CN109060670A - 一种反射和透射一体化的高光谱成像系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于农产品品质无损检测技术领域，并具体公开了一种反射和透射一体化的高光谱成像系统及方法，其包括箱体、设于箱体顶部的成像装置以及设于箱体内部的透射装置，成像装置用于获取待检测样品的发射高光谱图像和透射高光谱图像，其与高度调节装置相连；透射装置位于成像装置的下方，其包括位移平台及安装在位移平台上的透射单元，透射单元在位移平台的带动下实现位置的调整，其用于产生透射光源，透射单元的两侧还设置有用于产生反射光源的反射光源组件。通过本发明不仅能够采集各种农产品的反射高光谱图像，还能实现不同种类农产品透射高光谱图像的采集，具有检测精度高、维护方便等优点。

Description

一种反射和透射一体化的高光谱成像系统及方法

技术领域

本发明属于农产品品质无损检测技术领域，更具体地，涉及一种反射和透射一体化的高光谱成像系统及方法。

背景技术

随着人们生活水平的不断提高，消费者对农产品的品种、新鲜程度、食用安全性、包装外观等方面都提出了越来越高的要求。农产品在生长发育过程中受到各种环境因素的影响，既可能出现如颜色、病变、畸形等外部品质的差异，也可能产生如水分、含糖量、维生素等内部品质的不同。而品质是决定农产品价格的关键因素，因此如果能在农产品上市之前根据其内外部品质进行分级，将有助于规范农产品市场和维护生产、销售、消费三方利益。传统的农产品品质检测技术主要包括外部品质检测技术，如机械分级技术、机器视觉技术等和内部品质检测技术，如化学计量法、电极测试法等。这些方法都可以对农产品的内部或外部品质进行检测，但是不能同时获取农产品的外部和内部信息，还存在着检测周期长，需要破坏样品等缺点，难以满足大批量检测需求。因此急需一种能够现场、快速、无损、精确的农产品内外部品质检测技术及装置。

高光谱成像技术是采用成像光谱仪，在光谱波长200-2500nm范围内利用数十或数百个光谱波段对样品进行连续成像，该技术可同时采集样品的图像信息与光谱信息，其中图像信息可以反映样品的大小、形状、缺陷等外部品质特征，而光谱信息能充分反映样品内部的物理结构、化学成分等内部品质的差异。因此，高光谱图成像技术在农产品内外部品质的检测方面极具优势。从高光谱采集模式上看，其成像技术分为反射和透射两种，反射高光谱技术对检测农产品外部缺陷表现出良好的性能，被广泛应用于苹果、柑橘、黄瓜、肉类等多种农产品外部品质的检测，而透射高光谱技术由于可以获得农产品内部的光谱信息，因而被较多的应用于农产品内部品质的检测当中。专利CN204389408U公开了一种光源参数可调的马铃薯透射高光谱图像采集装置，其通过调节安装在样品室内的16盏卤素灯，可以实现光源参数的调节，从而研究不同光源参数对马铃薯透射高光谱图像的影响；专利CN105181611A公开了一种类球形水果透射高光谱成像无损检测装置，其通过调节“光阑”原理托盘透光孔直径的大小，从而适应不同种类的类球形水果，获取其透射高光谱图像。

上述的高光谱图像采集装置都只能采集一种或一类农产品的透射高光谱图像，不能同时获得内外部品质信息，因此其应用受到限制。由于不同种类农产品的形状、大小不一致，导致采集反射、透射高光谱图像时，对光源功率、透光孔形状、大小等要求不同，目前还未见既可采集各种农产品反射高光谱图像，也可采集其透射高光谱图像的实验装置的报道。通常情况下，如需采集农产品反射和透射高光谱图像，则要加工或购买相关装置，不仅耗时耗力，还可能影响检测精度。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种反射和透射一体化的高光谱成像系统及方法，其通过对关键组件如成像装置和透射装置的结构及具体装配方式进行研究和设计，不仅能够采集各种农产品的反射高光谱图像，还能实现不同种类农产品透射高光谱图像的采集，具有检测精度高、维护方便等优点。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提出了一种反射和透射一体化的高光谱成像系统，其包括箱体、设于箱体顶部的成像装置以及设于箱体内部的透射装置，其中：

