本發(fā)明屬于光譜檢測技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種幾何參數(shù)連續(xù)可調(diào)的室內(nèi)高光譜檢測裝置。

背景技術(shù)：

高光譜成像檢測技術(shù)是采用成像光譜儀，在光譜波長200-2500nm范圍內(nèi)利用數(shù)十或數(shù)百個(gè)光譜波段對(duì)目標(biāo)物體進(jìn)行連續(xù)成像，同時(shí)獲取目標(biāo)物體的二維圖像信息和一維光譜信息，以實(shí)現(xiàn)物質(zhì)成分的快速檢測與分析。

當(dāng)前，目標(biāo)物體的高光譜數(shù)據(jù)獲取手段主要包含三種方式：室內(nèi)檢測、室外采集和航空航天遙感。其中室內(nèi)檢測裝置獲取的環(huán)境(光照、大氣擾動(dòng)等因素)比室外更穩(wěn)定、觀測結(jié)果的重復(fù)性和穩(wěn)定性更好，因此獲得了廣泛應(yīng)用。然而，目前室內(nèi)高光譜檢測裝置由于存在幾何參數(shù)無法連續(xù)調(diào)節(jié)，以及單一鹵素?zé)魺o法實(shí)現(xiàn)對(duì)立體目標(biāo)的充分照明和多角度信號(hào)采集等問題，導(dǎo)致其適應(yīng)性較差，檢測精度不高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明的目的在于提供了一種幾何參數(shù)連續(xù)可調(diào)的室內(nèi)高光譜檢測裝置，由此解決現(xiàn)有的室內(nèi)高光譜檢測裝置由于存在幾何參數(shù)無法連續(xù)調(diào)節(jié)，以及單一鹵素?zé)魺o法實(shí)現(xiàn)對(duì)立體目標(biāo)的充分照明和多角度信號(hào)采集等問題，導(dǎo)致其適應(yīng)性較差，檢測精度不高的技術(shù)問題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種幾何參數(shù)連續(xù)可調(diào)的室內(nèi)高光譜檢測裝置，包括：高光譜相機(jī)(10)、高光譜滑塊座(6)、高光譜滑軌(9)、角度定位盤、電動(dòng)位移平臺(tái)(15)、遮光罩(17)和處理模塊(18)；

其中，所述角度定位盤包括第一鹵素?zé)?1)、第一滑塊座(4)、第一滑軌(5)、第二鹵素?zé)?14)、第二滑塊座(12)以及第二滑軌(13)；

所述高光譜相機(jī)(10)通過所述高光譜滑塊座(6)安裝在豎直放置的高光譜滑軌(9)上；所述第一鹵素?zé)?1)通過所述第一滑塊座(4)安裝在所述第一滑軌(5)上，所述第二鹵素?zé)?14)通過所述第二滑塊座(12)安裝在所述第二滑軌(13)上，且所述第一鹵素?zé)?1)與所述第二鹵素?zé)?14)位于所述高光譜相機(jī)(10)的兩側(cè)，所述電動(dòng)位移平臺(tái)(15)位于所述高光譜相機(jī)(10)的正下方，所述處理模塊(18)與所述高光譜相機(jī)(10)和所述電動(dòng)位移平臺(tái)(15)相連，所述遮光罩(17)將除所述處理模塊(18)外的所有組成模塊罩住以提供暗室效果；

所述高光譜相機(jī)(10)，用于采集檢測對(duì)象的高光譜數(shù)據(jù)；

所述第一鹵素?zé)?1)與所述第二鹵素?zé)?14)，用于為所述檢測對(duì)象提供多角度照明；

所述角度定位盤，用于分別調(diào)節(jié)所述第一鹵素?zé)?1)和所述第二鹵素?zé)?14)的入射角；

所述電動(dòng)位移平臺(tái)(15)，用于驅(qū)動(dòng)所述檢測對(duì)象從所述高光譜相機(jī)(10)下方通過；

所述處理模塊(18)，用于控制所述電動(dòng)位移平臺(tái)(15)的運(yùn)動(dòng)速度以及對(duì)所述高光譜相機(jī)采集的所述高光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行處理得到所述檢測對(duì)象的物質(zhì)成分及其含量。

