过云服务器进行待测试纸条的校准。

并且云服务器程序根据步骤一第2步选取的最佳匹配序号，从该试纸所有颜色表中选出与该用户匹配的一组后续使用。

在本步骤中，如果用户上传的检测标准板的校准颜色和检测试纸条各个测试项目的颜色数据与云服务器自身存储的不同智能终端和光照下该类试纸条各个测试项目检测结果对应的颜色表的误差满足要求，则完成待测试纸条校准；如果用户上传的检测标准板的校准颜色和检测试纸条各个测试项目的颜色数据与云服务器自身存储的不同智能终端和光照下该类试纸条各个测试项目检测结果对应的颜色表的误差不满足要求，则待测试纸条校准失败，说明用户设备或光照不满足要求，将提示用户检测结果不可靠，需要重新校准。

对于首次使用校准的用户而言，步骤(1)中的步骤(a1)和步骤(b1) 可以一次性完成。如果改用其他新类型的测试纸条，只需要重复步骤(b1) 即可。

鉴于智能终端拍照不具备医用分析仪的封闭光环境和和可校准的光学过滤和接收传感单元光环境的不确定性，因此为了提供尽可能可靠的分析结果，本发明中快速干化学检测方法中的步骤(1)尤为重要，而步骤 (1)只需要在初次使用时执行一次。

本实施例中，用户的智能终端选用智能手机充当。先将待测试纸条置于检测校准板上，然后用户使用智能手机，完成拍照和数据上传；通过智能手机完成人机交互，自动获得手机的型号和拍照参数等信息。

而且本实施例中检测校准板下面的两个黑色圆点、左侧挡板结合上挡板，在操作时，将试纸条从推入至左侧挡板处，即实现了对待测试纸条的限位功能。本实施例中检测校准板选取灰色作为参考颜色；一般的，检测校准板上可以印刷更多的参考颜色供比对校准，将提供更细致的校准结果。

例如，在步骤(1)中，云服务器内已经存储了A、B两种手机各自在冷白光和暖光两种色温下，对检测校准板参考灰色拍照的颜色数据，分别标记为RGB1、RGB2、RGB3、RGB4；以尿液检查的11联试纸为例，云服务器同时已经存储了A、B两种手机各自在冷白光和暖光两种色温下，尿液检查的11联试纸各种颜色变化拍照的颜色数据。分别标记为 GROUP1、GROUP2、GROUP3、GROUP4四组。

假设用户甲在步骤(a1)中用A手机在家里卧室暖光下对检测校准板拍照进行初始环境信息校准。云服务器比较用户上传的参考颜色与存储的 4个参考颜色，选定第一组RGB1的颜色最匹配。由此确定，用户甲的尿液检查的11联试纸，后续将使用与第一组GROUP1中的表格数据与之比较；在步骤(b2)中使用待测试纸条二次校准结果，在云服务器将与GROUP1中的表格数据对应项比较确认，如果一一匹配，则完成校准。

(2)待测试纸条使用及拍照上传云服务器，具体步骤如下：

(a2)用户选测需要分析的试纸条种类；

(b2)按照试纸条的使用指导使用待测纸条分析待测物；

(c2)将待测试纸条置于检测校准板上，用户通过智能终端拍照，并且智能终端会自动将此次拍照结果及相关信息发送至云服务器。本步骤中，拍照结果包括：照片、检测校准板的颜色、待检试纸色块的颜色和用户信息。

本实施例中，试纸条采用用于尿液检查的十一联试纸条，并用十一联试纸条对用户尿液进行分析。按照步骤(a2)、(b2)和(c2)依次进行操作：首先，用户在智能终端的界面中选测需要分析的纸条种类一某品牌尿液检查的十一联试纸条，并且用户已经成功完成与该纸条相关的初始环境信息校准。然后用户根据尿液检测试纸操作说明浸入待分析尿液。然后将该试纸条置于检测校准板上，智能终端拍照。

