基于移动终端的变色诊断试纸定量成像系统的制作方法

本发明涉及试纸检测技术领域，具体地说是一种基于移动终端的变色诊断试纸定量成像系统。

背景技术：

现有技术的变色诊断在化学溶液浓度估计中有着广泛的应用。然而，与用专业测量设备对化学溶液进行精确测量相比，变色诊断往往是定性的测量，而非定量。如果我们只是希望能够在一系列的读数中，得出一个定性的分析结论，那么这个方法将是最有效的。这意味着传统的变色诊断方法只适合于在家中进行预诊断的自我诊断。因为它只能提供需测试化学溶液的有限信息。

手机作为生活中最常见的移动终端，据国际数据公司(IDC)统计，截至2015年第二季度，全球智能手机市场增长13％，达到3亿4150万的出货量。随着高端智能手机需求的增加，现在配有高像素相机的手机成本已越来越低。同时，移动计算能力的发展在很大程度上实现了图像处理的实时性。因此，廉价的移动技术与化学传感条的结合成为了一个热门的研究话题，特别是用智能手机对化学溶液的浓度进行变色诊断。一些研究利用智能手机变色诊断进行多种传感分析，一些研究者开发了移动平台监测水中氯浓度，还有一些研究者则利用移动平台，通过颜色传感测定pH、氧气含量。同时，我们正在寻找一个机会将现有的传感条技术运用于智能手机，对代表健康指数的化学溶剂浓度进行测量，如葡萄糖溶液浓度。

在现有技术的传感条上，布有10种类型的传感阵列，其中每一个都被嵌入了一种酶，用于化学反应。当这些阵列直接接触到目标溶液，就会发生化学反应，从而诱导顶部层的阵列发生颜色变化。在正常/室内照明环境下，这些颜色的变化可以用肉眼很容易地观察到。当反应完成后，利用所提供的参考图，我们可以立即读出溶液浓度的近似范围。然而，这个结果很难精确到定量的分析，因此还需要进行大幅度的改善。

溶液浓度的检测直接关系到医学预检测，是一个非常重要的研究。现在市面上已经有许多用于患者在家或医务人员在诊所监测健康状况指标，如葡萄糖浓度的产品。与那些在实验室中先进的分析设备相比，化学传感条是最为广泛使用的工具。但由于其有效性的限制，它只能提供一个定性的结果。然而，随着人们健康意识的不断增强，对临床分析的精 确度要求也不断提高，这意味着我们需要一个能够提供定量数据的新的解决方案。

目前有许多比色传感的研究。有人开发了一种工具，使得我们可以在一个大范围环境下，对量化颜色的色度分析进行高精确度的测量。他从手机拍摄的图片中提取色度值，构建分析物浓度的校准曲线，而不是直接使用RGB强度，从而克服了简单RGB分析的不足之处，例如，可以克服黑颜色的低敏感性问题。这个装置首先需要对照标准色彩参考图，并对照明环境进行校对，然后测量感兴趣的映射点的RGB值，按照国际照明委员会(CIE)1931颜色空间绘制色度值进行对照并将其量化。最后，完成三维空间上的回归计算，并获得测量值。提供了一个很好的方式来进行比色测量，并充分考虑了照明条件的影响；然而，该工具仍有几个缺点阻碍其应用在临床上。首先，在三维空间中计算非线性回归测量值是一个成本昂贵的方法，这意味着它需要长时间来执行该算法。其次，该研究讨论了环境光线，认为通过使用颜色参考图表可以弥补因光源的位置、温度，或户外照明环境造成的不足，因为不同的环境光条件下所测得的强度之间具有线性关系。然而，这一结论并不普遍。根据我们的观察，除非包括曝光时间、曝光率、感光度，甚至焦距等在内的照明条件都一致，否则校准基准不一定是线性的。最后，该研究忽视了手持智能手机摄像头的位置和角度对测试条测量值的重要影响。

综上所述，以上现有技术还存在着无法实现变色诊断试纸定量分析，虽然能够部分解决这个技术问题，但计算非线性回归测量值的成本非常昂贵，而且忽视了很多照明条件和移动终端参数的影响，因此其定量分析的结论也不可靠。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明针对上述现有技术存在的无法实现低成本的变色诊断试纸定量分析，定量分析结论不准确的技术问题，提供了一种能够准确实现低成本的变色诊断试纸定量分析的基于移动终端的变色诊断试纸定量成像系统。