優(yōu)選地，所述角度定位盤還包括：第一螺紋鎖緊機(jī)構(gòu)(2)、量角盤(3)、第二螺紋鎖緊機(jī)構(gòu)(11)、第一指針(19)、第二指針(20)和鉸接孔(21)；

所述第一鹵素?zé)?1)安裝在所述第一滑塊座(4)上，所述第一滑塊座(4)能夠在所述第一滑軌(5)上自由移動(dòng)，并通過所述第一螺紋鎖緊機(jī)構(gòu)(2)固定位置，所述第一滑軌(5)的一側(cè)安裝在所述量角盤(3)的所述鉸接口(21)上，另一側(cè)指向圓弧邊，所述第一滑軌(5)靠近所述量角盤(3)的地方安裝有所述第一指針(19)，所述第一指針(19)指向刻度線所標(biāo)定的角度值即為所述第一鹵素?zé)?1)的入射角度；

所述第二鹵素?zé)?14)安裝在所述第二滑塊座(12)上，所述第二滑塊座(12)能夠在所述第二滑軌(13)上自由移動(dòng)，并通過所述第二螺紋鎖緊機(jī)構(gòu)(11)固定位置，所述第二滑軌(13)的一側(cè)安裝在所述量角盤(3)的所述鉸接口(21)上，另一側(cè)指向圓弧邊，所述第二滑軌(13)靠近所述量角盤(3)的地方安裝有所述第二指針(20)，所述第二指針(20)指向刻度線所標(biāo)定的角度值即為所述第二鹵素?zé)?14)的入射角度。

優(yōu)選地，所述高光譜滑軌(9)和所述量角盤(3)豎直安裝在光學(xué)平臺(tái)上，并且所述高光譜滑軌(9)位于所述量角盤(3)背部預(yù)設(shè)距離處。

優(yōu)選地，所述第一滑軌(5)和所述第二滑軌(13)分別位于所述高光譜滑軌(9)的兩側(cè)并且所述第一滑軌(5)與所述第二滑軌(13)的長度均大于所述量角盤(3)圓弧邊的半徑。

優(yōu)選地，所述角度定位盤能夠?qū)λ龅谝畸u素?zé)?1)和所述第二鹵素?zé)?14)的入射角度實(shí)現(xiàn)0～1/2πrad范圍內(nèi)的調(diào)節(jié)。

總體而言，本發(fā)明方法與現(xiàn)有技術(shù)方案相比，能夠取得下列有益效果：

(1)本發(fā)明最突出的技術(shù)特點(diǎn)是采用了角度定位盤和高光譜滑軌使得該裝置的幾何參數(shù)連續(xù)可調(diào)，可獲得待測樣品的最佳幾何參數(shù)的精準(zhǔn)設(shè)置，從而可有效提高高光譜相機(jī)采集到的信號(hào)質(zhì)量。

(2)本發(fā)明第二個(gè)突出的技術(shù)特點(diǎn)是采用了對(duì)稱的兩個(gè)鹵素照明燈，并配備了角度定位盤，通過角度定位盤可分別調(diào)節(jié)兩個(gè)鹵素?zé)舻恼丈涓叨群腿肷浣嵌龋瑥亩蓪?duì)立體目標(biāo)實(shí)現(xiàn)多角度照明，提高其檢測精度。

(3)本發(fā)明第三個(gè)突出的技術(shù)特點(diǎn)是采用模塊化設(shè)計(jì)，方便拆卸與更換。

(4)本發(fā)明可替代現(xiàn)有的室內(nèi)高光譜成像檢測裝置進(jìn)行高光譜數(shù)據(jù)的采集與分析，可以應(yīng)用于食品安全、農(nóng)業(yè)監(jiān)測、病原體檢測、醫(yī)療診斷等諸多領(lǐng)域。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例公開的一種幾何參數(shù)連續(xù)可調(diào)的室內(nèi)高光譜檢測裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例公開的一種幾何參數(shù)連續(xù)可調(diào)的室內(nèi)高光譜檢測裝置中角度定位盤的結(jié)構(gòu)示意圖。

