一种基于颜色识别的待测液浓度定量检测方法技术

本发明专利技术涉及生物检测领域，特别涉及一种基于颜色识别的待测液浓度定量检测方法，包括以下主要步骤：步骤S4，通过图像识别技术定位颜色反应区域和各个颜色组块所对应的信息，并将漫反射光信息转换为特定色彩空间下的颜色坐标；步骤S5，通过光学原理，将颜色反应区域和颜色组块漫反射信息、环境光照以及其他外部因素等效推算为一等效环境光照；步骤S7，计算颜色反应区域标准颜色；步骤S8，通过颜色反应区域标准颜色与待测液浓度的对应关系计算待测液浓度，输出结果。与现有技术相比，本发明专利技术的基于颜色识别的待测液浓度定量检测方法可进一步修正设备和环境因素造成的检测误差，提高检测精确度，降低成本，提高适用性。

【技术实现步骤摘要】
一种基于颜色识别的待测液浓度定量检测方法
本专利技术涉及生物检测领域，特别涉及一种基于颜色识别的待测液浓度定量检测方法。
技术介绍
各类化学物质在发生化学反应(包括络合反应、鳌合反应、氧化还原反应等)后经常会有变色情况发生，此时可称其发生了变色反应。变色反应的本质是化学试剂分子个体或个体聚集程度在反应前后发生变化(分子颗粒直径或分子间间隙发生变化)，使得其丧失或获得对于特定波长可见光的吸收或散射能力，在人肉眼中表现为色彩的变化。化学试剂的反应变色能力经常被用于特定化学物质的表征或标识，依据变色程度与调配精度的差异，试剂反应前后颜色的变化可以定性地对特定化学物的存在性进行判断(如膜促性腺激素HCG测定用于验孕、酸碱指示剂用于酸碱性判定等)，半定量地对特定化学物的含量进行估计(如促黄体生成素LH、如促卵泡生成素FSH测定用于排列周期估计、PH试纸用于ph值测定等)，甚至定量地测定特定化学物含量。由于其结果观测的便捷性，基于可见光范围内变色反应的化学品测定在实际生活得到了更加广泛的应用。在变色反应中，有一类反应是通过“鳌合染色”的原理来标识目标化合物的。其一般通过免疫反应使得待测物“染色”将其标记出来，并在除去染色剂后依靠残留颜色的浓淡程度来判断待测物含量。为了测定的准确性，需要保证待测液体与染色剂充分接触后分离，目前的定量测试方法主要有两种，可称为水洗法与层析法。水洗法多用于实验室环境中(包括固相法与均相法)，其步骤一般包括对于反应基底(基底上可以是对待测液有效成分敏感的抗体或抗原)的“浸染-等待-褪液-冲洗”过程，在单次反应物不具备优良显色特性的情况下，某些实验中存在利用具备鲜明颜色竞争物或抗体物进行“上色”的“二次浸染-二次冲洗”步骤，最后的测得色彩浓淡程度即能与待测液体中目标化合物浓度成相应比例关系。层析法在快速测定领域应用广泛，其必须依赖具备对待测液体具有层析效应的白色吸附性基底(一般为硝酸纤维)。在将一定浓度的待测液体滴加在基底上后，溶液通过层析作用向前移动,溶解固化在结合垫上的染色物并裹挟其一同移动；当液体进一步移动到测试线处时，一种可能是已经与染色物结合的目标化合物会在此被固化在“测试线”上的某些化合物“捕获”(目标化合物为大分子时的双夹心法)，也可能是目标化合物需要与“测试线”上的同类物质“竞争性”的与染色物结合(竞争法)；当液体携带反应剩余物继续移动到“控制线”处时，要么是残余的未与目标化合物结合的染色物被固化在“控制线”上的目标化合物同类物“捕获”(双夹心法)，要么是结合了目标化合物的标记物通过目标化合物与被固化在“控制线”上化合物联结(竞争法)；不论何种原理，最后的“测试线”上的颜色浓度，或者说“测试线”与“控制线”上颜色浓淡的比值(或者说是对于特定波段可见光的吸收程度),与待测液体目标化合物浓度成相应对应关系。由于方法差异，两大类方法对于颜色变化的测试方法也有差异：水洗法中既可以利用透射法和光谱分析仪来测定反应基底吸收光谱的变化，又可利用反射法在白色背景下测定反应基底的颜色变化程度；层析法一般直接利用反射法和光敏元件检测反应区域对于特定波长光线的吸收程度。相对而言，水洗法方便排除背景噪声(未反应染色剂)但操纵步骤较为复杂，而层析法的测定过程更加便捷，其商用化产品也得到更加普遍的接受。