CN108020320B - 基于图像识别的拉曼光谱检测设备及方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种检测设备，包括：激光器，其配置成向待检测的物体发射激光；拉曼光谱仪，其配置成接收来自所述物体的拉曼光；成像装置，其配置成用于获取所述物体的图像；和控制器，其配置成基于所述成像装置获取的图像控制所述检测设备的操作。本申请还公开了使用上述检测设备进行检测的方法。

Description

基于图像识别的拉曼光谱检测设备及方法

技术领域

本申请涉及一种检测设备和检测方法，并且特别地涉及一种基于图像识别的拉曼光谱检测设备及方法。

背景技术

拉曼光谱分析技术是一种以拉曼散射效应为基础的非接触式光谱分析技术，它能对物质的成分进行定性、定量分析。拉曼光谱是一种分子振动光谱，它可以反映分子的指纹特征，可用于对物质的检测。拉曼光谱检测通过检测待测物对于激发光的拉曼散射效应所产生的拉曼光谱来检测和识别物质。

近年来，拉曼光谱分析技术在危险品检查和物质识别等领域得到了广泛的应用。在物质识别领域，由于各种物质的颜色、形状各异，人们通常无法准确判断物质的属性，而拉曼光谱由被检物的分子能级结构决定，因而拉曼光谱可作为物质的“指纹”信息，用于物质识别。因此拉曼光谱分析技术在海关、公共安全、食品药品、环境等领域有广泛应用。

由于拉曼光谱需要用高功率密度的激光作为激发光源，比如近红外的785nm激光有较强的热效应，在待检测物体的成分未知的情况下，贸然检测很可能会导致待检测物体被激光烧蚀损伤，如果待检测物体是易燃易爆化学品，则可能会导致产生燃烧、爆炸等状况，造成人身财产的损失。

发明内容

本申请的目的在于至少部分地解决或缓解现有技术中的一个或多个技术问题。

根据本申请的一个方面，提出了一种基于图像识别的拉曼光谱检测设备。

根据一个示例性的实施例，检测设备可包括：激光器，其配置成向待检测的物体发射激光；拉曼光谱仪，其配置成接收来自所述物体的拉曼光；成像装置，其配置成用于获取所述物体的图像；和控制器，其配置成基于所述成像装置获取的图像控制所述检测设备的操作。

根据另一实施例，所述成像装置可被进一步配置成在激光器发射激光之前获取所述物体的图像作为参考图像，并在激光器发射激光进行检测的过程中实时地获取所述物体的实时图像；并且所述控制器可被进一步配置成将所述参考图像与所述实时图像中的每一帧图像作比较。

根据另一实施例，所述控制器可被进一步配置为：确定所述参考图像中的每个像素的灰度值；确定所述实时图像中的每一帧图像中的每个像素的灰度值；将实时图像中的每一帧图像中的每个像素的灰度值与参考图像中的相应像素的灰度值作比较，以确定实时图像中的每一帧图像中的灰度值发生变化的像素的数目，或者确定实时图像中的每一帧图像中的灰度值发生变化的像素的数目相对于总像素数目的百分比；将灰度值发生变化的像素的数目与一阈值数目作比较，或者将灰度值发生变化的像素的数目相对于总像素数目的百分比与一阈值百分比作比较；以及若灰度值发生变化的像素的数目小于所述阈值数目或者灰度值发生变化的像素的数目相对于总像素数目的百分比小于阈值百分比，则指示检测设备继续检测，否则指示检测设备停止检测。

根据另一实施例，所述控制器被进一步配置为：确定所述参考图像中的每个像素的颜色；确定所述实时图像中的每个像素的颜色；将实时图像中的每一帧图像中的每个像素的颜色与参考图像中的相应像素的颜色作比较，以确定实时图像中的每一帧图像中的颜色发生变化的像素的数目，或者确定实时图像中的每一帧图像中的颜色发生变化的像素的数目相对于实时图像中的总像素数目的百分比；将颜色发生变化的像素的数目与一阈值数目作比较，或者将颜色发生变化的像素的数目相对于总像素数目的百分比与一阈值百分比作比较；以及若颜色发生变化的像素的数目小于所述阈值数目或者颜色发生变化的像素的数目相对于总像素数目的百分比小于阈值百分比，则指示检测设备继续检测，否则指示检测设备停止检测。

根据另一实施例，所述成像装置可被进一步配置成在激光器发射激光对所述物体进行检测的过程中实时地获取所述物体的实时图像；并且所述控制器被进一步配置成将所述实时图像的第一帧作为参考图像与所述实时图像中的其他帧图像作比较。

根据另一实施例，所述控制器可被进一步配置为：确定所述实时图像中的第一帧图像中的每个像素的灰度值；确定所述实时图像中除第一帧图像之外的其他帧图像中的每个像素的灰度值；将第一帧图像中的每个像素的灰度值与所述其他帧图像中的每一帧图像中的相应像素的灰度值作比较，以确定灰度值发生变化的像素的数目，或者确定灰度值发生变化的像素的数目相对于总像素数目的百分比；将灰度值发生变化的像素的数目与一阈值数目作比较，或者将灰度值发生变化的像素的数目相对于总像素数目的百分比与一阈值百分比作比较；以及若灰度值发生变化的像素的数目小于所述阈值数目或者灰度值发生变化的像素的数目相对于总像素数目的百分比小于阈值百分比，则指示检测设备继续检测，否则指示检测设备停止检测。

