纸因具有操作简单方便快捷成本较低等优点而被广泛应用在环境污染检测食品安全检测和临床疾病诊断等方面。本课题的研究内容是基于图像处理的金标分析仪器，各个章节的内容安排具体如下万方数据中国计量学院硕士论文第章，在生物分析仪器研究的大背景下，概述了金标试纸分析仪的研究背景和意义，国内外的金标定量分析仪器的研究现状和未来发展的趋势。第二章，详细介绍了金标试纸的检测原理，包括其结构发展历史显色原理等。并对本文涉及的彩色图像处理的相关理论知识和使用的颜色空间知识做了简单阐述。为之后的彩色图像处理方法做铺垫。第三章，关于彩色图像处理的流程，介绍了图像处理的分割，其中包括金标试纸检测线和质控线的定位分割介绍了云模型，在不同颜色空间下对试纸检测线和质控线的颜色信息进行分析对于欧氏距离以及灰度值方法也做了简单的说明。第四章，对于金标定量分析仪器的系统设计，包括照明光源的设计，以及图像传感器的选择，以及主控芯片，通信模块，稳压模块打印机模块等硬件部分的设计。第五章，金标定量分析仪器的检测系统软件模块，主要有图像采集模块以及上位机模块设计，用于实现系统通信与测试结果显示等功能另外就利用云模型数据和浓度数据拟合待测物质溶液浓度的标准曲线的流程做了简单阐述。第六章，采用视黄醇结合蛋白金标试纸和相关样品试剂做实验，对设计的系统的稳定性和误差率做分析。结果与欧氏距离法和灰度值法做比较分析。第七章，对本论文的各部分构成进行了总结，对仪器的设计不完善的地方做了分析，并对今后的金标定量分析仪器的研究趋势做展望。万方数据中国计量学院硕士论文金标试纸的检测原理和颜色理论金标试纸的检测原理免疫胶体金技术属于固相标记技术。其是年代后出现的继三大标记技术即酶标记同位素标记与荧光标记之后的标记技术。其具有易于操作成本较低方便快捷等诸多优点，目前金标试纸检测在临床疾病诊断食品安全检测和环境污染监测等领域具有广泛的应用，并也来越受到相关研究领域的重视，成为近几年研究的热点。金标试纸的发展历史金标试纸的起源要追溯到胶体金的制备。法拉第在年利用还原剂从氯金酸溶液中制备得到胶体金。在研究的过程中发现将少量的电解质加入胶体金后，其颜色会发生变化，从红色变成了蓝色，最终凝聚后无色。如果在胶体金加入明胶或者其他物质时，不会发生这种颜色变化的现象。这就是胶体金技术的核心，具有高电子密度特性的胶体金颗粒能够吸附蛋白等高分子至其表面结合，当大量聚集时可显色，对待检测物质实现定性分析。胶体金属于多相不均匀体系，是指粒子直径在到之间的金溶液。其颜色随粒子直径不同从紫红色到橘红色变化。如图所示为胶体金与蛋白质分子结合示意图。胶体金核是个双离子。外层层分散于胶体间的溶液，内层表现电位。电位使得胶体金颗粒之间相互排斥，得以维持胶体金的稳定状态。胶体金对电解质很敏感。弱碱环境下胶体金表现为负电，蛋白质分子带有正电荷基团，两者可以紧密结合。但是这种静电结合方式，对蛋白质的生物特性没有影响。胶体金除了与蛋白质结合以外，还可以与许多其它生物大分子结合，如等。胶体金的物理特性结合生物学特性，使其在细胞生物免疫学和病理学等研究领域得到广泛应用。万方数据中国计量学院硕士论文图胶体金颗粒与生物大分子结合示意图胶体金在免疫组织学的应用起始于年。当时，等人应用电镜免疫胶体金染色法观察沙门氏菌，此后又对胶体金与多种蛋白质相结合进行了大量的研究。等人在第二抗体马抗人上包被胶体金作为标记物，简捷胶体金染色法被建立。接着，等人成功将胶体金应用在光镜水平情况。此后，大量研究表明胶体金能够稳定快速地将蛋白质分子吸附，并且不影响蛋白质的生物活性。另外，胶体金能够作为探针精确定位细胞内部以及表面的蛋白质多糖激素等生物大分子。基于以上胶体金的特性，其在药物检测及临床疾病诊断等方面的应用得到越来越多的重视。金标试纸的结构和工作原理金标试纸利用胶体金的性质，示踪标记物选用纳米金，通过抗原抗体的特异性结合后检测区显色来判断分析样品存在情况的种免疫标记检测生物试纸。目前的金标试纸制作原理有下几个类型双抗体夹心法双抗原夹心法竞争法抑制法等。由于最终实验采用的视黄醇结合蛋白金标试纸是基于双抗体夹心法的，这里只介绍双抗体夹心法的金标试纸结构。图金标试纸的结构示意图万方数据中国计量学院硕士论文如图所示为金标试纸的结构示意图，主要有样品垫连接垫硝酸纤维素膜吸收垫检测线线质检线线以及底板组成。首次把定量的种已知抗体包被在硝酸纤维素膜上制作成检测线。把与金标记物结合的二抗制成质控线。另种单抗金标结合物吸附在连接垫上，该结合物与包被抗体相匹配。连接垫端和样品垫相连，端与膜相连，而膜另外端连接吸收垫。检测时，将待测样品溶液滴加在试纸的样品垫后，在毛细作用力下向干燥的连接垫方向移动。接着胶体金标记物复融于溶液中，当溶液中含有待检测物质时，反应生成复合物金颗粒抗体抗原。复合物继续向检测线移动，与包被抗体再次发生特异性结合反应形成复合物金颗粒抗体抗原包被抗体。复合物在检测线上聚集，可达到人眼可视的程度。若样本溶液中无待测物质，不会形成红色的检测线。