多光谱图像无损检测系统

2.4.1　多光谱图像无损检测系统

利用多光谱成像器构成的多光谱无损检测系统可用于农产品质量安全无损检测。下面介绍几种多光谱无损检测系统。

如图2－12所示为利用滤波片转轮组建的多光谱无损检测系统（Chen Y.R.，2002）。它由载物台、光箱、光源、转轮、干涉滤波片、相机、图像采集卡和计算机组成。工作时，光源照射样品发出的光通过干涉滤波片过滤后进入相机，滤波片依次通过相机镜头就可以采集到不同波长的光谱图像。

图2－12　利用滤波片转轮的多光谱无损检测系统

如图2－13所示的是采用多个相机同时获取不同光谱图像的方式，每个相机前都有一个滤波片。这种获取多光谱图像的方法需要多通道采集卡或多个USB口，而且需要多少个光谱图像就要多少个相机。如图2－14所示为笔者实验室采用四个相机获取多光谱图像的实验装置图。

图2－13　采用多个相机获取多光谱图像的装置原理图

1—相机带540nm滤波片；2—相机带700nm滤波片；3—线光源；4—工业计算机；

5—图像采集卡及相机控制器；6—线光源电源（12V）；7—光纤光源；

8—电池（UPS）；9—光电接近传感开关；10—电磁接近开关；11—相机固定装置及配件

图2－14　采用四个相机获取多光谱图像的实验装置图

如图2－15所示为采用可调液晶滤波器（LCTF）获得多光谱图像的工作原理图。光源照射样品后散射的光进入可调液晶滤波器，然后进入相机成像。通过调节可调液晶滤波器可以快速获得多个波长处的图像。

图2－15　采用LCTF方式获取多光谱图像

如图2－16所示为采用多路分光器获得多光谱图像的方式（Peng，2007）。多路分光器能将一束光按照完全一致的模式分成四个等份，且同时成像在一个相机中。美国有一家公司生产商品化的多路分光器（Optical Insights，LLC，Santa Fe，N.M）。目前，笔者课题组也设计研制了一款四路分光器。

图2－16　采用多路分光器获取多光谱图像

多路分光器的工作原理如图2－17所示。水果5所反射的光线通过前成像凸透镜11变成平行于多路分光器光轴的平行光，射到半透半反镜片17后，分成两束光，称为1^＃反射光和1^＃透射光；1^＃反射光经过高反射镜面18反射到半透半反镜片19后又分成两束光，称为2^＃反射光和2^＃透射光；2＃反射光经过高反射镜面20反射形成3＃反射光。1^＃透射光射到半透半反镜片21后也分成两束光，3＃反射光和3^＃透射光；3＃反射光经过高反射镜面22反射形成4^＃反射光。平行于光轴的2^＃透射光、3＃反射光、3^＃透射光和4^＃反射光都包含了水果5的所有波长下的图像信息，每束含有所有波长的平行光分别通过滤波片组14中所选定波长的滤波片，形成了所需四种波长的四束平行光。随后，经过一定焦距的后成像凸透镜15和成像凹透镜16，对所需四种波长的光进行聚焦后变成平行和紧靠光轴的光。使得四束光之间的距离变近从而能够同时用一个摄像头7来得到一个物体四个波长下的图像。这四束不同波长下的光谱图像都能同时地、实时地、同等条件地被CCD摄像头7所采集到。此外，增加半透半反镜片组及反射镜片组中镜面的数量，还可以得到多于四个波长的光谱图像。

图2－17　多路分光器的工作原理图

5—目标物体；7—CCD摄像头；11—前成像凸透镜；12—高反射镜片组；14—滤波片组；

15—后成像凸透镜；16—后成像凹透镜；17、19、21—半透半反镜片组；18、20、22—反射镜片组