一种高精度尿液分析方法及系统与流程

1.本发明涉及尿液检测和分析的技术领域，尤其是指一种高精度尿液分析方法及系统。


背景技术：

2.尿液分析主要是指将试纸条色块与标准比色卡进行对比，得出尿液成分的定性浓度信息。在使用肉眼观察尿液分析试纸条色块颜色以及进行色块比对时，由于光源，肉眼对光感的差异以及其他主观因素，造成比对结果的偏差。使用计算机图形学分析来代替肉眼进行尿液色块比对，可以排除主观因素对比对结果的影响，并且通过计算机图形学的方法，可以排除部分非主观因素的影响，如光源，标准比色卡打印色差，尿液分析色块染色不均等问题。
3.目前最常见的色彩比对方法为测量被测色块所包含的r、g、b成分各自所占的比例，通过大量的实验确定各个项目所包含的r、g、b颜色的比例，根据确定的比例采用特征法进行识别。该方法的缺点是色彩比对时并没有考虑光源对被测色块色彩比例的影响，从而导致结果精度不高。因此，现有的尿液色彩比对分析方法存在较大局限性。


技术实现要素：

4.本发明的第一目的在于为解决现有技术中的不足，提供了一种高精度尿液分析方法，通过将尿液试纸条与该环境光源标准色的比对，得出尿液颜色所标定的浓度，完成尿液的定性分析。
5.本发明的第二目的在于提供一种高精度尿液分析系统。
6.本发明的第一目的通过下述技术方案实现：一种高精度尿液分析方法，包括以下步骤：
7.1)获取设有多个标记点的尿液分析照片；
8.2)对得到的尿液分析照片进行透视变换和剪裁缩放的预处理后，提取预设尺寸的矩形图像及识别标记点所标记的检测类型；
9.3)根据得到的检测类型及该检测类型所对应的预设尿液标准比色卡的色块区域，获取该检测类型所对应的标准色块，并将标准色块按顺序存储；同时，根据得到的矩形图像，识别矩形图像上的待测尿液试纸条区域后分离待测色块，将所有待测色块按顺序储存；
10.4)根据步骤3)获得的标准色块和待测色块逐一匹配，进行色彩比对，进而得到对应的检验结果。
11.进一步，所述步骤1)包括以下步骤：
12.101)使用无溶剂的容器接取部分中段尿液样本，将尿液分析试纸条完全浸入该中段尿液样本中，待中段尿液样本完全与尿液分析试纸条反应后，迅速将尿液分析试纸条置于预设尿液标准比色卡的置放试纸条区域；
13.102)在预设时间内对尿液标准比色卡及尿液分析试纸条通过拍照设备拍摄一张
不小于600*600的尿液分析照片，所述尿液分析照片中包含至少4个完整的标记点。
14.进一步，所述步骤2)包括以下步骤：
15.201)读取获取到的尿液分析照片，缩放到预设的固定倍数后，对照片进行多种不同阈值分割，检测位于尿液分析照片上的标记点；若检测到标记点小于4个，则调整缩放比例及图像分割的阈值后，再重新检测标记点，若检测到的标记点数量为4个，则进入下一步，若持续检测到标记点小于4个，则返回步骤1)重新进行拍照；
16.202)将4个标记点通过坐标分析，识别为左上角、右上角、左下角、右下角四个方位的标记点，通过透视变化将该四个方位的标记点转化为矩形图像，将该矩形图像裁剪并缩放至预设的标准尺寸；
17.203)检测标记点所标记的检测类型，其中所述检测类型包括0尿液14项检测、1减脂监测、2慢性疾病监测、3尿路感染和4尿糖监测。
18.进一步，所述根据得到的检测类型及该检测类型所对应的预设尿液标准比色卡的色块区域，获取该检测类型所对应的标准色块，并将标准色块按顺序存储，包括以下步骤：
19.301)从步骤2)中提取到矩形图像及对应标记点所标记的检测类型后，获取该检测类型对应的标准色块及色块中心标准坐标；
