《一種高光譜成像的光源系統》是江蘇大學於2010年3月4日申請的專利，該專利的申請號為2010101176120，公布號為CN101782505A，授權公布日為2010年7月21日，發明人是鄒小波、石吉勇、趙傑文、殷曉平、王開亮、陳正偉、黃星奕、蔡建榮、陳全勝。
《一種高光譜成像的光源系統》所述光照箱為密閉長方體，其箱體內腔分別設定線掃描相機、分光系統、電控平移台載物台及其上的被檢測物體、電控平移台絲桿、線光源箱和光敏二極體；其箱體外設定線光源控制器、電控平移台控制器和計算機；光敏二極體感應線光源光強變化並輸入反饋信號至線光源控制器，線光源箱內部具有鹵素燈，鹵素燈與線光源控制器相連。該發明不需要光纖進行傳導，消除了光照不均帶來的噪聲，增加光照均勻度和穩定性；消除由於光源使用壽命增加和外部電路不穩定引起的光強變化，抑制了信號採集過程中的基線漂移現象，提高了光源的利用率，可採集高質量、高穩定性的高光譜圖像。。
2015年12月1日，《一種高光譜成像的光源系統》獲得第九屆江蘇省專利項目優秀獎。
（概述圖為《一種高光譜成像的光源系統》摘要附圖）
基本介紹
- 中文名：一種高光譜成像的光源系統
- 公布號：CN101782505A
- 公布日：2010年7月21日
- 申請號：2010101176120
- 申請日：2010年3月4日
- 申請人：江蘇大學
- 地址：江蘇省鎮江市學府路301號
- 發明人：鄒小波、石吉勇、趙傑文、殷曉平、王開亮、陳正偉、黃星奕、蔡建榮、陳全勝
- 類別：發明專利
- 代理機構：南京知識律師事務
- 代理人：汪旭東
- Int.Cl.：G01N21/01（2006.01）、G0IN21/47（2006.01）、HO5B39/04（2006.01）
專利背景,發明內容,專利目的,技術方案,有益效果,附圖說明,權利要求,實施方式,榮譽表彰,
專利背景
高光譜成像的基本過程是由光源發出一定波段的光照射到物體表面，光在物體的表面、內部發生反射、散射、透射等變化，一部分光進入高光譜相機分光系統，被相機內部的感測器捕獲，經過光電轉換等信號處理後輸出高光譜圖像。從高光譜成像過程可以發現，光源為整個成像系統提供能量輸入，光源布置方法決定了光在物體表面反射路徑，因此光源及其布置方法是整個成像系統的關鍵組成部分。雖然高光譜成像精度高，但是獲取高質量、高穩定性的圖像必須以穩定的光源和合理的光照布局為前提。
2010年3月前，常用鹵素燈作為高光譜成像系統的光源，且獲取圖像的方式以漫反射為主。如申請號為200610097857.5、名稱為“一種高光譜成像技術檢測農畜產品的裝置和方法”的專利申請，採用鹵素燈、紫外燈為光源，獲取農畜產品的反射光圖像。申請號為200520099328.x、名稱為“一種利用高光譜圖像技術檢測水果的裝置和方法”的專利申請，高光譜圖像系統光源為鹵素燈和雷射燈，光經兩根光纖傳導後匯聚到水果表面，並在相機鏡頭前放置了會聚鏡頭。雖然上述公開的兩種裝置能夠滿足高光譜圖像獲取的基本要求，但其缺陷是：1、沒有對光源及光源布置方式進行最佳化，如鹵素燈隨著使用壽命的增加，發光效率和光強會發生變化，以及光在光纖傳導過程中的能量損失等。2、光源照射物體的方式單一，光源是同載物台平面成一定的角度的方式將光直接投射到物體上，難以保證光照均勻。
發明內容
專利目的
