一种高光谱图像采集系统及分析方法技术方案

本发明专利技术涉及一种高光谱图像采集系统及分析方法，属于高光谱图像采集领域，待测溶液盛放在二维滑台上的样本容器中，二维滑台控制器设定移动速度、扫描起始坐标和扫描终止坐标，控制二维滑台按照移动速度在扫描起始坐标和扫描终止坐标之间进行S形平滑移动，同时控制光纤采集装置同步采集待测溶液的高光谱数据，计算机将高光谱数据拼接成高光谱图像后，利用偏最小二乘回归成分浓度分析模型分析待测溶液的组分浓度。本发明专利技术采用光纤采集装置采集高光谱数据，克服了现有线阵列CCD采集均匀的空间分布无明显特点地溶液灵敏度较差的缺陷，且控制二维滑台进行S形平滑移动，实现光谱数据的平滑采集，解决了现有采集时间效率低的问题，提高效率和灵敏度。提高效率和灵敏度。提高效率和灵敏度。

【技术实现步骤摘要】
一种高光谱图像采集系统及分析方法


[0001]本专利技术涉及高光谱图像采集领域，特别是涉及一种高光谱图像采集系统及分析方法。

技术介绍

[0002]高光谱图像技术将传统成像技术与光谱技术相结合，可以同时获取被测物体的空间以及光谱特征，已被广泛应用于食品品质检测、生物医药检测等诸多领域。在利用高光谱图像技术对同时具有散射效应和吸收效应的复杂溶液进行检测时，利用线阵列CCD进行采集的高光谱系统一般适用于采集漫反射光谱，当采集透射光谱时，对于均匀的空间分布无明显特点地溶液来说灵敏度较差。而一般的利用光纤进行点阵列扫描的高光谱图像采集系统，其在每个点位置保持静止采集，而后移动到下一个点，等待液面静止后，再静止采集，如此的采集方法，由于惯性引起液面晃动问题使得需等待每一次的液面静止，大大增加了采集的时间成本，对于采集大区域面积、或者采集积分时间较长情况时效率很低，易使得复杂溶液的成分不再均匀或产生沉淀。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是提供一种高光谱图像采集系统及分析方法，以快速、灵敏采集与分析高光谱图像。
[0004]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：一种高光谱图像采集系统，所述高光谱图像采集系统包括：二维滑台控制器、二维滑台、样本容器、光纤采集装置和计算机；样本容器固定设置在二维滑台上；所述样本容器用于放置待测溶液；光纤采集装置的采集端对准所述待测溶液；二维滑台控制器分别与二维滑台的驱动端和光纤采集装置的控制端连接；所述二维滑台控制器用于设定移动速度、扫描起始坐标和扫描终止坐标，在所述样本容器放置待测溶液后控制二维滑台按照移动速度在扫描起始坐标和扫描终止坐标之间进行S形平滑移动，同时控制光纤采集装置同步采集待测溶液的高光谱数据；计算机与光纤采集装置的输出端连接；所述计算机用于接收光纤采集装置采集的待测溶液的高光谱数据，并将所述高光谱数据拼接成高光谱图像，进而根据高光谱图像分析待测溶液的组分浓度。
[0005]可选的，所述光纤采集装置包括：采集光纤、光纤支架和光纤光谱仪；采集光纤的一端固定在光纤支架上，并对准待测溶液；光纤光谱仪的输入端与采集光纤的另一端连接，光纤光谱仪的输出端与计算机连接，光纤光谱仪的控制端与二维滑台控制器连接；所述光纤光谱仪用于在二维滑台控制器的触发下接收并保存采集光纤采集的待测溶液的高光谱数据，并将所述高光谱数据传输至计算机。
