專利名稱：一種基于機(jī)器視覺的免疫層析結(jié)果判讀方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于基于機(jī)器視覺在免疫層析測試技術(shù)領(lǐng)域，具體的是一種基于機(jī)器視覺的免疫層析結(jié)果判讀方法。
背景技術(shù)：
現(xiàn)代免疫學(xué)測定技術(shù)源于標(biāo)記技術(shù)的發(fā)展。繼1941年Coons等創(chuàng)立熒光素標(biāo)記抗體技術(shù)(fIuoreseent antiboay teeh-nique)以來，上個(gè)世紀(jì)50年代末60年代初，Yalaw 等創(chuàng)立了放射免疫分析(radlol Jnmunoass3y, RIA)技術(shù)，1966年南美國和法國學(xué)者又同時(shí)報(bào)道建立了酶免疫測定技術(shù)(enzyme im-Munoassay0 EIA)，包括酶免疫組化技術(shù)，固相酶免疫測定(如ELISA，westenl blotting)和均相酶免疫測定(又稱酶放大免疫分析技術(shù)，EMIT)。另一傳統(tǒng)標(biāo)記技術(shù)為膠體金標(biāo)記免疫分析始于上個(gè)世紀(jì)80年代，除應(yīng)用于免疫電鏡外，廣泛用于免疫滲濾和免疫層析試驗(yàn)。除此之外，目前又相繼報(bào)道建立了一些新型標(biāo)記免疫技術(shù)，如元素標(biāo)記免疫測定，核酸標(biāo)記免疫測定和量子點(diǎn)標(biāo)記免疫測定技術(shù)。這些技術(shù)衍生的實(shí)驗(yàn)方法有些已在臨床免疫學(xué)檢驗(yàn)中得到了廣泛的應(yīng)用，有些尚處于研究和探索階段。具有快速、可靠、操作簡便、價(jià)格低等優(yōu)點(diǎn)的免疫層析測試方法近年來在臨床診斷方面的應(yīng)發(fā)展迅速，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于臨床診斷、食品安全檢測、環(huán)境檢測等領(lǐng)域。工作原理當(dāng)待測試液滴加到免疫層析反應(yīng)測試條上時(shí)，試液通過免疫層析反應(yīng)測試條上吸水膜的毛細(xì)作用，將膠體金帶到吸附有抗體的測試反應(yīng)線上。若試液中的抗原與此抗體相對應(yīng)，則產(chǎn)生特異性結(jié)合膠體金滯留在測試反應(yīng)線上，呈紅色或紫紅色，顏色的深淺與被測試樣品的濃度是相對應(yīng)的。目前僅靠目測對免疫層析測試結(jié)果進(jìn)行定性判斷，當(dāng)顏色很淺或邊界不清楚時(shí)， 目測就很難對測試結(jié)果進(jìn)行判定，也不能用量化來表達(dá)，應(yīng)用范圍受到很大限制。研究表明，測試線顏色的深淺與測試液的濃度顯著相關(guān)，可以根據(jù)測試線的灰度值或顏色分量與測試液的濃度建立統(tǒng)計(jì)函數(shù)關(guān)系，通過灰度值或顏色分量得到相應(yīng)的測試液濃度，給出量化的指標(biāo)，完成測試結(jié)果的定性到量化的轉(zhuǎn)變。如何得到灰度值或顏色分量，一種是利用光敏二極管、光導(dǎo)纖維等傳感器得到，而這一方法在尿液等檢測設(shè)備上已經(jīng)有成熟的應(yīng)用。但免疫層析與尿液等化學(xué)檢測方法在原理上有很大不同，得到測試線遠(yuǎn)不如化學(xué)檢測那樣顯色深、整齊、均勻，判斷測試線的邊緣需要通算法米實(shí)現(xiàn)，給測試結(jié)果的量化帶來很大的困難。另外一種方法是通過CCD、CMOS等成像器件，通過對這些成像原件的感應(yīng)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，得到測試線的灰度值，類似于一般的圖像處理。這兩種方法對設(shè)備儀器的照明設(shè)計(jì)、制造精度和軟硬件設(shè)施要求都比較高，提高了制造成本，限制了推廣，并且現(xiàn)有尚未報(bào)道。通過圖像處理對免疫層析結(jié)果判讀結(jié)果用量化來表達(dá)的方法國內(nèi)還未見公開報(bào)到。我們提出一種基于機(jī)器視覺的免疫層析結(jié)果判讀方法，通過圖像處理的方法得到測試線的顏色分量，根據(jù)數(shù)字圖像處理技術(shù)和仿人視覺技術(shù)，結(jié)合背景建模技術(shù)，剔除掉生物試紙圖像中的毛刺、瑕疵和圖像形成過程中的噪聲；精確提取出免疫層析測試區(qū)顯色線位置及寬度，測定出測試區(qū)顯色線顯色信息熵的大小，并與標(biāo)準(zhǔn)色卡建立了顯著相關(guān)函數(shù)