所述成像装置用于获取待检测样品的发射高光谱图像和透射高光谱图像，其与高度调节装置相连，并在高度调节装置的作用下实现高度的调节；

所述透射装置位于成像装置的下方，其包括位移平台以及安装在位移平台上的透射单元，该透射单元在位移平台的带动下实现位置的调整，其用于产生透射光源以透过待检测样品，所述透射单元的两侧还设置有用于产生反射光源的反射光源组件。

作为进一步优选的，所述透射单元包括黑箱、设于黑箱内部并通过导轨滑块组件与黑箱相连的透射光源、设于透射光源上方的扩散板、用于封盖黑箱的且位于扩散板上方的箱盖以及设于箱盖上并开设有透光孔的置物板。

作为进一步优选的，所述导轨滑块组件包括纵向导轨、纵向导轨滑块和横向导轨，其中纵向导轨和纵向导轨滑块分别设置有两个，两个纵向导轨固定在黑箱的两侧壁上，两个纵向导轨滑块与两个纵向导轨对应连接，并实现滑动配合，所述横向导轨的两端与两个纵向导轨滑块相连，并通过纵向导轨滑块实现与纵向导轨的相对运动。

作为进一步优选的，所述透射光源包括透射卤素灯以及用于安装透射卤素灯的灯座滑块，所述灯座滑块呈阵列分布在横向导轨上，并可沿横向导轨滑动。

作为进一步优选的，所述反射光源组件包括水平导轨、竖直导轨和反射卤素灯，所述水平导轨安装在箱体的底部，竖直导轨安装在水平导轨上，该竖直导轨上安装有滑块，所述反射卤素灯通过光源旋转支架安装在滑块上，通过调节竖直导轨在水平导轨上的位置、滑块的高度以及光源旋转支架的方向以调节反射卤素灯发射光源的入射角度。

作为进一步优选的，所述高度调节装置包括高度调节支架、高度调节旋钮和丝杆，所述高度调节支架固定在箱体的顶部，所述丝杆安装在高度调节支架上，该丝杆的上端与高度调节旋钮相连，下端与成像装置相连；优选的，所述位移平台包括位移平台丝杆、位移平台支架、丝杆滑块和透射装置放置平台，所述位移平台丝杆安装在所述位移平台支架上，并与步进电机相连，所述丝杆滑块与位移平台丝杆螺纹配合，其上安装有所述透射装置放置平台，以此通过步进电机带动位移平台丝杆转动，进而带动丝杆滑块及其上的透射装置放置平台运动。

作为进一步优选的，所述置物板上透光孔的形状为圆形、长方形或正方形，并且大小可调。

作为进一步优选的，所述置物板上设置有光阑托盘、安装在光阑托盘上的光阑以及与光阑相连并用于调节光阑位置从而改变透光孔大小的操纵杆；优选的，所述置物板上设置有滑轨以及与滑轨滑动配合的移动板，通过调整移动板的位置改变透光孔的大小。

按照本发明的另一方面，提供了一种反射和透射一体化的高光谱成像方法，其包括如下步骤：

S1采集反射高光谱图像

根据待检测样品的形状选择相应的置物板并调节透光孔的大小；调节透射装置的位置，使置物板上的待检测样品位于高光谱成像仪的正下方；调整竖直导轨在水平导轨上的位置、滑块的高度及光源旋转支架的方向使反射光源位于合适的高度与入射角度；通过高度调节装置调整高光谱成像仪的高度；打开反射卤素灯，高光谱成像仪采集待检测样品的反射高光谱图像；

S2采集透射高光谱图像

根据待检测样品的形状调整灯座滑块的位置构成相应的卤素灯阵列；打开透射卤素灯，透射卤素灯发出的光经扩散板的散射作用变得均匀后穿透待检测样品；位移平台带动透射装置运动，当待检测样品经过高光谱成像仪正下方时，高光谱成像仪采集样品的透射高光谱图像。

作为进一步优选的，待检测样品为柑橘，其检测的最优参数为：反射光源的发射点到待检测样品的距离为50cm，反射光源的入射角度为35°；高光谱成像仪的入射点到待检测样品的距离为35cm。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，主要具备以下的技术优点：

