一種嬰兒大便顏色的自動(dòng)分析方法及系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于數(shù)字圖像處理技術(shù)和機(jī)器學(xué)習(xí)領(lǐng)域，具體涉及一種大便顏色的自動(dòng)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(yīng)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(gè)月對(duì)大便進(jìn)行觀察非常重要。
[0004] 所有的寶寶在出生前幾天都會(huì)排出黑色的大便，被稱為胎糞，這是完全正常的。之 后會(huì)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(dòng)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(zhǔn)確客觀的判讀大便顏色并自動(dòng)完成顏色分類，及時(shí)發(fā)現(xiàn)嬰兒在消化系統(tǒng)上健康情 況。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 為了準(zhǔn)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(dòng)分析的方法。
[0007] 為了實(shí)現(xiàn)上述任務(wù)，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案予以解決：
[0008] -種嬰兒大便顏色的自動(dòng)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(gè)彩色 色塊是否均準(zhǔn)確出現(xiàn)在比色卡的相應(yīng)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(duì)應(yīng)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(rèn)為未檢測到比色卡；
[0010] 步驟2,使用圖像熵對(duì)圖像I進(jìn)行質(zhì)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(rèn)為圖像不滿足嬰兒大便顏色分析的要求；
[0011] 步驟3:對(duì)滿足檢測要求的圖像進(jìn)行顏色校正，得到顏色校正后的圖像；
[0012] 步驟4,對(duì)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(jī)器學(xué)習(xí)的方法對(duì)多個(gè)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(jìn)行離線監(jiān)督訓(xùn)練，并利用離線監(jiān)督訓(xùn)練的結(jié)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(duì)顏色校正后的圖像計(jì)算最小歐式距 離，分析嬰兒大便圖像；
[0015] 步驟7,使用機(jī)器學(xué)習(xí)的方法，以及最小歐式距離的方法，綜合分析預(yù)處理后的圖 像，預(yù)測計(jì)算大便圖像的顏色類別。
[0016] 進(jìn)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(cè)區(qū)域隨機(jī)散布η個(gè)點(diǎn)，η取3~8,作為比色卡判斷的起始點(diǎn)； 將第i個(gè)點(diǎn)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(rèn)為根據(jù)點(diǎn) ？1未檢測到比色卡，則將比色卡判斷的起始點(diǎn) Ρ:更新為下一個(gè)點(diǎn)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h(yuǎn)LU，利用公式（13)得到比色 卡右上角灰色區(qū)域的中心點(diǎn)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(diǎn)的坐標(biāo)；（XLLLright， y uj+bott?)為比色卡左上角色塊的右下角頂點(diǎn)的坐標(biāo)；
[0021] 步驟13,將pRLLgrey設(shè)為色塊判斷起始點(diǎn)，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(jìn)入步驟14，否則認(rèn)為根據(jù)點(diǎn) ？1未檢測到比色卡，結(jié)束本次 判斷，將點(diǎn)Pi更新為下一個(gè)點(diǎn)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(duì) 應(yīng)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(gè)彩色色塊區(qū)域的中心點(diǎn)；
[0024] 步驟16,對(duì)于圖像I中每個(gè)彩色色塊區(qū)域，將彩色色塊區(qū)域的中心點(diǎn)作為色塊判斷 起始點(diǎn)，檢測圖像I中每個(gè)彩色色塊是否準(zhǔn)確出現(xiàn)在比色卡的彩色色塊的對(duì)應(yīng)位置;若6個(gè) 彩色色塊均準(zhǔn)確出現(xiàn)在比色卡的相應(yīng)位置，則執(zhí)行步驟17,否則將種子點(diǎn) Pl更新為下一個(gè) 點(diǎn)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(duì)應(yīng)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(yīng)位置的色塊類型一致，是則認(rèn)為根據(jù)點(diǎn) Pl成功檢測到比色卡，否則，將Pl更新為下一 點(diǎn)，執(zhí)行步驟11;
