一种新型冠状病毒检测结果快速采集方法与流程

1.本发明属于生物医学应用技术领域，特别涉及一种新型冠状病毒检测结果快速采集方法。


背景技术：

2.新型冠状病毒(简称新冠病毒)自2019年在全球爆发已经造成了全世界超过3亿人感染，各个国家为应对新冠肺炎病毒做了不同的应对措施，研发出了多种用于检测新冠病毒的试剂和方法。
3.目前主要的新冠病毒检测主要集中在政府指定的医院和医疗机构进行，通过专业的检测设备、仪器进行集中、批量的检测。另外一种检测方法是民众的自我检测。主要是民众通过正规渠道购买快速检测试纸、检测盒、检测卡，在家完成快速的新冠病毒检测。但是这种自我检测，只是完成了生物或化学原理的检测试纸、检测盒、检测卡的检测步骤，还存在一个问题就是检测后的信息上报和收集，现有的检测方法的检测结果还需要被检测人进行进一步的目视观察和判读，再操作手机进行汇报，检测结果尚不能自动、快速的采集和上传，尚未充分利用信息化的优势。很多民众碍于操作麻烦就放弃了上报信息，给信息收集带来了不利影响，不利于相关职能部门全面掌握疫情态势信息。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种结合二维码识别和图象识别技术的新型冠状病毒检测结果快速采集方法，能够对新冠病毒检测结果进行自动识别和上传，方便个人进行自我检测后的检测结果上报，加强新冠病毒检测的信息采集，对现有的公立机构采集、检测体系是一个有益的补充。
5.本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种新型冠状病毒检测结果快速采集方法，在新型冠状病毒检测盒或检测试纸的观察区的上下两侧分别设置二维码，通过二维码识别技术和图象识别技术同时识读二维码信息和采集观察区的检测结果。
6.进一步地，所述观察区自上而下依次排布了质控区和检测区，质控区用于显示是否完成检测，当检测样本完成检测后，质控区出现一条质控线，表示层析过程顺利结束，否则表示未进行检测或检测失败；检测区用于显示检测结果，在检测区出现检测线表示该病毒检测指标为阳性检测结果，如果不出现检测线表明该病毒检测指标为阴性检测结果。
7.进一步地，新型冠状病毒检测结果快速采集方法具体包括以下步骤：
8.s1、二维码生成；包括以下步骤：
9.s11、从服务器中提取一个未核销的明文码字qr-idu，进行加密得到加密字符串qr-id；
10.s12、产生2w个位置编号，位置编号是正整数，从1开始，依次为1,2,
…
,2w，其中w为每个检测盒或检测试纸上观察区的个数；
11.s13、将qr-id与2w个位置编号分别组合编码，形成2w个类json字符串，然后进行第
二次加密，得到2w个编码字符串，表示为：
12.estr＝(es1,es2,
…
,es
2w
)
13.esk＝fe(sk)
14.sk＝"{qr-id:xxxxx,pos:k,w＝yy}"
15.其中fe()为第二次加密函数，sk为第k个类json字符串，qr-id：xxxxx表示该字符串的qr-id为xxxxx；pos：k表示该字符串的位置编号为k，k＝1,2,
…
,2w；yy为观察区的个数；
16.将es1,es2,
…
,es
2w
分别送入二维码生成器生成2w个二维码图片i1,i2,
…
,i
2w
；
17.s14、将i
2a-1
和i
2a
分别印刷或光刻到第a个观察区的上侧和下侧，a＝1,2,
…
,w；
18.s2、进行新冠病毒检测；
19.s3、检测结果采集；包括以下步骤：
20.s31、利用手机获取包含二维码和观察区的图象g，对图象g进行图象识别和二维码解码、解密操作，获得多个二维码识别信息rsk；其中rsk为四元组：
21.rsk＝(sk,p1,p2,p3)
22.sk＝f
e-1
(esk)
23.f
e-1
()为解密操作，即fe()的逆过程；p
α
＝(x
α
,y
α