20.302)根据标准色块及色块中心标准坐标，遍历该检测类型对应的预设尿液标准比色卡的色块区域，获取所有标准色块，将所有标准色按顺序存储。
21.进一步，所述根据得到的矩形图像，识别矩形图像上的待测尿液试纸条区域后分离待测色块，将所有待测色块按顺序储存，包括以下步骤：
22.303)将步骤2)中提取到的矩形图像通过侧边裁剪的方法，裁剪出矩形图像中的待测尿液分析试纸条所在的区域；
23.304)对待测尿液分析试纸条所在的区域通过边缘检测的方法拟合直线，再将直线通过夹角定义的方法，寻找符合实际待测尿液分析试纸条的面积大小的封闭矩形，该封闭矩形则为待测尿液分析试纸条的区域；
24.305)通过透视变换将待测尿液分析试纸条还原为矩形，并通过寻找闭合矩形的方法分离待测尿液分析试纸条中的待测色块，将所有待测色块按顺序储存。
25.进一步，所述步骤4)包括以下步骤：
26.401)计算每个标准色块的内部rgb数值的平均值，并将标准色块的色彩空间转换为hsv空间；
27.402)根据不同标准浓度下标准色块的h空间、s空间和v空间所占的比例，分配比对权重；
28.403)计算待测色块内部rgb数值的平均值，并将待测色块的色彩空间转换为hsv空间；
29.404)使用步骤402)的比对权重的l2范数计算待测色块与每个标准色块之间的距离，匹配距离最小的标准色块；
30.405)根据步骤404)的匹配结果索引标准色块所对应的检测项目的具体数值，输出检测结果；
31.406)重复步骤401)至步骤405)，直至得到该检测类型下所有项目的匹配结果。
32.本发明的第二目的通过下述技术方案实现：一种高精度尿液分析系统，包括：
33.尿液分析照片获取模块，用于获取设有多个标记点的尿液分析照片；
34.照片预处理及分析模块，用于对尿液分析照片进行进行透视变换和剪裁缩放的预处理，提取预设尺寸的矩形图像及识别标记点所标记的检测类型；
35.标准色块提取模块，根据得到的检测类型及该检测类型所对应的预设尿液标准比色卡的色块区域，获取该检测类型所对应的标准色块，并将标准色块按顺序存储；
36.待测色块提取模块，根据得到的矩形图像，识别矩形图像上的待测尿液试纸条区域后分离待测色块，将所有待测色块按顺序储存；
37.色彩比对模块，用于对获得的标准色块和待测色块逐一匹配，进行色彩比对，进而得到对应的检验结果。
38.进一步，所述标准色块提取模块执行以下步骤：
39.c1)从照片预处理及分析模块中提取到矩形图像及对应标记点所标记的检测类型后，获取该检测类型对应的标准色块及色块中心标准坐标；
40.c2)根据标准色块及色块中心标准坐标，遍历该检测类型对应的预设尿液标准比色卡的色块区域，获取所有标准色块，将所有标准色按顺序存储。
41.进一步，所述待测色块提取模块执行以下步骤：
42.d1)将照片预处理及分析模块中提取到的矩形图像通过侧边裁剪的方法，裁剪出矩形图像中的待测尿液分析试纸条所在的区域；
43.d2)对待测尿液分析试纸条所在的区域通过边缘检测的方法拟合直线，再将直线通过夹角定义的方法，寻找符合实际待测尿液分析试纸条的面积大小的封闭矩形，该封闭矩形则为待测尿液分析试纸条的区域；
44.d3)通过透视变换将待测尿液分析试纸条还原为矩形，并通过寻找闭合矩形的方法分离待测尿液分析试纸条中的待测色块，将所有待测色块按顺序储存。
45.进一步，所述色彩比对模块执行以下步骤：
46.e1)计算每个标准色块的内部rgb数值的平均值，并将标准色块的色彩空间转换为hsv空间；
47.e2)根据不同标准浓度下标准色块的h空间、s空间和v空间所占的比例，分配比对权重；
48.e3)计算待测色块内部rgb数值的平均值，并将待测色块的色彩空间转换为hsv空间；
