一种基于图像处理的胶体金检测方法及系统与流程

本发明涉及胶体金免疫层析技术领域，特别是一种基于图像处理的胶体金检测方法及其应用该方法的系统。

背景技术：

在食品安全现场及流通的快速检测领域，胶体金免疫层析技术以其操作简单、判读方便的优点，已经广泛应用于组织、尿液、血液中的药物残留检测，例如：克伦特罗、莱克多巴胺、四环素等。其原理是将特异的抗体先固定于硝酸纤维素膜的某一区带，当该干燥的硝酸纤维素一端浸入样品后，样品将沿着该膜向前移动，当移动至固定有抗体的区域时，样品中相应的抗原即与该抗体发生特异性结合，采用免疫胶体金标记抗原抗体，使该区域显色一定的颜色，从而实现特异性的免疫诊断。检测结果是观察反应板的C线、T线的颜色深浅，T线/C线的颜色比值越小，则待测物质浓度越高，目前，大多数仅靠肉眼目测进行判读，主观性较大，致使其适用范围受到较大限制。

技术实现要素：

本发明为解决上述问题，提供了一种基于图像处理的胶体金检测方法及系统，兼容性好、适用范围广、检测精度高。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种基于图像处理的胶体金检测方法，其包括以下步骤：

(10)获取胶体金检测卡的检测图像，并对该检测图像的待识别区域进行灰度处理，得到灰度图像；

(20)计算所述灰度图像的灰度积分曲线；

(30)查找所述灰度积分曲线的所有波谷点，并计算各个波谷点的半峰宽、峰中心点、有效积分面积；

(40)查找有效积分面积最大的波谷点，得到最大波谷点；

(50)若所述最大波谷点的半峰宽在预设范围之外，则判断该最大波谷点为无效点，并认定为所述胶体金检测卡为无效卡；若所述最大波谷点的半峰宽在预设范围之内，则判断该最大波谷点为有效点，并认定为所述胶体金检测卡为有效卡，然后执行步骤(60)；

(60)根据所述最大波谷点的峰中心点的位置进行判断该最大波谷点为C线位置或者T线位置；若判断为C线位置，则向T线方向寻找其他有效波谷点，若找到其他有效波谷点则将该波谷点认定为T线位置，若找不到其他有效波谷点则认定为无T线；若判断为T线位置，则向C线方向寻找其他有效波谷点，若找到其他有效波谷点则将该波谷点认定为C线位置；若找不到其他有效波谷点则认定为无C线，并认定为所述胶体金检测卡为无效卡。

优选的，所述的步骤(10)中，还进一步将所述检测图像拉伸或压缩至反应板的长度，并根据所述反应板的检测区域对所述检测图像进行裁剪得到所述检测图像的待识别区域。

优选的，对所述检测图像进行裁剪得到所述检测图像的待识别区域，是指以所述反应板为中心，保留横向M*L、纵向M*L*0.3的像素区域作为所述待识别区域；其中，M为校准系数，L为所述反应板的长度；所述M的值的范围为：0.75～0.95。

优选的，所述的步骤(20)中计算所述灰度图像的灰度积分曲线，进一步包括：

(21)获取所述灰度图像的灰度值[X，Y，Z]，其中，X为所述反应板的长边的像素坐标，Y为所述反应板的短边的像素坐标，Z为坐标位置(X,Y)处的灰度值；

(22)以X坐标作为横坐标，以Y坐标为纵坐标，对Y坐标进行灰度积分求和，得到灰度积分曲线[X，Zsum]；

(23)对所述灰度积分曲线进行滤波处理。

优选的，所述的步骤(30)中，所述半峰宽、峰中心点、有效积分面积的计算方法如下：

(31)计算峰中心点：

以波谷点为中心，分别向两侧寻找拐点，计算拐点与波谷点纵坐标差值Z1、Z2，并根据该纵坐标差值寻找横坐标差值X1、X2，取X1、X2的中心点即为峰中心点；

(32)计算半峰宽：

以X1、X2做直线，波谷点到直线的距离即为峰高，并根据峰高计算半峰宽；

(33)计算有效积分面积：

计算X1、X2之间所有点的峰高的总和，即为波谷点的有效积分面积。

优选的，所述的步骤(31)中进行计算峰中心点，还进一步对所述纵坐标差值Z1、Z2进行校准，即，校准后的纵坐标差值为N*Z1、N*Z2，并根据校准后的纵坐标差值N*Z1、N*Z2进行寻找横坐标差值X1、X2；其中，N为校准系数，且N的值的范围为：0.75～0.95。