在所有附圖中，相同的附圖標(biāo)記用來表示相同的元件或結(jié)構(gòu)，其中：1第一鹵素?zé)簦?第一螺紋鎖緊機(jī)構(gòu)，3量角盤，4第一滑塊座，5第一滑軌，6高光譜滑塊座，7手輪，8鎖緊機(jī)構(gòu)，9高光譜滑軌，10高光譜相機(jī)，11第二螺紋鎖緊機(jī)構(gòu)，12第二滑塊座，13第二滑軌，14第二鹵素?zé)簦?5電動(dòng)位移平臺(tái)，16方盤，17遮光罩，18處理模塊，19第一指針，20第二指針，21鉸接口。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個(gè)實(shí)施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。

本發(fā)明提供了一種幾何參數(shù)連續(xù)可調(diào)的室內(nèi)高光譜檢測裝置，可用于不同物質(zhì)成分的無損快速檢測，該裝置不僅可以實(shí)現(xiàn)幾何參數(shù)的連續(xù)可調(diào)，而且能對(duì)目標(biāo)物體實(shí)現(xiàn)多角度照明，以獲取高質(zhì)量的室內(nèi)高光譜信息。

如圖1所示為本發(fā)明實(shí)例公開的一種幾何參數(shù)連續(xù)可調(diào)的室內(nèi)高光譜檢測裝置，包括高光譜相機(jī)10、第一鹵素?zé)?、第二鹵素?zé)?4、角度定位盤、電動(dòng)位移平臺(tái)15、遮光罩17和處理模塊18；

高光譜相機(jī)(10)通過高光譜滑塊座6安裝在豎直放置的高光譜滑軌9上，高光譜滑塊座6可在高光譜滑軌9上自由移動(dòng)，并設(shè)有能將高光譜滑塊座6固定在高光譜滑軌9上的鎖緊機(jī)構(gòu)8；

第一鹵素?zé)?通過第一滑塊座4安裝在第一滑軌5上，第一滑塊座4可在第一滑軌5上自由移動(dòng)，并設(shè)有能將第一滑塊座4固定在第一滑軌5上的第一螺紋鎖緊機(jī)構(gòu)2；

第二鹵素?zé)?4通過第二滑塊座12安裝在第二滑軌13上，第二滑塊座12可在第二滑軌13上自由移動(dòng)，并設(shè)有能將第二滑塊座12固定在第二滑軌13上的第二螺紋鎖緊機(jī)構(gòu)11；

第一鹵素?zé)?、第二鹵素?zé)?4分別位于高光譜相機(jī)10的兩側(cè)，電動(dòng)位移平臺(tái)15位于高光譜相機(jī)10的正下方，角度定位盤用于分別調(diào)節(jié)第一鹵素?zé)?和第二鹵素?zé)?4的入射角，處理模塊18與高光譜相機(jī)10和電動(dòng)位移平臺(tái)15相連，遮光罩17將除處理模塊18外的所有組成模塊罩住以提供暗室效果。

高光譜相機(jī)10用于采集檢測對(duì)象的高光譜數(shù)據(jù)；第一鹵素?zé)?與第二鹵素?zé)?4用于為檢測對(duì)象提供多角度照明；角度定位盤，用于分別調(diào)節(jié)第一鹵素?zé)?和第二鹵素?zé)?4的入射角；電動(dòng)位移平臺(tái)15用于驅(qū)動(dòng)檢測對(duì)象從高光譜相機(jī)10下方通過；處理模塊18用于控制電動(dòng)位移平臺(tái)15的運(yùn)動(dòng)速度以及對(duì)高光譜相機(jī)采集的高光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行處理得到檢測對(duì)象的物質(zhì)成分及其含量。

如圖2所示，角度定位盤包括第一鹵素?zé)?、第一螺紋鎖緊機(jī)構(gòu)2、量角盤3、第一滑塊座4、第一滑軌5、第二螺紋鎖緊機(jī)構(gòu)11、第二滑塊座12、第二滑軌13、第二鹵素?zé)?4、第一指針19、第二指針20和鉸接孔21。

