一种食品安全胶体金试纸分析装置及其应用的制作方法

本发明涉及食品安全检测技术领域，具体涉及一种食品安全胶体金试纸分析装置及其应用。

背景技术：

食品安全（foodsafety）已经成为全球关注的焦点，涉及食品安全中的动物源性食品如肉、蛋、奶等更是食品安全监管的重点。目前食品安全中涉及到的污染物有农兽药残留、非法添加物、霉菌毒素、重金属以及致病微生物等，其中兽药残留、霉菌毒素的危害近些年来来不断被大众熟知。对于这些危害物质的检测和监管有仪器方法如高效液相色谱、液相色谱质谱联用、近红外分析等，也有快速检测方法如酶联免疫检测技术、胶体金免疫层析检测技术等，这些方法特点不同，应用场合不同，整体都对食品安全水平改善起到了积极作用。

在基层生产单位如牧场、奶站、养鸡场等多数没有专职的分析化验人员、专门的实验室及昂贵试验设备，因此其开展各类检测分析往往使用胶体金免疫检测试纸条等初筛手段，并且操作较为粗旷、实验数据的保留往往无法满足食品安全可追溯性的要求，也不利于食品安全集中和实时监管。

技术实现要素：

为了提高基层检测单位对检测结果判读能力、提高其保存检测数据的要求、满足食品安全可追溯性及集中实时监管的需求，本发明提供了一种食品安全胶体金试纸分析装置，其利用智能化数据采集分析处理，并与云端数据平台沟通，最终实现对食品安全检测数据提供长期保存、不可更改、并对特定风险进行预警提示的功能。

为了实现上述发明目的，本发明所提供的食品安全胶体金试纸分析装置，由以下单元构成：

1.数据采集单元：

利用ccd照相机、cmos摄像头或者具备同等功能的数据采集设备，对胶体金试纸条检测图像进行采集，并将含有胶体金试纸检测特征的图像区域传输至数据处理及计算单元。

进一步地，上述数据采集单元还可为数字图像扫描装置，通过扫描的方式采集胶体金试纸条检测图像或含有胶体金试纸检测特征的图像区域。

进一步地，所述含有胶体金试纸检测特征的图像区域主要包括胶体金检测试纸条的检测线、质控线的区域。

进一步地，所述含有胶体金试纸检测特征的图像区域还可以包括能够识别或标记检测项目的特征信息，例如在胶体金检测试纸条手持端的粘贴的数字编号信息或条形码信息。

更进一步地，为了准确获取胶体金检测特征图像区域，所述数据采集单元还可以包括适配不同形式的胶体金试纸条的适配器，例如适配插条式的胶体金试纸条、含有塑料卡壳的胶体金检测卡或者由若干个独立的胶体金试纸条组成的多联卡条等。

更进一步地，为了准确获取胶体金检测特征图像区域，所述数据采集单元还可以包括固定的led或者其它相应光源，用于稳定图像采集环境，确保检测结果的稳定性。

2.数据处理及计算单元：

将数据采集单元传输的数据进行数字变换，分析其特征值，并利用特征值计算的方式判定胶体金检测的结果进行记录，并以特定格式存储。

进一步地，为了对预先对胶体金检测试纸条检测项目进行确认和校准，上述数据处理及计算单元还设有配置数据输入模块，其中所述的数据输入模块为能够读取type-c、usb等装置的存储卡或id卡读取设备、能够读取二维码配置信息的二维码扫描装置、能从wlan、gprs、4g/5g等网络通道获取云端配置信息的模块。

进一步地，所述配置数据输入模块所读取的胶体金检测试纸条的配置信息包括胶体金检测试纸条检测项目、检测产品批号、检测产品预制的曲线、检测产品预制的检测灵敏度等。

进一步地，所述数据处理及计算单元还包括液晶显示屏，用于显示数据采集单元输入的胶体金检测特征图像及本数据处理及计算单元分析的数据信息，例如：含有胶体金检测特征的图像区域及其经数字变化处理后的特征值、胶体金检测结果、样本信息、操作人员等。

