KR101706702B1 - Method for glucose concentration detection - Google Patents
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Abstract
본 발명은 국제조명위원회(Commission Internationale de I'Eclairage, CIE) 색 공간을 이용하여 시료의 정색반응(color reaction) 결과로 변화된 색에 대한 정보를 통해 포도당 농도 검출 방법 관한 것으로, 보다 구체적으로 (a) 분석시료에 백색광을 조사하여 반사되어 검출된 광을 통해 RGB 값을 측정하는 단계, (b) 상기 RGB 값을 국제조명위원회(CIE) 색 공간상의 X, Y, Z 값으로 환산하고, 상기 X, Y, Z 값을 통해 색 좌표 값으로 산출하는 단계, (c) 상기 색 좌표 값으로부터 파장(wavelength) 값 및 순도(purity) 값을 도출하는 단계, (d) 상기 파장 값 및 순도 값들로부터 역 변환 모델링 기법을 이용하여 역 변환 모델링 식을 구하는 단계, 및 (e) 상기 역 변환 모델링 식을 기반으로 농도를 산출하는 단계를 포함하여, 추정된 역 변환 모델링 식을 적용하여 실시간 포도당 농도 검출하는 방법 관한 것이다.The present invention relates to a glucose concentration detection method using information on color changed as a result of a color reaction of a sample using the Commission Internationale de l'Eclairage (CIE) color space. More specifically, (B) converting the RGB values into X, Y and Z values in the CIE color space, and calculating X, Y and Z values in the CIE color space, (C) calculating a wavelength value and a purity value from the color coordinate values, (d) calculating a wavelength value and a purity value from the color value and the purity value, (E) calculating a concentration based on the inverse transformation modeling equation, and calculating a concentration based on the inverse transformation modeling equation using the inverse transform modeling equation It is about law.
Description
본 발명은 정량 분석 기술에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 시료의 정색반응(color reaction) 결과로 변화된 색의 RGB 값으로부터 국제조명위원회(Commission Internationale de I'Eclairage, CIE) 색 공간을 이용하여 색에 대한 정보를 객관적 수치로 산출하는 광학적 방법으로 포도당 농도의 미세한 변화도 수치적 정량적으로 분석할 수 있는 포도당 농도 검출 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a quantitative analysis technique, and more particularly, to a method and apparatus for quantitatively analyzing a color image by using a color space of a color changed by a color reaction of a sample using a Commission Internationale de l'Eclairage (CIE) The present invention relates to a method for detecting glucose concentration capable of quantitatively and quantitatively analyzing minute changes in glucose concentration by an optical method of calculating information on an objective value.
정색 반응(color reaction)이란 발색 또는 변색을 수반하는 화학반응으로 이를 이용하여 시료 내 대상물질의 농도를 분석하는 방법에 많이 이용된다. 일반적으로 정색반응을 분석하는 방법으로는 육안으로 시료의 변색 정도를 관찰하거나, 분광계나 비색법을 사용하여 정색반응의 정도를 관찰하는 주관적인 방법으로 농도를 정량 분석하여 부정확하다 문제점이 있었다.A color reaction is a chemical reaction involving coloration or discoloration and is often used to analyze the concentration of a substance in a sample. Generally, the method of analyzing the color reaction is a subjective method of observing the degree of discoloration of the sample with the naked eye or observing the degree of the color reaction using a spectrometer or a colorimetric method, thereby quantitatively analyzing the concentration, which is inaccurate.
한편, 포도당 농도를 측정하는 방법에는 효소전극, 액체 크로마토그래프 그리고 농도 분석기 및 전기적 방법 등을 사용하여 측정할 수 있다. 상기 효소전극의 경우는 측정값의 정확도와 전극의 안전성의 문제점이 있고, 또한 액체 크로마토그래프나 분석기는 분석장치 외에도 많은 부대장치가 필요함으로 실험실이나 산업체 등에서 사용하기 어렵다.On the other hand, the glucose concentration can be measured using an enzyme electrode, a liquid chromatograph, a concentration analyzer, and an electrical method. In the case of the enzyme electrode, there is a problem in the accuracy of the measurement value and the safety of the electrode. In addition, the liquid chromatograph and the analyzer are difficult to use in laboratories and industries because many additional apparatuses are required in addition to the analyzing apparatus.
그리고 전기적인 방법은 포도당이 포도당 산화효소(glucose oxidase)에 의해 산화되고 과산화수소(H2O2)가 되고, 그 다음 백금(platinum)으로 싸인 전극에서 과산화수소(H2O2)가 아래의 반응식과 같은 반응이 일어나고, 결국 당 분장 하나당 두 개의 전자를 발생하여 전류를 흐르게 된다.And electrical means is glucose and is hydrogen peroxide (H 2 O 2) is oxidized by glucose oxidase (glucose oxidase), and then platinum hydrogen peroxide in sign electrode with (platinum) (H 2 O 2), the following reaction schemes and The same reaction takes place, resulting in the generation of two electrons per current per square and current flow.