根据另一实施例，所述控制器可被进一步配置为：确定所述实时图像中的第一帧图像中的每个像素的颜色；确定所述实时图像中除第一帧图像之外的其他帧图像中的每个像素的颜色；将第一帧图像中的每个像素的颜色与所述其他帧图像中的每一帧图像中的相应像素的颜色作比较，以确定颜色发生变化的像素的数目，或者确定颜色发生变化的像素的数目相对于总像素数目的百分比；将颜色发生变化的像素的数目与一阈值数目作比较，或者将颜色发生变化的像素的数目相对于总像素数目的百分比与一阈值百分比作比较；以及若颜色发生变化的像素的数目小于所述阈值数目或者颜色发生变化的像素的数目相对于总像素数目的百分比小于阈值百分比，则指示检测设备继续检测，否则指示检测设备停止检测。

根据另一实施例，所述检测设备还可包括：第一分光镜，其设置在从所述物体到所述拉曼光谱仪的拉曼光光路中并且配置成将所述激光器发射的激光引导至所述物体并使得来自所述物体的拉曼光穿过该第一分光镜传输至所述拉曼光谱仪。

根据另一实施例，所述检测设备还可包括：第二分光镜，其设置在从所述物体到所述拉曼光谱仪的拉曼光光路中并且配置成反射可见光以使成像装置对所述物体成像并允许所述激光器发射的激光和来自所述物体的拉曼光通过该第二分光镜。

根据另一实施例，所述检测设备还可包括以下光学部件中的至少一个：第一滤波片，其设置在所述拉曼光光路中的所述第一分光镜和第二分光镜的下游并且配置成用于滤除光信号中的瑞利光；第二滤波片，其设置在所述激光器与所述第一分光镜之间并配置成将所述激光器发出的激光限定在期望的波长段内；和第三滤波片，其设置在所述成像装置与所述第二分光镜之间并且配置成用于滤除激光杂散光。

根据另一实施例，所述检测设备还可包括以下光学部件中的至少一个：第一会聚透镜或透镜组，其设置在第二分光镜与所述物体之间；第二会聚透镜或透镜组，其设置在成像设备与第二分光镜之间；和第三会聚透镜或透镜组，其设置在拉曼光谱仪与第一分光镜之间。

根据另一实施例，所述检测设备还可包括光源，其配置成向所述物体提供照明。

根据本发明的另一方面，提供了一种利用上述任一实施例所述的检测装置进行检测的方法。

根据一个示例性的实施例，所述方法可包括以下步骤：在发射激光之前获取待检测的物体的图像作为参考图像；在发射激光进行检测的过程中实时地获取所述物体的实时图像；将实时图像与参考图像作比较；和基于实时图像与参考图像的比较结果控制所述检测设备的操作。

根据另一实施例，将实时图像与参考图像作比较的步骤可包括：确定所述参考图像中的每个像素的灰度值；确定所述实时图像中的每一帧图像中的每个像素的灰度值；将实时图像中的每一帧图像中的每个像素的灰度值与参考图像中的相应像素的灰度值作比较，以确定实时图像中的每一帧图像中的灰度值发生变化的像素的数目，或者确定实时图像中的每一帧图像中的灰度值发生变化的像素的数目相对于总像素数目的百分比；和将灰度值发生变化的像素的数目与一阈值数目作比较，或者将灰度值发生变化的像素的数目相对于总像素数目的百分比与一阈值百分比作比较；并且，其中，基于实时图像与参考图像的比较结果控制所述检测设备的操作的步骤包括：若灰度值发生变化的像素的数目小于所述阈值数目或者灰度值发生变化的像素的数目相对于总像素数目的百分比小于阈值百分比，则指示检测设备继续检测，否则指示检测设备停止检测。

根据另一实施例，将实时图像与参考图像作比较的步骤可包括：确定所述参考图像中的每个像素的颜色；确定所述实时图像中的每个像素的颜色；将实时图像中的每一帧图像中的每个像素的颜色与参考图像中的相应像素的颜色作比较，以确定实时图像中的每一帧图像中的颜色发生变化的像素的数目，或者确定实时图像中每一帧图像中的颜色发生变化的像素的数目相对于实时图像中的总像素数目的百分比；将颜色发生变化的像素的数目与一阈值数目作比较，或者将颜色发生变化的像素的数目相对于总像素数目的百分比与一阈值百分比作比较；并且，其中，基于实时图像与参考图像的比较结果控制所述检测设备的操作的步骤包括：若颜色发生变化的像素的数目小于所述阈值数目或者颜色发生变化的像素的数目相对于总像素数目的百分比小于阈值百分比，则指示检测设备继续检测，否则指示检测设备停止检测。

根据另一实施例，所述方法还可包括：在停止检测的同时或之后，发送报警信号。

根据本发明的又一方面，提供了一种利用上述任一实施例所述的检测装置进行检测的另一种方法。

根据一个示例性的实施例，所述方法可包括：在发射激光进行检测的过程中实时地获取所述物体的实时图像，并将该实时图像中的第一帧图像用作参考图像；将实时图像中的其他帧图像与所述第一帧图像作比较；和基于所述第一帧图像与所述其他帧图像的比较结果控制所述检测设备的操作。