更进一步地，所述数据处理及计算单元还包括便于操作的物理按钮，用于对检测过程的辅助操作，所述物理按钮至少包括开关键、方向键、确认键。

3.数据输出单元：

利用wlan、gprs、4g/5g等网络通道将数据处理及计算单元处理的按照特定格式存储的数据传输至云端数据平台，其中所传输的数据至少包括：检测设备定位信息（ip地址、gps信息等）、检测时间戳、含有胶体金检测特征的图像区域及其经数字变化处理后的特征值、胶体金检测结果、样本信息、操作人员等。

进一步地，所述数据输出单元传输的数据还包括含有上述检测信息及其独立特征的加密代码，以确保信息的唯一性和不可更改性，例如加密的含有上述检测设备定位信息（ip地址、gps信息等）、检测时间戳、含有胶体金检测特征的图像区域及其经数字变化处理后的特征值、胶体金检测结果、样本信息、操作人员的加密代码。

更进一步地，所述数据输出单元传输的输出信息还可以通过每台食品安全胶体金试纸分析装置的设备序列号或网卡物理地址等设备唯一信息作为加密种子。

更进一步地，数据处理及计算单元还可以包括内置的sim卡模块，在检测任务完成时以短信或者其它方式通知用户，或者在出现严重的阳性反应结果时通知用户。

4.数据打印单元：

利用蓝牙或数据线连接的打印机将检测结果以特定格式打印出来，现场保存存档。

上述各个模块单元之间互相连接，互相依赖组成本发明的食品安全胶体金试纸分析装置。

使用本发明的食品安全胶体金试纸分析装置检测分析胶体金试纸条的检测结果的具体操作步骤包括：

第一步：打开装置开关，利用id卡、网络服务器端获取检测产品项目及其配置信息，例如利用id卡插入本装置的数据处理及计算单元的usb接口，数据处理及计算单元会自动获取其中配置信息；利用数据处理及计算单元直接从网络服务器端获取检测项目配置信息等；

从所获取的项目配置信息中选择即将检测的项目，备用。

第二步：将检测完毕的胶体金试纸条稍作处理，例如利用吸水纸除去多余的液体，放置入数据采集单元的胶体金试纸条适配器中，例如适配插条式的胶体金试纸条、含有塑料卡壳的胶体金检测卡或者由若干个独立的胶体金试纸条组成的多联卡条等，确保胶体金试纸条的结果区域能被数据采集单元所正确采集。

第三步：数据采集单元将自动采集所检测的胶体金试纸条检测结果的特征图像，并以数字格式输入至数据处理及计算单元。数据处理及计算单元接收到胶体金检测结果图像信息后先进行预处理、图像变换以获取其特征图像，并进一步通过数值变换去除图像噪声及背景，获取较为干净的图像信息。继续按照预先设定的检测项目配置信息对图像特征值进行提取，例如通过获取图像信号的红（r）、绿（g）、蓝（b）信息或色调(h)，饱和度(s)，明度(v)信息，计算胶体金试纸条检测线t线及质控线c线的特征值，并进一步计算其比值。在有标准曲线存在的情况下，可以利用标准曲线对未知样本进行定量计算。并最终将定量计算的结果输出。

第四步：数据处理及计算单元处理完成的检测结果可以输出至本单元的显示屏上，也可以在显示的同时通过数据输出单元网络传输至云平台永久存储。所传输的信息以装置自身的序列号或机器码加密后传输，所传输的信息包括含有上述检测设备位置信息（ip地址、gps信息等）、检测时间戳、含有胶体金检测特征的图像区域及其经数字变化处理后的特征值、胶体金检测结果、样本信息、操作人员等。

与传统技术及现有的检测装置相比较，本发明的有益效果在于：

检测高效、结果准确，与胶体金试纸条检测结果一致性强；结果唯一性、可追溯性强；检测结果全面、信息完整，有助于食品安全信息链维护；检测结果反馈实时，可以有效地降低或减少风险产品入市，从而降低食品安全风险，确保经营合规。多个装置联用时可形成有效的食品安全检测大数据，对食品安全风险预警有较强作用。