포도당(glucose)+O2 →글루콘산(gluconic acid)+H2O2 Glucose + O 2 → gluconic acid + H 2 O 2
H2O2→2O + 2H + 2e-H 2 O 2 ? 2O + 2H + 2e-
상기 화학식과 같이 발생되는 전류량과 포도당 양은 상관관계를 갖게 되어 이를 통해 포도당 농도를 검출할 수 있다. 하지만 이와 같은 전기적인 방법은 직접적인 포도당의 농도가 아닌 상관관계에 있는 전류량을 측정하기 때문에 신뢰도에 문제가 있어 정확한 포도당의 농도라 하기에는 문제가 있는 단점이 있다.The amount of current generated in accordance with the above formula and the amount of glucose are correlated with each other, so that glucose concentration can be detected. However, such an electrical method has a disadvantage in that there is a problem in reliability because it measures the amount of current which is not a direct glucose concentration but a correlation, and therefore, it is difficult to say a correct glucose concentration.
상기와 같은 점을 감안한 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 포도당 시료의 베네딕트 용액을 통한 정색반응(color reaction)으로 변화된 색을 측정하고, 측정된 색의 RGB 값으로부터 이를 국제조명위원회(CIE) 색 공간을 이용하여 포도당 농도를 간단하게 분석할 수 있는 포도당 농도 검출 방법을 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above problems, and it is an object of the present invention to provide a colorimetric colorimetric apparatus and a colorimetric colorimetric method using a Benedictine solution of a glucose sample, The present invention provides a glucose concentration detection method that can easily analyze the glucose concentration using a space.
이에 상기와 같은 점을 감안한 본 발명의 포도당 농도 검출 방법은 (a) 분석시료에 백색광을 조사하여 반사되어 검출된 광을 통해 RGB 값을 측정하는 단계, (b) 상기 RGB 값을 국제조명위원회(Commission Internationale de I'Eclairage, CIE) 색 공간상의 X, Y, Z 값으로 환산하고, 상기 X, Y, Z 값을 색 좌표 값으로 산출하는 단계, (c) 상기 색 좌표 값으로부터 파장(wavelength) 값과 순도(purity) 값을 도출하는 단계, (d) 상기 파장 값 및 순도 값들로부터 역 변환 모델링을 이용하여 역 변환 모델링 식을 구하는 단계, 및 (e) 상기 역 변환 모델링 식을 기반으로 농도를 산출하는 단계를 포함하며, 상기와 같은 포도당 농도 검출 방법에서 (a) 단계 및 (b)단계는 분석시료의 포도당 농도 별로 반복 수행될 수 있다.The method of detecting glucose concentration according to the present invention includes the steps of (a) irradiating white light to an analytical sample, measuring RGB values through reflected light, (b) Y, and Z values in a color space, and calculating the X, Y, and Z values as color coordinate values, (c) calculating a wavelength from the color coordinate value, (D) obtaining inverse transform modeling equations using inverse transform modeling from the wavelength values and purity values, and (e) determining the inverse transform modeling equation based on the inverse transform modeling equation. The steps (a) and (b) in the method for detecting glucose concentration as described above may be repeatedly performed for each glucose concentration of the analytical sample.
본 발명의 또 다른 포도당 농도 검출 방법은 (a) 분석시료에 백색광을 조사하여 반사되어 검출된 광을 통해 RGB 값을 측정하는 단계, (b) 상기 RGB 값을 국제조명위원회(Commission Internationale de I'Eclairage, CIE) 색 공간상의 X, Y, Z 값으로 환산하고, 상기 X, Y, Z 값을 색 좌표 값으로 산출하는 단계, (c) 상기 색 좌표 값으로부터 파장(wavelength) 값과 순도(purity) 값을 도출하는 단계, (d) 상기 파장 값 및 순도 값들로부터 역 변환 모델링을 이용하여 역 변환 모델링 식을 구하는 단계, 및 (e) 상기 역 변환 모델링 식을 기반으로 농도를 산출하는 단계를 포함하며, 여기서 상기 (a) 단계 내지 (c) 단계가 분석시료의 농도 별로 반복 수행될 수 있다.Another method of detecting glucose concentration of the present invention includes the steps of (a) irradiating an analytical sample with white light, measuring RGB values through the light reflected and reflected, (b) (C) calculating a wavelength value and a purity from the color coordinate value by converting the X, Y and Z values into X, Y and Z values in a color space, (D) obtaining an inverse transformation modeling equation using inverse transformation modeling from the wavelength values and purity values, and (e) calculating a concentration based on the inverse transformation modeling equation Wherein the steps (a) to (c) may be repeated for each concentration of the analytical sample.
