一种荧光分析仪用条码识别装置及算法的制作方法

1.本发明涉及荧光免疫分析技术领域，具体是一种荧光分析仪用条码识别装置及算法。


背景技术：

2.上世纪70年代兴起的化学发光免疫技术，发展至今已经成为一种成熟的、先进的超微量活性物质检测技术，应用范围广泛。该检测技术具有灵敏度高、特异性强、试剂价格低廉、试剂稳定且有效期（6
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18个月）、方法稳定快速、检测范围宽、操作简单自动化程度高等优点。在荧光免疫分析仪器中，试剂卡上设置有条码，用于识别不同的测试项目和批号，测试时仪器需先读取条码，再通过条码对应仪器内预先存储的项目校准信息和曲线。仪器测试加有样本和试剂的试剂卡后，将读取的测试数据带入匹配的校准曲线进行计算，从而计算出样本中某种物质的浓度。
3.当前主要的识别技术方案包括：1. 通过条码扫描仪（一维或二维）进行扫描识别，成本高；2. 通过仪器自带的光学组件进行扫描，因条码与试剂卡扫描窗分布在试剂卡不同位置，需要较大的行程，仪器尺寸大，同时，工作时需要分别两次操作（扫描试剂窗和条码），耗时较长。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于克服上述背景技术中提出的问题，提供了一种荧光分析仪用条码识别装置及算法，该条码识别装置及算法通过结构设计，搭配仪器自身的运动机构，在读取试剂卡测试数据的同时，完成条码的扫描和识别，降低成本，体积小，耗时短。
5.本发明的目的主要通过以下技术方案实现：一种荧光分析仪用条码识别装置，包括动力机构、试剂卡和光电传感器及电路板，所述动力机构和试剂卡连接，且试剂卡在动力机构作用下直线移动，光电传感器及电路板位于试剂卡移动轨迹上方。目前在荧光免疫分析仪器中，试剂卡上设置有条码，条码事先编码好，内部含有相应的信息，便于后期用于识别不同的测试项目和批号，在进行测试时仪器需先读取条码，再通过条码对应仪器内预先存储的项目校准信息和曲线。仪器测试加有样本和试剂的试剂卡后，将读取的测试数据带入匹配的校准曲线进行计算，从而计算出样本中某种物质的浓度。
6.而当前主要的识别技术方案包括：1. 通过条码扫描仪（一维或二维）进行扫描识别，这种识别方式成本高，而且每次转换时间长，工作量大；2. 通过仪器自带的光学组件进行扫描，因条码与试剂卡扫描窗分布在试剂卡不同位置，需要较大的行程，仪器尺寸大，同时，工作时需要分别两次操作（扫描试剂窗和条码），耗时较长，增加了工作量。
7.本方案则是采用运动结合的方式，将动力机构和试剂卡连接，且试剂卡在动力机构作用下直线移动，而光电传感器及电路板位于试剂卡移动轨迹上方，能够对移动的试剂卡经过其下方时进行条码数据的识别，利用性价比高的反射式光电式检测传感器及配套算法，搭配仪器自身的运动机构，在读取试剂卡测试数据的同时，完成条码的扫描和识别，本方案是采用一步识别到位，整个工序由于只采用一次操作，相对而言耗时短，同时行程短，这样装置的尺寸小，而且识别成本低，有利于推广。
8.进一步地，在动力机构的输出轴上连接有运动支架，且运动支架能够在动力机构的作用下进行直线移动，试剂卡和运动支架连接。本发明的动力机构优选为丝杠电机，利用丝杠电机将转到转换为直线运动。动力机构和试剂卡本身没有直接连接，通过运动支架连接，运动支架作为动力机构和试剂卡之间的连接部件，其套在丝杠电机的丝杠上，形成丝杠螺母副，通过丝杠电机的转动，运动支架沿着丝杠形成直线运动，从而带动试剂卡直线移动。
9.进一步地，为了实现移动的准确性，还包括导向轴，所述运动支架套在导向轴上，运动支架能够沿着导向轴的轴线方向移动。导向轴作为限定运动支架移动轨迹，防止丝杠电机的工作时产生抖动，影响运动轨迹，出现识别误差。
10.进一步地，为了限定试剂卡移动时的方向，进行导向和限位，还包括导向支架，所述试剂卡设置在导向支架上，并且试剂卡能够在导向支架上沿着导向支架进行移动。试剂卡通过导向支架进行导向和限位，从而移动准确，通过光电传感器及电路板时稳定，能够最佳识别出二维码。光电传感器及电路板一端可以和导向支架固定。
11.通过动力机构带动试剂卡运动过程中试剂卡的条码依次经过光电传感器及电路板完成条码的扫描，配合后端采集电路输出信号波形图，其中横轴为扫描的点数
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对应宽度坐标，纵轴为反射光强度
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对应黑白条码，黑色为波峰，白色为波谷；波峰中心表示发射光光斑位于黑色条码中心，波谷中心表示发射光光斑位于白色条码中心，波峰和波谷中间对应的曲线表示光斑一半位于白色，一半位于黑色；通过曲线确定波峰波谷对应光强度（ad值）和对应的位置坐标；设定a点为波形图中曲线最后一个波谷点，b点为第一个波峰点，波峰和波谷对应的ad值通过找在此段区域内的最小和最大值即得出，进而得出最大和最小值对应的坐标值；波峰波谷的确定：通过相邻的波峰和波谷的ad值，计算两者中间的点h1的ad值：adh1=(ada adb)/2若adb>adh1，则为波峰，若adb<adh1，则为波谷；条码宽度的计算：计算时，通过曲线先确定a点的光强度值（ada值）和横轴坐标xa，再确定b点的光强度（adb值）和横轴坐标xb，从而计算出a点和b点中心h1的adh1值，根据此ad值在曲线上对应找到h1点对应的横坐标xh1；w1’=xh1