)是图象识别得到的二维码的“回”字定位图形的中心位置坐标；α＝1,2,3，分别对应左上角、左下角、右上角三个“回”字定位图形；
24.s32、判断各rsk中字符串sk中的加密字符串qr-id是否相同，如果不同则识别失败，结束操作；否则执行步骤s33；
25.s33、判断各个rsk中的字符串sk中w字段是否相同，若不同则识别失败；否则继续检查各个rsk中的字符串sk中pos字段的整数是否刚好遍历1,2,...,2w，如果是则执行步骤s34；否则识别失败，结束操作；
26.s34、提取坐标：找到字符串sk中字段pos＝1和pos＝2的rsk，分别表示为rs
k1
和rs
k2
，即第1个观察区上下侧的2个二维码；提取码字rs
k1
中p2位置，表示为p
k1-2
；提取码字rs
k2
中p1位置，表示为p
k2-1
；提取码字rs
k2
中p3位置，表示为p
k2-3
；
27.s35、根据p
k1-2
与p
k2-1
连成的直线l
k1-2-k2-1
的倾斜角度θ，构建旋转变换矩阵：
[0028][0029][0030]
通过图象旋转变换，得到纠偏后的图象g
′
[0031]
p
′
＝trp,p∈g,p
′
∈g
′
[0032]
在g中的坐标p
k1-2
、p
k2-1
、p
k2-3
经过旋转变换后在g
′
中的坐标分别为p
′
k1-2
、p
′
k2-1
、p
′
k2-3
；
[0033]
s36、颜色筛选：以p
′
k1-2
和p
′
k2-3
作为矩形的左上角、右下角位置坐标，建立一个矩形区域r，设该区域内的图象像素包含m行n列；
[0034]
在区域r内做红色颜色像素筛选
[0035]rp-g
p
＞t
h1
且r
p-b
p
＞t
h2
，p∈r
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
[0036]rp
,g
p
,b
p
分别为p点的红、绿、蓝分量；判别阈值取t
h1
＝128，t
h2
＝128；
[0037]
将区域r内每一行像素满足公式(1)的像素点进行统计，得到直方图h；
[0038]
s37、区域边界计算：根据标定阶段获取的先验信息dc、dd、d1、d2，确定质控区、检测区1、检测区2的在直方图h中的边界，其中dc为观察区上侧的二维码左下角定位图形中心点距离质控线的垂直距离，d1为观察区上侧的二维码的左下角定位图形中心点距离检测线1的垂直距离，d2为观察区上侧的二维码的左下角定位图形中心点距离检测线2的垂直距离，dd为观察区上侧的二维码左下角定位图形中心点距离观察区下侧的二维码左上角定位图形中心点的距离；
[0039]
由此，在直方图h中计算出如下区域：
[0040]
质控区区域rc：
[0041]
检测区1区域r
t1
：
[0042]
检测区2区域r
t2
：其中，β＝l
′
k1-2-k2-1
/dd；l
′
k1-2-k2-1
为g
′
中p
′
k1-2
与p
′
k2-1
之间的距离；
[0043]
s38、质控线与检测线直线判定：在直方图h的rc区域内，如果某一个值大于预设阈值t
h-red
，则认为识别到了质控线，即c＝1；否则认为没有检测到质控线，即c＝0，整个识别过程结束；
[0044]
在直方图h的r
t1
区域内，如果某一个值大于预设阈值t
h-red
，则认为识别到了检测线1，即t1＝1，否则认为没有检测到质控线，t1＝0；
[0045]
在直方图h的r
t2
区域内，如果某一个值大于预设阈值t
h-red
，则认为识别到了检测线2，即t2＝1，否则认为没有检测到质控线，t2＝0；
[0046]
阈值t
h-red
为：t
h-red
＝ρlrβ，其中lr为标定阶段测得的红色质控线的长度；ρ为比例系数，通常取ρ＝0.4；
[0047]
s39、重复步骤s34～s38，针对第2、3、...,a,...个观察区，pos分别取pos＝2a-1和pos＝2a，直到得到全部的质控线和检测线；如果其中有任何一条质控线为0，表示识别失败；最终，检测得到的质控线结果依次为c1,c2.....；得到的检测线结果依次为t1,t2,t3......；