根据另一实施例，将实时图像中的其他帧图像与所述第一帧图像作比较的步骤可包括：确定所述实时图像中的第一帧图像中的每个像素的灰度值；确定所述实时图像中除第一帧图像之外的其他帧图像中的每个像素的灰度值；将第一帧图像中的每个像素的灰度值与所述其他帧图像中的每一帧图像中的相应像素的灰度值作比较，以确定灰度值发生变化的像素的数目，或者确定灰度值发生变化的像素的数目相对于总像素数目的百分比；和将灰度值发生变化的像素的数目与一阈值数目作比较，或者将灰度值发生变化的像素的数目相对于总像素数目的百分比与一阈值百分比作比较；并且其中，基于所述第一帧图像与所述其他帧图像的比较结果控制所述检测设备的操作的步骤包括：若灰度值发生变化的像素的数目小于所述阈值数目或者灰度值发生变化的像素的数目相对于总像素数目的百分比小于阈值百分比，则指示检测设备继续检测，否则指示检测设备停止检测。

根据另一实施例，将实时图像中的其他帧图像与所述第一帧图像作比较的步骤可包括：确定所述实时图像中的第一帧图像中的每个像素的颜色；确定所述实时图像中除第一帧图像之外的其他帧图像中的每个像素的颜色；将第一帧图像中的每个像素的颜色与所述其他帧图像中的每一帧图像中的相应像素的颜色作比较，以确定颜色发生变化的像素的数目，或者确定颜色发生变化的像素的数目相对于总像素数目的百分比；和将颜色发生变化的像素的数目与一阈值数目作比较，或者将颜色发生变化的像素的数目相对于总像素数目的百分比与一阈值百分比作比较，并且其中，基于所述第一帧图像与所述其他帧图像的比较结果控制所述检测设备的操作的步骤包括：若颜色发生变化的像素的数目小于所述阈值数目或者颜色发生变化的像素的数目相对于总像素数目的百分比小于阈值百分比，则指示检测设备继续检测，否则指示检测设备停止检测。

根据另一实施例，方法还可包括：在停止检测的同时或之后，发送报警信号。

附图说明

现在将通过举例的方式结合附图对本申请的优选实施例进行描述，其中：

图1是根据本申请的一个实施例的检测设备的示意性的方块图；

图2是根据本申请的另一实施例的检测方法的示意性的流程图；和

图3是根据本申请的又一实施例的检测方法的示意性的流程图。

具体实施方式

下面将结合附图详细地描述本申请的示例性实施例。附图中的类似的附图标记指代类似的部件或特征。本申请也可以其他不同形式实现，因此本文阐述的实施例不应当被解释为本申请的限制。提供这些实施例的目的在于使本领域技术人员能够充分和完全的理解本申请的构思。

根据本发明的一个基本发明构思，提供了一种检测设备。所述检测设备，包括：激光器，其配置成向待检测的物体发射激光；拉曼光谱仪，其配置成接收来自所述物体的拉曼光；成像装置，其配置成用于获取所述物体的图像；和控制器，其配置成基于所述成像装置获取的图像控制所述检测设备的操作。

图1示出了根据本申请的一个实施例的检测设备的原理图。如图1所示，在该实施例中，检测设备100包括：激光器110，其配置成向一待检测的物体120发射激光111；拉曼光谱仪130，其配置成接收来自所述物体120的拉曼光信号112；成像装置140，其配置成获取所述物体120的参考图像和实时图像；和控制器150，其配置成基于所述参考图像与所述实时图像的比较结果控制所述检测设备100的操作。

为激发被检测物体的拉曼散射效应，通常激光器发射的激光具有较高的功率密度，而高功率密度的激光能够产生较强的热效应，如果被检测物体的颜色较深(例如，深灰、黑色等)，则物体会较多地吸收激光从而导致其表面温度快速地升高，可能会导致物体被局部熔化或烧蚀。或者，如果被检测物体的熔点较低，即使物体的颜色并不深，激光辐射也很容易导致物体的被检测部位的温度升高到熔点以上，从而导致物体的该被检测部位熔化或烧蚀。

为避免出现上述现象，本申请的技术方案提供了成像装置以获取待检测物体的图像，并根据图像比较的结果确定被检测的物体或其局部是否在检测过程中被激光烧蚀或熔化，从而进一步采取适当措施，例如停止检测和/或发出报警信号等。

成像装置140可采用CCD成像装置、CMOS成像装置或本领域中已知的其他成像装置。物体的图像可以是从某一方向获取的物体整体的图像，也可以是物体的被检测部分的图像，这与待检测的物体120本身的尺寸、检测装置100的检测面积等参数有关。例如，如果待检测的物体是尺寸很小的宝石，则成像装置可获得物体某一侧面的整体图像，而如果待检测的物体的尺寸较大，则成像装置可对物体的待检测部位进行局部成像。

当物体的局部被熔化或烧蚀时，通常该部分会出现颜色和/或形状的改变。在将物体的参考图像与实时图像进行比较的过程中，如果发现图像中的物体或物体的一部分出现了颜色和/或形状的改变，则控制器可确定被检测的物体或其局部出现了激光烧蚀现象。

参考图像与实时图像的比较可通过多种不同的方式实现。

在其中一种实现方式中，所述参考图像是在进行正式检测之前预先获取的物体的图像。因此，在这种方式中，控制器150被进一步配置成将预先获得的参考图像与正式检测中获得的实时图像中的每一帧图像作比较。

