一种免疫层析试纸条的手机多波长定量快检方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种免疫层析试纸条的手机多波长定量快检方法及装置，包括以下组成：智能手机：用于图像采集、处理以及结果显示和通信；处理系统：实现人员信息录入、获取图像的计算、结果显示、定位和通讯等功能；固定装置：用固定手机和试纸卡位置；试纸卡：用于进行检查；本发明专利技术可以在医学检测、生物制药、冶金化工、食品检测和农林地矿等不同领域，可实现胶体金测试卡的快速、定量和准确测量，利用了边缘检测算法、参考比值算法、rgb转波长算法以及图片序列傅里叶变化，有效降低了测量过程中的人为干预、减少了背景光噪声，而且不受外界变化光的干扰，是检测灵敏度大大提高。

【技术实现步骤摘要】
一种免疫层析试纸条的手机多波长定量快检方法及装置
本专利技术涉及试纸条定量快速检测
，具体为一种免疫层析试纸条的手机多波长定量快检方法及装置。
技术介绍
荧光免疫层析分析方法具有灵敏度高、稳定性好、指纹性好、受自然光干扰小等优点，成为食品质量安全快速检测分析研究的热点。目前，用于荧光免疫分析的标记物主要包括荧光素、量子点、上转换纳米粒子等。荧光材料在免疫层析技术中的应用显著提高了该方法的检测性能。利用荧光探针做为标记物，充分充分免疫层析技术的简便，快速，特异性强的优点，而且展示了量子点的高灵敏度，以及它的荧光特性。因此它除了常规血液、唾液和其他体液、毒品、药品检测外，荧光特别适合用于传染性强的疾病，如：新冠病毒、SARS、MERS和HIV等病毒的快速定量检测显示出巨大的发展潜力和广阔的应用前景。然而，荧光检测中最大的问题是用肉眼确定结果，无法定量，而标准的金标仪体积大，不便于携带。申请号201510003280.6、201721250915.3和201920545668.2专利中提出手持荧光免疫分析仪和用手机读取荧光试纸卡的检测系统，然而这些系统需要滤光片或额外光源，并需要复杂的光学系统、滤光片以及光栅的光学元器件，没有给出测量数据的定量方法，也没给出如何降低外界背景或其他光源噪声的干扰方法。胶体金技术具有特异性好、方便快捷、可单种成分也可多种成分同时检测。胶体金的检测样品既可以是血液，也可以是唾液等其它体液，亦或其它生化样品等。他的稳定性好、可长期保存，并且不需要特殊设备和试剂，一般通过肉眼就能进行结果判别，非常的直观方便。因而，在一些社区、基层和居家中很容易完成这些监测。除常规血液、唾液和其他体液、毒品、药品检测外，胶体金特别适合用于传染性强的疾病，如：新冠病毒、SARS、MERS和HIV等病毒的快速定量检测。然而，胶体金检测中最大的问题是用肉眼确定结果，无法定量，而标准的金标仪体积大，不便于携带。201510003280.6、201310094596.1专利中用手机读取试纸卡的检测系统中系统复杂，需要滤光片或额外光源，没有给出测量数据的定量方法，也没给出如何降低外界背景或其他光源噪声的干扰方法。基于此，本专利技术设计了一种免疫层析试纸条的手机多波长定量快检方法及装置，以解决上述提到的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种免疫层析试纸条的手机多波长定量快检方法及装置，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种免疫层析试纸条的手机多波长定量快检装置，智能手机：用于图像采集、处理以及结果显示和通信；处理系统：实现人员信息录入、获取图像的计算、结果显示、定位和通讯等功能；固定装置：用固定手机和试纸卡位置；试纸卡：用于进行检查。优选的，所述试纸卡为荧光试纸卡。优选的，所述试纸卡为胶体金试纸卡。优选的，所述智能手机具有能拍照、有闪光灯、补光灯自动聚焦、GPS定位、蓝牙或WIFI或3-5G网络通信等基本功能，并与固定装置组合构成外部壳体。