이와 같이 전술된 포도당 농도 검출 방법에서 상기 X, Y, Z 값은 하기 수학식에 따라 연산될 수 있으며, 하기 수학식에서 R, G, B는 분석시료의 색에서 측정한 값이다.In the glucose concentration detection method described above, the X, Y, and Z values can be calculated according to the following equations, and R, G, and B in the following equations are values measured in the color of the analytical sample.
또한 상기 색 좌표 값은 x, y이며, x는 
이와 같은 방법으로 도출된 상기 파장 값이나 상기 순도 값을 통해 역 변환 모델링 기법으로 추정된 회귀식은 분석시료의 농도를 측정할 수 있는 식으로서 역 변환 모델링 식이라 하며, 상기 역 변환 모델링 식은 하기와 같은 수학식으로 나타낼 수 있다. 여기서, A0 내지 An은 모델링 결과 얻어진 역 변환된 색 좌표의 계수 값이고, X는 분석시료의 농도, Y는 파장 값 및 순도 값이다.The inverse transform modeling equation is called an inverse transform modeling equation as an equation that can be used to measure the concentration of the analytical sample, and the inverse transform modeling equation is expressed by the following mathematical expression . Here, A 0 to A n are coefficient values of the inversely transformed color coordinates obtained as a result of modeling, X is the concentration of the analytical sample, and Y is the wavelength value and the purity value.
이러한 일예로서, 분석시료로 포도당 농도를 정량하는 경우, 상기 파장 값이나 순도 값에 따라 연산될 수 있다.As an example, when the concentration of glucose is quantified with the analytical sample, it can be calculated according to the wavelength value or the purity value.
상기 역 변환 모델링 식에 따라 파장 값을 이용하여 포도당 농도를 정량하는 경우에는 하기 수학식에 따라 연산될 수 있으며, 여기서 X는 포도당 농도, Y는 파장 값이다.In the case of quantifying the glucose concentration using the wavelength value according to the inverse transformation modeling equation, it can be calculated according to the following equation, where X is the glucose concentration and Y is the wavelength value.
또한 상기 역 변환 모델링 식에 따라 순도 값을 이용하여 포도당 농도를 정량하는 경우에는 하기 수학식에 따라 연산될 수 있으며, 여기서 X는 포도당 농도, Y는 순도 값이다.Further, when the glucose concentration is quantified using the purity value according to the inverse conversion modeling equation, it can be calculated according to the following equation, where X is the glucose concentration and Y is the purity value.
이와 같은 본 발명의 색 좌표 변화를 이용한 정량 방법은 수학적 모델링을 통해 포도당 농도의 미세한 변화를 정량할 수 있다.The quantitative method using the color coordinate change of the present invention can quantify minute changes in glucose concentration through mathematical modeling.
시료의 정색반응이 일어날 시, 일반적인 방법으로 육안으로 분석시료의 변색 정도를 관찰하거나, 분광계나 비색법을 사용하여 정색반응의 정도를 관찰하는 방법과 같이 농도변화를 부정확하게 예측하는 방식과 달리 본 발명에 따른 농도 검출 방법은 색 좌표 변화를 통한 분석시료의 농도 변화를 광학적 특성 검출을 통해 데이터를 수치화하여 정량적으로 분석하는 방법으로 미세한 변화도 정확하게 정량할 수 있으므로, 기존의 주관적인 방법을 대체하여 사용할 수 있다.Unlike the method of observing the degree of discoloration of an analytical sample with a naked eye by a general method or observing the degree of a color reaction using a spectrometer or a colorimetric method when a color reaction of a sample occurs, The concentration detection method according to the present invention can quantitatively analyze the concentration change of the analytical sample through the optical characteristic detection and quantitatively analyze the data to precisely quantify the minute change. Therefore, it can be used instead of the conventional subjective method have.
본 발명의 일 실시예인 베네딕트 용액을 이용한 포도당 농도뿐만 아니라 소변 검사, 요오드 반응과 같이 색이 변하는 지시약을 사용하는 반응 등에서 색에 대한 정보를 객관적 수치로 제공함으로서 다양한 분야에 적용할 수 있으므로 대사증후군 진단 및 당뇨병의 진단, 수질검사, 혈청 콜레스테롤 검사, 임신 검사 등에 적용되어 임상연구에 적용할 수 있으며, 또한 환경공학, 제약 및 화장품 분야 등 다양한 분야에 적용할 수 있는 효과가 있다.In addition to the glucose concentration using the Benedictine solution, which is an embodiment of the present invention, the present invention can be applied to a variety of fields by providing information on color in an objective value in a urine test, a reaction using a color-changing indicator such as an iodine reaction, And diagnosis of diabetes, water quality test, serum cholesterol test, pregnancy test, and the like, and can be applied to clinical research, and can be applied to various fields such as environmental engineering, pharmaceuticals and cosmetics.