在另一种实现方式中，所述参考图像可以是实时图像的一部分。例如，所述参考图像是所述实时图像的第一帧图像，其用于与实时图像中的除第一帧之后的每一帧图像进行对比。因此，在这种方式中，控制器150被进一步配置成将所述实时图像的第一帧作为参考图像与所述实时图像中的其他帧图像作比较。

在一个示例性的实施例中，可基于图像中的像素的灰度变化确定物体是否被烧蚀。例如，检测设备100可包括图像处理器(图中未示出)，以用于对成像装置获取的物体的参考图像和实时图像进行灰度化处理，以获取参考图像和实时图像中的每一个像素的灰度值(0至255之间的值)。在一个示例中，图像处理器可集成于成像装置140中(即，成像装置140包括图像处理器)；在另一示例中，图像处理器也可以集成在控制器150中(即，控制器150包括图像处理器)；在其他示例中，图像处理器也可以被提供在进行现场操作的电脑中或远程控制中心中。在替换实施例中，也可以通过存储在现场操作的电脑、远程控制中心内的电脑或控制器150内的存储装置中的软件或算法对被检测物体的图像进行灰度化处理以获得图像中的每一个像素的灰度值。

在确定参考图像(正式检测之前预先获得的物体图像，或实时图像中的第一帧图像)和实时图像中的每一帧图像中的每个像素的灰度值之后，检测设备100可，例如通过计算机算法或特定处理器等，将实时图像中的每个像素与参考图像中的每个对应的像素的灰度值进行比较(如果采用实时图像中的第一帧图像作为参考图像，则比较对象为实时图像中的第一帧图像中的像素的灰度值与实时图像中的其他帧图像中的像素的灰度值。下同)。如果实时图像中的某一帧图像中有超过预定数目的像素或超过实时图像中的总像素数的预定百分比的像素与参考图像中的像素的灰度值不同，则说明物体被检测部位的形态已经发生了显著变化，因此可判定物体120或其局部已经被烧蚀。在判定被检测物体或其局部已经被烧蚀之后，控制器150可控制检测设备100停止检测。在进一步的实施例中，控制器150还可进一步指示报警装置160发出报警信号，以提示相关操作人员当前待检测的物品已被烧蚀和/或提示相关操作人员当前检测操作已终止。报警信号可以是特定的声音信号、图像信号中的至少一种。通过将实时图像中每一帧图像的每个像素与参考图像中的每个对应的像素的灰度值进行比较，如果确定所有像素的灰度值均未发生变化或仅有很少量的像素的灰度值发生了变化或者灰度值发生变化的像素数占总像素数的百分比很小，则说明被检测物体的被检测部位的形态未发生显著变化(例如，可能是由于系统误差或其他原因导致的)，则检测过程可继续进行。

例如，可以预先设定一像素数目阈值或百分比阈值，当灰度值发生改变的像素的数目超出该数目阈值或者灰度值发生改变的像素的数目相对于总像素数目的百分比超出该百分比阈值时，则可判定被检测的物体被烧蚀。上述数目阈值或百分比阈值可根据实际情况加以设定。例如，可依据检测装置的检测范围或者图像的成像范围等参数加以设定。

在另一示例性的实施例中，可基于图像中的像素的颜色变化确定物体是否被烧蚀。例如，检测设备100可通过图像处理器(图中未示出)或计算机算法对成像装置获取的物体的参考图像和实时图像中的每一帧图像中的每一个像素进行颜色识别，以获取参考图像和实时图像中每一帧图像中的每一个像素的颜色。

在确定参考图像和实时图像中每一帧图像中的每个像素的颜色之后，检测设备100可，例如通过计算机算法或特定处理器等，将实时图像中的每一帧图像的每个像素与参考图像中的每个对应的像素的颜色进行比较。如果实时图像中的某一帧图像中有超过预定数目的像素或超过实时图像中的总像素数的预定百分比的像素与参考图像中的像素的颜色不同，则说明物体被检测部位的形态已经发生了显著变化，因此可判定物体120或其局部已经被烧蚀。在判定被检测物体或其局部已经被烧蚀之后，控制器150可控制检测设备100停止检测。在进一步的实施例中，控制器150还可进一步指示报警装置160发出报警信号，以提示相关操作人员当前待检测的物品已被烧蚀和/或提示相关操作人员当前检测操作已终止。报警信号可以是特定的声音信号、图像信号中的至少一种。通过将实时图像中每一帧图像的每个像素与参考图像中的每个对应的像素的颜色进行比较，如果确定所有像素的颜色均未发生变化或仅有很少量的像素的颜色发生了变化或者颜色发生变化的像素数占总像素数的百分比很小，则说明被检测物体的被检测部位的形态未发生显著变化(例如，可能是由于系统误差或其他原因导致的)，则检测过程可继续进行。

例如，可以预先设定一像素数目阈值或百分比阈值，当颜色发生改变的像素的数目超出该数目阈值或者颜色发生改变的像素的数目相对于总像素数目的百分比超出该百分比阈值时，则可判定被检测的物体被烧蚀。上述数目阈值或百分比阈值可根据实际情况加以设定。例如，可依据检测装置的检测范围或者图像的成像范围等参数加以设定。