优选的，还进一步对所述半峰宽进行校准，即，校准后的半峰宽的预设范围为P/V和P*V之间，所述半峰宽在P/V和P*V范围之内则判定所述最大波谷点为有效点，所述半峰宽在P/V和P*V范围之外则判定所述最大波谷点为无效点；其中，P为半峰宽预设值，V为半峰宽变动系数；所述V的值的范围为：1.1～1.8。

优选的，还进一步包括步骤(70)，根据所述T线位置和所述C线位置进行计算所述胶体金检测卡中的检测样品的浓度值；具体包括以下步骤：

(71)根据所述灰度积分曲线中的所述T线位置计算该T线位置的灰度积分值，其中，认定为无T线时，则T线的灰度积分值以零计；

(72)根据所述灰度积分曲线中的所述C线位置计算该C线位置的灰度积分值；

(73)计算所述T线位置与所述C线位置的灰度积分值的比值R；

(74)将所述比值R与标准比值Rs进行比对，得到待测样品浓度值。

优选的，所述的步骤(74)，是通过测定一定范围内的系列浓度的标准样品的标准比值Rs，每一个标准比值Rs对应一个唯一的标准样品浓度值，从而得到标准曲线或者标准比对表；然后根据所述比值R进行查找对应的标准比值Rs,并将该标准比值Rs对应的标准样品浓度值作为所述待测样品浓度值。

相应的，本发明还提供一种基于图像处理的胶体金检测系统，其包括：

图像预处理模块，其获取胶体金检测卡的检测图像，并对该检测图像的待识别区域进行灰度处理，得到灰度图像；

曲线处理模块，用于计算所述灰度图像的灰度积分曲线；并查找所述灰度积分曲线的所有波谷点，并计算各个波谷点的半峰宽、峰中心点、有效积分面积；以及查找有效积分面积最大的波谷点，得到最大波谷点；

有效性判断模块，若所述最大波谷点的半峰宽在预设范围之外，则判断该最大波谷点为无效点，并认定为所述胶体金检测卡为无效卡；若所述最大波谷点的半峰宽在预设范围之内，则判断该最大波谷点为有效点，并认定为所述胶体金检测卡为有效卡；

CT线定位模块，其根据所述最大波谷点的峰中心点的位置进行判断该最大波谷点为C线位置或者T线位置；若判断为C线位置，则向T线方向寻找其他有效波谷点，若找到其他有效波谷点则将该波谷点认定为T线位置，若找不到其他有效波谷点则认定为无T线；若判断为T线位置，则向C线方向寻找其他有效波谷点，若找到其他有效波谷点则将该波谷点认定为C线位置；若找不到其他有效波谷点则认定为无C线，并认定为所述胶体金检测卡为无效卡。

优选的，所述曲线处理模块进一步包括曲线生成单元和曲线计算单元，其中：

所述曲线生成单元通过获取所述灰度图像的灰度值[X，Y，Z]，X为反应板的长边的像素坐标，Y为反应板的短边的像素坐标，Z为坐标位置(X,Y)处的灰度值；以X坐标作为横坐标，以Y坐标为纵坐标，对Y坐标进行灰度积分求和，得到灰度积分曲线[X，Zsum]；并进一步对所述灰度积分曲线进行滤波处理；

所述曲线计算单元进行计算所述波谷点的半峰宽、峰中心点、有效积分面积，具体的：

计算峰中心点：是通过以波谷点为中心，分别向两侧寻找拐点，计算拐点与波谷点纵坐标差值Z1、Z2，并根据该纵坐标差值寻找横坐标差值X1、X2，取X1、X2的中心点即为峰中心点；