도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 포도당 농도 검출 방법의 순서도 이다.
도 3은 CIE 색 공간의 색도분포표를 나타낸 그래프이다.
도 4는 CIE 색 공간상의 파장 값 및 순도 값의 개념도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에서 분석시료의 RGB 값을 측정하기 위한 광학 장치의 모식도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에서 포도당 농도에 따른 파장 값의 변화를 나타낸 그래프이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에서 포도당 농도에 따른 순도 값의 변화를 나타낸 그래프이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에서 포도당 농도에 따라 CIE 색 공간상에서 색 좌표의 이동 변화를 나타낸 것이다.
도 9은 본 발명의 일 실시예에서 포도당 농도에 따라 CIE 색 공간상에서 파장 값의 이동 변화를 나타낸 것이다.1 and 2 are flowcharts of a glucose concentration detection method according to an embodiment of the present invention.
3 is a graph showing a chromaticity distribution table of the CIE color space.
4 is a conceptual diagram of a wavelength value and a purity value on the CIE color space.
5 is a schematic diagram of an optical apparatus for measuring RGB values of an analytical sample in an embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a graph showing changes in wavelength values according to glucose concentration in an embodiment of the present invention. FIG.
FIG. 7 is a graph showing a change in purity value according to glucose concentration in an embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a graph showing the change of color coordinates in the CIE color space according to glucose concentration in an embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a graph showing the change in the wavelength value in the CIE color space according to glucose concentration in an embodiment of the present invention.
이하 본 발명의 실시예를 첨부된 예시도면을 참조로 상세히 설명하며, 이러한 실시예는 일례로서 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으므로, 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, which illustrate exemplary embodiments of the present invention. The present invention is not limited to these embodiments.
또한 본 명세서에 개시된 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.In the following description, well-known functions or constructions are not described in detail since they would obscure the invention in unnecessary detail.
본 발명의 포도당 농도 검출 방법은 도 1 및 도 2를 참조하면, (a) 분석시료에 백색광을 조사하여 반사되어 검출된 광을 통해 RGB 값을 측정하는 단계(S110), (b) 상기 RGB 값을 CIE 색 공간상의 X, Y, Z 값으로 환산하고, 상기 X, Y, Z 값을 색 좌표 값으로 산출하는 단계(S120), (c) 상기 색 좌표 값으로부터 파장(wavelength) 값 및 순도(purity) 값을 도출하는 단계(S130), (d) 상기 측정된 파장 값 및 순도 값들을 통해 역 변환 모델링으로 역 변환 모델링 식을 구하는 단계(S140), 및 (e) 상기 역변환 모델링 식에 대입하여 분석시료의 농도를 측정하는 단계(S150)를 포함할 수 있다.1 and 2, the glucose concentration detecting method of the present invention comprises the steps of: (a) measuring an RGB value through a light reflected by irradiating an analytical sample with white light at step S110; (b) Y, and Z values in the CIE color space and calculating the X, Y, and Z values as color coordinate values (S120); (c) calculating a wavelength value and a purity value from the color coordinate values (S140) of obtaining an inverse transform modeling equation by inverse transform modeling using the measured wavelength values and purity values (S140); and (e) substituting the inverse transform modeling equation And measuring the concentration of the analytical sample (S150).
여기서, 분석시료에 대한 파장(wavelength) 값 및 순도(purity) 값을 도출하는 방법으로는 도 1에 도시된 바와 같이, (a) 단계 및 (b) 단계를 분석시료의 농도 별로 반복수행하여 색 좌표 값을 산출한 후, 산출된 색 좌표 값으로부터 파장(wavelength) 값 및 순도(purity) 값을 도출할 수 있다.Here, as a method of deriving the wavelength value and the purity value for the analytical sample, as shown in FIG. 1, steps (a) and (b) After calculating the coordinate value, a wavelength value and a purity value can be derived from the calculated color coordinate value.
또는 도 2에 도시된 바와 같이 상기 (a) 단계 내지 (c) 단계를 분석시료의 농도 별로 반복수행하여, 농도에 따른 파장(wavelength) 값 및 순도(purity) 값을 도출할 수 있다.Alternatively, as shown in FIG. 2, the steps (a) to (c) may be repeatedly performed for each concentration of the analytical sample to derive a wavelength value and a purity value according to the concentration.
이와 같은 본 발명의 색 좌표 변화를 이용한 정량 방법을 좀 더 구체적으로 살펴보자면, 분석시료에 백색광을 조사하여 반사되어 나온 광을 검출하고, 검출된 광으로부터 분석시료의 색을 디지털 신호로 변환되어 RGB 값을 출력한다. 이때 출력되는 RGB 값은 0에서 255 사이의 디지털 값으로 출력될 수 있다.The colorimetric method using the color coordinate change according to the present invention will be described in more detail. The analyte sample is irradiated with white light to detect the reflected light, and the color of the analytical sample is converted into a digital signal from the detected light, Output the value. At this time, the outputted RGB value can be outputted as a digital value between 0 and 255.