本发明的存储装置100还可以包括适当的存储装置(图中未示出)。在获得物体的参考图像之后，可将参考图像存储在所述存储装置中，以便在随后的与实时图像的比较过程中随时从存储装置中调取。

为了使图像对比更加准确，在确定参考图像和实时图像的灰度值或颜色之前，可通过检测装置100还可以通过各种算法对图像进行增强处理，从而提高灰度值识别或颜色识别的准确性。

根据本申请的另一实施例，检测设备100还可包括一个或多个光学装置，用于配置或引导激光器110与被检测物体120之间的光路(以下简称“激光光路”)、被检测物体120与拉曼光谱仪130之间的光路(以下简称“拉曼光光路”)和/或成像装置140与被检测物体120之间的光路(以下简称“成像光路”)。

如图1所示，光学装置可包括第一分光镜161，其配置在拉曼光光路中，并且被配置成将激光器110发射的激光引导至被检测物体120并且不会影响来自被检测物体120的光信号(拉曼散射光)向拉曼光谱仪130的传播。

作为示例，第一分光镜161可以是长波通二向色镜。长波通二向色镜通常允许波长大于预定波长的光通过，并且反射波长小于预定波长的光。在采用激光照射被检测物体激发拉曼散射效应的情况下，绝大部分拉曼散射光的频率减小，波长变长。因此，适当地配置该长波通二向色镜能够将激光器110发出的具有预定波长的激光朝向被检测物体120反射，并且允许来自被检测物体120的波长变长的拉曼散射光通过该长波通二向色镜朝向拉曼光谱仪130传播。长波通二向色镜可根据激光器110发射的激光的波长进行配置或设定。

虽然在上述示例中，以长波通二向色镜为例对于第一分光镜161进行了说明，但本申请的第一分光镜161并不仅限于长波通二向色镜，其可采用本领域已知的其它波长选择分光部件来实现上述功能。

通过设置第一分光镜161，可以使激光光路与拉曼光光路至少部分地合并，从而有利于减小检测设备的整体尺寸。

此外，如图1所示，光学装置160还可包括第二分光镜162，其也被配置在拉曼光光路中，并且被进一步配置成反射可见光以便成像装置140对待检测物体成像并允许激光器110发射的激光和来自被检测物体120的拉曼散射光通过该第二分光器162。

作为示例，所述第二分光镜162也可以是长波通二向色镜。例如，在使用波长为785nm的近红外激光的情况下(即，激光器110被配置成发射波长为785nm的近红外激光)，由于可见光的波长范围通常为400nm-760nm(少数人可感知380nm至780nm)，因此当第二分光镜162为长波通二向色镜时，其可以反射可见光，并且允许波长大于可见光的红外光穿过。这样，不会影响成像装置140对待检测物体成像，也不会影响激光器110发射的激光和来自被检测物体120的拉曼散射光的传播。长波通二向色镜的具体阈值可以根据实际情况(例如，激光的波长等参数)加以设定或配置。本申请的实施例中，第二分光镜162不限于长波通二向色镜，也可以采用本领域已知的其它分光部件来实现第二分光镜162的上述功能。

通过设置第二分光镜162，可以使成像光路与拉曼光光路至少部分地合并，从而有利于减小检测设备的整体尺寸。

需要说明的是，以上实施例仅是通过举例的方式说明本发明的工作原理，本发明并不仅限于上述具体的实施例，第一分光镜161和第二分光镜162也不仅限于长波通二向色镜。例如，在另一实施例中，激光器110发射紫外激光，此时，第一分光镜161为长波通二向色镜，而第二分光镜162可以是短波通二向色镜。

如图1所示，在拉曼光光路中，第二分光镜162设置得比第一分光镜161更靠近待检测物体120(即，第二分光镜162设置在拉曼光光路的上游侧，而第一分光镜161设置在拉曼光光路的下游侧)。然而，本发明并不仅限于这种具体的构造。例如，在激光器110发射紫外激光的情况下，第二分光镜162也可以相对于第一分光镜1261设置在拉曼光光路的下游侧，并且第二分光镜162为短波通二向色镜。总之，只要让大部分可见光被第二分光镜162反射，大部分拉曼光被第二分光镜162透射即可。

在另一实施例中，光学装置还可以包括除第一分光镜161和第二分光镜162之外的一个或多个其他光学构件。

例如，如图1所示，检测装置100还可包括设置在拉曼光光路中第一分光镜161下游的第一滤波片163，其配置成用于滤除穿过第一分光镜161之后的光信号中的瑞利光或其他无效杂散光，以减少它们对于拉曼光谱仪的干扰。在示例性的实施例中，所述第一滤波片163可包括长波通滤波片或陷波滤波片。

在又一实施例中，如图1所示，检测装置100还可包括设置在激光光路中的第一分光镜161上游(即，激光器110与第一分光镜161之间)的第二滤波片164，其配置成将激光器110发出的激光限定在期望的波长段内。在示例性的实施例中，所述第二滤波片164可包括窄带滤波片。

在又一实施例中，如图1所示，检测装置100还可包括设置在成像光路中的第二分光镜162下游(即，第二分光镜162与成像装置140之间)的第三滤波片165，其可配置成用于滤除来自物体120的激光杂散光，以避免在成像装置140对物体120的成像过程中对成像装置140造成不必要的损害或干扰。在示例性的实施例中，例如，所述第三滤波片165可以是陷波滤波片，用于在检测装置100的检测过程中滤除激光的杂散光，避免激光杂散光进入成像装置140对其造成损害。