4關(guān)系，對測試區(qū)顯色線的顯色深淺用量化來表達(dá)，實(shí)現(xiàn)了免疫層析結(jié)果判讀的量化檢測。但在如何根據(jù)數(shù)字圖像處理技術(shù)和仿人視覺技術(shù)，結(jié)合背景建模技術(shù)，剔除掉生物試紙圖像中的毛刺、瑕疵和圖像形成過程中的噪聲；精確提取出測試區(qū)顯色線顯色熵的大小，是技術(shù)的關(guān)鍵，在現(xiàn)有的免疫層析試條的測定領(lǐng)域，還沒有一種方法能實(shí)現(xiàn)該技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種基于機(jī)器視覺的免疫層析結(jié)果判讀方法，能夠根據(jù)數(shù)字圖像處理技術(shù)和仿人視覺技術(shù)，結(jié)合背景建模技術(shù)，剔除掉測試顯色區(qū)域圖像中的毛刺、瑕疵和圖像形成過程中的噪聲，精確提取出測顯色區(qū)顯色線顯色熵的大小。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明表述一種基于機(jī)器視覺的免疫層析結(jié)果判讀方法，其關(guān)鍵在于按以下步驟進(jìn)行步驟一采集免疫層析測試區(qū)顯色特征區(qū)域及其周邊非特征區(qū)的原始圖像I，并獲取免疫層析測試區(qū)顯色特征區(qū)域的信息B ；步驟二 以非特征區(qū)的背景，采用最大似然法，擬合出免疫層析測試區(qū)顯色特征區(qū)域可能的背景圖像信息C;步驟三根據(jù)背景差分方法，用所述免疫層析測試區(qū)顯色特征區(qū)域的圖像信息B 與背景圖像信息C進(jìn)行差分，得到免疫層析測試區(qū)顯色特征區(qū)域中前景的真實(shí)顏色信息D ；步驟四然后根據(jù)真實(shí)顏色信息D統(tǒng)計(jì)出免疫層析測試區(qū)顯色特征區(qū)域包含信息熵的大小。所述原始圖像I為I = {f (x, y) I (0 < χ <= width)&(0 < y <= height)}其中，f(x, y)代表圖像中在(χ，y)像素點(diǎn)處的RGB三維向量，width為圖像的寬度，height為圖像的高度。所述免疫層析測試區(qū)顯色特征區(qū)域的信息B為B = (BiI i e 1... η}B ■ = {B '(X)I Xiuft < χ < Xiright)Bi(X) = (Bi(χ,1), Bi(χ,2), Bi (χ, 3))Bi (χ, m) = {f (χ, y, m) |θ < y < = height}其中i為免疫層析測試區(qū)顯色特征區(qū)域的個(gè)數(shù)，x。,為第i個(gè)免疫層析測試區(qū)顯色特征區(qū)域的左邊緣為第i個(gè)特征區(qū)域的右邊緣；m的值為1、2、3，分別表示圖像的R、G、B顏色分量，則f(x，y，m)表示圖像上(X， y)點(diǎn)處的第m個(gè)顏色分量的值。背景圖像信息C:由于采集的圖像I包含的免疫層析測試區(qū)顯色特征區(qū)域，其顏色信息對y軸有較好的獨(dú)立性，所以將顏色信息投影到X軸，其避免局部噪聲的影響，同時(shí)又能體現(xiàn)出顏色的總體分布情況。將圖像I的向χ軸的投影設(shè)為E (χ)，即使關(guān)于χ軸方向的height X 3 二維向量，其表達(dá)式如下E(x) = (E1(χ) ‘，E2(χ)' , E3(χ)‘)
權(quán)利要求
1.一種基于機(jī)器視覺的免疫層析結(jié)果判讀方法，其特征在于按以下步驟進(jìn)行 步驟一采集免疫層析測試區(qū)顯色特征區(qū)域及其周邊非特征區(qū)的原始圖像I，并獲取免疫層析測試區(qū)顯色特征區(qū)域的信息B ；步驟二以非特征區(qū)的背景，采用最大似然法，擬合出免疫層析測試區(qū)顯色特征區(qū)域可能的背景圖像信息C;步驟三根據(jù)背景差分方法，用所述免疫層析測試區(qū)顯色特征區(qū)域的圖像信息B與背景圖像信息C進(jìn)行差分，得到免疫層析測試區(qū)顯色特征區(qū)域中前景的真實(shí)顏色信息D ；步驟四然后根據(jù)真實(shí)顏色信息D統(tǒng)計(jì)出免疫層析測試區(qū)顯色特征區(qū)域包含信息熵的大小。