[0048]
s4、采集结果上传；具体实现方法为：通过上述算法检测到的信息集合{c1,t1,t2,c2,t3...}，结合扫码得到的加密序列号qr-id，以及app中已经预先认证过的个人用户身份信息p-id，形成报文d，对报文进行加密，再通过互联网上传到服务器中；
[0049]
s5、服务器验证：服务器接收到报文后，先进行解密，然后提取检测信息集合{c1,t1,t2,c2,t3...}、加密序列号qr-id、个人用户身份信息p-id；再将qr-id解密成明文码字qr-idu，在服务器上进行查找qr-idu，如果没有找到有记录对应，则认为是无效编号，将“无效编号”信息反馈给手机；如果找到对应记录但已经进行了登记核销，则认为是重复上报，将“重复上报”信息反馈给手机；否则，将接收到的信息存入服务器的数据库，并将该qr-idu进行核销，并将“识别成功”信息以及具体识别结果反馈给手机。
[0050]
本发明的有益效果是：本发明在新冠肺炎病毒快速检测试盒或试纸上印制二维
码，并结合图象识别算法对检测结果进行自动识别。二维码进行特定的编码和排布，印刷在检测盒或检测试纸的观察区的两侧。通过图象识别，既对二维码进行识读，也同时对观察区的检测结果进行识别，然后信息自动上传到服务器。能方便个人进行自我检测后的检测结果上报，加强新冠检测的信息采集，对现有的公立机构采集、检测体系是一个有益的补充。
附图说明
[0051]
图1为本发明在检测盒或检测试纸的观察区的上下两侧分别设置二维码的示意图；
[0052]
图2为单观察区设置二维码示意图；
[0053]
图3为双观察区设置二维码示意图；
[0054]
图4为经过图象旋转得到的纠偏后图象；
[0055]
图5为本发明的像素直方图；
[0056]
图6为本发明的采集结果上传流程图。
具体实施方式
[0057]
下面结合附图进一步说明本发明的技术方案。
[0058]
一种新型冠状病毒检测结果快速采集方法，在新型冠状病毒检测盒或检测试纸的观察区的上下两侧分别设置二维码，通过二维码识别技术和图象识别技术同时识读二维码信息和采集观察区的检测结果。
[0059]
进一步地，所述观察区自上而下依次排布了质控区和检测区，质控区用于显示是否完成检测，当检测样本完成检测后，质控区出现一条质控线，表示层析过程顺利结束，否则表示未进行检测或检测失败；检测区用于显示检测结果，在检测区出现检测线表示该病毒检测指标为阳性检测结果，如果不出现检测线表明该病毒检测指标为阴性检测结果。
[0060]
进一步地，新型冠状病毒检测结果快速采集方法具体包括以下步骤：
[0061]
s1、二维码生成；包括以下步骤：
[0062]
s11、从服务器中提取一个未核销(未使用)的明文码字qr-idu，进行加密得到加密字符串qr-id；
[0063]
s12、产生2w个位置编号，位置编号是正整数，从1开始，依次为1,2,
…
,2w，其中w为每个检测盒或检测试纸上观察区的个数；
[0064]
s13、将qr-id与2w个位置编号分别组合编码，形成2w个类json字符串，然后进行第二次加密，得到2w个编码字符串，表示为：
[0065]
estr＝(es1,es2,
…
,es
2w
)
[0066]
esk＝fe(sk)
[0067]
sk＝"{qr-id:xxxxx,pos:k,w＝yy}"
[0068]
其中fe()为第二次加密函数，sk为第k个类json字符串，qr-id：xxxxx表示该字符串的qr-id为xxxxx；pos：k表示该字符串的位置编号为k，k＝1,2,
…
,2w；yy为观察区的个数；
[0069]
将es1,es2,
…
,es
2w
分别送入二维码生成器生成2w个二维码图片i1,i2,
…
,i
2w
；
[0070]
s14、将i
2a-1
和i
2a
分别印刷或光刻到第a个观察区的上侧和下侧，a＝1,2,