量角盤3的一側(cè)邊為圓弧邊，另一側(cè)邊為直邊，并且鉸接口21位于圓弧邊的圓心處，刻度線位于量角盤3圓弧邊一側(cè)。第一鹵素?zé)?安裝在第一滑塊座4上，第一滑塊座4可在第一滑軌5上自由移動(dòng)，并通過第一螺紋鎖緊機(jī)構(gòu)2固定位置，第一滑軌5的一側(cè)安裝在量角盤3的鉸接口21上，另一側(cè)指向圓弧邊，并且第一滑軌5的長度大于圓弧邊的半徑，第一滑軌5靠近量角盤3的地方安裝有第一指針19，第一指針19指向刻度線所標(biāo)定的角度值即為第一鹵素?zé)?的入射角度；同樣，第二鹵素?zé)?4安裝在第二滑塊座12上，第二滑塊座12可在第二滑軌13上自由移動(dòng)，并通過第二螺紋鎖緊機(jī)構(gòu)11固定位置，第二滑軌13的一側(cè)安裝在量角盤3的鉸接口21上，另一側(cè)指向圓弧邊，并且第二滑軌13的長度大于圓弧邊的半徑，第二滑軌13靠近量角盤3的地方安裝有第二指針20，第二指針20指向刻度線所標(biāo)定的角度值即為第二鹵素?zé)?4的入射角度。高光譜相機(jī)10安裝在高光譜滑軌9上，手輪7用于調(diào)節(jié)高光譜相機(jī)10的高度，并由鎖緊機(jī)構(gòu)8固定位置。方盤16安放在電動(dòng)位移平臺(tái)15上，并位于高光譜相機(jī)10的正下方。電動(dòng)位移平臺(tái)15和高光譜相機(jī)10與處理模塊18相連，遮光罩將除處理模塊18外的所有組成模塊罩住以提供暗室效果。

本發(fā)明設(shè)計(jì)的一種室內(nèi)高光譜檢測裝置的工作原理是：將檢測對(duì)象置于方盤16上，通過處理模塊18驅(qū)動(dòng)電動(dòng)位移平臺(tái)15使檢測對(duì)象位于高光譜相機(jī)10的一側(cè)，通過角度定位盤分別調(diào)節(jié)第一鹵素?zé)?和第二鹵素?zé)?4的入射角度使檢測對(duì)象得到充分照明，再對(duì)高光譜相機(jī)10進(jìn)行校正后，通過處理模塊18驅(qū)動(dòng)電動(dòng)位移平臺(tái)15使檢測對(duì)象勻速通過高光譜相機(jī)10的下方，高光譜相機(jī)10采集檢測對(duì)象的高光譜數(shù)據(jù)并傳輸?shù)教幚砟K18中，最后通過envi軟件顯示和分析。通過對(duì)現(xiàn)有室內(nèi)高光譜檢測裝置的改進(jìn)，采用兩個(gè)鹵素?zé)舨⑼ㄟ^角度定位盤來分別調(diào)節(jié)第一鹵素?zé)?和第二鹵素?zé)?4的入射角度，使得檢測對(duì)象得到多角度照明，提高了檢測精度。

高光譜滑軌9和量角盤3豎直安裝在光學(xué)平臺(tái)上，并且高光譜滑軌9位于量角盤3背部預(yù)設(shè)距離處，其中，預(yù)設(shè)距離可以根據(jù)實(shí)際需要確定。

第一滑軌5和第二滑軌13分別位于高光譜滑軌9的兩側(cè)，并且第一滑軌5與第二滑軌13的長度均大于量腳盤3圓弧邊的半徑。

第一鹵素?zé)?和第二鹵素?zé)?4相同，波段為380nm-2500nm，并且第一鹵素?zé)?、第二鹵素?zé)?4的入射方向和高光譜相機(jī)10的采集方向的延長線交于一點(diǎn)。

角度定位盤可對(duì)第一鹵素?zé)?和第二鹵素?zé)?4的入射角度實(shí)現(xiàn)0～1/2πrad范圍內(nèi)的調(diào)節(jié)。