이렇게 출력된 RGB 값을 이용하여 CIE 색 공간을 기반으로 분석한다.The RGB values thus output are analyzed based on the CIE color space.
CIE 색 공간 (또는 CIE 1931 색 공간)은 인체의 색체 인지에 대한 연구를 바탕으로 만들어진 표준 측색 시스템으로 수학적으로 정의된 색 공간의 하나로서, 국제조명위원회(Commission Internationale de I'Eclairage, CIE)가 1931년 제정한 것이다.The CIE color space (or CIE 1931 color space) is a standard colorimetric system based on the study of the color of the human body. It is one of the mathematically defined color spaces that the Commission Internationale de l'Eclairage (CIE) It was enacted in 1931.
CIE 색 공간은 적색(R), 녹색(G), 청색(B)의 삼원색을 조합하여 색을 만들 수 있으며, 이러한 색은 CIE 색 공간에서 X, Y, Z 값으로 표현될 수 있으며, RGB 값을 XYZ라는 색 공간으로 바꾸어주며 Y 값은 밝기 또는 조도의 값이 되도록 설계가 되어있다. 따라서 어떤 색의 색도를 X, Y, Z 값으로부터 계산된 값인 두 개의 값을 색 좌표 값인 x, y로 표현할 수 있다.The CIE color space can combine the three primary colors of red (R), green (G), and blue (B), and these colors can be represented by X, Y, Z values in the CIE color space, To a color space called XYZ, and the Y value is designed to be a brightness or an illumination value. Therefore, two values of a color chromaticity calculated from X, Y and Z values can be expressed as x, y color coordinate values.
도 3과 도4에 도시된 바와 같이 CIE 색 공간의 외곽의 곡선 경계선은 단색광의 색상(Hue)에 해당하며, 각각의 단색광의 파장이 나노미터(nm)로 표시되어 있다. 이와 같은 바깥쪽의 곡선 경계선은 '스펙트럼 위치(spectrum line)'라 명칭하며, CIE 색 공간에서 아래쪽의 직선경계선은 '보라색 선(Purple line)'이라 명칭하고 상기 보라색 선에 해당하는 색깔은 단색광으로 표현할 수 없다. 또한 이러한 CIE 색 공간에서 채도가 낮은 색깔인 흰색이 가운데 영역에 존재하며, 이러한 CIE 색 공간의 한 가운데 점을 '백색 점'이라 한다.As shown in FIG. 3 and FIG. 4, the curved boundary line of the outline of the CIE color space corresponds to the hue of the monochromatic light, and the wavelength of each monochromatic light is expressed in nanometers (nm). The outline curve boundary is referred to as a 'spectrum line', the lower boundary line in the CIE color space is referred to as a 'purple line', and the color corresponding to the purple line is a monochromatic light It can not be expressed. Also, in this CIE color space, a white color having a low saturation exists in the center region, and a middle point of the CIE color space is called a 'white point'.
본 발명에서는 전술된 바와 같이 분석시료의 RGB 값을 CIE 색 공간상에서의 파장 값과 순도 값을 분석하기 위하여, 상기 RGB 값을 하기 수학식 1과 같이 계산된 CIE 색 공간에서 X, Y, Z 값으로 변환할 수 있다. 여기서, 상기 R, G, B는 분석시료의 색을 측정한 값이다.In the present invention, in order to analyze the RGB values of the analytical sample in the CIE color space as described above, the RGB values are converted into X, Y and Z values in the CIE color space calculated as shown in the following
그 다음 상기 X, Y, Z 값을 토대로 하기 수학식 2와 같이 x, y 값으로 변환한다. 여기서 상기 x, y 값은 색 공간상에서의 색 좌표 값을 의미한다.Then, based on the X, Y and Z values, the values are converted into x and y values as shown in the following equation (2). Here, the x and y values indicate color coordinate values in the color space.
상기 산출된 색 좌표 값을 기반으로 파장 값 및 순도 값을 얻을 수 있으며, 상기 파장 값은 상기 색 좌표 값을 잇는 직선이 CIE 색 공간의 외곽의 곡선 경계선과 만나는 지점을 통해 도출할 수 있고, 상기 순도는 상기 색 좌표 값과 CIE 색 공간의 한 가운데의 백색 점 사이의 거리를 환산하여 도출할 수 있다.The wavelength value and the purity value can be obtained based on the calculated color coordinate value and the wavelength value can be derived through a point where the straight line connecting the color coordinate value meets the curved boundary line of the outer circumference of the CIE color space, The purity can be derived by converting the distance between the color coordinate value and the white point in the center of the CIE color space.