智能终端对拍摄照片(如图5所示)进行图像处理，通过识别出的四个圆点(卡定位标记)的圆心位置可以确定检测校准板的位于照片中的位置；然后再根据卡定位标记与参考标准色区和试纸条识别区的相对几何关系找到检测校准板上参考标准色区和试纸条识别区在拍摄照片上的位置，而确定试纸条识别区则就可以确定试纸条在拍摄照片上的位置；在本实施例中，参考颜色为灰色，位于黑白圆心连线的 1/3处；纸条上下位置位于黑白圆心连线的2/3处；待测试纸条左起第一色块中心位于黑白圆心连线上，至此待测试纸条各个试剂块的位置信息已经完全确定；最后根据这些位置信息，在照片中取出检测校准板参考色以及各个待测项目颜色的RGB信息；以及用户此次拍照使用的智能终端设备信息(手机型号A)、照片的拍摄参数等发送至云服务器；也可以直接将照片传至云服务器，由云服务器完成全部分析处理工作；本实施例中，智能终端两种上传方式均支持，用户可以根据个人需求设置选择；前者仅保留经过预处理的用户检测结果供用户查询分析；后者可以在服务器端保留完整的用户原始检测图像及结果供用户查询比较。

(3)云服务器根据用户上传的数据，分析待测纸条结果反馈给用户，具体步骤如下：

(a3)根据用户标识，检查此次待分析数据的可靠性：(i)智能终端与用户校准时的设备一致；(ii)此次检测校准板校准色与用户初次校准时颜色误差满足要求；

(b3)比较待测纸条每个项目的颜色与云服务器根据用户光照环境选取的颜色表比较，获得校准的检测结果；

(c3)云服务器将检测结果存储并反馈给智能终端，智能终端显示结果给用户。

本实施例中，利用云服务器对步骤(2)中拍摄照片进行处理，其主要步骤如图6所示：

(i)根据用户标识为甲，获得该用户的设备信息为A，校准颜色信息为RGB1；同时根据此次拍照的试纸信息，从云服务器数据库中选择待匹配的颜色信息组GROUP1。

(ii)比较本次拍照智能设备光环境与用户校准时是否一致。如果一致，跳转至处理第4点；如果不一致，则判断为拍摄光环境变化，跳转至第3点。

本步骤中，设备环境信息一致需要同时满足下述条件：

(I)本次拍照智能设备与用户校准时的设备一致；

(II)本次拍照检测校准板校准色与用户初次校准时颜色误差满足要求。

(iii)以用户初次校准时参考颜色为目标，通过云服务器上的图像处理程序，对本次拍照检测校准板校准色进行曝光和白平衡处理，使得两者差异满足要求；记录白平衡和曝光的参数修正值，并据此对此次用户检测拍照得到的各个待测项目颜色的RGB信息进行修正。

(iv)比较待测纸条每个项目的颜色与云服务器根据用户光照环境选取的颜色表GROUP1中各项数据比较，获得各个项目最佳颜色匹配项，作为检测结果。

(v)云服务器将检测结果存储并反馈给智能终端，智能终端显示结果给用户。

利用本分明快速干化学检测方法对6名志愿者(3男3女)分别进行了尿常规检测，同时利用医院用尿常规检测设备对该6名志愿者进行了尿常规检测，其检测结果如图7-1～12-2所示，由图中数据可知，本发明快速干化学检测方法对6名志愿者进行的尿常规检测结果与医院用尿常规检测设备的检测结果达到了99.9％吻合，这说明本发明中的快速干化学检测方法，在正式提供分析结果之前，首先基于用户设备和光照环境，对检测校准板和待测纸条实施了校准技术；有效克服了智能设备拍照的光环境的不确定性，使得分析结果精度明显提高，通过与目前医院使用的常规分析仪器进行比对，抗坏血酸、尿胆原、胆红素、酮体、潜血、蛋白质、亚硝酸盐、尿白细胞、葡萄糖、尿比重和酸碱度等检查项目的检测结果，可以达到医院专业分析仪水平以及国家对医用尿液分析仪的强制要求的水平。

上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明创造所作的举例，而并非对本发明创造具体实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所引伸出的任何显而易见的变化或变动仍处于本发明创造权利要求的保护范围之中。

Claims (1)

