專利名稱：磺胺類藥物殘留檢測(cè)試劑條自動(dòng)讀碼裝置及其方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及磺胺類藥物殘留檢測(cè)領(lǐng)域，尤其涉及一種磺胺類藥物殘留檢測(cè)試劑條自動(dòng)讀碼裝置及其方法；具體地說，本發(fā)明是一種藥物自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，利用添加了檢測(cè)物質(zhì)的試劑條與磺胺類藥物反應(yīng)呈現(xiàn)不同的顔色，再用機(jī)器視覺系統(tǒng)快速準(zhǔn)確地檢測(cè)磺胺類藥物的有無和濃度，為阻止磺胺類藥物含量超標(biāo)的食品進(jìn)入市場(chǎng)提供了ー種有快速有效的檢測(cè)手段。
背景技術(shù)：
磺胺類藥物(sulfonamides,簡(jiǎn)稱SAs)是ー類人工合成的抗菌藥物,在畜牧業(yè)生產(chǎn)中被廣泛應(yīng)用。但由于SAs的不合理使用而導(dǎo)致其在動(dòng)物源性食品中殘留，并通過食物鏈進(jìn)入人體，可引起人體不良反應(yīng)且具有潛在的致癌性，給人體健康帶來了潛在的威脅；如増加細(xì)菌的耐藥性，使得在疾病狀態(tài)下使用同種藥物的治療效果降低以及對(duì)機(jī)體產(chǎn)生毒性 作用。磺胺ニ甲嘧啶(SM2)等能夠誘發(fā)嚙齒動(dòng)物甲狀腺增生和甲狀腺濾泡細(xì)胞腺癌。食品和藥物管理局(Food and Drug Administration,簡(jiǎn)稱FDA)規(guī)定動(dòng)物源性食品中的殘留限量為100ng/mL，不得檢出磺胺甲惡唑(SMZ)。我國(guó)規(guī)定磺胺類藥物在動(dòng)物源性食品中的最高殘留限量為100ng/mL，SM2為25ng/mL，且各種磺胺類藥物總量不得超過100ng/mL。目前，國(guó)內(nèi)外在基于機(jī)器視覺藥物殘留檢測(cè)試劑條自動(dòng)識(shí)別方面還屬于探索階段，急需發(fā)展。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于采用新的技術(shù)方案，提供一種磺胺類藥物殘留檢測(cè)試劑條自動(dòng)讀碼裝置及其方法。本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的本發(fā)明利用磺胺類與試劑條上的檢測(cè)物質(zhì)反應(yīng)產(chǎn)生不同的顔色，用CCD攝像機(jī)攝取試劑條的圖像，通過圖像采集卡傳送到計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)進(jìn)行一系列的圖像處理，然后根據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)以及設(shè)定的相關(guān)參數(shù)建立自動(dòng)識(shí)別模式。本發(fā)明主要完成以下幾項(xiàng)工作I、采集磺胺類膠體金免疫層析試紙條的圖像，主要包括磺胺類膠體金免疫層析試紙條的準(zhǔn)備；2、尋找合適的算法，進(jìn)行圖像處理，提取特征參數(shù)；3、設(shè)計(jì)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，建立自動(dòng)識(shí)別模式。具體地說，本發(fā)明的技術(shù)方案如下一、磺胺類藥物殘留檢測(cè)試劑條自動(dòng)讀碼裝置(簡(jiǎn)稱裝置)本裝置由光照箱、載物臺(tái)、CXD相機(jī)、環(huán)形日光燈、圖像采集卡和計(jì)算機(jī)組成；在光照箱的底部設(shè)置有載物臺(tái)，在光照箱的上部中間內(nèi)置有環(huán)形日光燈，在光照箱的頂部設(shè)置有CXD相機(jī)，CXD相機(jī)的攝像頭穿過光照箱頂部的中間圓孔(約40mm)正對(duì)置于載物臺(tái)上的待測(cè)試劑條；CCD相機(jī)、采集卡和計(jì)算機(jī)依次連接；圖像采集卡安裝在計(jì)算機(jī)的PCI插槽內(nèi)。ニ、磺胺類藥物殘留檢測(cè)試劑條自動(dòng)讀碼方法(簡(jiǎn)稱方法)本方法包括下列步驟 ①材料準(zhǔn)備準(zhǔn)備I條磺胺類藥物殘留檢測(cè)試劑條(簡(jiǎn)稱試劑條)所述的磺胺類藥物殘留檢測(cè)試劑條是磺胺類膠體金免疫層析試紙條。它由樣品墊、結(jié)合墊、硝酸纖維素膜、吸水墊和PVC (polyvinyl chloride,聚氯こ烯)背襯構(gòu)成。