计算半峰宽：是通过以X1、X2做直线，波谷点到直线的距离即为峰高，并根据峰高计算半峰宽；

计算有效积分面积：是通过计算X1、X2之间所有点的峰高的总和，即为波谷点的有效积分面积。

优选的，还进一步包括定量分析模块，其根据所述T线位置和所述C线位置进行计算所述胶体金检测卡中的检测样品的浓度值；具体的：

根据所述灰度积分曲线中的所述T线位置计算该T线位置的灰度积分值，其中，认定为无T线时，则T线的灰度积分值以零计；

根据所述灰度积分曲线中的所述C线位置计算该C线位置的灰度积分值；

计算所述T线位置与所述C线位置的灰度积分值的比值R；

将所述比值R与标准比值Rs进行比对，得到待测样品浓度值。

优选的，将所述比值R与标准比值Rs进行比对，是通过测定一定范围内的系列浓度的标准样品的标准比值Rs，每一个标准比值Rs对应一个唯一的标准样品浓度值，从而得到标准曲线或者标准比对表；然后根据所述比值R进行查找对应的标准比值Rs,并将该标准比值Rs对应的标准样品浓度值作为所述待测样品浓度值。

本发明的有益效果是：

(1)本发明通过获取胶体金检测卡的检测图像，并对该检测图像的待识别区域进行灰度处理得到灰度图像，计算所述灰度图像的灰度积分曲线，查找所述灰度积分曲线的所有波谷点，并计算各个波谷点的半峰宽、峰中心点、有效积分面积，并查找有效积分面积最大的波谷点，得到最大波谷点；根据所述最大波谷点的半峰宽进行判断所述胶体金检测卡的有效性，若有效则进一步根据所述最大波谷点的峰中心点的位置进行判断和查找C线位置和T线位置，从而实现胶体金检测卡的定性分析，对获取的图像限定条件少，C线、T线的自动定位识别分析准确，兼容性好，适用范围广。

(2)本发明还进一步计算所述T线位置与所述C线位置的灰度积分值的比值，并将该比值与标准比值进行比对，得到待测样品的浓度值，从而实现胶体金检测卡的定量分析，检测精度高。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明具体实施例的三种待测样品的胶体金检测卡的检测图像对比示意图；

图2为图1的三种检测图像对应的灰度积分曲线的对比示意图；

图3为图2的灰度积分曲线进行均值平滑滤波处理后的效果示意图；

图4为系列浓度的标准样品的标准比值的标准曲线图；

图5为图1三种待测样品的检测结果对比图表。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚、明白，以下结合附图及实施例对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，本发明的一种基于图像处理的胶体金检测方法，其包括以下步骤：

(10)获取胶体金检测卡的检测图像，并对该检测图像的待识别区域进行灰度处理，得到灰度图像(如图1所示)；

(20)计算所述灰度图像的灰度积分曲线(如图2所示)；

(30)查找所述灰度积分曲线的所有波谷点，并计算各个波谷点的半峰宽、峰中心点、有效积分面积；

(40)查找有效积分面积最大的波谷点，得到最大波谷点；

(50)若所述最大波谷点的半峰宽在预设范围之外，则判断该最大波谷点为无效点，并认定为所述胶体金检测卡为无效卡；若所述最大波谷点的半峰宽在预设范围之内，则判断该最大波谷点为有效点，并认定为所述胶体金检测卡为有效卡，然后执行步骤(60)；

(60)根据所述最大波谷点的峰中心点的位置进行判断该最大波谷点为C线位置或者T线位置；若判断为C线位置，则向T线方向寻找其他有效波谷点，若找到其他有效波谷点则将该波谷点认定为T线位置，若找不到其他有效波谷点则认定为无T线；若判断为T线位置，则向C线方向寻找其他有效波谷点，若找到其他有效波谷点则将该波谷点认定为C线位置；若找不到其他有效波谷点则认定为无C线，并认定为所述胶体金检测卡为无效卡。

所述的步骤(10)中，获取胶体金检测卡的检测图像，所述获取的胶体金检测卡的检测图像的像素大小无限制，检测图像需包含整个反应板的区域；并且，还进一步将所述检测图像拉伸或压缩至反应板的长度L，本实施例中，L为500个像素点；并根据所述反应板的检测区域对所述检测图像进行裁剪得到所述检测图像的待识别区域。本实施例中，所述检测图像进行拉伸或压缩的方法如下：利用StretchDIBits函数将检测图像中矩形区域内像素使用的颜色数据拷贝到指定的目标矩形中。若目标矩形大小比源矩形大，则对颜色数据的行和列进行拉伸，以与目标矩形匹配；若目标矩形大小比源矩形小，则通过使用指定的光栅操作对行列进行压缩。本实施例中，进行裁剪所述待识别区域，是以所述反应板为中心，裁剪拉伸/压缩后的检测图像，过滤可能干扰计算的区域，得到待识别区域。本实施例中，对所述检测图像进行裁剪得到所述检测图像的待识别区域，是指以所述反应板为中心，保留横向M*L、纵向M*L*0.3的像素区域作为所述待识别区域；其中，M为校准系数，L为所述反应板的长度；所述M的值的范围为：0.75～0.95。本实施例中，取M＝0.9，L＝400，保留图像横向为0.9*400，纵向为0.9*400*0.3的像素区域作为待识别区域。

