STM32与摄像头模组构成的颜色检测与自动识别

1万 · 2019-7-14 12:02

根据胶体金试纸显色原理，当待测样品中不含有检测物或者检测物的含量
低于试纸灵敏度时，检测线显色较深，当待测样品中检测物浓度高于试纸灵敏
度，检测线显色较浅或不显色。通过试纸上检测线和质控线显色条纹颜色深浅
来判别试纸待测生物指标。系统先将采集到的图像灰度化处理[[37]，之后通过对
灰度化的图像进行特征值提取和计算，将条纹颜色的深浅转化为计算所得特征
值实现对待测样品的定量检测。图像处理以及特征值分析部分总体流程如图
5-IS所示，首先采集胶体金试纸图像，经过图像背景校准和图像滤波对图像进
行光强补偿和噪声剔除，通过图像分割提取图像中灰度分布信息，根据质控带
和检测带的色带灰度值差，再利用MATLAB进行曲线拟合，从而实现定量检测
的功能。

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中值滤波应用排序理论，将某点像素领域中的像素按灰度值进行从大到小
的排序，然后选择该序列的中间值来作为像素的输出值，使得周围像素点的灰
度值差值较大的像素点改取为与周围像素灰度值更接近的像素点，应用这种非
线性的信号处理方法，成功地消除了孤立的噪声点。其原理可如图5-17所示，
系统采用3*3模板，对模板内9个数值从大到小排序，取第_5个数来代替原来
像素点的值，具体程序设计流程如图_5-18所示。图_5-19是对试纸图像进行中
值滤波前后，图像行100到行130灰度分布情况，从图中可得，原始图像经过
中值滤波，噪声得到了很好的抑制。

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图像分割[41]是图像处理到图像分析的关键，根据图像的特性提取出所用区
域的过程即为图像分割。图像分割的效果的好坏直接影响后续图像的特征值提
取。获取试纸图像后，对试纸图像进行分割，来确定试纸条在图像的位置，只
有找到试纸条的位置才能进行特征值的提取。通常的图像分割方法有
基于边缘的图像分割法和基于区域的图像分割法等。基于边缘的图像分割算法
是根据梯度算子如Sobel算子、RObertS X42]算子等，通过检测图像灰度特征的不
连续性以此实现图像的边缘检测，基于区域的图像分割算法是通过对每个像素
进行遍历，将具有相似特性的像素集合起来构成区域实现图像的分割。
在本系统中，我们采用的不是传统的图像分割的方法，因为传统的边缘检
测方法如Robert算子等，其计算量大，运行速率低，需要大量的存储空间。同
时采集的到的试纸图像相对比较简单，图像单一。所以本系统未采用传统的检
测方法，本次设计依据图像传感器特性，对采用到的图像的进行开窗处理，由
于图像传感器和试纸条固定，图像传感器采集到的图像中试纸条的位置是固定
的，所以系统采取开窗处理，将试纸条图像分割开来，如图_5-20所示黑色的边
框内为经开窗处理所得图像数据，开窗后图像为试纸条图像，其数据大小为
30*270，红色边框中每个小框为每个检测带的区域。

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由于受到外界环境，试纸特性，反应条件等因素的影响，无法判断试纸显
色条纹的强度值与待测样品的浓度是否呈线性关系或其他非线性关系。根据实
验所得，显色条纹的强度值与待测浓度值是一些离散的点。为了找到这些数据
点的对应关系，需要对其选择恰当的曲线进行拟合。本系统按照以下流程进行
曲线拟合，如图_5 -22所示，系统将图像中显色条纹的强度值和其对应的浓度传
至PC机，通过使用MATLAB软件中的函数拟合功能，拟合出强度值与浓度之
间的关系，之后将所得的两者的关系写入系统中，从而实现系统的定量检测功
育昌。

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定性检测是判别待测样品中含量是否超标，系统对原奶中抗生素残留检测
的定性实验采用的是美国CharmEZ公司生产试纸条，以检测恩诺沙星为例，实
验采用CharmEZ公司生产的哇诺酮类试纸条来对其进行检测。实验所用试纸条
灵敏度为10-1 _Sppb，当待测样本中的恩诺沙星的含量处于10-1_Sppb的范围，可
判定为90%可能性的呈现阳性检测结果，其置信概率为9 _5 070;当待测样本中恩
诺沙星的含量处于lOppb以下时，可判定为100%可能性的呈现阴性检测结果;
当待测样本中的恩诺沙星的含量处于1_Sppb以上时，可判定为100%可能性的
呈现阳性检测结果。
系统随机选取了经过标准仪器测试过的哇诺酮类试纸条，进行对比试验，
经过标准仪器测试过的试纸条可准确判别其阴阳性，将标准仪器测试过的试纸
条再用本次设计的系统来检测，看其检测结果是否与标准仪器所得一致。如图
6-3为选用部分测量的试纸，每个试纸条含有两个带，即C带和T带。C带是
控制带，T带是用于检测恩诺沙星的含量的。恩诺沙星含量越高，其T带的显
色强度越小;恩诺沙星含量越低，则T带的显色强度越高。当恩诺沙星的含量
等于或超过检测带的灵敏度，则C带的显色强度大于T带的显色强度，判别为
阳性，反之，判别为阴性。试纸条经过本次系统部分检测结果如表6-3所示，
由于实验条件有限，本次系统定性检测选用己使用过的试纸进行检测，随机挑
选出200条己知结果试纸条进行定性检测，将采用本次系统的检测结果与标准
仪器得出的检测结果进行对比，经过实验，在200条己知结果的试纸条检测中，
采用本次设计系统所得的定性检测结果与标准仪器不一致的有6条。