1.本发明将反射和透射两种功能的高光谱成像装置进行一体化集成，可实现反射和透射高光谱图像的快速采集，以获取其内外部的高光谱信息。

2.本发明可根据待检测样品的形状、大小等特性，更换开有相应形状透光孔的置物板(圆形、长方形、正方形)，并通过调节置物板上透光孔的大小，实现不同种类农产品透射高光谱图像的采集。

3.本发明中透射装置内的卤素灯阵列，可根据待检测样品的形状、大小，调整卤素灯的数量以及位置，使其透射光源的分布更加均匀，避免对待测样品的高温灼伤，不仅提高光源的利用率，而且可大幅增强高光谱图像的信噪比。

4.本发明采用模块化设计，主要包括透射装置、高光谱成像仪、位移平台等模块，方便拆卸、更换与维护，本发明设计合理，调节方便，功能齐全，可同时采集各种农产品的反射、透射高光谱图像，对农产品无损检测领域具有重要的科学意义和广阔的应用前景。

5.本发明还对系统的测试工艺参数进行了研究与设计，并获得了柑橘的最佳检测工艺参数：反射光源的发射点到待检测样品的距离为50cm，反射光源的入射角度为35°，高光谱成像仪入射点到待检测样品的距离为35cm，如此保证高光谱成像仪获得清晰完整的高光谱图像，保证测试的准确性与可靠性。

附图说明

图1是一种反射和透射一体化的高光谱成像系统的结构示意图；

图2是本发明的透射装置的左视图；

图3是本发明的透射装置的缺省结构示意图；

图4是本发明的位移平台正视图；

图5a和5b分别是本发明的圆形透光孔置物板的主视图和俯视图；

图6a和6b分别是本发明的长方形透光孔置物板的主视图和俯视图；

图7a和7b分别是本发明的正方形透光孔置物板的主视图和俯视图。

图中：1、计算机，2、水平导轨，3、散热风扇，4、高光谱成像仪，5、高度调节装置，6、高度调节支架，7、高度调节旋钮，8、丝杆，9、箱体，10、滑块紧定螺钉，11、滑块，12、光源旋转支架，13、反射卤素灯，14、透射装置，15、竖直导轨紧定螺钉，16、竖直导轨，17、位移平台，18、透射装置放置平台，19、黑箱，20、纵向导轨，21、纵向导轨滑块，22、箱盖，23、置物板，24、扩散板，25、合页，26、透射卤素灯，27、灯座滑块，28、横向导轨，29、直流电源，30、位移平台支架，31、位移平台丝杆，32、丝杆滑块，33、联轴器，34、步进电机，35、步进电机驱动器，36、光阑托盘，37、操纵杆，38、滑轨，39、移动板。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

如图1所示，本发明实施例提供的一种反射和透射一体化的高光谱成像系统，其包括箱体9、设于箱体9顶部的成像装置以及设于箱体9内部的透射装置，其中，箱体9作为安装固定部件，用于安装成像装置和透射装置，成像装置用于采集待检测样品的发射高光谱图像和透射高光谱图像，透射装置用于产生透射光源。通过上述各部件的相互配合，不仅能够采集各种农产品的反射高光谱图像，还能实现不同种类农产品透射高光谱图像的采集。

如图1所示，成像装置与高度调节装置5相连，该高度调节装置5用于调节成像装置与透射装置之间的相对位置，该成像装置具体为高光谱成像仪4，用于采集待检测样品的高光谱图像数据，并将数据发送至计算机1中进行数据处理。具体的，高度调节装置5包括高度调节支架6、高度调节旋钮7和丝杆8，其中，高度调节支架6具体为金属支架，其功能是支撑高光谱成像仪4，高度调节旋钮7用于通过旋转带动丝杆8转动，实现高光谱成像仪4的高度调节，丝杆8用于通过转动带动高光谱成像仪4移动，具体的，高度调节支架6固定在箱体9的顶部，丝杆8安装在高度调节支架6上，该丝杆8的上端与高度调节旋钮7相连，下端通过丝杆螺母与高光谱成像仪4相连，由此通过转动高度调节旋钮7带动丝杆8转动，高光谱成像仪4在高度调节支架6的限位下，随着丝杆螺母沿丝杆8上下移动，实现高度的调节。具体的，箱体9两侧还装设有散热风扇3，用于降低箱体内的温度。