所述的步骤(20)中计算所述灰度图像的灰度积分曲线，进一步包括：

(21)获取所述灰度图像的灰度值[X，Y，Z]，其中，X为所述反应板的长边的像素坐标，Y为所述反应板的短边的像素坐标，Z为坐标位置(X,Y)处的灰度值；

(22)以X坐标作为横坐标，以Y坐标为纵坐标，对Y坐标进行灰度积分求和，得到灰度积分曲线[X，Zsum]；

(23)对所述灰度积分曲线进行滤波处理(如图3所示)；本实施例中，所述滤波处理采用均值平滑滤波处理，以消除噪声。

所述的步骤(30)中，所述半峰宽、峰中心点、有效积分面积的计算方法如下：

(31)计算峰中心点：

以波谷点为中心，分别向两侧寻找拐点，计算拐点与波谷点纵坐标差值Z1、Z2，并根据该纵坐标差值寻找横坐标差值X1、X2，取X1、X2的中心点即为峰中心点；本实施例中，还进一步对所述纵坐标差值Z1、Z2进行校准，即，校准后的纵坐标差值为N*Z1、N*Z2，并根据校准后的纵坐标差值N*Z1、N*Z2进行寻找横坐标差值X1、X2；其中，N为校准系数，且N的值的范围为：0.75～0.95；本实施例中，取N＝0.8。

(32)计算半峰宽：

以X1、X2做直线，波谷点到直线的距离即为峰高，并根据峰高计算半峰宽；

(33)计算有效积分面积：

计算X1、X2之间所有点的峰高的总和，即为波谷点的有效积分面积S。

所述的步骤(50)中，还进一步对所述半峰宽进行校准，即，校准后的半峰宽的预设范围为P/V和P*V之间，所述半峰宽在P/V和P*V范围之内则判定所述最大波谷点为有效点，所述半峰宽在P/V和P*V范围之外则判定所述最大波谷点为无效点；其中，P为半峰宽预设值，V为半峰宽变动系数；优选的，所述V的值的范围为：1.1～1.8。本实施例中，所述P取值为32，所述V取值为1.6，所述半峰宽的预设范围在32/1.6～32*1.6之间，即，波谷点的半峰宽在32/1.6～32*1.6之间为有效点。

本实施例中，还进一步包括步骤(70)，根据所述T线位置和所述C线位置进行计算所述胶体金检测卡中的检测样品的浓度值；具体包括以下步骤：

(71)根据所述灰度积分曲线中的所述T线位置计算该T线位置的灰度积分值，其中，认定为无T线时，则T线的灰度积分值以零计；

(72)根据所述灰度积分曲线中的所述C线位置计算该C线位置的灰度积分值；

(73)计算所述T线位置与所述C线位置的灰度积分值的比值R；

(74)将所述比值R与标准比值Rs进行比对，得到待测样品浓度值。

具体的，所述的步骤(74)，是通过测定一定范围内的系列浓度的标准样品的标准比值Rs，每一个标准比值Rs对应一个唯一的标准样品浓度值，从而得到标准曲线(如图4所示)或者标准比对表；然后根据所述比值R进行查找对应的标准比值Rs,并将该标准比值Rs对应的标准样品浓度值作为所述待测样品浓度值。

本实施例中，所述标准曲线根据不同胶体金检测卡可选取不同的计算方法，包括线性拟合、对数拟合、浮点计算法等，本实施例优选采用浮点计算法。

与前述的检测方法相对应，本发明还提供一种基于图像处理的胶体金检测系统，其包括：

图像预处理模块，其获取胶体金检测卡的检测图像，并对该检测图像的待识别区域进行灰度处理，得到灰度图像；

曲线处理模块，用于计算所述灰度图像的灰度积分曲线；并查找所述灰度积分曲线的所有波谷点，并计算各个波谷点的半峰宽、峰中心点、有效积分面积；以及查找有效积分面积最大的波谷点，得到最大波谷点；