PVC背襯一端依次粘附樣品墊、結(jié)合墊，中間粘附硝酸纖維素膜，另一端粘附吸水墊，其特征在于結(jié)合墊上包被了抗磺胺類藥物特異性單克隆抗體-膠體金標(biāo)記物；硝酸纖維素膜上包被N-磺胺-4-氨基苯甲酸-載體蛋白偶聯(lián)物作為檢測(cè)線，包被了兔抗鼠IgG作為質(zhì)控線。當(dāng)試劑條測(cè)試線上抗體或者抗原與磺胺類藥物匹配時(shí)，測(cè)試線顯色淺；當(dāng)抗體或抗原不匹配時(shí)，測(cè)試線顯色深，因此試劑條顯色深淺反應(yīng)磺胺類藥物溶液的濃度信息。詳見檢測(cè)磺胺類藥物殘留的免疫膠體金試紙條申請(qǐng)日2006-07-17專利號(hào)ZL200610019642. I專利權(quán)人華中農(nóng)業(yè)大學(xué)發(fā)明人畢丁仁等。授權(quán)公告號(hào)CN100396774C授權(quán)公告日2008-06-25。②把試劑條放入本裝置的光照箱中通過CXD相機(jī)和圖像采集卡采集圖像；③通過計(jì)算機(jī)記錄好數(shù)據(jù)并對(duì)圖像進(jìn)行處理A、將采集的彩色圖像轉(zhuǎn)換為灰度圖像用于顯示的灰度圖像通常用每個(gè)采樣像素8位的非線性尺度來保存，這樣可以有256級(jí)灰度，這種精度剛剛能夠避免可見的條帶失真，并且非常易于編程；B、對(duì)采集的圖像增強(qiáng)通過對(duì)圖像灰度等級(jí)的變換以達(dá)到強(qiáng)調(diào)被關(guān)注的特征，抑制不受關(guān)注的特征，使圖像質(zhì)量得到改善，信息量得到豐富；C、提取圖像的特征參數(shù)對(duì)試劑條灰度圖像求行像素和(發(fā)現(xiàn)不同濃度的峰值高度圖具有一定規(guī)律);D、代入BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)識(shí)別模型，通過檢測(cè)峰值高度判斷磺胺類藥物的濃度。所述的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)識(shí)別模型是利用一種公開的按誤差逆?zhèn)鞑ニ惴ㄓ?xùn)練的多層前饋網(wǎng)絡(luò)算法的模型。本發(fā)明的工作原理將磺胺類膠體金免疫層析試劑條與待測(cè)物反應(yīng)后，放入光照箱內(nèi)，開亮環(huán)形日光燈，為磺胺類膠體金免疫層析試劑條提供光源，用CCD相機(jī)獲取試劑條的圖像；電腦內(nèi)置有圖像采集卡和圖像處理軟件，可建立識(shí)別模式來識(shí)別試劑條的圖像特征，通過圖像特征來判斷磺胺類藥物的濃度。
本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)和積極效果I、采用機(jī)器視覺技木，能夠完成自動(dòng)讀碼；2、標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一；3、判斷精確；

4、利用計(jì)算機(jī)處理圖像，效率高；5、用機(jī)器代替人眼，能夠適應(yīng)現(xiàn)代化自動(dòng)檢測(cè)行業(yè)，具有良好的應(yīng)用推廣前景。本發(fā)明對(duì)于磺胺類藥物的濃度可以實(shí)現(xiàn)快速、準(zhǔn)確地檢測(cè)；經(jīng)試驗(yàn)可知，檢測(cè)正確率可達(dá)96%。


圖I是本裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，圖中00—待測(cè)試劑條；10—光照箱；20—載物臺(tái)；40—CCD相機(jī)；30一環(huán)形日光燈；50 —圖像米集卡；60—計(jì)算機(jī)。圖2是本方法的步驟圖。圖3是提取特征參數(shù)(HIS)的流程圖。圖4是提取特征參數(shù)峰值高度的流程圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例詳細(xì)說明一、裝置I、總體如圖I，本裝置由光照箱10、載物臺(tái)20、(XD相機(jī)40、環(huán)形日光燈30、圖像采集卡50和計(jì)算機(jī)60組成；在光照箱10的底部設(shè)置有載物臺(tái)20，在光照箱10的上部中間內(nèi)置有環(huán)形日光燈30，在光照箱10的頂部設(shè)置有CXD相機(jī)40，CXD相機(jī)40的攝像頭穿過光照箱10頂部的中間圓孔(約40mm)正對(duì)置于載物臺(tái)20上的待測(cè)試劑條00 ；CXD相機(jī)40、采集卡50和計(jì)算機(jī)60依次連接；圖像采集卡50安裝在計(jì)算機(jī)60的PCI插槽內(nèi)。