荧光试条图像分割

伊腾增

摘 要 目前荧光试条的定量检测方法绝大多数采用光电反射法，光电反射法需要对试条进行定位并且需要传动装置。本文用工业相机获取荧光试条的图像信息，并用图像处理的方法对试条检测线和质控线进行自动识别，首先对采集到的原始图像进行分段线性变换对图像做增强，再做初步分割然后再用大津阈值法得出分割阈值，最后用区域生长法对图像检测线和质控线进行分割。实验结果表明该方法可以用来分割荧光试条，并且分割效果比较理想。

关键词 荧光试条 图像分割 区域生长 大津阈值 定量检测

中图分类号：TP391.41 文献标识码：A

0引言

免疫层析法是一种能够快速检测病原体的方法，该方法将抗原抗体作为检测对象，并采用光学或电磁学方法检测标记物光强或电信号大小，实现对待测物浓度的间接检测。该方法具有特异性强、结果准确、操作简便、检测快速、可单人份检测等特点，被广泛应用于医学检验、食品安全、毒品抽检等现场快速测试领域。试条上荧光区域的亮度就反映了抗原抗体之间的相互作用的情况，可以通过提取荧光信号来达到疾病检测的目的。

1荧光试条定量检测原理

待测液通过层析作用向前移动，溶解结合垫上固化的荧光标记物后与之反应。当待测液移动至抗原的检测带时，待测物和试剂的复合物与之发生特异性结合后被截留，结合物在检测线上富集，附着的结合物含量与样品中待测物含量成线性关系。

2荧光信号的采集及预处理

本文采用面阵CMOS作为图像采集装置。本文的图像采集装置是用波长375纳米的平面光LED做光源、CMOS图像传感器和投射波长615纳米的滤光片组成。CMOS图像传感器用于采集经过滤光片的图像信号，经过滤光片采集到得荧光试条图像信号。

由于采集荧光图像时受外界干扰以及光照不均匀等因素的影响，所以荧光图像存在一定的噪声，如COMS相机的暗电流噪声，工频噪声，以及试条制备是产生的随机噪声等。这些噪声会对荧光信号的提取以及对特征值的提取产生影响，并且图像目标和背景的对比度非常低，因此为了后面能成功的将图像分割出来本文采用分段线性变换增强法对图像进行增强。线性增强法是增强原图像的对比度，采用分段线性变换的优势在于分段线性变换能够按要求自由变化，当图像灰度值低于128时就将灰度值乘2倍，高于128直接变成255。把试条分成左右两半，荧光试条的检测线以及质控线占整副图像的面积不超过5%，并且亮度要比周围背景高，图像的像素点总数为n，灰度值小于T的像素数为m，当m/n<5%，且m+1/n>5%时得到的阈值T就等于初步分割阈值。

对分割后的图像非零点用大津阈值分割进行图像分割求出分割阈值Ta，大津阈值又称为最大类间方差法。将图像的前景区域的平均值求出来，再将图像背景区域的平均值求出来，还要求出整幅图像的平均灰度，找出一个阈值使前景区域的平均灰度值以及背景区域的平均灰度值和整幅图像的平均灰度值间的差别最大。这种算法是以最小二乘法为基础推导出来的。

图像分割的目的是将图像按颜色纹理等划分成多个不重叠的区域。分割方法包括很多种主要可以分成基于阈值的分割方法、基于区域的分割方法、基于边缘的分割方法以及基于特定理论的分割方法等。区域生长也是图像分割法的一种，这种方法根据事先定义的准则将相关的像素以及区域结合成更大的目标区域的过程。该过程先要选择一个生长点，然后确定生长准则，最后要确定生长停止条件。

由于本文的图像是灰度图像，图像上检测线和控制线比周围都有亮因此本文用3€？的矩阵去遍历整个图片并计算矩阵内所有像素点的平均灰度值，当搜索全部图像后平均灰度值最大的区域就是生长点区域。我们对生长点周围8领域内进行判断，待测像素点的灰度值大于前面求出的阈值Ta那么我们就将这些像素点标记，当没有生长点能够被加入生长区域时生长停止。

3实验结果与分析

从图1中我们可以看出该算法对荧光图像的分割效果比较理想，和人为分割的效果基本相近。

参考文献

[1] K.Faulstich，R.Gruler，M.Eberhard and K.Haberstroh. Developing rapid mobile POC systems[J].Part 1：Devices and applications for lateral-flow immunodiagnostics.IVD Technology，2007，13（6）：47-53.

[2] K.Faulstich，R.Gruler，M.Eberhard and K. Haberstroh.Developing rapid mobile POC systems[J].Part 2：Nucleic acid based testing platforms.IVD Technology，2007，13（7）.

[3] 高跃明，李天麒，林传阳，等.荧光免疫层析试条光电信号处理及特征量选取[J].电子测量与仪器学报，2015，29（5）：662-668.