优选的，所述固定装置包括基体，所述基体上设有L型元件，所述L型元件底部粘接有磁条，所述L型元件通过磁条吸附在在基体上，所述基体上开有卡槽，所述卡槽对试纸卡进行限位，所述基体顶部开有通槽，所述通槽与卡槽相连通，所述基体为磁性材料制成。优选的，所述处理系统与手机之间信号连接，所述处理系统实现图像的自动调焦和闪光灯闪频控制，通过处理系统实现用户身份识别、参考线、T线、C线的边缘检测算法自动寻找，将RGB图片转换，图像解调算法、结果显示和通讯等功能。所述装置的使用方法为：手机LED补光灯的发射光谱图，在450nm附近有很强的发射光，用此发射光作为荧光材料的激发光源，手机LED补光灯的频率通过处理系统进行调制，并且补光灯的强度通过处理系统来控制，确保每次测量基本一致；通过检测C、T、参考线三条线对应波长的光强灰度值来检测出光强度，来线性计算对应浓度值的大小，相应算法包括：RGB转波长值、中值滤波、Canny边缘检测、对比度受限的自适应直方图均衡化、自适应阈值分割、基于图片序列的傅里叶变换；RGB转波长值：在波长与颜色转换中，采用1931CIE-XYZ标准色度系统来进行转换，在RGB系统的基础上，用数学方法，选用三个理想的原色X、Y、Z来代替实际的三原色R、G、B刺激值，整个光谱色变成以XYZ三角形作为色域的域内色，两组颜色空间的三刺激值有以下关系：X＝0.490R+0.310G+0.200BY＝0.177R+0.812G+0.011BZ＝0.010G+0.990B经过数学公式推演，得到两组颜色空间色度坐标的相互转换公式：x＝(0.490r+0.310g+0.200b)/(0.667r+1.132g+1.200b)y＝(0.177r+0.812g+0.011b)/(0.667r+1.132g+1.200b)z＝(0.010g+0.990b)/(0.667r+1.132g+1.200b)即，只要知道r、g、b的色度空间坐标，就可以算出x、y、z色度坐标，通过波长与x、y、z坐标相对应关系得到对应的波长值，反推则可以通过波长值得到对应的r、g、b值；中值滤波：中值滤波是基于排序统计理论的一种能有效抑制噪声的非线性信号平滑处理技术，在处理图像中，以任一像素为中心设置一个确定的邻域，将邻域内各像素的强度值按大小顺序排列，取位于中间位置的那个值作为该像素点的输出值，遍历整幅图像就可完成整个滤波过程；Canny边缘检测：先使用高斯滤波平滑图像，令f(x,y)表示处理图像，G(x,y)表示二维高斯函数，fs(x,y)为卷积平滑后的图像，则：fs(x,y)＝f(x,y)*G(x,y)计算梯度的幅值图像，角度图像，用一阶有限差分近似求取灰度值的梯度值，对幅值图像进行应用非极大值抑制，若中心点在沿其方向上邻域的梯度幅值最大，则保留，否则抑制，双阈值检测和连接边缘，选取高阈值和低阈值，取出非极大值抑制后的图像中的最大梯度幅值，重新定义高低阈值，将小于低阈值的赋0，大于高阈值的赋1，将大于高阈值小于低阈值的点使用8连通区域确定；对比度受限的自适应直方图均衡化：对于选取图像的分割小区域使用对比度限幅，解决直方图均衡化过度放大噪音所产生的问题，它主要通过限制自适应直方图均衡化算法的对比提高程度来达到的，步骤如下：首先对图像进行分块，以一块块小区域为单位；然后计算小区域的直方图和累计分布函数，进行修剪直方图，CLAHE通过在计算累计分布函数的斜率来表示对比度增强的幅度，假定局部自适应直方图均衡化算法的滑动窗口大小为M*M，局部映射函数公式如下：CDF(i)表示滑动窗口的局部直方图累积分布函数，累积分布函的导数为直方图，从而局部映射函数m(i)的斜率为S：因此限制直方图高度就等效于限制映射函数m(i)的斜率为S，进而限制对比度增强，若限定最大斜率为本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种免疫层析试纸条的手机多波长定量快检装置，其特征在于，包括以下组成：/n智能手机：用于图像采集、处理以及结果显示和通信；/n处理系统：实现人员信息录入、获取图像的计算、结果显示、定位和通讯等功能；/n固定装置：用固定手机和试纸卡位置；/n试纸卡：用于进行检查。/n