49.e4)使用步骤e2)的比对权重的l2范数计算待测色块与每个标准色块之间的距离，匹配距离最小的标准色块；
50.e5)根据步骤e4)的匹配结果索引标准色块所对应的检测项目的具体数值，输出检测结果；
51.e6)重复步骤e1)至步骤e5)，直至得到该检测类型下所有项目的匹配结果。
52.本发明与现有技术相比，具有如下优点与有益效果：
53.1、提供了一种自动图形学分析方法，代替人眼更加准确的判断尿液中成分的浓度；
54.2、在获取标记点时采用的自适应缩放及自适应阈值分割的方式，提升了拍照容错率，在一次定位失败时无需多次进行重复拍照；
55.3、本发明的标准色不仅是采用了标定结果的标准色，而且基于标定结果的标准色获取了与待测试纸条处于同一背景光源下的标准背景色，排除了环境光源对检测结果的影响，提高了分析精度；
56.4、在进行色差比对时，使用自适应比例的l2范数代替传统的l2范数，使得色彩对比时对不同浓度下变化较大的色彩空间属性有较高的灵敏度，降低了误判率。
附图说明
57.图1为高精度尿液分析方法的流程图。
58.图2为尿液14项检测的比色卡示意图。
59.图3为慢性疾病监测的比色卡示意图。
60.图4为减脂监测的比色卡示意图。
61.图5为尿路感染检测的比色卡示意图。
62.图6为尿糖监测的比色卡示意图。
63.图7为亚硝酸盐和白细胞的尿液分析试纸条示意图。
64.图8为葡萄糖、微量白蛋白、肌酐、潜血和蛋白质的尿液分析试纸条示意图。
65.图9为尿胆原、葡萄糖、胆红素、抗坏血酸、酮体、比重、ph、潜血、蛋白质、亚硝酸盐、白细胞、微量白蛋白、肌酐和钙离子的尿液分析试纸条示意图。
具体实施方式
66.下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
67.实施例1
68.参见图1至图6所示，为本实施例所提供的高精度尿液分析方法，包括以下步骤：
69.1)获取设有多个标记点的尿液分析照片，包括以下步骤：
70.101)使用无溶剂的容器接取部分中段尿液样本，将尿液分析试纸条完全浸入该中段尿液样本中，待中段尿液样本完全与尿液分析试纸条反应后，迅速将尿液分析试纸条置于预设尿液标准比色卡的置放试纸条区域；
71.102)在预设时间内对尿液标准比色卡及尿液分析试纸条通过拍照设备拍摄一张不小于600*600的尿液分析照片，所述尿液分析照片中包含至少4个完整的标记点。
72.此外，参见图7所示，为亚硝酸盐1和白细胞2的尿液分析试纸条示意图，其中每个色块宽5mm，每个色块之间间隔2.5mm，尿液分析试纸条长80mm，宽5mm；
73.参见图8所示，为尿胆原8、葡萄糖9、胆红素10、抗坏血酸11、酮体12、比重13、ph14、潜血15、蛋白质16、亚硝酸盐17、白细胞18、微量白蛋白19、肌酐20和钙离子21的尿液分析试纸条示意图，其中每个色块宽5mm，每个色块之间间隔2.5mm，尿液分析试纸条长120mm，宽5mm；
74.参见图9所示，为葡萄糖3、微量白蛋白4、肌酐5、潜血6和蛋白质7的尿液分析试纸条示意图，其中每个色块宽5mm，每个色块之间间隔2.5mm，尿液分析试纸条长90mm，宽5mm；
75.2)对得到的尿液分析照片进行透视变换和剪裁缩放的预处理后，提取预设尺寸的矩形图像及识别标记点所标记的检测类型，包括以下步骤：
76.201)读取获取到的尿液分析照片，缩放到预设的固定倍数后，对照片进行多种不
同阈值分割，检测位于尿液分析照片上的标记点；若检测到标记点小于4个，则调整缩放比例及图像分割的阈值后，再重新检测标记点，若检测到的标记点数量为4个，则进入下一步，若持续检测到标记点小于4个，则返回步骤1)重新进行拍照；