1.一种基于颜色识别的快速检测系统的快速干化学检测方法，其特征在于，基于颜色识别的快速检测系统包括检测校准板、云服务器和带有拍照功能的智能终端；所述智能终端将所述检测校准板拍照并将照片上传至所述云服务器；所述检测校准板包括基板(1)和支撑构件(2)，所述基板(1)的上板面上设有试纸条位置识别区(5)、参考标准色区(4)和大于或等于两个卡定位标记(3)，所述卡定位标记(3)与所述试纸条位置识别区(5)或所述参考标准色区(4)相邻；所述基板(1)的侧板面与所述支撑构件(2)铰接；所述试纸条位置识别区(5)设在两个所述参考标准色区(4)之间，远离所述试纸条位置识别区(5)的所述参考标准色区(4)的一侧设有所述卡定位标记(3)；所述基板(1)包括上基板(7)和下基板(8)，所述上基板(7)的上板面上设有试纸条限位槽(6)、所述卡定位标记(3)和所述参考标准色区(4)；所述下基板(8)的上板面上设有试纸条位置识别区(5)；所述上基板(7)的下板面与所述下基板(8)的上板面固定连接，且所述试纸条位置识别区(5)设在所述试纸条限位槽(6)内；

快速干化学检测方法包括如下步骤：

(1)初始环境信息校准；

(a1)用户设备和环境光校准：用户通过智能终端对检测校准板拍照，然后通过所述智能终端提取用户信息，所述用户信息包括用户的智能终端的设备信息和拍照信息以及检测校准板的参考色块数据，并将用户信息上传至云服务器，然后在云服务器上将用户标识与用户信息进行关联，然后云服务器将用户信息与云服务器自身存储的各种典型的光环境下的各种典型智能终端对检测校准板拍照的结果进行比较，确定云服务器自身存储的各种典型的光环境下的各种典型智能终端对检测校准板拍照的结果与用户信息匹配最佳的一组，即可完成用户设备和环境光校准；

(b1)待测试纸条校准：首先在当前用户下输入检测试纸条识别信息；然后用户将新的检测试纸条浸入参考溶液后置于检测校准板，并通过智能终端拍照，通过智能终端提取检测校准板上的校准颜色和检测试纸条各个测试项目的颜色数据并上传至云服务器；云服务器将用户上传的检测标准板的校准颜色和检测试纸条各个测试项目的颜色数据与云服务器自身存储的不同智能终端和光照下该类试纸条各个测试项目检测结果对应的颜色表进行比较，即可完成待测试纸条校准；

如果用户上传的检测标准板的校准颜色和检测试纸条各个测试项目的颜色数据与云服务器自身存储的不同智能终端和光照下该类试纸条各个测试项目检测结果对应的颜色表的误差满足要求，则完成待测试纸条校准；如果用户上传的检测标准板的校准颜色和检测试纸条各个测试项目的颜色数据与云服务器自身存储的不同智能终端和光照下该类试纸条各个测试项目检测结果对应的颜色表的误差不满足要求，则待测试纸条校准失败，说明用户设备或光照不满足要求，将提示用户检测结果不可靠，需要重新校准；

(2)待测试纸条使用及拍照上传云服务器；

(a2)用户选测需要分析的试纸条种类；

(b2)按照试纸条的使用指导使用待测纸条分析待测物；

(c2)将待测试纸条置于检测校准板上，用户通过智能终端拍照，并且智能终端会自动将此次拍照结果及用户信息发送至云服务器；拍照结果包括：照片、检测校准板的颜色、待检试纸色块的颜色和用户信息；

(3)云服务器根据用户上传的数据，分析待测纸条结果反馈给用户；

(a3)根据用户标识，检查此次待分析数据的可靠性：(i)智能终端与用户校准时的设备一致；(ii)此次检测校准板校准色与用户初次校准时颜色误差满足要求；

(b3)比较待测纸条每个项目的颜色与云服务器根据用户光照环境选取的颜色表比较，获得校准的检测结果；

(c3)云服务器将检测结果存储并反馈给智能终端，智能终端显示结果给用户。