附图说明

图1本发明一实施例所述装置结构框图。

图1-1本发明一实施例所述装置数据采集单元结构框图。

图1-2本发明一实施例所述装置数据处理及计算单元结构框图。

图2食品安全胶体金试纸分析装置分析检测流程图。

图3本发明一实施例胶体金检测试纸条特征图像提取及分析流程图。

图3本发明一实施例胶体金检测试纸条特征图像提取及分析流程图。

图3-1本发明一实施例的胶体金试纸条检测结果图像。

图3-2本发明一实施例的胶体金试纸条检测结果图像特征区域。

图3-3本发明一实施例的胶体金试纸条检测结果图像特征区域数值曲线图。

图4本发明一实施例数据及其加密传递流程图。

图5应用本发明装置的食品安全预警系统图。

下面结合具体实施方式来进一步描述本发明。本发明的优点和特点将会随着描述而更为清楚，但这些实施例仅是范例性质，并不对本发明的范围构成任何限制。本领域技术人员应该理解的是，在不偏离本发明的精神和范围下可以对本发明技术方案的细节和形式进行修改或者替换，但这些修改和替换均落入本发明的保护范围。

实施例1本发明装置的其中一种结构实施

如图1、图1-1和图1-2所示的食品安全胶体金试纸分析装置（100）包括数据采集单元（200）、数据处理及计算单元（300）、数据输出单元（400）和数据打印单元（500），其中：

数据采集单元（200）主要由图像采集装置（201）、胶体金试纸条适配器（202）、固定光源（203）组成，其中图像采集装置（201）可是ccd照相机、cmos摄像头或者具备同等功能的数据采集设备，也可以是数字图像扫描装置，目的是采集胶体金试纸条检测图像或含有胶体金试纸检测特征的图像区域；胶体金试纸条适配器（202）是为了适配不同形式的胶体金试纸条，例如适配插条式的胶体金试纸条、含有塑料卡壳的胶体金检测卡或者由若干个独立的胶体金试纸条组成的多联卡条等；固定光源（203）是led灯组成的固定在图像采集装置（201）四周的光源，用于稳定图像采集环境，确保其采集的稳定性。

数据处理及计算单元（300）是整个装置的计算及控制中心，负责图像数据处理分析及各个其他单元的控制，其主要包括中央处理模块（301）、显示模块（302）、控制模块（303）、存储模块（304）、供电模块（305），输入模块（306）；其中中央处理模块（301）是核心模块，负责数据处理、计算、控制程序等；显示模块（302）是由触摸屏构成的控制显示装置，用于操控食品安全胶体金试纸分析装置（100）；控制模块（303）是由若干个控制按钮组成的控制台，用于辅助操控食品安全胶体金试纸分析装置（100）；存储模块（304）是由闪存硬盘组成的存储器，用于存储仪器设备操作系统、分析程序、检测项目配置信息等软件相关信息；供电模块（305）是由电池和电源转换装置组成的综合模块，用于现场检测时电池供电，而电池馈电时用电源线连接普通电源供电；输入模块（306）是由具有输入接口的传入装置，读取usb闪存中的项目配置信息，如项目列表、项目参数、产品批次信息等，用于食品安全胶体金试纸分析装置（100）运行。

数据输出单元（400）是具备网络接口和传出功能的模块及其装置，包括wifi、gprs、lan等，其中wifi和lan接口为本系统的必备接口，一方面可以用于检测数据的传出，例如传输至云端数据平台，或传输至计算机系统，一方面也可以作为本系统的控制输入，例如与计算机系统连接后，利用上位机对本系统进行调试和设置等。

打印单元（500）是由小型打印机构成的数据直接打印模块，当数据处理及计算单元（300）处理完数据后，可以直接通过打印单元（500）打印输出，方便用户现场记录及观看。