在又一实施例中，如图1所示，检测装置100还可包括设置在第二分光镜162与待检测物体120之间的第一凸透镜166、设置在成像设备140与第二分光镜162之间的第二凸透镜167、和/或设置在拉曼光谱仪130与第一分光镜161之间的第三凸透镜168。第一凸透镜166可用于成像装置140对物体120的成像，还可以用于收集来自物体120的散射的拉曼光，使得更多的拉曼散射光能够被传输到拉曼光谱仪，从而有助于提高检测装置100的检测的精确性和灵敏度。第二凸透镜167可用于成像装置140对物体120的成像。第三凸透镜168可用于会聚光线，使得更多的拉曼散射光汇聚进入拉曼光谱仪，从而有利于提高检测装置100的检测准确性和灵敏度。

此外，根据另一实施例，如图1所示，检测装置100还可包括照明装置170，用于提供向待检测物体120提供照明。通常，检测装置100具有检测端，而待检测物体120贴近该检测端，因此，无法通过外部光源向待检测物体120的待检测部位提供足够的照明。通过在检测装置100内部提供或集成照明装置170，以利于成像装置140获取待检测物体120的清晰的图像。照明装置170可设置在检测装置100内靠近检测端的位置，例如，如图1所示，照明装置170可设置在第二分光镜162与待检测物体120之间，其可以位于第一凸透镜166的上游或下游。在其他实施例中，照明装置也可以设置在检测装置100内的任意适当的位置。照明装置170例如可以包括一个或多个LED灯。

根据本申请的另一方面，还提供了一种检测方法。根据本发明的一个总的构思，检测方法可主要包括以下步骤：获取参考图像；在发射激光进行检测的过程中实时地获取所述物体的实时图像；将实时图像与参考图像作比较；和基于实时图像与参考图像的比较结果控制所述检测设备的操作。

该检测方法的具体实现方式主要可包括下文详细说明的两种。

图2示出了根据本申请的一个实施例的利用上述检测装置进行检测的一种方法的示意性的流程图。如图2所示，在检测装置100启动(S0)之后，所述检测方法可包括以下步骤：

步骤S10：在发射激光之前获取待检测的物体的图像作为参考图像；

步骤S20：在发射激光进行检测的过程中实时地获取所述物体的实时图像；

步骤S30：将实时图像与参考图像作比较；和

步骤S40：基于参考图像与实时图像的比较结果控制检测装置的操作。

在示例性的实施例中，步骤S40可包括：

步骤S41：如果实时图像与参考图像相同或基本相同，则继续执行检测；和

步骤S42：如果实时图像与参考图像显著不同，则停止检测。

可以理解，在物体120的一帧实时图像与参考图像比较结束之后，如果检测继续执行，则成像装置140会继续获取物体120的下一帧实时图像以与参考图像进行比较。相邻两帧实时图像之间的时间间隔可根据实际情况加以设定。如果每一帧实时图像与参考图像都相同或基本相同，则检测装置可一直工作到检测完成。

在检测完成之后或终止检测之后，检测装置100工作结束(S40)。

实时图像与参考图像的比较(步骤S30)可通过多种方式实现。

在一个示例性的实施例中，步骤S30可包括：

S31：确定参考图像中的每个像素的灰度值；

S32：确定实时图像中的每一帧图像中的每个像素的灰度值；

S33：将实时图像的每一帧图像中的每个像素的灰度值与参考图像的相应像素的灰度值作比较，以确定实时图像中的每一帧图像中的灰度值发生变化的像素的数目，或者确定实时图像中每一帧图像中的灰度值发生变化的像素的数目相对于总像素数目的百分比；和

S34：将实时图像中灰度值发生变化的像素的数目与一阈值数目作比较，或者将实时图像中灰度值发生变化的像素的数目相对于实时图像中的总像素数目的百分比与一阈值百分比作比较。

而基于实时图像与参考图像的比较结果控制所述检测设备的操作的步骤S40可具体地包括：若灰度值发生变化的像素的数目小于所述阈值数目或者灰度值发生变化的像素的数目相对于总像素数目的百分比小于阈值百分比(此时可认为实时图像与参考图像相同或基本相同)，则指示检测设备继续检测，否则，如果上述任一指标超出相应的阈值，可认为实时图像与参考图像显著不同，在这种情况下，应指示检测设备停止检测。

在一替换实施例中，步骤S30可包括：

S31′：确定参考图像中的每个像素的颜色；

S32′：确定实时图像中的每个像素的颜色；

S33′：将实时图像的每一帧图像中的每个像素的颜色与参考图像的相应像素的颜色作比较，以确定实时图像中每一帧图像中的颜色发生变化的像素的数目，或者确定实时图像中每一帧图像中的颜色发生变化的像素的数目相对于实时图像中的总像素数目的百分比；

S34′：将颜色发生变化的像素的数目与一阈值数目作比较，或者将颜色发生变化的像素的数目相对于总像素数目的百分比与一阈值百分比作比较。

而基于实时图像与参考图像的比较结果控制所述检测设备的操作的步骤S40’可具体地包括：若颜色发生变化的像素的数目小于所述阈值数目或者颜色发生变化的像素的数目相对于总像素数目的百分比小于阈值百分比(此时可认为实时图像与参考图像相同或基本相同)，则指示检测设备继续检测，否则，如果上述任一指标超出相应的阈值，可认为实时图像与参考图像显著不同，在这种情况下，应指示检测设备停止检测。