77.202)将4个标记点通过坐标分析，识别为左上角、右上角、左下角、右下角四个方位的标记点，通过透视变化将该四个方位的标记点转化为矩形图像，将该矩形图像裁剪并缩放至预设的标准尺寸；
78.203)检测标记点所标记的检测类型，其中所述检测类型包括0尿液14项检测、1减脂监测、2慢性疾病监测、3尿路感染和4尿糖监测。
79.3)根据得到的检测类型及该检测类型所对应的预设尿液标准比色卡的色块区域，获取该检测类型所对应的标准色块，并将标准色块按顺序存储；同时，根据得到的矩形图像，识别矩形图像上的待测尿液试纸条区域后分离待测色块，将所有待测色块按顺序储存，包括以下步骤：
80.301)从步骤2)中提取到矩形图像及对应标记点所标记的检测类型后，获取该检测类型对应的标准色块及色块中心标准坐标；
81.302)根据标准色块及色块中心标准坐标，遍历该检测类型对应的预设尿液标准比色卡的色块区域，获取所有标准色块，将所有标准色按顺序存储；
82.303)将步骤2)中提取到的矩形图像通过侧边裁剪的方法，裁剪出矩形图像中的待测尿液分析试纸条所在的区域；
83.304)对待测尿液分析试纸条所在的区域通过边缘检测的方法拟合直线，再将直线通过夹角定义的方法，寻找符合实际待测尿液分析试纸条的面积大小的封闭矩形，该封闭矩形则为待测尿液分析试纸条的区域；
84.305)通过透视变换将待测尿液分析试纸条还原为矩形，并通过寻找闭合矩形的方法分离待测尿液分析试纸条中的待测色块，将所有待测色块按顺序储存。
85.4)根据步骤3)获得的标准色和待测色块逐一匹配，进行色彩比对，进而得到对应的检验结果，包括以下步骤：
86.401)计算每个标准色块的内部rgb数值的平均值，并将标准色块的色彩空间转换为hsv空间；
87.402)根据不同标准浓度下标准色块的h空间、s空间和v空间所占的比例，分配比对权重；
88.403)计算待测色块内部rgb数值的平均值，并将待测色块的色彩空间转换为hsv空间；
89.404)使用步骤402)的比对权重的l2范数计算待测色块与每个标准色块之间的距离，匹配距离最小的标准色块；
90.405)根据步骤404)的匹配结果索引标准色块所对应的检测项目的具体数值，输出检测结果；
91.406)重复步骤401)至步骤405)，直至得到该检测类型下所有项目的匹配结果。
92.实施例2
93.本实施例公开了一种高精度尿液分析系统，包括：
94.尿液分析照片获取模块，用于获取设有多个标记点的尿液分析照片；
95.照片预处理及分析模块，用于对尿液分析照片进行进行透视变换和剪裁缩放的预处理，提取预设尺寸的矩形图像及识别标记点所标记的检测类型；
96.标准色块提取模块，根据得到的检测类型及该检测类型所对应的预设尿液标准比色卡的色块区域，获取该检测类型所对应的标准色块，并将标准色块按顺序存储；
97.待测色块提取模块，根据得到的矩形图像，识别矩形图像上的待测尿液试纸条区域后分离待测色块，将所有待测色块按顺序储存；
98.色彩比对模块，用于对获得的标准色块和待测色块逐一匹配，进行色彩比对，进而得到对应的检验结果。
99.其中，所述尿液分析照片获取模块执行以下步骤：
100.a1)使用无溶剂的容器接取部分中段尿液样本，将尿液分析试纸条完全浸入该中段尿液样本中，待中段尿液样本完全与尿液分析试纸条反应后，迅速将尿液分析试纸条置于预设尿液标准比色卡的置放试纸条区域；
101.a2)在预设时间内对尿液标准比色卡及尿液分析试纸条通过拍照设备拍摄一张不小于600*600的尿液分析照片，所述尿液分析照片中包含至少4个完整的标记点。