有效性判断模块，若所述最大波谷点的半峰宽在预设范围之外，则判断该最大波谷点为无效点，并认定为所述胶体金检测卡为无效卡；若所述最大波谷点的半峰宽在预设范围之内，则判断该最大波谷点为有效点，并认定为所述胶体金检测卡为有效卡；

CT线定位模块，其根据所述最大波谷点的峰中心点的位置进行判断该最大波谷点为C线位置或者T线位置；若判断为C线位置，则向T线方向寻找其他有效波谷点，若找到其他有效波谷点则将该波谷点认定为T线位置，若找不到其他有效波谷点则认定为无T线；若判断为T线位置，则向C线方向寻找其他有效波谷点，若找到其他有效波谷点则将该波谷点认定为C线位置；若找不到其他有效波谷点则认定为无C线，并认定为所述胶体金检测卡为无效卡。

所述曲线处理模块进一步包括曲线生成单元和曲线计算单元，其中：

所述曲线生成单元通过获取所述灰度图像的灰度值[X，Y，Z]，X为反应板的长边的像素坐标，Y为反应板的短边的像素坐标，Z为坐标位置(X,Y)处的灰度值；以X坐标作为横坐标，以Y坐标为纵坐标，对Y坐标进行灰度积分求和，得到灰度积分曲线[X，Zsum]；并进一步对所述灰度积分曲线进行滤波处理；

所述曲线计算单元进行计算所述波谷点的半峰宽、峰中心点、有效积分面积，具体的：

计算峰中心点：是通过以波谷点为中心，分别向两侧寻找拐点，计算拐点与波谷点纵坐标差值Z1、Z2，并根据该纵坐标差值寻找横坐标差值X1、X2，取X1、X2的中心点即为峰中心点；

计算半峰宽：是通过以X1、X2做直线，波谷点到直线的距离即为峰高，并根据峰高计算半峰宽；

计算有效积分面积：是通过计算X1、X2之间所有点的峰高的总和，即为波谷点的有效积分面积。

本实施例中，还进一步包括定量分析模块，其根据所述T线位置和所述C线位置进行计算所述胶体金检测卡中的检测样品的浓度值；具体的：

根据所述灰度积分曲线中的所述T线位置计算该T线位置的灰度积分值，其中，认定为无T线时，则T线的灰度积分值以零计；

根据所述灰度积分曲线中的所述C线位置计算该C线位置的灰度积分值；

计算所述T线位置与所述C线位置的灰度积分值的比值R；

将所述比值R与标准比值Rs进行比对，得到待测样品浓度值。

优选的，将所述比值R与标准比值Rs进行比对，是通过测定一定范围内的系列浓度的标准样品的标准比值Rs，每一个标准比值Rs对应一个唯一的标准样品浓度值，从而得到标准曲线或者标准比对表；然后根据所述比值R进行查找对应的标准比值Rs,并将该标准比值Rs对应的标准样品浓度值作为所述待测样品浓度值。

本发明的一种基于图像处理的胶体金检测方法及系统，其通过获取待测样品的胶体金检测卡的图像，并对图像进行压缩/拉伸、裁剪处理等预处理，然后通过灰度积分、滤波算法获取图像的灰度积分曲线，找出波谷点并通过预设参数及校准系数，根据半峰宽、峰中心点位置、有效积分面积、进行C线、T线的定位识别及积分面积比值计算，最后根据所述待测样品的T/C线的积分比值与所述系列标准样品进行比对计算，从而实现胶体金检测卡的定性定量分析，对获取的图像限定条件少，C线、T线的自动定位识别分析准确，兼容性好、适用范围广、检测精度高。

本实施例所述胶体金检测卡主要以克伦特罗胶体金检测卡为例，当然也适用于其他胶体金检测卡，不以此为限，只是在具体参数设置上可根据不同的胶体金检测卡和不同检测样品来进行设置，其工作原理基本相似，均在本发明的构想范围内，且都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

需要说明的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。对于系统实施例而言，由于其与方法实施例基本相似，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。并且，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。另外，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

上述说明示出并描述了本发明的优选实施例，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文发明构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。