在示例性的实施例中，步骤S42还可以包括：在停止检测的同时或之后，发送报警信号，以提示相关工作人员被检测物品可能会在检测中损坏。

图3示出了根据本申请的另一实施例的利用上述检测装置进行检测的另一种方法的示意性的流程图。如图3所示，在检测装置100启动(S0)之后，所述检测方法可包括以下步骤：

步骤S10：向待检测物体发射激光进行检测；

步骤S20：在发射激光进行检测的过程中实时地获取所述物体的实时图像，并将该实时图像中的第一帧图像用作参考图像；

步骤S30：将实时图像中的其他帧图像与所述第一帧图像作比较；和

步骤S40：基于实时图像中第一帧图像与其他帧图像的比较结果控制检测装置的操作。

在示例性的实施例中，步骤S40可包括：

步骤S41：如果其他帧图像与第一帧图像相同或基本相同，则继续执行检测；和

步骤S42：如果其他帧图像与第一帧图像显著不同，则停止检测。

在本实施例中，关于实时图像与参考图像之间是否相同或基本相同或显著不同的判断的原理可与前文所述的其他实施例相同，此处不再赘述。

以上的详细描述通过使用示意图、流程图和/或示例，已经阐述了上述拉曼光谱检测设备及其监控方法的众多实施例。在这种示意图、流程图和/或示例包含一个或多个功能和/或操作的情况下，本领域技术人员应理解，这种示意图、流程图或示例中的每一功能和/或操作可以通过各种结构、硬件、软件、固件或实质上它们的任意组合来单独和/或共同实现。在一个实施例中，本申请的实施例所述主题的若干部分可以通过专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、数字信号处理器(DSP)、或其他集成格式来实现。然而，本领域技术人员应认识到，这里所公开的实施例的一些方面在整体上或部分地可以等同地实现在集成电路中，实现为在一台或多台计算机上运行的一个或多个计算机程序(例如，实现为在一台或多台计算机系统上运行的一个或多个程序)，实现为在一个或多个处理器上运行的一个或多个程序(例如，实现为在一个或多个微处理器上运行的一个或多个程序)，实现为固件，或者实质上实现为上述方式的任意组合，并且本领域技术人员根据本申请，将具备设计电路和/或写入软件和/或固件代码的能力。此外，本领域技术人员将认识到，本申请所述主题的机制能够作为多种形式的程序产品进行分发，并且无论实际用来执行分发的信号承载介质的具体类型如何，本申请所述主题的示例性实施例均适用。信号承载介质的示例包括但不限于：可记录型介质，如软盘、硬盘驱动器、光盘(CD、DVD)、数字磁带、计算机存储器等；以及传输型介质，如数字和/或模拟通信介质(例如，光纤光缆、波导、有线通信链路、无线通信链路等)。

虽然附图中示出了本发明的具体实施例，但本领域技术人员可以理解，即使省略其中的一个或多个非必要的构件/部件，本发明依然可以实施。此外，尽管已经结合附图示出并描述了多个示例性的实施例，但本领域技术人员将会意识到，可以在不背离本申请的原理和实质的前提下对这些实施例作出各种修改和变化，因此，本申请的范围应由所附权利要求及其等同技术方案限定。

Claims (12)

1.一种检测设备，包括：

激光器，其配置成向待检测的物体发射激光；

拉曼光谱仪，其配置成接收来自所述物体的拉曼光；

成像装置，其配置成用于在激光器发射激光之前获取所述物体的图像作为参考图像，并在激光器发射激光进行检测的过程中实时地获取所述物体的实时图像；和

控制器，其配置成将所述参考图像与所述实时图像中的每一帧图像作比较,其中，所述控制器被进一步配置为：

确定所述参考图像中的每个像素的特征；

确定所述实时图像中的每一帧图像中的每个像素的与所述参考图像中的每个像素的所述特征对应的特征；

将所述实时图像中的每一帧图像中的每个像素的所述特征与所述参考图像中的相应像素的所述特征作比较，以确定所述实时图像中的每一帧图像中的所述特征发生变化的像素的数目的情况；

基于所述特征发生变化的像素的数目的情况与阈值作比较，并基于比较结果指示检测设备的工作状况。

2.根据权利要求1所述的检测设备，其中，所述控制器被进一步配置为：

确定所述参考图像中的每个像素的灰度值；

确定所述实时图像中的每一帧图像中的每个像素的灰度值；

将实时图像中的每一帧图像中的每个像素的灰度值与参考图像中的相应像素的灰度值作比较，以确定实时图像中的每一帧图像中的灰度值发生变化的像素的数目，或者确定实时图像中的每一帧图像中的灰度值发生变化的像素的数目相对于总像素数目的百分比；

将灰度值发生变化的像素的数目与一阈值数目作比较，或者将灰度值发生变化的像素的数目相对于总像素数目的百分比与一阈值百分比作比较；以及

若灰度值发生变化的像素的数目小于所述阈值数目或者灰度值发生变化的像素的数目相对于总像素数目的百分比小于阈值百分比，则指示检测设备继续检测，否则指示检测设备停止检测。

