一種嬰兒大便顏色的自動分析方法及系統(tǒng)的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于數(shù)字圖像處理技術和機器學習領域，具體涉及一種大便顏色的自動分 析方法及系統(tǒng)。
[0002] 背景介紹
[0003] 嬰兒大便的顏色能夠直接反應出寶寶的消化系統(tǒng)健康情況，在寶寶出生后，尤其 是出生后前四個月對大便進行觀察非常重要。
[0004] 所有的寶寶在出生前幾天都會排出黑色的大便，被稱為胎糞，這是完全正常的。之 后會慢慢變成黃色，綠色或棕色，這些顏色均為正常的嬰兒大便顏色。而白色，灰色或者陶 土色的大便表示嬰兒的肝臟可能存在健康問題，而紅色或者胎糞排出后再次出現(xiàn)的黑色大 便則可能是寶寶的消化道出血。
[0005] 因此，一種自動判斷嬰兒大便顏色的方法則顯得非常有意義，他能夠幫助家長和 醫(yī)生準確客觀的判讀大便顏色并自動完成顏色分類，及時發(fā)現(xiàn)嬰兒在消化系統(tǒng)上健康情 況。

【發(fā)明內容】

[0006] 為了準確客觀快速的完成嬰兒大便顏色分析，本發(fā)明的目的在于提供一種嬰兒大 便顏色自動分析的方法。
[0007] 為了實現(xiàn)上述任務，本發(fā)明采用如下技術方案予以解決：
[0008] -種嬰兒大便顏色的自動分析方法及系統(tǒng)，包括如下步驟：
[0009] 步驟1，檢測圖像中比色卡左上角和右上角的黑灰嵌套色塊和白灰嵌套色塊的分 布情況，以此確定比色卡在圖像中的方向；然后根據(jù)比色卡在圖像中的方向確定六個彩色 色塊是否均準確出現(xiàn)在比色卡的相應位置;最后根據(jù)比色卡在圖像中的方向檢測圖像中比 色卡的左下角和右下角的色塊是否是對應方向下的黑灰嵌套色塊或白灰嵌套色塊，是則執(zhí) 行步驟2，否則認為未檢測到比色卡；
[0010] 步驟2,使用圖像熵對圖像I進行質量監(jiān)控，判斷圖像是否滿足檢測要求，滿足則執(zhí) 行步驟3，否則認為圖像不滿足嬰兒大便顏色分析的要求；
[0011] 步驟3:對滿足檢測要求的圖像進行顏色校正，得到顏色校正后的圖像；
[0012] 步驟4,對顏色校正后的圖像，去除圖像大便區(qū)域的高光反射和陰影部分；
[0013] 步驟5,使用機器學習的方法對多個顏色校正后并且去除了大便區(qū)域高光反射和 陰影部分的圖像進行離線監(jiān)督訓練，并利用離線監(jiān)督訓練的結果，分析嬰兒大便圖像；
[0014] 步驟6,使用HSV顏色空間歐式距離的方法，對顏色校正后的圖像計算最小歐式距 離，分析嬰兒大便圖像；
[0015] 步驟7,使用機器學習的方法，以及最小歐式距離的方法，綜合分析預處理后的圖 像，預測計算大便圖像的顏色類別。
[0016] 進一步的，所述步驟1的具體步驟如下：
[0017] 步驟11，在圖像I左上側區(qū)域隨機散布η個點，η取3~8,作為比色卡判斷的起始點； 將第i個點定義為？以$[1，1!])，判斷左上角色塊是否是黑灰嵌套色塊說1^__，如果是黑 灰嵌套色塊，執(zhí)行步驟12,否則繼續(xù)判斷左上角色塊是否是白灰嵌套色塊Bwhlte_grey，如果是 白灰嵌套色塊，執(zhí)行步驟12,否則認為根據(jù)點 ？1未檢測到比色卡，則將比色卡判斷的起始點 Ρ:更新為下一個點后執(zhí)行步驟11;
[0018] 步驟12,根據(jù)比色卡左上角色塊區(qū)域Blu以及寬WLU和高hLU，利用公式（13)得到比色 卡右上角灰色區(qū)域的中心點PRU_grey ( XRU_grey，yRU_grey )，執(zhí)行步驟13 ;
[0019]
(13)
[0020] (XLLLlef^yLLLtop)為位于比色卡左上角色塊的左上角頂點的坐標；（XLLLright， y uj+bott?)為比色卡左上角色塊的右下角頂點的坐標；