[0006]可选的，所述二维滑台控制器包括：人机交互信号输入模块、单片机、第一步进电机驱动器和第二步进电机驱动器；人机交互信号输入模块与单片机连接；所述人机交互信号输入模块用于输入移动速度、扫描起始坐标和扫描终止坐标，并将移动速度、扫描起始坐标和扫描终止坐标均传输至单片机；所述扫描起始坐标包括X轴起始坐标和Y轴起始坐标；所述扫描终止坐标包括X轴终止坐标和Y轴终止坐标；所述移动速度包括X轴移动速度和Y轴移动速度；单片机分别与第一步进电机驱动器、第二步进电机驱动器和光纤光谱仪的控制端连接，第一步进电机驱动器与二维滑台中的X轴滑台的驱动端连接，第二步进电机驱动器与二维滑台中的Y轴滑台的驱动端连接；所述单片机用于触发光纤光谱仪接收并保存采集光纤采集的待测溶液的高光谱数据的同时，通过第一步进电机驱动器驱动X轴滑台按照X轴移动速度在X轴起始坐标和X轴终止坐标之间移动，并通过第二步进电机驱动器驱动Y轴滑台按照Y轴移动速度在Y轴起始坐标和Y轴终止坐标之间移动，形成S形扫描路径，并在X轴滑台到达X轴终止坐标处且Y轴滑台到达Y轴终止坐标处时，控制光纤光谱仪停止接收采集光纤采集的待测溶液的高光谱数据。
[0007]可选的，所述高光谱图像采集系统还包括：光源；光源与样本容器的底部连接；所述光源用于照射样本容器内部的待测溶液。
[0008]可选的，所述计算机包括：检测模型建立模块和信号处理模块；检测模型建立模块与信号处理模块连接；所述检测模型建立模块用于根据高光谱图像与混合溶液组分浓度建立偏最小二乘回归成分浓度分析模型；所述信号处理模块用于将所述高光谱数据拼接为高光谱图像，并对所述高光谱图像进行平滑预处理，在所述预处理后的高光谱图像内选取预设波段范围的高光谱图像，进而根据所述预设波段范围的高光谱图像，利用所述检测模型建立模块建立的偏最小二乘回归成分浓度分析模型检测待测溶液的组分浓度；所述预设波段范围为可见光到近红外波段。
[0009]一种高光谱图像的分析方法，所述分析方法应用前述的高光谱图像采集系统，所述分析方法包括：预设移动速度、扫描起始坐标和扫描终止坐标；控制二维滑台按照移动速度在扫描起始坐标和扫描终止坐标之间进行S形平滑移动，并同步采集待测溶液的高光谱数据；将所述高光谱数据拼接为高光谱图像；在所述高光谱图像内选取预设波段范围内的高光谱图像；根据所述预设波段范围内的高光谱图像，利用偏最小二乘回归成分浓度分析模型分析待测溶液的组分浓度。
[0010]可选的，所述控制二维滑台按照移动速度在扫描起始坐标和扫描终止坐标之间进行S形平滑移动，具体包括：控制二维滑台的X轴滑台移动到X轴起始坐标位置；控制二维滑台的Y轴滑台移动到Y轴起始坐标位置；
控制X轴滑台按照预设速度进行移动，直至到达X轴终止坐标位置；控制Y轴滑台每移动一个预设像素的同时控制X轴滑台在X轴终止坐标位置和X轴起始坐标位置之间移动一次，直至Y轴滑台到达Y轴终止坐标位置，形成一个S形扫描路径，停止移动。
[0011]可选的，将所述高光谱数据拼接为高光谱图像，之后还包括：对所述高光谱图像进行平滑预处理，去除噪声。
[0012]可选的，所述偏最小二乘回归成分浓度分析模型的建立方法为：根据高光谱图像与混合溶液组分浓度建立偏最小二乘回归成分浓度分析模型。