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于機(jī)器視覺的免疫層析結(jié)果判讀方法，特征在于，所述原始圖像I為I = {f (x, y) I (0 < χ <= width)&(0 < y <= height)}其中，f(x, y)代表圖像中在(χ，y)像素點(diǎn)處的RGB三維向量，width為圖像的寬度， height為圖像的高度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于機(jī)器視覺的免疫層析結(jié)果判讀方法，其特征在于， 所述免疫層析測試區(qū)顯色特征區(qū)域的信息B為B = (BiIi e 1... η} Bi = { 5 ‘ (^ ) I ^lefl < χ < Xirigh,) Bi(X) = (Bi(Xa), Bi(Xd), Bi(Xd)) Bi (X，m) = {f (χ，y, m) |0 < y < = height}其中i為免疫層析測試區(qū)顯色特征區(qū)域的個(gè)數(shù)，為第i個(gè)免疫層析測試區(qū)顯色特征區(qū)域的左邊緣，<_為第i個(gè)免疫層析測試區(qū)顯色特征區(qū)域的右邊緣；將圖像I的向χ軸的投影設(shè)為E (χ)，即使關(guān)于χ軸方向的height X 3 二維向量，其表達(dá)式如下E(X) = (E1(X)'，E2(X)'，E3(X)')ιheight= ——(f(x,J,m)) height j=l其中m的取值為1、2、3分別代表著R、G、B維度，f(x, j，m)代表著在圖像1中(x，j) 點(diǎn)處的第m分量的顏色值。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于機(jī)器視覺的免疫層析結(jié)果判讀方法，其特征在于， 所述免疫層析測試區(qū)顯色特征區(qū)域建模過程如下第i個(gè)免疫層析測試區(qū)顯色特征區(qū)域第m個(gè)顏色維度的左、右邊緣非特征區(qū)采樣點(diǎn)集合為H 'lef,[m) = {(>,￡"'(χ)) I 0 < χ·ιφ - Δ < χ < χ\φ)KightO) = {(ΧΕ(χ))ιXiright <χ<Xiright + Δ<width)Δ值決定擬合采樣點(diǎn)的多少；擬合背景所選取的曲線形式，則需要根據(jù)圖像采集光源的具體情況進(jìn)行分析，如采用單光源，則圖像的背景程拋物線形式分布，即第i個(gè)免疫層析測試區(qū)顯色特征區(qū)域第m個(gè)顏色維度關(guān)于X軸的函數(shù)表達(dá)式為
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于機(jī)器視覺的免疫層析結(jié)果判讀方法，其特征在于， 所述免疫層析測試區(qū)顯色特征區(qū)域中前景的真實(shí)顏色信息D獲取如下獲取第i個(gè)免疫層析測試區(qū)顯色特征區(qū)域χ軸上第m個(gè)顏色維度的真實(shí)顏色信息DiU,
全文摘要
本發(fā)明公開一種基于機(jī)器視覺的免疫層析結(jié)果判讀方法，其特征步驟是一采集免疫層析測試區(qū)顯色特征區(qū)域及其周邊非特征區(qū)的原始圖像I，并獲取免疫層析測試區(qū)顯色特征區(qū)域的信息B；二以非特征區(qū)的背景，采用最大似然法擬合出免疫層析測試區(qū)顯色特征區(qū)域可能的背景圖像信息C；三根據(jù)背景差分方法，B與C差分，得到免疫層析測試區(qū)顯色特征區(qū)域中前景的真實(shí)顏色信息D；四根據(jù)息D統(tǒng)計(jì)出免疫層析測試區(qū)顯色特征區(qū)域包含顏色信息熵的大小。其顯著效果是根據(jù)數(shù)字圖像處理技術(shù)和仿人視覺技術(shù)，結(jié)合背景建模技術(shù)，剔除掉圖像中的毛刺、瑕疵和噪聲，精確提取出免疫層析測試區(qū)顯色區(qū)域的顏色信息熵，以量化形式反應(yīng)出顯色的深淺程度。
文檔編號G01N33/558GK102384972SQ201010512048
公開日2012年3月21日 申請日期2010年10月19日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月19日
發(fā)明者劉江, 張路, 李洲 申請人:劉江, 李洲