[0021] 步驟13,將pRLLgrey設為色塊判斷起始點，用來判斷右上角色塊是否是黑灰嵌套色 塊或白灰嵌套色塊，如果是，則進入步驟14，否則認為根據(jù)點 ？1未檢測到比色卡，結束本次 判斷，將點Pi更新為下一個點后執(zhí)行步驟11;
[0022] 步驟14,根據(jù)比色卡左上角色塊和右上角色塊的類型，得到比色卡在圖像I中的對 應方向；
[0023] 步驟15,根據(jù)比色卡的方向、比色卡左上角色塊區(qū)域和比色卡右上角色塊區(qū)域的 位置以及它們的寬、高，得到圖像I中6個彩色色塊區(qū)域的中心點；
[0024] 步驟16,對于圖像I中每個彩色色塊區(qū)域，將彩色色塊區(qū)域的中心點作為色塊判斷 起始點，檢測圖像I中每個彩色色塊是否準確出現(xiàn)在比色卡的彩色色塊的對應位置;若6個 彩色色塊均準確出現(xiàn)在比色卡的相應位置，則執(zhí)行步驟17,否則將種子點 Pl更新為下一個 點后執(zhí)行步驟11;
[0025] 步驟17,根據(jù)步驟14得到的比色卡在圖像I中的方向，得到對應方向下左下角色塊 和右下角色塊的類型；判斷圖像中比色卡左下角色塊和右下角色塊的類型是否均與比色卡 的相應位置的色塊類型一致，是則認為根據(jù)點 Pl成功檢測到比色卡，否則，將Pl更新為下一 點，執(zhí)行步驟11;
[0026] 進一步的，所述步驟11中，所述判斷左上角色塊是否是黑灰嵌套色塊Bblack_ grey，具 體包括如下步驟：
[0027] a)將比色卡判斷的起始點pi設為色塊判斷起始點，計算點pi周圍5X5區(qū)域的R，G，B ?<) avg , gavg , bavg ；
[0028]
0 >
[0029]其中，lR(x，y)，Ic(x，y)，lB(x，y)分別表示點(x，y)處R，G，B的顏色值；
[0030] b)將ravg，gavg，bavg轉換到YUV顏色空間中，得到y(tǒng)aVg，Uavg，Vavg;
[0031]
(2)
[0032] c)當（36 < yavg < 164)and(_48 < uavg < 48)and(_48 < vavg < 48)滿足時，表示pi位于 灰色區(qū)域內，執(zhí)行步驟d;不滿足則認為根據(jù)?1未檢測到黑灰嵌套區(qū)域，并結束本次判斷;將 口:更新為下一個點然后執(zhí)行步驟11;
[0033] d)利用公式3,計算Pi在YUV顏色空間中的偏色程度(yshift，Ushift，v shift)。所述偏色 程度是指在YUV空間中，pi的顏色值和灰色值之間的偏差;灰色定義為：（ygrey，U gre3y，Vgr# )， 其中 ? Ygrey _ 1 27 , Ugrey _ 0 , Vgrey _ 0 ；
[0034]
Π )
[0035] e)以pi為生長起始種子點，分別向上、下、左、右4個方向進行線性生長，生長規(guī)則 是：
[0036] ( | rP〇s-ravg | < 30)and( | gp〇s-gavg | < 30)and( | bP〇s-bavg | < 30) (11)
[0037]其中，&。4_，1^表示生長到點?[^處的1^，8顏色值；當公式（11)中所述條件滿 足時，繼續(xù)生長;否則停止生長，認為點為當前方向上的邊界點；最終得到種子點生長的 4個方向的邊界，從而得到灰色區(qū)域B grey (pleft-up，pright-bottom)，以及和 l^hgrey， 其中， pleft up - ( Xgrey_left，ygrey_up )，prightjbottom - (Xgrey_right，ygrey_bottom)為灰色區(qū)域左上頂點和右 下頂點的坐標。
[0038] f)根據(jù)公式(4)、（5)定義灰色區(qū)域右側的一點pright(Xright，yright)和下方的一點 Pd_(xd_，yd_)，用于判斷灰色區(qū)域外圍是否為黑色區(qū)域。
[0039； (4)
[0040； (.5)