102.所述照片预处理及分析模块执行以下步骤：
103.b1)读取获取到的尿液分析照片，缩放到预设的固定倍数后，对照片进行多种不同阈值分割，检测位于尿液分析照片上的标记点；若检测到标记点小于4个，则调整缩放比例及图像分割的阈值后，再重新检测标记点，若检测到的标记点数量为4个，则进入下一步，若持续检测到标记点小于4个，则返回步骤1)重新进行拍照；
104.b2)将4个标记点通过坐标分析，识别为左上角、右上角、左下角、右下角四个方位的标记点，通过透视变化将该四个方位的标记点转化为矩形图像，将该矩形图像裁剪并缩放至预设的标准尺寸；
105.b3)检测标记点所标记的检测类型，其中所述检测类型包括0尿液14项检测、1减脂监测、2慢性疾病监测、3尿路感染和4尿糖监测。
106.所述标准色块提取模块执行以下步骤：
107.c1)从照片预处理及分析模块中提取到矩形图像及对应标记点所标记的检测类型后，获取该检测类型对应的标准色块及色块中心标准坐标；
108.c2)根据标准色块及色块中心标准坐标，遍历该检测类型对应的预设尿液标准比色卡的色块区域，获取所有标准色块，将所有标准色按顺序存储。
109.所述待测色块提取模块执行以下步骤：
110.d1)将照片预处理及分析模块中提取到的矩形图像通过侧边裁剪的方法，裁剪出矩形图像中的待测尿液分析试纸条所在的区域；
111.d2)对待测尿液分析试纸条所在的区域通过边缘检测的方法拟合直线，再将直线通过夹角定义的方法，寻找符合实际待测尿液分析试纸条的面积大小的封闭矩形，该封闭矩形则为待测尿液分析试纸条的区域；
112.d3)通过透视变换将待测尿液分析试纸条还原为矩形，并通过寻找闭合矩形的方法分离待测尿液分析试纸条中的待测色块，将所有待测色块按顺序储存。
113.所述色彩比对模块执行以下步骤：
114.e1)计算每个标准色块的内部rgb数值的平均值，并将标准色块的色彩空间转换为
hsv空间；
115.e2)根据不同标准浓度下标准色块的h空间、s空间和v空间所占的比例，分配比对权重；
116.e3)计算待测色块内部rgb数值的平均值，并将待测色块的色彩空间转换为hsv空间；
117.e4)使用步骤e2)的比对权重的l2范数计算待测色块与每个标准色块之间的距离，匹配距离最小的标准色块；
118.e5)根据步骤e4)的匹配结果索引标准色块所对应的检测项目的具体数值，输出检测结果；
119.e6)重复步骤e1)至步骤e5)，直至得到该检测类型下所有项目的匹配结果。
120.实施例3
121.本实施例公开了一种存储有指令的非暂时性计算机可读介质，当所述指令由处理器执行时，执行根据实施例1所述的高精度尿液分析方法的步骤。
122.本实施例中的非暂时性计算机可读介质可以是磁盘、光盘、计算机存储器、只读存储器(rom，read-only memory)、随机存取存储器(ram，random access memory)、u盘、移动硬盘等介质。
123.实施例4
124.本实施例公开了一种计算设备，包括处理器以及用于存储处理器可执行程序的存储器，所述处理器执行存储器存储的程序时，实现实施例1所述的高精度尿液分析方法。
125.本实施例中所述的计算设备可以是台式电脑、笔记本电脑、智能手机、pda手持终端、平板电脑、可编程逻辑控制器(plc，programmable logic controller)、或其它具有处理器功能的终端设备。
126.以上所述之实施例只为本发明之较佳实施例，并非以此限制本发明的实施范围，故凡依本发明之形状、原理所作的变化，均应涵盖在本发明的保护范围内。