一種折返連續型多模式高光譜成像系統的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種折返連續型多模式高光譜成像系統，由固定支撐件、傳送控制模塊、光源模塊、光譜成像模塊和控制與數據處理中心模塊組成。該高光譜多模式成像系統可以實現點散射、反射、透射和交互作用成像模式，從而實現待測樣本多種質量與安全指標的同時獲取，為試驗研究和工業生產提供更加精準的決策。此外，通過更換光源可以實現熒光高光譜成像技術，結合顯微成像技術還能實現折返連續型多模式高光譜顯微成像系統。在該發明的基礎上，采用頻閃光源或半導體蝕刻多光譜芯片可以構建對應的多光譜成像系統，滿足工業上高通量檢測的需求。
【專利說明】
一種折返連續型多模式高光譜成像系統
技術領域
[0001]本發明涉及高光譜成像檢測技術，更具體地說是涉及一種新型的折返連續型多成像模式的高光譜系統。
【背景技術】
[0002]高光譜成像技術由于可以獲得圖和譜兩方面的豐富信息，因此近些年在農業(Kandpal, et al., Sensors and Actuators B-chemical, 2016, 229: 534-544)、食品(Kamruzzaman, et al., Meat Science, 2016, 116: 110-117)、藝術(Mounier, et al.,Color Research and Applicat1n, 2016, 41: 302-307)和醫學(Nie，et al., Journalof B1medical Optics, 2013，18(9)，文獻號:096001)等領域得到了廣泛應用。
[0003]但是，目前很多高光譜成像系統都采用單模式成像技術進行研究或應用。高光譜反射成像技術由于結構簡單，現較多已申請的發明專利(申請號:201010117612.0)和已報道的實際應用(申請號:201310362936.4)都是基于該成像模式。其他高光譜成像模式，如(漫)透射、交互作用成像、點散射、熒光成像等模式應用較少。然而，不同的成像模式可以獲得檢測樣本不同層次和不同層面的信息，將不同成像模式相結合進行研究或應用可以獲得待檢測樣本更多的信息，從而提高準確率和精確率。比如，在實際應用中，結合高光譜反射和透射成像模式可以分別獲取待檢測樣本的淺表面和內部信息，這在藍莓的研究中已經得至丨J應用(Leiva-Valenzuela，et al., Innovative Food Science & EmergingTechnologies, 2014, 24: 2-13; Hu, et al., Postharvest B1logy and Technology,2015，106: 1-10)。同時，也已有高光譜反射、交互作用和漫透射模式相結合的成像系統，但是現報道的這個三模式結合的系統是間歇非連續式的(Hu, et al., PostharvestB1logy and Technology, 2016，115: 122-131)，這種非連續型的三模式高光譜系統在實驗室使用時會帶來較大的工作量，更不適用于實際生產應用。目前，將四種及四種以上的高光譜成像模式整合到一個系統中，進行連續性成像的研究還未見有報道。
【發明內容】
[0004]為了解決現有技術中存在的缺陷，本發明的目的是提供一種折返連續型的多成像模式高光譜成像系統，通過該系統就能實現生產流水線中的多個質量和安全指標的同時獲取。
[0005]實現本發明目的的具體技術方案是:
一種折返連續型多模式高光譜成像系統，特點是該系統包括固定支撐件、傳送控制模塊、光源模塊、光譜成像模塊和控制與數據處理中心模塊，其中:
a)所述固定支撐件包括機架、平板、支架、橫梁、固定板、可調節支架和連接橫梁，平板固定于機架上;支架上設有滑槽，并對稱設于平板兩側;兩支架頂部固定有連接橫梁，連接橫梁上設有固定板;橫梁設于固定板上;可調節支架設于平板底部。
[0006]b)所述傳送控制模塊包括導軌、移動樣品臺和位移與光控傳感器，導軌設于平板上;移動樣品臺設于導軌上;位移與光控傳感器設于平板一側的前后兩端；