由于光源照射强度、外界温度、环境湿度和设备特异性等因素都可能影响到光电感应设备所检测到的特定波段范围光亮强度，故在真实检测时并不直接以“测试线”或“控制线”上测得的光强度推算目标化合物浓度，而是以“测试线”与“控制线”上测得的光强比例作为浓度的推算依据，此时可认为位于同一试剂条上的“控制线”和“测试线”在短时间(5秒)内所处的测量环境是一致的。在层析试纸的染色反应中，与目标化合物结合的染色物被留在了“测试线”，而剩余未与目标化合物结合的大量染色物则未能停留，被裹带并停留在了“控制线”上，并使得其范围内达到该种染色物饱和溶液所能具有的“最浓颜色”(即对特定波段光照具有最大“吸光度”)，在不考虑试剂条其他位置的微量残留时，可认为目标化合物溶度＝A*“测量线”吸光度/(“测量线”吸光度+“控制线”吸光度)，其中A为与标记物含量相关的液体体积相关系数。一般情况下，目标化合物浓度相同的不同体积待测液体滴加在相同试剂条上时，只要不超过测量范围，“测量线”吸光度与“控制线”吸光度的比值保持一致，“测量线”吸光度与“控制线”吸光度的和值与待测液体积线性相关。因此，“双线式”的试剂条需要观测两个敏感带的吸光程度才能得到所需目标化合物浓度，而为了得以准确的测得所需的吸光情况，存在有多种成熟的测量方式与手段，其现行的通用方法是：利用步进电机或减速电机驱动“特定波长光源-感应组块”与试剂条间的相对运动，以开环方式驱动步进电机在每运行相同的指定步数(或减速电机匀速运行相同时间)后停顿，以便模数转换模块对光电器件的响应输出采样，并最终得到一份“吸光程度-移动步数”(或“吸光程度-移动时间”)关系列表，而列表中的通过拟合法获得的“吸光程度”局部极大值或者“吸光程度”曲线围出的“鼓包”面积即可作为前文提到的“测量线”吸光度与“控制线”吸光度参考值。在某些应用场合，为避免减速电机的多次启动停止以及由此带来的距离输出误差，减速电机会以较慢速度匀速行进取代间隔停顿运动，此时一次相对运动同样可检测到一份“吸光程度-移动时间”。颜色是物体在特定照射光下吸收光谱/反射光谱的表征，当获取条件恰当时(照射光光谱涵盖物体吸收光谱/反射光谱的至少一个主要吸收峰、照射光条件不变、视觉传感器在测试时间段内的物理特性不变)，用传感器探取到的物体颜色变化即对应于其吸收光谱/反射光谱的变化。基于这一原理，即可以通过图像处理和颜色识别技术完成层析试剂条的待测物浓度定量测试，其基本方法为：利用图像处理技术确定反应区域(即变色区域)，之后利用颜色识别技术在特定坐标系中将反应区域的颜色标识出来，最后利用先期已收集数据(颜色坐标与待测物浓度的对应关系)即可得到待测物浓度。以上这两类方法预设正式的测试发生在环境光已知、照射光可控的密闭场所，但，其测量结果的鲁棒性很差，当外界光照环境发生变化时，传感器探取到的颜色将会发生明显变化，单纯利用前期对应关系，并不能获得良好的测试结果。在以上基于颜色的测量方法基础上，有部分研究者开始利用“对比色卡”作为对抗外界光照环境变化的手段：利用离线实验获取试剂条反应区在标准白光(如D50)光照下的检测到特定浓度待测物时的颜色反应情况；将相应的颜色精准地打印为“对比色卡”并将其与放置于试剂条变色区域附近(保证同样的观测条件)；在颜色探取阶段同时获取反应区域的颜色信息以及“对比色卡”的颜色信息，并认定在此时“对比色卡”上测得颜色在色彩空间中的坐标值偏移量与试剂条变色区(“双线”区域)上测得颜色在色彩空间中的坐标值偏移量一致；最后将“对比色卡”上测得颜色在色彩空间中标注并获得“对比色卡曲线”，并获取试剂条变色区上测得颜色的色彩坐标值与该曲线的相对位置关系；这一位置关系可以描述为一组计算权值，并可进一步作为推算待测物浓度的依据。