도 4를 참조하여 보다 구체적으로 설명하면, 상기 파장은 측정된 색 좌표 값을 CIE 색 공간의 색도분포표를 기준으로 표시되어, 상기 색 좌표 값과 상기 CIE 색 공간에서 스펙트럼 라인(spectrum line) 상에서 일직선으로 만나는 부분을 파장 값으로 산출할 수 있다.4, the wavelength is measured by using the measured chromaticity coordinates as a reference on the basis of the chromaticity distribution table of the CIE color space, and the chromaticity coordinate value and a straight line on the spectrum line in the CIE color space Can be calculated as a wavelength value.
일반적으로 CIE 색 공간에서 스펙트럼 위치(spectrum line)에 있는 좌표는 순도(Purity)가 100%이며, 안쪽의 백색광 지점으로 갈수록 순도 값은 낮아져 백색광 지점 좌표 값의 순도는 0%이다.Generally, the coordinates in the spectrum line in the CIE color space are 100% of the purity, and the purity value becomes lower toward the inner white light point, and the purity of the white light point coordinate value is 0%.
그러므로 상기 순도는 상기 일직선으로 만나는 스펙트럼 라인(spectrum line) 지점을 100%로 하여, 상기 백색광 지점의 좌표 값과 측정된 색 좌표 값 사이의 값을 순도 값으로 산출될 수 있다.Therefore, the purity can be calculated as a purity value between a coordinate value of the white light point and a measured color coordinate value, with 100% of a spectrum line point which is in line with the straight line.
이와 같이 도출된 파장 값 및 순도 값을 통해 분석시료로서 포도당 농도의 검출에 대한 구체적인 방법은 후술하는 실시예의 수학식을 참조하여 상세히 설명한다.A specific method for detecting glucose concentration as an analytical sample through the wavelength value and the purity value thus derived will be described in detail with reference to mathematical formulas of the following embodiments.
이하 본 발명의 구체적인 실시예를 설명한다.Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described.
본 발명의 일 실시예는 포도당 농도에 따른 색 변화를 관찰하기 위해 1% 내지 40% 농도를 갖는 각 농도가 다른 포도당 용액을 준비하며, 이때 포도당 용액은 40% 포도당 용액에 증류수를 섞어 그 농도를 희석하여 준비한다. 이와 같이 준비된 포도당 용액 10mL과 베네딕트 용액(Benedict's solution) 2mL를 혼합하고 약 2 분정도 일정시간 동안 가열하여 최종적으로 분석할 시료를 준비할 수 있다.In an embodiment of the present invention, glucose solutions having different concentrations of 1% to 40% are prepared in order to observe the color change according to glucose concentration. In this case, the glucose solution is prepared by mixing distilled water in a 40% Prepare by dilution. 10 mL of the prepared glucose solution and 2 mL of Benedict's solution are mixed and heated for about 2 minutes for a predetermined time to prepare a sample to be finally analyzed.
도 5는 본 발명의 일 실시예에서 분석시료인 포도당 용액의 RGB 값을 측정하기 위한 광학 장치를 나타낸 것으로 도시된 바와 같이, 컬러센서는 빛의 신호를 디지털 신호로 바꿔 RGB 값을 얻기 위한 센서로써 본 발명의 실시예에서는 어레이 타입(array type)으로 배열된 복수의 광 다이오드 및 컬러필터로 이루어진 컬러센서로 TCS3200(AMS-TAOS, USA)가 사용될 수 있다.FIG. 5 illustrates an optical device for measuring RGB values of glucose solution as an analytical sample in an embodiment of the present invention. The color sensor is a sensor for obtaining RGB values by converting a light signal into a digital signal. In the embodiment of the present invention, TCS3200 (AMS-TAOS, USA) can be used as a color sensor composed of a plurality of photodiodes and color filters arrayed in an array type.
포도당 용액에서부터 반사되어 나온 광학센서인 컬러센서 수광된 빛은 디지털 신호인 RGB값으로 변환하여 저장되고, 저장된 RGB 값을 앞서 설명한 CIE 색 공간에서 X, Y, Z 값으로 변환하고, 이를 통해 색 좌표 값을 산출한다. 산출된 색 좌표 값으로부터 파장 값 및 순도 값은 하기 표 1에 나타내었다.The color sensor, which is an optical sensor reflected from the glucose solution, converts the received light into an RGB value, which is a digital signal, and converts the stored RGB value into X, Y, Z values in the CIE color space described above, Lt; / RTI > The wavelength values and the purity values from the calculated color coordinate values are shown in Table 1 below.
표 1은 포도당 농도 변화에 따라 측정된 RGB 값과 파장 값 및 순도 값을 나타낸 결과이다.Table 1 shows the RGB values, the wavelength values and the purity values measured according to the glucose concentration change.