C)所述光源模塊包括反射線光源、點散射光源、漫透射線光源、交互作用線光源、可移動遮光板和光源發生單元，可移動遮光板設于支架的滑槽內；光源發生單元放置于機架旁，并通過光纖分別與反射線光源、點散射光源、漫透射線光源及交互作用線光源相連;漫透射線光源固定于可調節支架上;反射線光源對稱設于橫梁底部；點散射光源固定于反射線光源上;交互作用線光源設于橫梁底部;所述光源發生單元包括光源發生器及遮光板，遮光板設于光源發生器上；
d)所述光譜成像模塊為光譜成像相機或以半導體蝕刻為核心技術的多光譜成像相機，固定于橫梁上；
e)所述控制與數據處理中心模塊為PC機或其他微處理芯片，通過有線傳輸方式與光譜成像模塊進行高光譜圖像數據通訊;通過無線或有線傳輸方式與位移與光控傳感器進行數據通訊。
[0007]所述光源模塊可以是熒光或激光光源，從而實現熒光多模式高光譜成像系統。
[0008]本發明的多模式高光譜成像系統，可以結合顯微成像技術，實現微觀尺度上的多模式高光譜成像；
本發明的多模式高光譜成像系統，通過采用頻閃光源或半導體蝕刻技術可以構建相應的多光譜成像系統。
[0009]本發明的有益效果是:I)一種折返連續型多模式高光譜成像系統，為實驗室研究和生產實際應用中多指標信息獲取的高光譜成像系統的建立提供了一種解決思路，這是以往科技報道和相關文獻中沒有涉及的；2)本發明采用折返路徑的方式實現了多模式高光譜成像系統，只需要采用一個高光譜成像系統模塊，可以較大程度地降低儀器購買的成本，從而擴大該技術的使用范圍；3)除點散射模式不適用于顆粒和小塊固體樣品外，本發明適用于所有生物和非生物樣品；4)在該折返式連續型多模式高光譜成像系統的基礎上，采用頻閃光源或半導體蝕刻多光譜芯片可以構建對應的多高光譜成像系統，從而可以滿足高通量的工業在線實時監測需求;5)在該系統的基礎上，采用紫外或激光光源，可以實現熒光成像，滿足大多數基礎研究的需要;6)在該系統的基礎上，縮小系統尺寸并配合顯微成像技術，可以搭建出折返型多模式高光譜顯微成像系統，實現微觀尺度的研究和應用。
【附圖說明】
[00?0]圖1為本發明結構不意圖；
圖2為圖1的俯視圖；
圖3為圖1的左視圖；
圖4為本發明移動樣品臺位移路徑圖。
【具體實施方式】
[0011]下面結合附圖和實施例進一步說明本發明。
[0012]參閱圖1-4，本發明包括固定支撐件、傳送控制模塊、光源模塊、光譜成像模塊、控制與數據處理中心;所述固定支撐件包括機架1、平板2、支架5、橫梁7、固定板8、連接橫梁18和可調節支架13，機架I表面涂有黑色的亞光涂層;平板2的四周為不銹鋼材質并涂有黑色亞光材料，當中與移動樣品臺4等寬處為透明亞克力玻璃材質;支架5、橫梁7、固定板8和連接橫梁18用于支撐光譜成像模塊和光源模塊，可調節支架13用于漫反射線光源的位置和角度的調節，為不銹鋼材質并涂有黑色亞光材料。
[0013]傳送控制模塊包括導軌3、移動樣品臺4和位移與光控傳感器15，導軌3為不銹鋼材質并涂有黑色亞光材料;移動樣品臺4為透明亞克力玻璃材質;位移與光控傳感器15可以控制移動樣品臺4的折返路徑和切換光源模塊的開啟與關閉；傳送控制模塊的控制由控制與數據處理中心執行。
[0014]光源模塊包括反射線光源10、點散射光源12、交互作用線光源11、可移動遮光板
16、漫透射線光源14和光源發生單元，光源發生單元包括光源發生器19和遮光板20;所有的光源都在發射處加裝一塊聚光板，來增強發射光的強度。反射線光源10安裝在橫梁7上，其角度和位置都可沿著橫梁7調節;點散射光源12安裝于右側的反射線光源10上，其反射口有圓形聚光器;交互作用線光源11裝于橫梁7，其光源發射出口垂直于移動樣品臺4，可移動遮光板6置于支架5上，可阻擋大部分交互作用成像模式中所產生的多余反射光，使交互作用光占據主導;漫透射線光源14安裝于可調節支架13上，其角度和位置都可沿著該支架調節；所有成像模式的光源模塊通過光纖與光源發生單元相連，該單元中的遮光板20由控制與數據處理中心16進行協調，從而實現不同高光譜成像模式的單獨執行。
[0015]成像方式采用線掃描，獲取的圖和譜信息通過無線或有線方式傳輸到控制與數據處理中心16從而實現數據重建，再進行數據分析處理，得出最終決策。
[0016]控制與數據處理中心16用于調節各模塊功能的正常運行。