游离的复合物与金标结合物到达质控线，与二抗发生特异性结合反应形成复合物金颗粒抗体二抗，质控线显色。如图所示，当样品中含有待测物质时，检测线显色，否则不显色而不管样品中是否含有待测物质，质控线始终都显示红色。且试纸检测线的颜色深浅随着待测物质浓度的不同而变化，质控线的颜色基本不变。图金标试纸实验中两种显色结果彩色图像的原理以及颜色空间介绍由于本课题对金标试纸的图像分析是基于检测线和质控线的色彩信息数据的，因此这里对涉及到的色彩学知识和色彩空间做简单的介绍。首先，颜色是人的视觉器官在接受不同波长可见光的辐射时，该辐射作用于人体产生的心理感受，是个心理生理和物理量。所有的物体颜色都具有三个共同的特性，即颜色的三属性。万方数据中国计量学院硕士论文颜色的三属性色调饱和度亮度。其中，色调是用于表征红黄绿蓝紫等颜色特性，区分颜色的重要特性。在可见光谱范围内，人的视觉系统在受到不同波长的光辐射时，会引起不同的色调感觉。色调与波长密切相关。明度用于表征物体表面相对明暗的特性。明度与光亮度反射比密切相关，与前者成正比，与后者成反比。饱和度用于表征颜色的纯度特性，表示具有明度值的颜色距离中度灰度的程度。光谱色最饱和，随着掺入白光成分的增加，饱和度随之变小。在本课题设计中，根据不同浓度待测物的溶液反应后的金标试纸检测线显色深浅不同，从而实现对样品中待测物的浓度的定量分析。金标试纸中检测线的颜色深浅是待测物浓度的判断指标，其颜色信息数据的提取直接影响着整个试纸分析结果的可靠性。而颜色信息主要是通过金标试纸的彩色图像获取的，因此这里对彩色图像做介绍。彩色图像彩色图像在图像处理工具箱中分为索引图像和图像。实验中主要是用到图像的图像处理，这里只对彩色图像做简单介绍。图像的每个彩色像素点是对应特定空间位置的红绿蓝三个分量的叠加。当在彩色监视器的输入端将其输入时，幅彩色图像在屏幕上产生。分析副彩色图像的信息，选择好合适的色彩空间是第步，采用适合此空间的分割策略和方法是第二步。个适合的色彩空间主要从两方面考虑对人眼的颜色视觉特性有形象直观的反应，便于根据不同目的对图像进行图像处理确保图像处理后达到预期效果，且无附加影响。颜色空间借助于数学坐标由三个参数构成三维空间来定量地表达自然界丰富多样的色彩。均匀颜色空间是指通过该颜色空间中任点的任意方向上相同的距离能表示相同的颜色感觉化。表达颜色的空间也可以是非均匀非线性的。根据不同的应用目的已经提出的颜色空间有许多种，常用的颜色空间有颜色空间国际照明委员会指定的颜色空间基于空间理论之上的颜色空间以及空间。用于图像处理的空间必须同时满足均匀性和独立性的要求。在颜色空间中各分量不同的取值处，处理过程中相同的改万方数据硕士学位论文基于图像处理的智能金标定量分析仪器的研究作者贾莉芳导师金尚忠教授学科光学工程中国计量学院二〇四年六月万方数据，万方数据中图分类号学校代码密级公开硕士学位论文基于图像处理的智能金标定量分析仪器的研究作者贾莉芳导师金尚忠教授申请学位工学硕士培养单位中国计量学院学科专业光学工程研究方向光学仪器设计与应用二〇四年六月万方数据独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得中国计量学院或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名签字日期年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解中国计量学院有关保留使用学位论文的规定。特授权中国计量学院可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印缩印或扫描等复制手段保存汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。保密的学位论文在解密后适用本授权说明学位论文作者签名导师签名签字日期年月日签字日期年月日万方数据致谢林花谢了春红，太匆匆。美丽的时光如条永不停息的河流，总是无声无息的匆匆流逝。不知不觉中，曾经觉得无限漫长的研究生生活即将走到终点，求学的人生旅程将要翻开新的章。研究生三年中拥有的过往，都是每段温馨的时光。虽然时光荏苒，但是现在回首往昔，曾经的点点滴滴仍然历历在目，有欢笑有泪水有感动。在结束三年的研究生生活时，我首先要向导师金尚忠教授表示深深的谢意。谢谢您对我学习的悉心教导，使我能够顺利的发表小论文，如期完成毕业课题，最终能够顺利毕业。金老师知识渊博，治学严谨，严于律己，兢兢业业，丝不苟，雷厉风行，这些品格都深深的感染我，让我重新审视我的生活态度，学习态度和科研态度，明白读研的意义。感谢实验室的同学曾珊珊，朱峰，陈瑞，王宗平，他们陪伴我三年的科研和学习，谢谢他们在科研和生活中给予我的帮助。感谢生命科学院的张露露同学，在我做实验时给我莫大的帮助，借给我移液器和小容器指导我配置溶液，还陪我起实验到晚上十二点，真的是非常感谢。感谢兰州交通大学的王寅杰同学，对于我提出的问题都耐心地帮我解答，对云模型建立对我进行指导。谢谢这两