도 6 및 도 7은 표 1에 나타난 포도당 농도에 따른 파장 값 및 순도 값을 나타낸 그래프이며, 도시된 바와 같이 포도당 용액의 농도 변화에 따라 파장 값 및 순도의 값이 계속적으로 증가(monotonically increasing region)하는 경향을 보이고 있으므로, 이를 통해 가로축 변수인 포도당 농도와 세로축 변수인 파장 또는 순도를 역 변환하는 모델링 기법을 사용하여 포도당 농도를 검출할 수 있다.6 and 7 are graphs showing wavelength values and purity values according to the glucose concentration shown in Table 1. As shown in the figure, the values of the wavelength and the purity are monotonically increasing regions according to the concentration of the glucose solution, It is possible to detect glucose concentration by using a modeling technique that reverses the horizontal axis variable glucose concentration and the longitudinal axis variable wavelength or purity.
그러므로 본 발명에서 포도당 농도 검출은 역 변환 모델링 기법을 이용한 추정된 회귀식을 구하고 이에 따라 검출될 수 있으며, 이러한 회귀식을 본 발명에서는 역 변환 모델링 식이라 명칭한다.Therefore, the glucose concentration detection in the present invention can be detected by obtaining an estimated regression equation using the inverse transformation modeling technique, and this regression equation is referred to as an inverse transformation modeling equation in the present invention.
상기 역 변환 모델링 식은 하기 수학식 3과 같으며, 여기서 A0 내지 An은 모델링 결과 얻어진 역 변환된 색 좌표의 계수 값, X는 농도, Y는 파장 값이나 순도 값이다.The inverse transformation modeling equation is as shown in Equation 3, where A 0 to A n are coefficient values of the inversely transformed color coordinates obtained as a result of modeling, X is density, and Y is a wavelength value or a purity value.
상기 수학식 3과 같이 역변환 모델링을 통해 포도당 농도를 환산할 수 있다.The glucose concentration can be converted through inverse transformation modeling as shown in Equation (3).
본 발명의 일 실시예에 따라 측정된 포도당 농도는 도 6 및 도 7에 나타난 바와 같이 5차 다항식을 이용한 역 변환 모델링 결과를 얻을 수 있으며, 여기서 측정 결과와 모델링을 통해 얻어진 회귀 식의 적합도를 나타내는 척도인 결정계수(R2)는 파장과 순도 모두 R2은 0.992이고 유의수준 p 값은 p<0.01로 통계적으로 유의함을 알 수 있었다.As shown in FIGS. 6 and 7, the glucose concentration measured according to an embodiment of the present invention can be obtained as a result of inverse transformation modeling using a fifth-order polynomial. Here, the measurement result and the fitness of the regression equation obtained through modeling The coefficient of determination (R 2 ), which is a measure, was found to be statistically significant, with R 2 of 0.992 for both wavelength and purity, and p value of significance level of p <0.01.
포도당 농도를 정량하는 경우에서 역 변환 모델링 식을 좀 더 구체적으로 살펴보면, 도 6에 도시된 바와 같이, 측정된 파장 값을 이용하여 포도당 농도를 정량하는 경우 상기 역 변환 모델링 식을 이용하여, 하기 수학식 4와 같이 5차 다항식을 이용한 역 변환 모델링 한 결과 여기서 X는 포도당 농도이고, Y는 파장 값이다.As shown in FIG. 6, when the glucose concentration is quantified using the measured wavelength value, the inverse conversion modeling equation is used to quantify the glucose concentration in the following mathematical expression As a result of inverse transformation modeling using the 5th order polynomial as shown in Equation 4, where X is the glucose concentration and Y is the wavelength value.
또한, 같은 방법으로 순도 값을 이용하여 포도당 농도를 정량한 경우에도 도7을 참조하면 하기 수학식 5와 같이 역 변환 모델링한 결과이다. 여기서 X는 포도당 농도이고, Y는 순도 값이다.Also, in the case where the glucose concentration is quantitatively determined using the purity value in the same manner, referring to FIG. 7, the result is the inverse transformation modeling as shown in Equation (5). Where X is the glucose concentration and Y is the purity value.
또한, 이와 같은 추정된 회귀식을 LabVIEW 프로그램에 적용하여 실시간 포도당 농도 검출이 가능한 색 좌표 변화에 따른 농도 검출 방법을 구성할 수 있다.In addition, this estimated regression equation can be applied to the LabVIEW program to configure the concentration detection method according to the color coordinate change that can detect real time glucose concentration.
도 8을 참조하면, 포도당의 농도가 증가할수록 색 좌표 값이 중앙의 백색부분에서 스펙트럼 위치(Spectrum line)로 이동하는 것을 확인할 수 있으며, 이는 포도당의 농도가 증가할수록 침점물이 증가되어 색의 순도가 증가됨을 알 수 있다.Referring to FIG. 8, it can be seen that as the concentration of glucose increases, the color coordinate value shifts to the spectral line in the white part of the center. As the concentration of glucose increases, Is increased.