[0017]折返移動路徑為三次:第一次移動可進行點散射和交互作用兩個成像模式，第二次移動可進行反射成像模式，第三次移動可進行漫透射成像模式。成像次序及折返移動路徑可以根據實際用途調整。
[0018]實施例1
以里脊肉(豬肉)的質量與安全指標檢測為例，根據所得的綜合性品質指標將里脊肉進行分級。
[0019]參閱圖1-3，系統開始工作前，結合待測樣本的特征，手動調節可移動遮光板6、光譜成像相機9、點散射光源12、交互作用線光源11、可調節漫透射光源支架13、漫透射線光源14、位移與光控傳感器15、反射線光源10的位置及角度，使之達到最優測試條件;檢查控制與數據處理中心16，使之能夠正確運行;開啟光源發生器19進行預熱，使之工作時有穩定的光源輸出。此處，光源模塊的光源可以是齒素燈、焚光和激光光源。
[0020]參閱圖1及圖4，里脊肉置于移動樣品臺4，當移動樣品臺4移動至左邊的位移與光控傳感器15處，位移與光控傳感器15通過有線或無線傳輸方式將觸發信號輸送至控制與數據處理中心16，控制與數據處理中心16發送指令至光源發生器19和遮光片20，使之按照圖4所示的序列依次控制點散射光源12、交互作用線光源11、反射線光源10和漫透射線光源14的開啟和關閉；右邊的位移與光控傳感器15控制移動樣品臺4的折返。
[0021]參閱圖1，右邊的位移與光控傳感器15感應到該里脊肉完成四種高光譜數據的獲取后，由控制與數據處理中心16發送放行指令，使之進入后續加工或分級包裝流水線17，進行分級和產品的最后包裝。
[0022]在實際操作過程中，當生產流水線系統對檢測的準確率要求不高或需要滿足更快的檢測速度時，可以通過相關的光譜特性提取算法獲得幾個特征相應的波長，然后采用頻閃光源或以半導體蝕刻為核心技術的光譜成像相機，構建相應的多模式高光譜成像系統。
[0023]本技術領域中的普通技術人員應當認識到，以上的實施例僅是用來說明本發明的目的，而并非用作對本發明的限定，只要在本發明的實質范圍內，對以上所述實施例的變化、變型都將落在本發明的權利要求的范圍內。
【主權項】
1.一種折返連續型多模式高光譜成像系統，其特征在于該系統包括固定支撐件、傳送控制模塊、光源模塊、光譜成像模塊和控制與數據處理中心模塊，其中: a)所述固定支撐件包括機架(I)、平板(2)、支架(5)、橫梁(7)、固定板(8)、可調節支架(13)和連接橫梁(18)，平板(2)固定于機架(I)上;支架(5)上設有滑槽，并對稱設于平板(2)兩側;兩支架(5)頂部固定有連接橫梁(18)，連接橫梁(18)上設有固定板(8);橫梁(7)設于固定板(8)上;可調節支架(13)設于平板(2)底部； b)所述傳送控制模塊包括導軌(3)、移動樣品臺(4)和位移與光控傳感器(15)，導軌(3)設于平板(2)上;移動樣品臺(4)設于導軌(3)上;位移與光控傳感器(15)設于平板(2)前后兩端； c)所述光源模塊包括反射線光源(10)、點散射光源(12)、漫透射線光源(14)、交互作用線光源(11)、可移動遮光板(6)和光源發生單元，可移動遮光板(6)設于支架(5)的滑槽內；光源發生單元放置于機架(I)旁，并通過光纖分別與反射線光源(10)、點散射光源(12)、漫透射線光源(14)及交互作用線光源(11)相連;漫透射線光源(14)固定于可調節支架(13)上;反射線光源(10)對稱設于橫梁(7)底部；點散射光源(12)固定于反射線光源(10)上;交互作用線光源(11)設于橫梁(7)底部；所述光源發生單元包括光源發生器(19)及遮光板(20)，遮光板(20)設于光源發生器(19)上； d)所述光譜成像模塊為光譜成像相機或以半導體蝕刻為核心技術的多光譜成像相機(9)，固定于橫梁(7)上； e)所述控制與數據處理中心模塊(16)為PC機或其他微處理芯片，通過有線傳輸方式與光譜成像模塊進行高光譜圖像數據通訊；通過無線或有線傳輸方式與位移與光控傳感器(15)進行數據通訊。2.根據權利要求1所述的折返連續型多模式高光譜成像系統，其特征在于:所述光源模塊為齒素光、焚光、激光或頻閃光源。
【文檔編號】G01N21/01GK105928880SQ201610522953
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2016年7月6日
【發明人】胡孟晗, 李慶利
【申請人】華東師范大學