[0041 ] g)分力U計算點Pright和Pdown周圍 5x5區(qū)域的R，G，B均值rright_avg，gright_avg，bright_avg和 Tdown_avg , ^down_avg , bdown_avg ? 根據(jù)公式（2 )將其分力lj轉換到YUV顏色間，得到y(tǒng)right_avg， Uright_avg , Vright_avg萍Dydown-avg , Udown_avg , Vdown_avg ;
[0042] h)當滿足公式(6)所示的條件時，認為點pright和?(1_均為黑色，執(zhí)行步驟i;否則結 束本次判斷，認為根據(jù) Pl未檢測到黑灰嵌套色塊，？1更新為下一個點，執(zhí)行步驟11;
[0043]
(6)
[0044] i)以點Pright為生長起始種子點，根據(jù)公式（11)所示的生長規(guī)則，分別向上、下2個 方向進行線性生長；以Pd_為起始點，根據(jù)公式（11)所示的生長規(guī)則，分別向左、右2個方向 進行線性生長；結束生長后，得到四個方向的邊界，從而得到黑色區(qū)域B blac；k(ple3ft_up， Pright-bottom)，以 ^^Wblack矛口高hblack，中，Pleft-up -( Xblack left , yblack up) jPright bottom - (Xblack-right Jblack-bottom);在比色卡上，灰色區(qū)域被包含在黑色區(qū)域內，因此Pleft-up和 Pright+bottom為左上角黑灰色塊左上角和右下角頂點坐標。
[0045] 進一步的，所述步驟11中，所述判斷左上角色塊是否是白灰嵌套色塊Bwhlte_grey，其 具體步驟與黑灰嵌套色塊的判斷步驟類似，區(qū)別僅在于，在步驟h)中，當滿足公式(8)所示 的條件時，認為點Pright和pd_均為白色；
[0046
(8)
[0047] 進一步的，所述步驟16中所述檢測彩色色塊是否準確出現(xiàn)在比色卡的相應位置， 具體包括如下步驟：
[0048] a)對于圖像I中每個彩色色塊區(qū)域，將彩色色塊區(qū)域的中心點作為色塊判斷起始 點Pseed_C，i十算種子點Pseed_C周圍 5 X 5區(qū)域的R，G，B均值ravg_C，gavg_C，bavg_C ;
[0049] b)根據(jù)公式(9)，把~以4__。，1^以轉換到!^顏色空間中，得到11_』，^8』， v avg_c。其中，max和min分別為ravg_c，gavg_c，bavg_c中的最大值和最小值：
[0050]
(9)
[005? ] c)將根據(jù)公式（3)計算得到的（yshift，ushift，vshift)轉換至HSV顏色空間（hshift， Sshift, Vshift)，中：
[0052]
(ΙΟ)
[0053] 在HSV顏色空間中，判斷havg_c前是否滿足對應色塊的顏色條件。如果滿足，則執(zhí)行 步驟d);否則，認為未能定位該彩色色塊，同時認為根據(jù)點 ？1未檢測到比色卡，結束本次判 斷，將點Pl更新為下一個點后執(zhí)行步驟11;
[0054] d)以點pseed_c為生長起始點，根據(jù)公式（11)的生長規(guī)則，分別向上、下、左、右4個方 向進行線性生長;找出彩色色塊的4個方向的邊界，確定彩色色塊區(qū)域Bcolor，以及寬Wcolor和 高hcolor 〇
[0055] 進一步的，所述步驟17的具體步驟如下：
[0056] a)根據(jù)比色卡左上角色塊區(qū)域Blu，以及其寬WLU和高hLU，利用公式（19)得到比色卡 左下角色塊的灰色區(qū)域的中心點?1^1^(11^1^，7〇)_81^)，執(zhí)行步驟13);
[0057]
(19)
[0058] (XLLUeftJLLLtop)為位于比色卡左上角色塊的左上角頂點的坐標；
[0059] (見114咖，7[0。廿《)為比色卡左上角色塊的右下角頂點的坐標；
[0060] b)將pLD_grey設為色塊判斷起始點，作為用來判斷左下角色塊是否是黑灰嵌套色塊 或白灰嵌套色塊，同時，根據(jù)比色卡在圖像I中的方