如图1所示，透射装置位于成像装置的下方，其包括位移平台17以及安装在位移平台17上的透射单元14，该透射单元14在位移平台17的带动下实现位置的调整，以与成像装置中心对齐，用于产生透射光源，该透射光源透过待检测样品，被高光谱成像仪4采集，获得透射高光谱图像；透射单元14的两侧还设置有呈对称分布的反射光源组件，用于产生反射光源，该反射光源照射在待检测样品上经过反射，然后被高光谱成像仪4采集，获得反射高光谱图像。

如图2和3所示，透射单元14包括黑箱19、设于黑箱19内部并通过导轨滑块组件与黑箱19相连的透射光源、设于透射光源上方的扩散板24、用于封盖黑箱19的且位于扩散板24上方的箱盖22以及设于箱盖22上并开设有透光孔的置物板23。其中，导轨滑块组件包括纵向导轨20、纵向导轨滑块21和横向导轨28，纵向导轨20和纵向导轨滑块21分别设置有两个，两个纵向导轨20固定在黑箱的两侧壁上，两个纵向导轨滑块21与两个纵向导轨20对应连接，并实现滑动配合，横向导轨28的两端与两个纵向导轨滑块21相连，并通过纵向导轨滑块21实现与纵向导轨20的相对运动。透射光源包括透射卤素灯26以及用于安装透射卤素灯26的灯座滑块27，灯座滑块27安装在横向导轨28上，并可沿横向导轨28滑动。优选的，灯座滑块27和横向导轨28设置有多个，多个灯座滑块27呈阵列分布安装在横向导轨28上，如图3所示，共设置有三个横向导轨28和9个灯座滑块27，9个灯座滑块27呈阵列分布，每个横向导轨28上安装3个灯座滑块27。

进一步的，黑箱19具体为铝合金金属壳体，长0.3米，宽0.3米，高0.15米，其功能是形成黑室，减少外部光源的干扰，提高高光谱图像的信噪比。纵向导轨20具体为铬轴承钢导轨，其用于配合纵向导轨滑块21、灯座滑块27以及横向导轨28调整透射卤素灯26的位置。纵向导轨滑块具体为45号钢滑块，其用于配合纵向导轨20、灯座滑块27以及横向导轨28调整透射卤素灯26的位置。箱盖22具体为铝合金金属盖子，其用于安装开有不同透光孔的置物板23，从而实现采集不同种类农产品的透射高光谱图像，箱盖22通过合页25与黑箱19连接。置物板23具体为铝合金板，其通过改变透光孔形状与大小，用于盛放不同的待检测样品。扩散板24是一种光学元件，其通过散射作用使透射卤素灯26发出的光变得均匀，提高高光谱图像的信噪比。透射卤素灯26是一种光学元件，其用于提供光源，穿透待检测样品，进而被高光谱成像仪4采集，其与放置在黑箱19电源盒中的直流电源29相连。灯座滑块27是一种组合件，将灯座与滑块焊接在一起，其用于安装透射卤素灯26，配合纵向导轨20、纵向导轨滑块21以及横向导轨28，以调整透射卤素灯26的位置。横向导轨28具体为铬轴承钢导轨，其用于配合纵向导轨20、纵向导轨滑块21以及灯座滑块27，以调整透射卤素灯26的位置，找到透射卤素灯26的最佳位置，以使穿透待检测样品的光线均匀，满足不同待检测样品对光强的要求以及提高高光谱图像的信噪比。

具体的，置物板23上的透光孔主要包括圆形、长方形、正方形三种形状，其大小可调。如图5a和5b所示，透光孔为圆形，置物板23上设置有光阑托盘36、安装在光阑托盘上的光阑以及与光阑相连并用于调节光阑位置的操纵杆37，通过操纵杆带动光阑运动，从而改变透光孔的大小。如图6a和6b所示，透光孔为长方形，置物板23上设置有滑轨38以及与滑轨38滑动配合的移动板39，具体的设置有前后左右分布的四个滑轨，每个滑轨上对应安装有移动板，四个移动板组合获得长方形的透光孔，通过调整移动板的位置改变透光孔的大小。如图7a和7b所示，透光孔为正方形，置物板23上设置有滑轨38以及与滑轨38滑动配合的移动板39，具体的设置有前后左右分布的四个滑轨，每个滑轨上对应安装有移动板，四个移动板组合获得正方形的透光孔，通过调整移动板的位置改变透光孔的大小。