[0013]根据本专利技术提供的具体实施例，本专利技术公开了以下技术效果：本专利技术公开一种高光谱图像采集系统及分析方法，待测溶液盛放在二维滑台上的样本容器中，二维滑台控制器设定移动速度、扫描起始坐标和扫描终止坐标，在样本容器放置待测溶液后控制二维滑台按照移动速度在扫描起始坐标和扫描终止坐标之间进行S形平滑移动，同时控制光纤采集装置同步采集待测溶液的高光谱数据，计算机将高光谱数据拼接成高光谱图像，进而根据高光谱图像利用偏最小二乘回归成分浓度分析模型分析待测溶液的组分浓度。本专利技术采用光纤采集装置采集高光谱数据，克服了现有线阵列CCD采集均匀的空间分布无明显特点地溶液灵敏度较差的缺陷，且通过控制二维滑台进行S形平滑移动，实现光谱数据的平滑采集，解决了现有采集时间效率低的问题，实现了高效率和高灵敏度。
[0014]本专利技术对于高浓度复杂溶液采集透射光谱时依然有着优秀的表现，大大增加了适用物质范围。
附图说明
[0015]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0016]图1为本专利技术实施例提供的高光谱图像采集系统的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高光谱图像采集系统，其特征在于，所述高光谱图像采集系统包括：二维滑台控制器、二维滑台、样本容器、光纤采集装置和计算机；样本容器固定设置在二维滑台上；所述样本容器用于放置待测溶液；光纤采集装置的采集端对准所述待测溶液；二维滑台控制器分别与二维滑台的驱动端和光纤采集装置的控制端连接；所述二维滑台控制器用于设定移动速度、扫描起始坐标和扫描终止坐标，在所述样本容器放置待测溶液后控制二维滑台按照移动速度在扫描起始坐标和扫描终止坐标之间进行S形平滑移动，同时控制光纤采集装置同步采集待测溶液的高光谱数据；计算机与光纤采集装置的输出端连接；所述计算机用于接收光纤采集装置采集的待测溶液的高光谱数据，并将所述高光谱数据拼接成高光谱图像，进而根据高光谱图像分析待测溶液的组分浓度。2.根据权利要求1所述的高光谱图像采集系统，其特征在于，所述光纤采集装置包括：采集光纤、光纤支架和光纤光谱仪；采集光纤的一端固定在光纤支架上，并对准待测溶液；光纤光谱仪的输入端与采集光纤的另一端连接，光纤光谱仪的输出端与计算机连接，光纤光谱仪的控制端与二维滑台控制器连接；所述光纤光谱仪用于在二维滑台控制器的触发下接收并保存采集光纤采集的待测溶液的高光谱数据，并将所述高光谱数据传输至计算机。3.根据权利要求2所述的高光谱图像采集系统，其特征在于，所述二维滑台控制器包括：人机交互信号输入模块、单片机、第一步进电机驱动器和第二步进电机驱动器；人机交互信号输入模块与单片机连接；所述人机交互信号输入模块用于输入移动速度、扫描起始坐标和扫描终止坐标，并将移动速度、扫描起始坐标和扫描终止坐标均传输至单片机；所述扫描起始坐标包括X轴起始坐标和Y轴起始坐标；所述扫描终止坐标包括X轴终止坐标和Y轴终止坐标；所述移动速度包括X轴移动速度和Y轴移动速度；单片机分别与第一步进电机驱动器、第二步进电机驱动器和光纤光谱仪的控制端连接，第一步进电机驱动器与二维滑台中的X轴滑台的驱动端连接，第二步进电机驱动器与二维滑台中的Y轴滑台的驱动端连接；所述单片机用于触发光纤光谱仪接收并保存采集光纤采集的待测溶液的高光谱数据的同时，通过第一步进电机驱动器驱动X轴滑台按照X轴移动速度在X轴起始坐标和X轴终止坐标之间移动，并通过第二步进电机驱动器驱动Y轴滑台按照Y轴移动速度在Y轴起始坐标和Y轴终止坐标之间移动，形成S形扫描路径，并在X轴滑台到达X轴终止坐标处且Y轴滑台到达Y轴终止坐标处时，...

【专利技术属性】
技术研发人员：王心安，
申请(专利权)人：北京智麟科技有限公司，
类型：发明
国别省市：