《一種高光譜成像的光源系統》的目的是為克服2010年3月前已有技術的不足，提出一種能最佳化的智慧型調節光照強度的高光譜成像的漫反射光源系統，獲得穩定性好的高光譜圖像。
技術方案
《一種高光譜成像的光源系統》採用的技術方案是：光照箱為密閉長方體，其箱體內腔分別設定線掃描相機、分光系統、電控平移台載物台及其上的被檢測物體、電控平移台絲桿、線光源箱和光敏二極體；其箱體外設定線光源控制器、電控平移台控制器和計算機；所述電控平移台載物台設定於光照箱下部且連線電控平移台絲桿，電控平移台絲桿連線電控平移台控制器，線光源箱設定於被檢測物體的側上方，光敏二極體設定於線光源箱附近且與線光源控制器相連，光敏二極體感應線光源光強變化並輸入反饋信號至線光源控制器；線光源箱內部具有鹵素燈，鹵素燈與線光源控制器相連；線掃描相機設定於光照箱上部以及被檢測物體的正上方位置，線掃描相機與分光系統和計算機相連。
有益效果
1、鹵素燈被直接安放線上光源箱中，不需要光纖進行傳導，避免了光在光纖傳導過程中的能量損失，同時也降低了系統成本，
2、光線上光源箱中發生漫反射後，通過縫隙投射出來的線光是均勻的，消除了光照不均帶來的噪聲，增加光照均勻度。
3、線光源控制器將交流電頻率從60赫茲增加到高頻後，線光源輸入電流與穩壓直流類似，增加了光源的穩定性。
4、線光源控制器通過光敏二極體的反饋信號可以感知線光源光強的變化，並通過調節輸入電流的大小保證線光源始終處於同一光強度，消除由於光源使用壽命增加和外部電路不穩定引起的光強變化。抑制了信號採集過程中的基線漂移現象，提高了光源的利用率，可採集高質量的、高穩定性的高光譜圖像。
附圖說明
圖1是高光譜成像光源系統的連線示意圖，
圖2是圖1中線光源箱7的結構放大圖；其中，圖2（a）為線光源箱7的外形圖，圖2（b）為線光源箱7內部鹵素燈13的布置圖。
圖3是圖1中不同頻率下交流電波形圖。
圖中：1光照箱；2線掃描相機；3分光系統；4被檢測物體；5電控平移台載物台；6電控平移台絲桿；7線光源箱；8光敏二極體；9線光源控制器；10電控平移台控制器；11計算機；12狹縫；13鹵素燈。
權利要求
1.《一種高光譜成像的光源系統》包括光照箱（1）、線光源箱（7）和鹵素燈（13），其特徵是：光照箱（1）為密閉長方體，其箱體內腔分別設定線掃描相機（2）、分光系統（3）、電控平移台載物台（5）及其上的被檢測物體（4）、電控平移台絲桿（6）、線光源箱（7）和光敏二極體（8）；其箱體外設定線光源控制器（9）、電控平移台控制器（10）和計算機（11）；所述電控平移台載物台（5）設定於光照箱（1）下部且連線電控平移台絲桿（6），電控平移台絲桿（6）連線電控平移台控制器（10），線光源箱（7）設定於被檢測物體（4）的側上方，光敏二極體（8）設定於線光源箱（7）附近且與線光源控制器（9）相連，光敏二極體（8）感應線光源光強變化並輸入反饋信號至線光源控制器（9）；線光源箱（7）內部具有鹵素燈（13），鹵素燈（13）與線光源控制器（9）相連；線掃描相機（2）設定於光照箱（1）上部以及被檢測物體（4）的正上方位置，線掃描相機（2）與分光系統（3）和計算機（11）相連。
2.根據權利要求1所述的一種高光譜成像的光源系統，其特徵是：所述線光源箱（7）為空心圓柱體結構，該空心圓柱體的軸向壁上具有一個狹縫（12），壁厚以不透光為準，內壁具有粗糙度。
實施方式