【技术特征摘要】
1.一种免疫层析试纸条的手机多波长定量快检装置，其特征在于，包括以下组成：
智能手机：用于图像采集、处理以及结果显示和通信；
处理系统：实现人员信息录入、获取图像的计算、结果显示、定位和通讯等功能；
固定装置：用固定手机和试纸卡位置；
试纸卡：用于进行检查。


2.根据权利要求1所述的一种免疫层析试纸条的手机多波长定量快检装置，其特征在于：所述试纸卡为荧光试纸卡。


3.根据权利要求1所述的一种免疫层析试纸条的手机多波长定量快检装置，其特征在于：所述试纸卡为胶体金试纸卡。


4.根据权利要求1所述的一种免疫层析试纸条的手机多波长定量快检装置，其特征在于：所述智能手机具有能拍照、有闪光灯、补光灯自动聚焦、GPS定位、蓝牙或WIFI或3-5G网络通信等基本功能，并与固定装置组合构成外部壳体。


5.根据权利要求1所述的一种免疫层析试纸条的手机多波长定量快检装置，其特征在于：所述固定装置包括基体，所述基体上设有L型元件，所述L型元件底部粘接有磁条，所述L型元件通过磁条吸附在在基体上，所述基体上开有卡槽，所述卡槽对试纸卡进行限位，所述基体顶部开有通槽，所述通槽与卡槽相连通，所述基体为磁性材料制成。


6.根据权利要求1所述的一种免疫层析试纸条的手机多波长定量快检装置，其特征在于：所述处理系统与手机之间信号连接，所述处理系统实现图像的自动调焦和闪光灯闪频控制，通过处理系统实现用户身份识别、参考线、T线、C线的边缘检测算法自动寻找，将RGB图片转换，图像解调算法、结果显示和通讯等功能。


7.根据权利要求1、2、4、5或6所述的一种免疫层析试纸条的手机多波长定量快检装置，其特征在于，所述装置的使用方法为：
手机LED补光灯的发射光谱图，在450nm附近有很强的发射光，用此发射光作为荧光材料的激发光源，手机LED补光灯的频率通过处理系统进行调制，并且补光灯的强度通过处理系统来控制，确保每次测量基本一致；通过检测C、T、参考线三条线对应波长的光强灰度值来检测出光强度，来线性计算对应浓度值的大小，相应算法包括：RGB转波长值、中值滤波、Canny边缘检测、对比度受限的自适应直方图均衡化、自适应阈值分割、基于图片序列的傅里叶变换；
RGB转波长值：在波长与颜色转换中，采用1931CIE-XYZ标准色度系统来进行转换，在RGB系统的基础上，用数学方法，选用三个理想的原色X、Y、Z来代替实际的三原色R、G、B刺激值，整个光谱色变成以XYZ三角形作为色域的域内色，两组颜色空间的三刺激值有以下关系：
X＝0.490R+0.310G+0.200B
Y＝0.177R+0.812G+0.011B
Z＝0.010G+0.990B
经过数学公式推演，得到两组颜色空间色度坐标的相互转换公式：
x＝(0.490r+0.310g+0.200b)/(0.667r+1.132g+1.200b)
y＝(0.177r+0.812g+0.011b)/(0.667r+1.132g+1.200b)
z＝(0.010g+0.990b)/(0.667r+1.132g+1.200b)
即，只要知道r、g、b的色度空间坐标，就可以算出x、y、z色度坐标，通过波长与x、y、z坐标相对应关系得到对应的波长值，反推则可以通过波长值得到对应的r、g、b值；
中值滤波：中值滤波是基于排序统计理论的一种能有效抑制噪声的非线性信号平滑处理技术，在处理图像中，以任一像素为中心设置一个确定的邻域，将邻域内各像素的强度值按大小顺序排列，取位于中间位置的那个值作为该像素点的输出值，遍历整幅图像就可完成整个滤波过程；
Canny边缘检测：先使用高斯滤波平滑图像，令f(x,y)表示处理图像，G(x,y)表示二维高斯函数，fs(x,y)为卷积平滑后的图像，则：



fs(x,y)＝f(x,y)*G(x,y)
计算梯度的幅值图像，角度图像，用一阶有限差分近似求取灰度值的梯度值，对幅值图像进行应用非极大值抑制，若中心点在沿其方向上邻域的梯度幅值最大，则保留，否则抑制，双阈值检测和连接边缘，选取高阈值和低阈值，取出非极大值抑制后的图像中的最大梯度幅值，重新定义高低阈值，将小于低阈值的赋0，大于高阈值的赋1，将大于高阈值小于低阈值的点使用8连通区域确定；
对比度受限的自适应直方图均衡化：对于选取图像的分割小区域使用对比度限幅，解决直方图均衡化过度放大噪音所产生的问题，它主要通过限制自适应直方图均衡化算法的对比提高程度来达到的，步骤如下：
首先对图像进行分块，以一块块小区域为单位；
然后计算小区域的直方图和累计分布函数，进行修剪直方图，CLAHE通过在计算累计分布函数的斜率来表示对比度增强的幅度，假定局部自适应直方图均衡化算法的滑动窗口大小为M*M，局部映射函数公式如下：



CDF(i)表示滑动窗口的局部直方图累积分布函数，累积分布函的导数为直方图，从而局部映射函数m(i)的斜率为S：



因此限制直方图高度就等效于限制映射函数m(i)的斜率为S，进而限制对比度增强，若限定最大斜率为则允许的最大直方图高度为：



对于幅度大于Hmax的直方图应截去多余的那部分也就是所谓的裁剪限幅；
最后对图像进行直方图均衡化，将截取的部分均匀地分布在整个灰阶范围内，以保证总的直方图面积不变；
自适应阈值分割：根...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨武，尚建平，
申请(专利权)人：山西瑞豪生物科技有限公司，
类型：发明
国别省市：山西;14