2、功能塊I)環(huán)形日光燈30環(huán)形日光燈30是ー種通用外購(gòu)件，如選用Philips TLSC型環(huán)形日光燈；其功能是為磺胺類藥物檢測(cè)試劑條00提供光源。2) CCD 相機(jī) 40CXD相機(jī)12是ー種通用外購(gòu)件，如選用Π — 2210RE — C一HGエ業(yè)相機(jī)；其功能是采集磺胺類藥物檢測(cè)試劑條00的圖像數(shù)據(jù)。3)計(jì)算機(jī) 60計(jì)算機(jī)60是ー種通用外購(gòu)件，如選用聯(lián)想主機(jī)(CPU主頻384MHZ，內(nèi)存128M)，內(nèi)置有圖像采集卡50和圖像處理軟件。
所述的圖像處理軟件的工作流程是(I)如圖3，提取特征參數(shù)(HIS)的流程①輸入待測(cè)試劑條圖像301 ；②圖像預(yù)處理試劑條圖像的增強(qiáng)與分割302 ；③輸入待測(cè)試劑條的序號(hào)303 ；④截取試劑條測(cè)試線區(qū)域中間的一部分304 ；⑤提取特征參數(shù)H、S、I 305 ； H :色調(diào)S :飽和度I :亮度⑥保存數(shù)據(jù)306 ；⑦判斷是否繼續(xù)307，是則轉(zhuǎn)跳到步驟②302，否則進(jìn)入下ー步驟；⑧結(jié)束程序308。(2)如圖4，提取特征參數(shù)峰值高度的流程①輸入待測(cè)試劑條圖像401 ;②圖像預(yù)處理試劑條圖像的增強(qiáng)，去噪與分割402 ；③輸入待測(cè)試劑條的序號(hào)403 ；④找到試劑條測(cè)試線區(qū)域(通過灰度圖像行像素和最大值的索引值減去50) 404 ；⑤提取特征參數(shù)波峰高度值405 ；⑥保存數(shù)據(jù)406 ；⑦判斷是否繼續(xù)407，是則轉(zhuǎn)跳到步驟②402，否則進(jìn)入下ー步驟；⑧結(jié)束程序408。3、試劑條自動(dòng)識(shí)別的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)I)樣本數(shù)據(jù)的定義。將藥物殘留試劑條根據(jù)其濃度分為五個(gè)等級(jí)0濃度(0ng/mL)、10濃度(IOng/mL)、20 濃度(20ng/mL)、40 濃度(40ng/mL)、80 以及 100 濃度(80ng/mL 以及 100ng/mL)2)樣本數(shù)據(jù)的導(dǎo)入由于提取特征參數(shù)時(shí)，將特征參數(shù)保存到了 excel表格里，所以需要先將excel里的數(shù)據(jù)導(dǎo)入至MATLAB中。3)編寫網(wǎng)絡(luò)程序編與matlab程序，其工作流程是①輸入導(dǎo)師信號(hào)和訓(xùn)練模式；②設(shè)定網(wǎng)絡(luò)層次和節(jié)點(diǎn)；③訓(xùn)練網(wǎng)絡(luò)；④訓(xùn)練成功則保存網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)，否則重新進(jìn)行②。4)網(wǎng)絡(luò)驗(yàn)證將前面處理的圖片信息代入BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行運(yùn)算，得出結(jié)果并與實(shí)際藥物濃度進(jìn)行對(duì)比，檢驗(yàn)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的正確率。4、檢測(cè)結(jié)果判斷正確的總試劑條個(gè)數(shù)為58個(gè)，O濃度試劑條自動(dòng)識(shí)別的正確率為100%;10濃度試劑條自動(dòng)識(shí)別的正確率為80% ;20濃度試劑條自動(dòng)識(shí)別的正確率為100% ;40濃度試劑條自動(dòng)識(shí)別的正確率為100% ；80以及100濃度試劑條自動(dòng)識(shí)別的正確率為100%。故 藥物殘留試劑條濃度自動(dòng)識(shí)別的總正確率為96%左右。
權(quán)利要求