그리고 또한 도 9를 참조하면, 포도당의 농도가 증가할수록 색 좌표 값의 변화는 스펙트럼 위치(Spectrum line)에서의 파장 값의 증가와 함께 나타남을 확인할 수 있다. 이는 일반적으로 베네딕트 시약을 포도당 용액에 첨가하여 가열하면, 시료 용액은 청색에서 진한 오렌지색으로 점차적으로 변화하기 때문에 즉, 포도당 농도에 따라 청색에서 녹색, 황색, 진한 오렌지색의 순서대로 색의 변화가 나타남을 확인할 수 있었다.Also, referring to FIG. 9, it can be seen that as the concentration of glucose increases, the change of the color coordinate value coincides with the increase of the wavelength value in the spectrum line. In general, when the Benedict reagent is added to the glucose solution and heated, the sample solution gradually changes from blue to dark orange. That is, the color changes from blue to green to yellow to dark orange depending on glucose concentration I could confirm.
앞서 살펴본 실시예는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 하는 바람직한 실시 예일 뿐, 전술한 실시 예 및 첨부한 도면에 한정되는 것은 아니므로 이로 인해 본 발명의 권리범위가 한정되는 것은 아니다. 따라서, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 당업자에게 있어 명백할 것이며, 당업자에 의해 용이하게 변경 가능한 부분도 본 발명의 권리범위에 포함됨은 자명하다.It is to be understood that both the foregoing general description and the following detailed description of the present invention are exemplary and explanatory and are intended to provide further explanation of the invention as claimed and will become apparent to persons skilled in the art upon examination of the following or may be learned by practice of the invention. The scope of the invention is not limited thereto. It will be apparent to those skilled in the art that various substitutions, modifications and variations are possible within the scope of the present invention, and it is obvious that those parts easily changeable by those skilled in the art are included in the scope of the present invention .
Claims (7)
(b) 상기 RGB 값을 국제조명위원회(Commission Internationale de I'Eclairage, CIE) 색 공간상의 X, Y, Z 값으로 환산하고, 상기 X, Y, Z 값을 통해 색 좌표 값으로 산출하는 단계;
(c) 상기 색 좌표 값으로부터 파장(wavelength) 값 및 순도(purity) 값을 도출하는 단계;
(d) 상기 파장 값 및 순도 값들로부터 역 변환 모델링을 이용하여 역 변환 모델링 식을 구하는 단계; 및
(e) 상기 역 변환 모델링 식을 기반으로 농도를 산출하는 단계;를 포함하며,
상기 (a) 단계 및 상기 (b) 단계를 분석시료의 농도별로 반복 수행하거나, 상기 (a) 단계 내지 상기(c) 단계를 분석시료의 농도별로 반복 수행하며,
상기 역 변환 모델링 식은
상기 (e) 단계에서 상기 역 변환 모델링 식에 따라 파장 값을 이용하여 포도당 농도를 정량하는 경우에는
상기 역 변환 모델링 식에 따라 순도 값을 이용하여 포도당 농도를 정량하는 경우에는
(a) irradiating white light to an analytical sample prepared by mixing with a coloring reagent which reacts with glucose in a color reaction, and measuring RGB values through the reflected light;
(b) converting the RGB values into X, Y, and Z values in the Commission Internationale de l'Eclairage (CIE) color space, and calculating color coordinate values through the X, Y, and Z values;
(c) deriving a wavelength value and a purity value from the color coordinate value;
(d) obtaining an inverse transformation modeling equation using the inverse transformation modeling from the wavelength values and the purity values; And
(e) calculating a concentration based on the inverse transformation modeling equation,
The steps (a) and (b) may be repeated for each concentration of the analytical sample, or the steps (a) to (c)
The inverse transformation modeling equation
In the case where the glucose concentration is quantified using the wavelength value according to the inverse transformation modeling equation in the step (e)
When the glucose concentration is quantified using the purity value according to the inverse transformation modeling equation
상기 X, Y, Z 값은 하기 수학식에 따라 연산되는 것을 특징으로 하는 포도당 농도 검출 방법.
(여기서, 상기 R, G, B는 분석시료의 색에서 측정한 값임)
The method according to claim 1,
Wherein the X, Y, and Z values are calculated according to the following equation.
(Where R, G and B are values measured in the color of the analytical sample)
상기 색 좌표 값은 x, y이며, x는
The method according to claim 1,
The color coordinate values are x, y, and x is
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| PA0109 | Patent application |
Patent event code: PA01091R01D Comment text: Patent Application Patent event date: 20150707 |
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| PA0201 | Request for examination | ||
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Comment text: Notification of reason for refusal Patent event date: 20160816 Patent event code: PE09021S01D |
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Termination category: Default of registration fee Termination date: 20241119 |