…
,w；其
中上侧是指观察区靠近质控线的一端，如图1所示。图1是一个检测盒或者检测试纸，其中包含了a个观察区。在实际的应用中，常见的是w＝1或w＝2，即一个检测盒或检查试纸上只有1个或者2个观察区。针对单观察区、双观察区模式的检测试纸、检测盒或检测卡，排布分别如图2和图3所示。
[0071]
在新冠病毒检测试纸、检测盒或检测卡的观察区两端印制有不同的二维码，观察区内有1条质控线和1-2条检测线。未完成检测前，质控线不显现；完成检测后，质控线显现红色横条。未完成检测前，检测线线不显现；根据检测后不同的检测指标是否为阳性，检测线会呈现不同的1-2条红色横条，如果为阴性，对应的检测线不显示。
[0072]
当新冠肺炎病毒样本进入检测卡完成检测后，观察区内一侧出现红色质控线(通常用c标注)，表示层析过程顺利结束，可以进行进一步的新冠病毒指标的阳性/阴性的检测线的识读。另外一侧出现1-2条红色检测线(通常用t标注)，分别代表不同指标的检测结果。
[0073]
本发明的识读设备为手机，上面安装了特定的识读程序app，手机用户下载后需要进行身份验证以确认唯一的身份信息，以便用于职能部门的统一管理。
[0074]
s2、进行新冠病毒检测；
[0075]
s3、检测结果采集；包括以下步骤：
[0076]
s31、利用手机获取包含二维码和观察区的图象g，假设图象g中只包含了1个检测试纸(检测盒、检测卡)，图象g中包含了多个qr二维码。对图象g进行图象识别和二维码解码、解密操作，获得多个二维码识别信息rsk；其中rsk为四元组：
[0077]
rsk＝(sk,p1,p2,p3)
[0078]
sk＝f
e-1
(esk)
[0079]fe-1
()为解密操作，即fe()的逆过程；p
α
＝(x
α
,y
α
)是图象识别得到的二维码的“回”字定位图形的中心位置坐标；α＝1,2,3，分别对应左上角、左下角、右上角三个“回”字定位图形(这三个回字形定位图形是qr码的固定定位图形，右下角没有定位图形)；
[0080]
s32、判断各rsk中字符串sk中的加密字符串qr-id是否相同，如果不同则识别失败，结束操作；否则执行步骤s33；
[0081]
s33、判断各个rsk中的字符串sk中w字段是否相同，若不同则识别失败；否则继续检查各个rsk中的字符串sk中pos字段的整数是否刚好遍历1,2,...,2w，如果是则执行步骤s34；否则识别失败，结束操作；
[0082]
s34、提取坐标：找到字符串sk中字段pos＝1和pos＝2的rsk，分别表示为rs
k1
和rs
k2
，即第1个观察区上下侧的2个二维码；提取码字rs
k1
中p2位置，表示为p
k1-2
；提取码字rs
k2
中p1位置，表示为p
k2-1
；提取码字rs
k2
中p3位置，表示为p
k2-3
；
[0083]
s35、根据p
k1-2
与p
k2-1
连成的直线l
k1-2-k2-1
的倾斜角度θ(与水平方向的夹角，以逆时针为角度增加方向)，构建旋转变换矩阵：
[0084][0085][0086]
通过图象旋转变换，得到纠偏后的图象g
′
[0087]
p
′
＝trp,p∈g,p
′
∈g
′
[0088]
在g中的坐标p
k1-2
、p
k2-1
、p
k2-3
经过旋转变换后在g
′
中的坐标分别为p
′
k1-2
、p
′
k2-1
、p
′
k2-3
，如图4所示。
[0089]
s36、颜色筛选：以p
′
k1-2
和p
′
k2-3
作为矩形的左上角、右下角位置坐标，建立一个矩形区域r，设该区域内的图象像素包含m行n列；
[0090]
在区域r内做红色颜色像素筛选
[0091]rp-g
p
＞t
h1
且r
p-b
p
＞t
h2
，p∈r
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
[0092]rp
,g
p
,b
p