本发明的技术解决方案是，提供一种以下结构的基于移动终端的变色诊断试纸定量成像系统，包括移动终端和照明控制箱，所述的移动终端设置于照明控制箱上，所述移动终端的操作界面朝外，其摄像头方向朝内，并在所述的照明控制箱内设置已完成试剂反应的传感测试条；

采用所述的移动终端对置于照明控制箱内已完成试剂反应的的传感测试条进行拍摄，并提取图像；定位所提取图像的感兴趣区域，提取所述感兴趣区域的像素信息；根据当前照明条件，对已提取到的像素信息进行数据校准，再通过预先计算的线性回归模型估计试剂浓度。

作为改进，所述的照明控制箱将传感测试条与外界光线隔离，使其只能接触到移动终端之闪光灯的光线；并在照明控制箱的内壁上，利用反光材料形成泡状凸起。该设计能够让测试免于外界光线的干扰，同时这些凸起增加照明控制箱内壁的反射率，从而达到分散闪光的目的，减少作为一个单一的射线模型的光聚焦效果。

作为改进，所述的定位所提取图像的感兴趣区域，是通过使用OpenCV库完成的，所述的OpenCV库提供各种特征检测操作，以实现感兴趣区域的定位。测试区域的位置在输入图像中是相对一致的，这意味着我们可以通过简单地计算图像平移，进行定位和采集像素信息，且可以自动识别所需监测的区域是十分重要的。

作为改进，根据所述估计试剂浓度的结果，以所拍摄图像的名称，自动将结果呈现在移动终端上，根据测试日期，收集每个用户的数据，绘制趋势图。将计算过程中产生的图像数据可视化，提高了结果的可观察性，且便于了解其变化趋势。

作为改进，所述的预先计算的线性回归模型估计试剂浓度，是根据两个色域进行分析的，所述的两个色域包括表征红、绿、蓝的RGB色域和表征色调、饱和度、亮度的HSB色域，所述的H表示色调，范围从0-360，它代表了色轮角度，S表示饱和度，它表征了彩色到灰色的距离，B表示亮度，它表征颜色的明暗程度。

作为改进，OpenCV库的使用包括边缘检测，所述的边缘检测，采用多级算法检测图像中的各种边缘，先使用5x5高斯平滑滤波器卷积降，再寻找图像的强度梯度，然后执行非最大值抑制和滞后阈值，以找到最佳的结果作为边缘。该方案的原理在于，仔细的检查检测图像的边缘，看到最外沿是开环的，这意味着它不能连接回来形成闭环，寻找轮廓的算法会消除这些边缘，只保留封闭的轮廓，该方案选择最大面积的轮廓并将其显示出来。

作为改进，所述的OpenCV库的使用还包括FAST特征检测，所述的FAST特征检测为一个高速角落检测算法，不会引入不能容忍的噪音，所述的FAST特征检测对所述轮廓的角进行检测，并得到每个角的坐标，使整体轮廓更准确。

作为改进，所述的定量成像系统还包括传感条支架，所述传感条支架上设有供传感测试条放置的定位槽，所述的传感测试条置于定位槽中，所述的传感条支架与照明控制箱的后面配合，以隔绝外界光线。这样既能够对传感测试条进行定位，又便于形成拍摄合理的拍摄空间。

作为改进，所述的传感测试条为葡萄糖试纸或排卵试纸。

采用以上结构，本发明与现有技术相比，具有以下优点：采用本发明，在相对独立的光源环境下利用比色信息可以正确测量未知溶液的浓度，并提供一个廉价、快速又精准的 测量健康数据平台，该平台将移动终端作为显示和操作界面，安装过程简单便捷，只需要手机、一个设备外壳、一个测试条支架以及一些传感条就可以开始测量，例如，尿液中的葡萄糖浓度或者促黄体生成激素水平，本发明为基于传统变色诊断图像分析技术的集成化移动平台，这个平台可以提供较之传统变色诊断更为定量的测量，并且可用于临床，兼顾高精度的测量和数据可视化两项功能，并且将成本控制在一个更能接受的范围之内，移动计算能力也从医学角度提供了对趋势分析的捕捉、提取和聚集的测量数据的可能性。