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xb，w1’表示第一个黑色条码宽度的一半，通过w1’即确定第一个黑色条码1/2的宽度；同样，通过曲线确定c点的光强度值（adc值）和横轴坐标xc；
w2’=xb
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xc ，w2’表示第二个白色条码中心到第一个黑色条码中心的距离，得出w2’和w1’后即计算出第二个白色条码1/2的宽度为w2
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w1’；依此方法分别计算出各条码单元1/2对应的宽度；根据条码宽度的定义，设置固定的某一宽度代表1个标准的条码宽度，通过对计算出来的条码宽度的对比，即确定白色和黑色宽度w’对应的不同的标准条码位数，从而完成整个条码的识别；以上述方法完成条码单元宽度及波峰波谷确定后即识别出对应的条码。
12.通过上述条码识别算法能够快速且准确地识别出条码，而且由于条码与试剂卡扫描和识别位于同一窗口，整个行程短，识别时间也缩短，同时能够避免二次移动造成识别不准确，这种识别算法能够保证了结果准确性，将读取的测试数据带入匹配的校准曲线进行计算，从而计算出样本中某种物质的浓度更加准确。
13.综上，本发明与现有技术相比具有以下有益效果：本发明通过搭配仪器自身的运动机构，在读取试剂卡测试数据的同时，完成条码的扫描和识别，整个操作过程简便，而且扫描和识别的准确度高，由于行程缩短，整个装置体积小，扫描和识别同窗口进行，缩短等待时间，从而耗时短，降低了成本。
附图说明
14.此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本技术的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：图1为本发明的结构示意图；图2为本发明组装示意图；图3为其中一个条码示意图；图4为其中一根扫描曲线的示意图；图5为具体实施例1的举例计算示意图。
15.附图中的附图标记所对应的名称为：1
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动力机构，2
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运动支架，3
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导向轴，4
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试剂卡，5
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导向支架，6
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光电传感器及电路板，7
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条码，8
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安装架，9
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安装支架。
具体实施方式
16.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
17.实施例：如图1和图2所示，一种荧光分析仪用条码识别装置，其硬件结构包括动力机构1、运动支架2、导向轴3、试剂卡4、导向支架5和光电传感器及电路板6，动力机构1优选为丝杠电机。动力机构1安装在电机支架上，为了保证装置部件之间的安装定位，还设置有安装架8，电机支架与安装架8固定，安装架8的两端突出形成安装板，丝杠电机的丝杠与最远端的安装板连接，并且丝杠能够绕着自身轴线转动，导向轴3位于安装板之间，导向轴3的两端分别与安装板固定，运动支架2位于安装板之间，运动支架2同时套在丝杠和导向轴3上，运动支架2和丝杠形成丝杠螺母副，能够随着丝杠转动而沿着丝杠轴线移动，同时运动支架2能
够沿着导向轴3的轴线移动，实现限位和导向。运动支架2能够在动力机构1的作用下进行直线移动，试剂卡4安装在安装支架9上，安装支架9作为支撑试剂卡4的部件，导向支架5安装在安装支架9的顶面上，试剂卡4设置在导向支架5内部，并且试剂卡4能够在导向支架5上沿着导向支架5进行移动，导向支架5作为限定试剂卡4移动轨迹的部件。光电传感器及电路板6一端与安装支架9连接，试剂卡4移动时能够和条码7穿过光电传感器及电路板6下方进行扫描和识别。
18.丝杠电机带动运动支架2来回运动，推动试剂卡4沿导向支架5运动，试剂卡4运动过程中条码将依次经过光电传感器及电路板6，经过后即可完成条码的扫描，配合后端采集电路可输出如下图所示的信号波形图。光电传感器及电路板6具备光线发射单元和接受的接收单元，发射单元发出的光照在黑白分明的条码上，条码将对光产生不同的反射效果，反射后的光被接收单元接收，配合后端电路可完成光电转换和输出，产生条码对应的扫描波形图。