3.根据权利要求1所述的检测设备，其中，所述控制器被进一步配置为：

确定所述参考图像中的每个像素的颜色；

确定所述实时图像中的每个像素的颜色；

将实时图像中的每一帧图像中的每个像素的颜色与参考图像中的相应像素的颜色作比较，以确定实时图像中的每一帧图像中的颜色发生变化的像素的数目，或者确定实时图像中的每一帧图像中的颜色发生变化的像素的数目相对于实时图像中的总像素数目的百分比；

将颜色发生变化的像素的数目与一阈值数目作比较，或者将颜色发生变化的像素的数目相对于总像素数目的百分比与一阈值百分比作比较；以及

若颜色发生变化的像素的数目小于所述阈值数目或者颜色发生变化的像素的数目相对于总像素数目的百分比小于阈值百分比，则指示检测设备继续检测，否则指示检测设备停止检测。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的检测设备，其中，所述检测设备还包括：

第一分光镜，其设置在从所述物体到所述拉曼光谱仪的拉曼光光路中并且配置成将所述激光器发射的激光引导至所述物体并使得来自所述物体的拉曼光穿过该第一分光镜传输至所述拉曼光谱仪。

5.根据权利要求4所述的检测设备，其中，所述检测设备还包括：

第二分光镜，其设置在从所述物体到所述拉曼光谱仪的拉曼光光路中并且配置成反射可见光以使成像装置对所述物体成像并允许所述激光器发射的激光和来自所述物体的拉曼光通过该第二分光镜。

6.根据权利要求5所述的检测设备，其中，所述检测设备还包括以下光学部件中的至少一个：

第一滤波片，其设置在所述拉曼光光路中的所述第一分光镜和第二分光镜的下游并且配置成用于滤除光信号中的瑞利光；

第二滤波片，其设置在所述激光器与所述第一分光镜之间并配置成将所述激光器发出的激光限定在期望的波长段内；和

第三滤波片，其设置在所述成像装置与所述第二分光镜之间并且配置成用于滤除激光。

7.根据权利要求5所述的检测设备，其中，所述检测设备还包括以下光学部件中的至少一个：

第一会聚透镜或透镜组，其设置在第二分光镜与所述物体之间；

第二会聚透镜或透镜组，其设置在成像设备与第二分光镜之间；和

第三会聚透镜或透镜组，其设置在拉曼光谱仪与第一分光镜之间。

8.根据权利要求1至3中任一项所述的检测设备，其中，所述检测设备还包括：

光源，其配置成向所述物体提供照明。

9.一种利用权利要求1至8中任一项所述的检测设备进行检测的方法，包括：

在发射激光之前获取待检测的物体的图像作为参考图像；

在发射激光进行检测的过程中实时地获取所述物体的实时图像；

将实时图像与参考图像作比较，其中，将实时图像与参考图像作比较的步骤包括：

确定所述参考图像中的每个像素的特征；

确定所述实时图像中的每一帧图像中的每个像素的与所述参考图像中的每个像素的所述特征对应的特征；

将实时图像中的每一帧图像中的每个像素的所述特征与所述参考图像中的相应像素的所述特征作比较，以确定所述实时图像中的每一帧图像中的所述特征发生变化的像素的数目的情况；和

基于所述特征发生变化的像素的数目的情况与阈值作比较，并基于比较结果控制所述检测设备的操作。

10.根据权利要求9所述的方法，其中，将实时图像与参考图像作比较的步骤包括：

确定所述参考图像中的每个像素的灰度值；

确定所述实时图像中的每一帧图像中的每个像素的灰度值；

将实时图像中的每一帧图像中的每个像素的灰度值与参考图像中的相应像素的灰度值作比较，以确定实时图像中的每一帧图像中的灰度值发生变化的像素的数目，或者确定实时图像中的每一帧图像中的灰度值发生变化的像素的数目相对于总像素数目的百分比；和

将灰度值发生变化的像素的数目与一阈值数目作比较，或者将灰度值发生变化的像素的数目相对于总像素数目的百分比与一阈值百分比作比较；

并且，其中，基于实时图像与参考图像的比较结果控制所述检测设备的操作的步骤包括：若灰度值发生变化的像素的数目小于所述阈值数目或者灰度值发生变化的像素的数目相对于总像素数目的百分比小于阈值百分比，则指示检测设备继续检测，否则指示检测设备停止检测。

11.根据权利要求9所述的方法，其中，将实时图像与参考图像作比较的步骤包括：

确定所述参考图像中的每个像素的颜色；

确定所述实时图像中的每个像素的颜色；

将实时图像中的每一帧图像中的每个像素的颜色与参考图像中的相应像素的颜色作比较，以确定实时图像中的每一帧图像中的颜色发生变化的像素的数目，或者确定实时图像中每一帧图像中的颜色发生变化的像素的数目相对于实时图像中的总像素数目的百分比；

将颜色发生变化的像素的数目与一阈值数目作比较，或者将颜色发生变化的像素的数目相对于总像素数目的百分比与一阈值百分比作比较；

并且，其中，基于实时图像与参考图像的比较结果控制所述检测设备的操作的步骤包括：若颜色发生变化的像素的数目小于所述阈值数目或者颜色发生变化的像素的数目相对于总像素数目的百分比小于阈值百分比，则指示检测设备继续检测，否则指示检测设备停止检测。

12.根据权利要求9至11中任一项所述的方法，还包括：

在停止检测的同时或之后，发送报警信号。