实施例2本发明装置的一种工作流程

如图2所示，现就本发明装置的其中一种工作流程描述如下：

(1)打开装置开关，利用id卡插入本装置的数据处理及计算单元的usb接口，数据处理及计算单元会自动获取其中配置信息如检测产品项目及其配置信息；同时从所获取的项目配置信息中选择即将检测的项目，备用。

(2)将检测完毕的胶体金试纸条稍作处理，例如利用吸水纸除去多余的液体，放置入数据采集单元的胶体金试纸条适配器中。

(3)数据采集单元将自动采集所检测的胶体金试纸条检测结果的特征图像，并以数字格式输入至数据处理及计算单元。数据处理及计算单元接收到胶体金检测结果图像信息后先进行预处理、图像变换以获取其特征图像，并进一步通过数值变换去除图像噪声及背景，获取较为干净的图像信息。继续按照预先设定的检测项目配置信息对图像特征值进行提取计算，并最终将定量计算的结果输出。

(4)数据处理及计算单元处理完成的检测结果在输出至本单元的显示屏上的同时，将会通过数据输出单元网络传输至云平台永久存储。所传输的信息以装置自身的序列号加密后传输，其中包括含有上述检测设备位置信息（ip地址、gps信息等）、检测时间戳、含有胶体金检测特征的图像区域及其经数字变化处理后的特征值、胶体金检测结果、样本信息、操作人员等。

实施例3本发明一实施例胶体金检测试纸条特征图像提取及分析处理流程

如图3所示，现就本发明一实施例胶体金检测试纸条特征图像提取及分析流程描述如下：

(1)查找特征区域：利用数据采集单元（200）采集的胶体金试纸条检测结果特征图像，经数据处理及计算单元（300）进行处理，例如经二值变换，查找边界等，确定胶体金试纸条检测结果的特征区域。

(2)裁切：继续对查找的特征区域进行定点裁切，确保检测信息的完整性和干扰信息的最小化。

(3)数据分析和变换：利用图像像素逐行扫描或逐列扫描获取图像像素数据矩阵，对其中的特征数据进行提取，例如将准备好的图像数据矩阵经过分析，提取其r、g、b通道中的某一条通道数据或者三个通道的平均值，或者提取其h、s、v数据的其中一条数据，利用其绘制像素变化曲线作为输出信息的一种。

(4)计算特征值：利用各种滤波器处理像素数据，降低噪声，提高信噪比，同时确保信号不失真。将处理好的数据进一步分析，计算胶体金检测试纸条t线（包括单条t线至更多t线）、c线（包括单条c线至更多c线）特征参数，例如t线区域的极值、平均值、峰面积，c线区域的峰值极值、峰面积、峰面积等。

(5)计算检测结果：

利用(4)中计算的各种特征参数，比较t线与c线的特征参数，例如计算其对应特征参数比值，作为结果标记，与配置信息做比较，确定检测结果。

当配置信息中存在标准曲线信息时，可以进一步利用各种回归分析方程对结果进行处理，例如使用三次样条曲线、4参数逻辑曲线、5参数逻辑曲线、双数曲线等进行拟合。

实施例4本发明一实施例胶体金试纸条检测结果特征值计算方法

现就本发明一实施例胶体金试纸条检测结果图像特征值计算方法描述如下：

如图3-1和3-2所示，其中1是数据采集单元（200）采集的胶体金试纸条检测结果特征图像，经数据处理及计算单元（300）进行裁切处理的结果，其中l代表图像的长度（以像素为单位），w代表图像宽度（以像素为单位），2代表c线，3代表t线。