附图说明

图1为照明控制箱的正面示意图；

图2为照明控制箱的背面示意图；

图3为HSB的示意图；

如图所示，1、移动终端，2、照明控制箱。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但本发明并不仅仅限于这些实施例。

本发明涵盖任何在本发明的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。为了使公众对本发明有彻底的了解，在以下本发明优选实施例中详细说明了具体的细节，而对本领域技术人员来说没有这些细节的描述也可以完全理解本发明。

如图1所示，本发明的一种基于移动终端的变色诊断试纸定量成像系统，包括移动终端1和照明控制箱2，所述的移动终端设置于照明控制箱上，所述移动终端的操作界面朝外，其摄像头方向朝内，并在所述的照明控制箱2内设置已完成试剂反应的传感测试条；

采用所述的移动终端1对置于照明控制箱2内已完成试剂反应的的传感测试条进行拍摄，并提取图像；定位所提取图像的感兴趣区域，提取所述感兴趣区域的像素信息；根据当前照明条件，对已提取到的像素信息进行数据校准，再通过预先计算的线性回归模型估计试剂浓度。

所述的照明控制箱将传感测试条与外界光线隔离，使其只能接触到移动终端之闪光灯的光线；并在照明控制箱的内壁上，利用反光材料形成泡状凸起。该设计能够让测试免于外界光线的干扰，同时这些凸起增加照明控制箱内壁的反射率，从而达到分散闪光的目的，减少作为一个单一的射线模型的光聚焦效果。

所述的定位所提取图像的感兴趣区域，是通过使用OpenCV库完成的，所述的OpenCV库提供各种特征检测操作，以实现感兴趣区域的定位。测试区域的位置在输入图像中是相 对一致的，这意味着我们可以通过简单地计算图像平移，进行定位和采集像素信息，且可以自动识别所需监测的区域是十分重要的。

根据所述估计试剂浓度的结果，以所拍摄图像的名称，自动将结果呈现在移动终端上，根据测试日期，收集每个用户的数据，绘制趋势图。将计算过程中产生的图像数据可视化，提高了结果的可观察性，且便于了解其变化趋势。

所述的预先计算的线性回归模型估计试剂浓度，是根据两个色域进行分析的，所述的两个色域包括表征红、绿、蓝的RGB色域和表征色调、饱和度、亮度的HSB色域，所述的H表示色调，范围从0-360，它代表了色轮角度，S表示饱和度，它表征了彩色到灰色的距离，B表示亮度，它表征颜色的明暗程度。

OpenCV库的使用包括边缘检测，所述的边缘检测，采用多级算法检测图像中的各种边缘，先使用5x5高斯平滑滤波器卷积降，再寻找图像的强度梯度，然后执行非最大值抑制和滞后阈值，以找到最佳的结果作为边缘。该方案的原理在于，仔细的检查检测图像的边缘，看到最外沿是开环的，这意味着它不能连接回来形成闭环，寻找轮廓的算法会消除这些边缘，只保留封闭的轮廓，该方案选择最大面积的轮廓并将其显示出来。

所述的OpenCV库的使用还包括FAST特征检测，所述的FAST特征检测为一个高速角落检测算法，不会引入不能容忍的噪音，所述的FAST特征检测对所述轮廓的角进行检测，并得到每个角的坐标，使整体轮廓更准确。

所述的定量成像系统还包括传感条支架，所述传感条支架上设有供传感测试条放置的定位槽，所述的传感测试条置于定位槽中，所述的传感条支架与照明控制箱的后面配合，以隔绝外界光线。这样既能够对传感测试条进行定位，又便于形成拍摄合理的拍摄空间。

所述的传感测试条为葡萄糖试纸或排卵试纸。

以上仅就本发明较佳的实施例作了说明，但不能理解为是对权利要求的限制。本发明不仅局限于以上实施例，其具体结构允许有变化。总之，凡在本发明独立权利要求的保护范围内所作的各种变化均在本发明的保护范围内。