在公开的资料中，部分专利在RGB空间中利用“投影法”获取上段文字中的“相对位置关系”，并声称所采用方法可以本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于颜色识别的待测液浓度定量检测方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤S1，将待测液融入检测物，待测液在检测物内发生颜色反应；步骤S2，计算步骤S1中颜色反应时间，保证颜色反应充分进行，确定检测物内的颜色反应区域，在检测物内的颜色反应区域周边布置多块颜色组块；步骤S3，利用传感器设备获取颜色反应区域和颜色组块的漫反射光信息；步骤S4，通过图像识别技术定位颜色反应区域和各个颜色组块所对应的信息，并将漫反射光信息转换为特定色彩空间下的颜色坐标；步骤S5，通过光学原理，将颜色反应区域和颜色组块漫反射信息、环境光照以及其他外部因素等效推算为一等效环境光照；步骤S6，判断等效环境光照是否符合要求，等效环境光照符合要求则进入下一步骤，等效环境光照不符合要求，则需改善等效环境光照，重新判断，直至符合要求；步骤S7，计算颜色反应区域标准颜色；步骤S8，通过颜色反应区域标准颜色与待测液浓度的对应关系计算待测液浓度，输出结果。

【技术特征摘要】
1.一种基于颜色识别的待测液浓度定量检测方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤S1，将待测液融入检测物，待测液在检测物内发生颜色反应；步骤S2，计算步骤S1中颜色反应时间，保证颜色反应充分进行，确定检测物内的颜色反应区域，在检测物内的颜色反应区域周边布置多块颜色组块；步骤S3，利用传感器设备获取颜色反应区域和颜色组块的漫反射光信息；步骤S4，通过图像识别技术定位颜色反应区域和各个颜色组块所对应的信息，并将漫反射光信息转换为特定色彩空间下的颜色坐标；步骤S5，通过光学原理，将颜色反应区域和颜色组块漫反射信息、环境光照以及其他外部因素等效推算为一等效环境光照；步骤S6，判断等效环境光照是否符合要求，等效环境光照符合要求则进入下一步骤，等效环境光照不符合要求，则需改善等效环境光照，重新判断，直至符合要求；步骤S7，计算颜色反应区域标准颜色；步骤S8，通过颜色反应区域标准颜色与待测液浓度的对应关系计算待测液浓度，输出结果。2.如权利要求1所述的基于颜色识别的待测液浓度定量检测方法，其特征在于，所述步骤S2中，颜色组块可以是固化在颜色反应区域边上，也可以是仅在观测时置于颜色反应区域周边，以保证颜色组块与颜色反应区域在观测时处于相同的环境；所述颜色组块与颜色反应区域的相对位置的确定可以通过卡槽、滑槽和锁扣实现。3.如权利要求2所述的基于颜色识别的待测液浓度定量检测方法，其特征在于，所述颜色组块包括用于辅助计算照射光色度值的颜色块、用于辅助计算照射光亮度值的颜色块、用于验证照射光计算结果正确性的颜色块和用于注册并定位颜色组块对应关系的颜色块。4.如权利要求3所述的基于颜色识别的待测液浓度定量检测方法，其特征在于，所述颜色组块与颜色反应区域同位于观测范围内，颜色反应区域放置于卡槽内，卡槽放置于观测范围中间，颜色组块呈矩阵式分布于卡槽两边，颜色组块和卡槽以观测范围中心呈中心对称分布。5.如权利要求1所述的基于颜色识别的待测液浓度定量检测方法，其特征在于，所述步骤S5中，由于物体不可能反射出未曾照射其上的光亮，在等效环境光下颜色被认为是环境光照的一个明科夫斯基范数比，其遵循计算式：其中，[re,ge,be]T为等效环境光照的RGB颜色值坐标，[μp(Rp),μp(Gp),μp(Bp)]T为颜色组块在等效环境光照下的实测RGB坐标的p阶明科夫斯基范数，N为成功测得的颜色组块数目，Mn为第n个颜色块可被细分的最小区块的个数，f(n,m)为以n，m标记的最小区块上的RGB加权灰度值，R(n,m)、G...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾锐，陈淞，耿斯卿，
申请(专利权)人：深圳市在田翊方科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44