19.通过动力机构带动试剂卡运动过程中试剂卡的条码依次经过光电传感器及电路板完成条码的扫描，配合后端采集电路输出信号波形图。
20.其识别原理为：条码按2进制规则进行编码，黑色表示1，白色表示0，通过扫描曲线识别出1和0，以及对应的各位即可对条码进行识别。如图3条码表示（101010101010101011），其中第一位为起始位，始终为黑色。
21.如图4所示曲线，其中横轴为扫描的点数（对应宽度坐标），纵轴为反射光强度（对应黑白条码），黑色为波峰，白色为波谷。
22.波峰中心表示发射光光斑位于黑色条码中心，波谷中心表示发射光光斑位于白色条码中心，波峰和波谷中间对应的曲线表示光斑一半位于白色，一半位于黑色。
23.通过曲线可确定波峰波谷对应光强度（ad值）和对应的位置坐标。
24.设定a点为波形图中曲线最后一个波谷点，b点为第一个波峰点，波峰和波谷对应的ad值通过找在此段区域内的最小和最大值即得出，进而可得出最大和最小值对应的坐标值。
25.波峰波谷的确定：通过相邻的波峰和波谷的ad值，可计算两者中间的点h1的ad值：adh1=(ada adb)/2若adb>adh1，则为波峰，若adb<adh1，则为波谷；条码宽度的计算：计算时，通过曲线先确定a点的光强度值（ada值）和横轴坐标xa，再确定b点的光强度（adb值）和横轴坐标xb，从而计算出a点和b点中心h1的adh1值，根据此ad值在曲线上对应找到h1点对应的横坐标xh1；w1’=xh1
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xb，w1’表示第一个黑色条码宽度的一半，通过w1’即确定第一个黑色条码1/2的宽度。
26.同样，通过曲线确定c点的光强度值（adc值）和横轴坐标xc；w2’=xb
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xc ，w2’表示第二个白色条码中心到第一个黑色条码中心的距离，得出w2’和w1’后即计算出第二个白色条码1/2的宽度为w2
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w1’；依此方法分别计算出各条码单元1/2对应的宽度；根据条码宽度的定义，可设置固
定的某一宽度代表1个标准的条码宽度，通过对计算出来的条码宽度的对比，即可确定白色和黑色宽度w’对应的不同的标准条码位数，从而可完成整个条码的识别。
27.以上述方法完成条码单元宽度及波峰波谷确定后即可识别出对应的条码。
28.如图5所示，定义22个点的宽度为1个单位条码的宽度，则0.5个单位条码的宽度范围为0
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16，1个单位条码的宽度范围为16
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27，1.5个单位条码的宽度范围为27
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38，2个单位条码的宽度范围为38
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49，依次类推。根据算法计算出每个条码单元对应的宽度如下：通过曲线可确定a点和b点的ad值和横坐标为：ada=2286，xa=459，adb=2464，xb=442，adh1=(2286 2464)/2=2375；从曲线中可以找出xh1=452；同时，ada＜adh1,adb＞adh1,则a为波谷，b为波峰；w1’=xh1
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xb=10，则第一个黑色条码（1）宽度的1/2为0.5个标准条码宽度，即为1个黑色条码。
29.通过曲线可确定c点的ad值和横坐标为：adc=2238，xc=424，adh2=(2238 2464)/2=2351；则可判断b为波峰，c为波谷；w2’=xb
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xc=18,则第二个白色条码（0）宽度的1/2为w2
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w1’=8，通过对应标准宽度可知其表示0.5个标准条码宽度，即第二个白色条码为1个白色条码。
30.依次往后计算即可计算出整个条码所对应的标准条码个数，从而完成条码计算和解析。
31.通过上述条码识别算法能够快速且准确地识别出条码，而且由于条码与试剂卡扫描和识别位于同一窗口，整个行程短，识别时间也缩短，同时能够避免二次移动造成识别不准确，这种识别算法能够保证了结果准确性，将读取的测试数据带入匹配的校准曲线进行计算，从而计算出样本中某种物质的浓度更加准确。
32.以上的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。