《一種高光譜成像的光源系統》所述高光譜成像系統示意圖如圖1所示，光照箱1為不鏽鋼材料製成的密閉長方體，形成一個環境可控的密閉空間，防止外界光線對高光譜成像產生影響，同時也為高光譜成像系統中其它部件的架設提供支撐點。在光照箱1內腔中分別設有線掃描相機2、分光系統3、被檢測物體4、電控平移台載物台5、電控平移台絲桿6、線光源箱7和光敏二極體8。在光照箱1箱體外設定線光源控制器9、電控平移台控制器10和計算機11。其中，電控平移台載物台5位於光照箱1下部，且連線電控平移台絲桿6，電控平移台絲桿6連線電控平移台控制器10，電控平移台6移動的速度和方向由電控平移台控制器10控制。在電控平移台載物台5上放置被檢測物體4，線光源箱7設定於被檢測物體4的側上方，光敏二極體8設定於線光源箱7附近並與線光源控制器9相連，線上光源箱7中設定鹵素燈13，鹵素燈13與線光源控制器9相連。在光照箱1的上部位置以及被檢測物體4的正上方設定線掃描相機2，線掃描相機2前部連線分光系統3，線掃描相機2與計算機11連線。
線光源箱7的具體結構如圖2所示，圖2（a）中，線光源箱7是一個直徑為10～25厘米、高度為10～40厘米的空心圓柱體結構，其壁的厚度以不透光為準。在該空心圓柱體的軸向壁上開一個狹縫12，空心圓柱體的內壁具有一定的粗糙度，並用白油漆噴塗，以利於光發生漫反射。如圖2（b），將4～6盞鹵素燈13安裝在空心圓柱體的內部，鹵素燈按圖2（b）所示以豎列的形式排列於空心圓柱體內部，鹵素燈13線光源通電後發出的光線上光源箱7的內壁發生漫反射，形成高光譜成像所需的線光源，發生漫反射過程可以將光混合均勻，保證從狹縫12投射出來的光是均勻的。
線光源控制器9的作用是將交流電頻率從60赫茲提高到更高頻率（如60千赫），交流電頻率增高后，可以近似等同於穩壓直流電源，從而減少鹵素燈13閃爍帶來的信號波動。光敏二極體8能夠感應線光源光強變化並輸給線光源控制器9一個反饋信號，線光源控制器9根據光敏二極體8提供的反饋信號，感知線光源光強的變化，並調節線光源輸入電流的大小來穩定光源強度，保證線光源光強始終處於同一水平，從而消除光源使用壽命增加及外部電路變化所引起的光強波動。
高光譜成像具體過程如下：線光源箱7發出線光投射到被檢測物體4上，線光被被檢測物體4反射後進入高光譜相機的分光系統3並被分成單色光，分成單色光後被線掃描相機2線陣感測器捕獲，從而得到被檢測物體4的一條線狀高光譜圖像；同時，電控平移台控制器10通過控制電控平移台絲桿6的旋轉速度和方向驅動電控平移台5不斷移動，帶動被檢測物體4也不斷移動，移動過程中線光可以像刷子一樣掃過被檢測物4的整個表面，從而得到被檢測物4的完整圖像，完成被檢測物4的高光譜圖像成像。採集到的高光譜圖像通過數據線保存到計算機11上。
圖3為不同頻率下交流電波形示意圖，圖中縱坐標取值範圍為[-1，1]，橫坐標取值範圍為[-π/100，π/100]，橫坐標間隔為π/100000。圖3（a）對應的頻率為60赫茲，圖3（b）對應的頻率為600赫茲，圖3（c）對應的頻率為6000赫茲，圖3（d）對應的頻率為60000赫茲。從圖3可以得出如下結論：隨著交流電頻率的增加，單位長度（橫坐標軸）內的波形越密集，即所發出的線光越穩定。
榮譽表彰
2015年12月1日，《一種高光譜成像的光源系統》獲得第九屆江蘇省專利項目優秀獎。