1.一種磺胺類藥物殘留檢測(cè)試劑條自動(dòng)讀碼裝置，其特征在于 由光照箱(10 )、載物臺(tái)(20 )、CXD相機(jī)(40 )、環(huán)形日光燈(30 )、圖像采集卡(50 )和計(jì)算機(jī)(60)組成； 在光照箱(10)的底部設(shè)置有載物臺(tái)(20)，在光照箱(10)的上部中間內(nèi)置有環(huán)形日光燈(30)，在光照箱(10)的頂部設(shè)置有CXD相機(jī)(40)，CXD相機(jī)(40)的攝像頭穿過光照箱(IO )頂部的中間圓孔、正對(duì)置于載物臺(tái)(20 )上的待測(cè)試劑條(00 ); CCD相機(jī)(40 )、采集卡(50 )和計(jì)算機(jī)(60 )依次連接；圖像采集卡(50 )安裝在計(jì)算機(jī)(60)的PCI插槽內(nèi)。
2.基于權(quán)利要求I所述的磺胺類藥物殘留檢測(cè)試劑條自動(dòng)讀碼裝置的自動(dòng)讀碼方法，其特征在于包括下列步驟 ①材料準(zhǔn)備(201) 準(zhǔn)備I條磺胺類藥物殘留檢測(cè)試劑條； ②把試劑條放入本裝置的光照箱中通過CXD相機(jī)和圖像采集卡采集圖像(202)； ③通過計(jì)算機(jī)記錄好數(shù)據(jù)并對(duì)圖像進(jìn)行處理(203) A、將采集的彩色圖像轉(zhuǎn)換為灰度圖像(204)； B、對(duì)灰度圖像增強(qiáng)(205)； C、提取灰度圖像的特征參數(shù)(206) 對(duì)試劑條灰度圖像求行像素和，得到灰度圖像的特征曲線，其中的濃度峰值高度即為特征參數(shù)； D、代入BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)識(shí)別模型，通過檢測(cè)峰值高度判斷磺胺類藥物的濃度(207)。
3.按權(quán)利要求2所述的自動(dòng)讀碼方法，其特征在于提取特征參數(shù)的流程 ①輸入待測(cè)試劑條圖像(301); ②圖像預(yù)處理試劑條圖像的增強(qiáng)與分割(302)； ③輸入待測(cè)試劑條的序號(hào)(303)； ④截取試劑條測(cè)試線區(qū)域中間的一部分(304)； ⑤提取特征參數(shù)H、S、I(305)； H:色調(diào)；S :飽和度；1 :亮度； ⑥保存數(shù)據(jù)(306)； ⑦判斷是否繼續(xù)(307)，是則轉(zhuǎn)跳到步驟②(302)，否則進(jìn)入下一步驟； ⑧結(jié)束程序(308)。
4.按權(quán)利要求2所述的自動(dòng)讀碼方法，其特征在于提取特征參數(shù)峰值高度的流程 ①輸入待測(cè)試劑條圖像(401)； ②圖像預(yù)處理試劑條圖像的增強(qiáng)，去噪與分割(402)； ③輸入待測(cè)試劑條的序號(hào)(403)； ④找到試劑條測(cè)試線區(qū)域(404)； ⑤提取特征參數(shù)波峰高度值(405)； ⑥保存數(shù)據(jù)(406)； ⑦判斷是否繼續(xù)(407)，是則轉(zhuǎn)跳到步驟②(402)，否則進(jìn)入下一步驟； ⑧結(jié)束程序(408)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種磺胺類藥物殘留檢測(cè)試劑條自動(dòng)讀碼裝置及其方法，涉及磺胺類藥物殘留檢測(cè)領(lǐng)域。本方法是①材料準(zhǔn)備；②把試劑條放入本裝置的光照箱中通過CCD相機(jī)和圖像采集卡采集圖像；③通過計(jì)算機(jī)記錄好數(shù)據(jù)并對(duì)圖像進(jìn)行處理A、將采集的彩色圖像轉(zhuǎn)換為灰度圖像；B、對(duì)灰度圖像增強(qiáng)；C、提取灰度圖像的特征參數(shù)；D、代入BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)識(shí)別模型，通過檢測(cè)峰值高度判斷磺胺類藥物的濃度。本發(fā)明采用機(jī)器視覺技術(shù)，能夠完成自動(dòng)讀碼；標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一；判斷精確；利用計(jì)算機(jī)處理圖像，效率高；用機(jī)器代替人眼，能夠適應(yīng)現(xiàn)代化自動(dòng)檢測(cè)行業(yè)，具有良好的應(yīng)用推廣前景。本發(fā)明對(duì)于磺胺類藥物的濃度可以實(shí)現(xiàn)快速、準(zhǔn)確地檢測(cè)。
文檔編號(hào)G06N3/02GK102692498SQ201210189660
公開日2012年9月26日 申請(qǐng)日期2012年6月11日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月11日
發(fā)明者丁幼春, 劉亞麗, 王巧華, 許堃瑞 申請(qǐng)人:華中農(nóng)業(yè)大學(xué)