現(xiàn)以檢測蘋果表面淤傷為例來說明本發(fā)明所述高光譜檢測裝置的使用流程，具體操作步驟如下：

(1)裝置的幾何參數(shù)設(shè)置：首先，根據(jù)蘋果的直徑大小設(shè)置高光譜相機(jī)10的高度，使高光譜相機(jī)10的視場角正好覆蓋蘋果表面。高光譜相機(jī)10的高度由下式給出。

式中，s為高光譜相機(jī)10高度；

f為高光譜相機(jī)鏡頭的焦距；

h為蘋果的直徑；

h為高光譜相機(jī)10中ccd的高度；

再依據(jù)公式(2)調(diào)節(jié)第一鹵素?zé)?和第二鹵素?zé)?4的照射高度和入射角度，使蘋果被充分照明。

式中，l1為第一鹵素?zé)?或第二鹵素?zé)?4的照射高度；

l2為第一鹵素?zé)?或第二鹵素?zé)?4端面光束出射方向的反向延長線的虛交點(diǎn)與端面的距離；

s2為第一鹵素?zé)?或第二鹵素?zé)?4端面的面積；

s1為蘋果的半球面面積；

(2)高光譜相機(jī)10的參數(shù)設(shè)置：首先打開第一鹵素?zé)?或第二鹵素?zé)?4，通過處理模塊18驅(qū)動(dòng)電動(dòng)位移平臺(tái)15，使方盤16位于高光譜相機(jī)10的正下方。調(diào)節(jié)高光譜相機(jī)10的曝光參數(shù)使其接收到的光強(qiáng)達(dá)到高光譜相機(jī)10的飽和光強(qiáng)的85％。然后再進(jìn)行調(diào)焦。處理模塊將依據(jù)公式(5)自動(dòng)調(diào)節(jié)電動(dòng)位移平臺(tái)的速度。

高光譜相機(jī)10的幀頻和曝光時(shí)間的關(guān)系由下式給出。

framerate＝exposuretime+readouttime(3)

式中，framerate為高光譜相機(jī)10的幀頻；

exposuretime為曝光時(shí)間；

readouttime為ccd的讀取時(shí)間；

高光譜相機(jī)10的瞬時(shí)視場角和蘋果直徑之間的關(guān)系由下式給出。

式中，ifov為高光譜相機(jī)10的瞬時(shí)視場角；

nh為ccd上一列包含的像素點(diǎn)數(shù)；

于是，電動(dòng)位移平臺(tái)15的運(yùn)動(dòng)速度可由下式給出。

v＝fps×ifov(5)

式中，v為電位移平臺(tái)15的運(yùn)動(dòng)速度；

fps為高光譜相機(jī)10每秒顯示的幀數(shù)，其與幀頻的關(guān)系由下式給出。

(3)校正：高光譜相機(jī)10在采集數(shù)據(jù)之前需要經(jīng)過暗電流校正和白板校正。暗電流校正和白板校正要在相同的照明條件下進(jìn)行，一旦高光譜相機(jī)10的曝光時(shí)間或者鹵素?zé)艄庹諒?qiáng)度發(fā)生變化，都需要重新進(jìn)行校正。

(4)數(shù)據(jù)采集：打開第一鹵素?zé)?和第二鹵素?zé)?4，驅(qū)動(dòng)電動(dòng)位移平臺(tái)15使方盤16位于高光譜相機(jī)的一側(cè)，將蘋果放在方盤16上，打開高光譜相機(jī)10，并同時(shí)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)位移平臺(tái)15，使目標(biāo)物體在高光譜相機(jī)10的正下方勻速通過，高光譜相機(jī)10采集檢測目標(biāo)的高光譜數(shù)據(jù)并傳輸?shù)教幚砟K18中，最后通過envi軟件顯示和分析蘋果的淤傷部位。

(5)關(guān)閉室內(nèi)高光譜檢測裝置。完成蘋果淤傷的檢測和分析后，依次關(guān)閉第一鹵素?zé)?和第二鹵素?zé)?4、高光譜相機(jī)10、電動(dòng)位移平臺(tái)15、envi軟件和處理模塊18，對(duì)裝置的各個(gè)部件歸位，恢復(fù)裝置參數(shù)的初始設(shè)置。

其中，處理模塊18可以集成于臺(tái)式機(jī)、筆記本電腦等終端設(shè)備中。

本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。