分别为p点的红、绿、蓝分量；根据经验值和统计分析，在常用的红、绿、蓝分量均为256级量化的情况下，判别阈值取t
h1
＝128，t
h2
＝128；
[0093]
将区域r内每一行像素满足公式(1)的像素点进行统计，得到如图5所示的直方图h；直方图的横坐标的0位置对应p
′
k1-2
所处的位置，直方图的横坐标的支撑集宽度与r区域的行数相等，纵坐标表示r区域内每列像素点中满足公式(1)的数量。
[0094]
s37、区域边界计算：根据标定阶段获取的先验信息dc、dd、d1、d2，确定质控区、检测区1、检测区2的在直方图h中的边界，其中dc为观察区上侧的二维码左下角定位图形中心点距离质控线的垂直距离，d1为观察区上侧的二维码的左下角定位图形中心点距离检测线1的垂直距离，d2为观察区上侧的二维码的左下角定位图形中心点距离检测线2的垂直距离，dd为观察区上侧的二维码左下角定位图形中心点距离观察区下侧的二维码左上角定位图形中心点的距离，单位为mm，这4个距离是在离线标定阶段测定。标定阶段是指：针对同类型的检测试纸实物，在实验室进行物理尺寸测定，用以标定算法的某些参数。
[0095]
由此，在直方图h中计算出如下区域：
[0096]
质控区区域rc：
[0097]
检测区1区域r
t1
：
[0098]
检测区2区域r
t2
：其中，β＝l
′
k1-2-k2-1
/dd；l
′
k1-2-k2-1
为g
′
中p
′
k1-2
与p
′
k2-1
之间的距离，单位为像素；
[0099]
s38、质控线与检测线直线判定：在直方图h的rc区域内，如果某一个值大于预设阈值t
h-red
，则认为识别到了质控线，即c＝1；否则认为没有检测到质控线，即c＝0，整个识别过程结束；
[0100]
在直方图h的r
t1
区域内，如果某一个值大于预设阈值t
h-red
，则认为识别到了检测线1，即t1＝1，否则认为没有检测到质控线，t1＝0；
[0101]
在直方图h的r
t2
区域内，如果某一个值大于预设阈值t
h-red
，则认为识别到了检测线2，即t2＝1，否则认为没有检测到质控线，t2＝0；
[0102]
阈值t
h-red
为：t
h-red
＝ρlrβ，其中lr为标定阶段测得的红色质控线的长度；ρ为比例系数，通常取ρ＝0.4；
[0103]
s39、重复步骤s34～s38，针对第2、3、...,a,...个观察区，pos分别取pos＝2a-1和pos＝2a，直到得到全部的质控线和检测线；如果其中有任何一条质控线为0，表示识别失败；最终，检测得到的质控线结果依次为c1,c2.....；得到的检测线结果依次为t1,t2,t3......；根据先验信息，每个观察区内分别可能有1～2条检测线。
[0104]
s4、采集结果上传；具体实现方法为：通过上述算法检测到的信息集合
[0105]
{c1,t1,t2,c2,t3...}，其中ck表示第k个观察区内的质控线的识别结果。tk表示从左到右，从上到下的检测线的识别结果，以pos＝1的码字所处位置为左和上方向。结合扫码得到的加密序列号qr-id，以及app中已经预先认证过的个人用户身份信息p-id，形成报文d，对报文进行加密，再通过互联网上传到服务器中，如图6所示；
[0106]
s5、服务器验证：服务器接收到报文后，先进行解密，然后提取检测信息集合{c1,t1,t2,c2,t3...}、加密序列号qr-id、个人用户身份信息p-id；再将qr-id解密成明文码字qr-idu，在服务器上进行查找qr-idu，如果没有找到有记录对应，则认为是无效编号，将“无效编号”信息反馈给手机；如果找到对应记录但已经进行了登记核销，则认为是重复上报，将“重复上报”信息反馈给手机；否则，将接收到的信息存入服务器的数据库，并将该qr-idu进行核销，并将“识别成功”信息以及具体识别结果反馈给手机。
[0107]
本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。