通过数据处理及计算单元（300）获取w及l的大小，并按照w值的5%~95%的范围采集图像中间区域（如图3-2中的4所指区域），，其目的是去掉胶体金试纸条两边图像差异对结果影响。为了确保所取数据有代表性，数据区域的宽度w的10%~90%，例如采集5%~95%范围内的图像数据，或10%~80%范围内的图像数据。为了计算方便，将这个采集区域的范围记为s，然后利用计算机程序获取s区域范围内图像沿l横向分布的像素值，例如获取其r、g、b通道数值，计算其平均值a（0<a<255），并使用滤波器过滤噪声，获得a沿l分布的通道曲线（如图3-3所示）。

c线区域和t线区域由于像素颜色较试纸条其余区域深，因此所获得曲线应为具有若干个波谷的曲线，并且波谷数量与t线数量和c线数量之和相同。以1条c线和1条t线为例（如图3-2和3-3），通过计算临近数值的差值获取c线和t线坐标位置，其中c线记为（c1，c2），t线记为（t1，t2），考虑到胶体金试纸条上c线和t线由于液体在硝酸纤维素膜上分散，会产生线条两侧晕开的现象，因此可进一步将c、t线取值的范围确定为当前值的5%~95%的区域范围，弃掉其余冗余数据，例如：c线和t线的宽度为100像素，则c线特征值取值范围为5px~95px范围内数据，同理t线也取位于5px~95px范围内数据，进一步地也可以采集10px~90px或者5px~90px之内的数据。

依次计算c、t线在取值范围内的平均值分别记为、………………………(4.1)

或极值记为cmax、tmax……………………………………………………………(4.2)

或在此区域内的c、t线对应的波谷的面积记为cs、ts………………(4.3)

最终胶体金试纸条检测结果可按照以下公式计算：

test=t/c，其中t和c分别代表4.1、4.2和4.3中的相应特征值。

将计算的test值与预先设定的阈值比较，即可确定最终检测结果的阴、阳性。

还可以预先配制的梯度浓度的标准溶液（s1、s2、s3、s4、s5、s6），同时利用胶体金试纸条检测，将其相应检测结果特征值记为t1、t2、t3、t4、t5、t6。然后以四参数逻辑曲线或其他相应曲线拟合方法拟合，并将拟合公示预置在id卡中或存储在网络云端。在新的胶体金试纸条完成检测后将其特征值代入曲线公式即可计算获得定量检测结果。

实施例5本发明一实施例数据及其加密传递流程

如图4所示，现就本发明一数据及其加密传递流程描述如下：

数据处理及计算单元（300）作为本发明装置的核心部件，其在分析处理图像数据及检测结果计算后会将数据进行加密处理，主要包括如下步骤：

(1)结果汇总：将检测时间、检测项目、检测结果图像、检测结果数据、检测人员、样本信息进行汇总，其中图像以压缩格式存储为jpeg或png，或者是以base64编码形式存储，将这些信息以适当方式组合。

(2)加唯一标记：将检测装置的设备编码，如序列号或机器串号等信息、或mac地址等信息生成唯一的加密字符串，作为加密标记。

(3)加密：使用上述加密标记对汇总的检测信息进行可逆加密。

(4)传输：将每台装置的注册信息如在云平台注册的账户id等与上述加密一起通过数据输出单元（400）网络传输至云端数据平台，可以单条传输，也可以批量传输。

(5)平台解密及记录：平台收到传输的信息后以队列方式解密处理并记录入云端数据库。

实施例5应用本发明装置建立食品安全预警系统

如图5所示，现就应用本发明装置建立的食品安全预警系统进行描述：

(1)将分布在不同地点的本发明装置通过互联网（lan、wifi、gprs、4g、5g等）连接形成具有多个智能终端的分布式检测网络；

(2)利用云端数据平台作为数据汇总分析平台，对各个终端传入的数据进行汇总、整理和二次分析，设定预警的阈值，例如以检测出阳性样本的数量、检测出阳性样本的地点以及其他相关信息设定，当超过一定的阈值时，自动预警；

(3)利用短信平台、微信平台等对云端数据平台做出的预警信息进行下发，例如以短信形式下发至检测中心负责人、政府监管机构、兽医等。

通过这种监管反馈，可以有效地集中化管理分布在各个区域的检测中心、检测实验室，并且检测数据直观，可追溯，具有较强的实际应用性。