[0026] 進(jìn)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(diǎn)pi設(shè)為色塊判斷起始點(diǎn)，計(jì)算點(diǎn)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(diǎn)(x，y)處R，G，B的顏色值；
[0030] b)將ravg，gavg，bavg轉(zhuǎn)換到Y(jié)UV顏色空間中，得到y(tǒng)aVg，Uavg，Vavg;
[0031]
(2)
[0032] c)當(dāng)（36 < yavg < 164)and(_48 < uavg < 48)and(_48 < vavg < 48)滿足時(shí)，表示pi位于 灰色區(qū)域內(nèi)，執(zhí)行步驟d;不滿足則認(rèn)為根據(jù)?1未檢測到黑灰嵌套區(qū)域，并結(jié)束本次判斷;將 口:更新為下一個(gè)點(diǎn)然后執(zhí)行步驟11;
[0033] d)利用公式3,計(jì)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(diǎn)，分別向上、下、左、右4個(gè)方向進(jìn)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(diǎn)?[^處的1^，8顏色值；當(dāng)公式（11)中所述條件滿 足時(shí)，繼續(xù)生長;否則停止生長，認(rèn)為點(diǎn)為當(dāng)前方向上的邊界點(diǎn)；最終得到種子點(diǎn)生長的 4個(gè)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(diǎn)和右 下頂點(diǎn)的坐標(biāo)。
[0038] f)根據(jù)公式(4)、（5)定義灰色區(qū)域右側(cè)的一點(diǎn)pright(Xright，yright)和下方的一點(diǎn) 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(jì)算點(diǎn)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(zhuǎn)換到Y(jié)UV顏色間，得到y(tǒng)right_avg， Uright_avg , Vright_avg萍Dydown-avg , Udown_avg , Vdown_avg ;
[0042] h)當(dāng)滿足公式(6)所示的條件時(shí)，認(rèn)為點(diǎn)pright和?(1_均為黑色，執(zhí)行步驟i;否則結(jié) 束本次判斷，認(rèn)為根據(jù) Pl未檢測到黑灰嵌套色塊，？1更新為下一個(gè)點(diǎn)，執(zhí)行步驟11;
[0043]
(6)
[0044] i)以點(diǎn)Pright為生長起始種子點(diǎn)，根據(jù)公式（11)所示的生長規(guī)則，分別向上、下2個(gè) 方向進(jìn)行線性生長；以Pd_為起始點(diǎn)，根據(jù)公式（11)所示的生長規(guī)則，分別向左、右2個(gè)方向 進(jìn)行線性生長；結(jié)束生長后，得到四個(gè)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h(yuǎn)black，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(nèi)，因此Pleft-up和 Pright+bottom為左上角黑灰色塊左上角和右下角頂點(diǎn)坐標(biāo)。
[0045] 進(jìn)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(dāng)滿足公式(8)所示 的條件時(shí)，認(rèn)為點(diǎn)Pright和pd_均為白色；
[0046
(8)
[0047] 進(jìn)一步的，所述步驟16中所述檢測彩色色塊是否準(zhǔn)確出現(xiàn)在比色卡的相應(yīng)位置， 具體包括如下步驟：
[0048] a)對(duì)于圖像I中每個(gè)彩色色塊區(qū)域，將彩色色塊區(qū)域的中心點(diǎn)作為色塊判斷起始 點(diǎn)Pseed_C，i十算種子點(diǎn)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(zhuǎn)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(jì)算得到的（yshift，ushift，vshift)轉(zhuǎn)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(duì)應(yīng)色塊的顏色條件。如果滿足，則執(zhí)行 步驟d);否則，認(rèn)為未能定位該彩色色塊，同時(shí)認(rèn)為根據(jù)點(diǎn) ？1未檢測到比色卡，結(jié)束本次判 斷，將點(diǎn)Pl更新為下一個(gè)點(diǎn)后執(zhí)行步驟11;
[0054] d)以點(diǎn)pseed_c為生長起始點(diǎn)，根據(jù)公式（11)的生長規(guī)則，分別向上、下、左、右4個(gè)方 向進(jìn)行線性生長;找出彩色色塊的4個(gè)方向的邊界，確定彩色色塊區(qū)域Bcolor，以及寬Wcolor和 高h(yuǎn)color 〇
[0055] 進(jìn)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h(yuǎn)LU，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(diǎn)?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(diǎn)的坐標(biāo)；
[0059] (見114咖，7[0。廿《)為比色卡左上角色塊的右下角頂點(diǎn)的坐標(biāo)；
[0060] b)將pLD_grey設(shè)為色塊判斷起始點(diǎn)，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(shí)，根據(jù)比色卡在圖像I中的方