具体的，位于透射单元14两侧的呈对称分布的反射光源组件的结构相同，均包括水平导轨16、竖直导轨2和反射卤素灯13，水平导轨16安装在箱体9的底部，竖直导轨2譬如通过竖直导轨紧定螺钉15安装在水平导轨16上，该竖直导轨2上譬如通过滑块紧定螺钉10安装有滑块11，反射卤素灯13通过光源旋转支架12安装在滑块11上，通过调节竖直导轨在水平导轨上的位置、滑块的高度以及光源旋转支架的方向以调节反射卤素灯的空间位置和角度，进而调节光源的入射角度。进一步的，箱体9具体为铝合金金属壳体，长0.7米，宽0.8米，高0.9米，其用于保护高光谱成像仪4不受外界光源干扰，同时防止灰尘进入装置内。光源旋转支架12是一种光学元件，其用于通过转动调节反射卤素灯13的方向。反射卤素灯13是一种光学元件，其用于为高光谱成像仪4提供光源，从而采集高光谱图像。水平导轨16具体为铬轴承钢导轨，其用于改变竖直导轨2在箱体9内的空间位置。竖直导轨2具体为铬轴承钢导轨，其用于使滑块11沿其移动，从而改变反射卤素灯13的高度。

如图4所示，位移平台17用于带动透射装置14运动，其具体安装在箱体9底部的中间位置，其与计算机1相连，其包括位移平台丝杆31、位移平台支架30、丝杆滑块32和透射装置放置平台18，位移平台丝杆31安装在位移平台支架30上，并通过联轴器33与步进电机34相连，丝杆滑块32与位移平台丝杆31螺纹配合，其上安装有透射装置放置平台18，步进电机34通过导线与步进电机驱动器35相连，以此通过步进电机驱动器35驱动步进电机34转动，步进电机34的输出轴通过联轴器33与位移平台丝杆31相连，带动其转动，丝杆滑块32在外力的作用下沿位移平台丝杆31移动，透射装置放置平台18固定在丝杆滑块32上，随丝杆滑块32移动，从而实现了透射装置的往复移动。

具体的，透射装置放置平台18具体为金属平台，其用于放置透射装置，带动透射装置往复运动。位移平台支架30具体为金属支架，其用于支撑透射装置14。位移平台丝杆31用于通过转动带动丝杆滑快32移动。丝杆滑块32具体为45号钢滑块，其用于与位移平台丝杆31配合，带动透射装置14移动。联轴器33用于连接步进电机34输出轴与位移平台丝杆31，并传递扭矩。步进电机34用于提供转矩，带动位移平台丝杆31转动。步进电机驱动器35用于驱动步进电机34，使其转动。

使用时，当采集反射高光谱图像时，根据待检测样品更换相应的置物板，并调节透光孔的大小，用于摆放待检测样品，调节透射装置的位置，使透射装置与高光谱成像仪中心对齐，调整竖直导轨在水平导轨上的位置、滑块的高度以及光源旋转支架的方向使光源位于合适的高度与入射角度，调节高度调节装置，使高光谱成像仪位于合适高度，打开反射卤素灯13，高光谱成像仪采集待检测样品的反射高光谱图像，并通过数据传输线传输到计算机中进行数据处理；当采集透射高光谱图像时，根据待检测样品的形状更换相应的置物板，并调节透光孔的大小，选择合适数量的透射卤素灯，调整灯座滑块的位置，构成相应的卤素灯阵列，调节高度调节装置，使高光谱成像仪位于合适的高度，位移平台带动透射装置运动，透射装置中卤素灯发出的光经过扩散板的散射作用变得均匀后，穿透待检测样品，当样品经过高光谱成像仪正下方时，高光谱成像仪采集样品的透射高光谱图像，通过数据传输线传输到计算机中进行数据处理。

下面以采集柑橘反射、透射高光谱图像为例对本发明的反射透射一体化高光谱成像系统的工作过程进行说明。

具体步骤如下：

1)柑橘反射高光谱图像的采集

1.1)装置相关参数的设置

根据待检测样品更换置物板23，本试验中检测样品为柑橘，因此更换上开有圆形透光孔的置物板23，并调节透光孔直径为5cm，将柑橘放置到置物板23上；调整竖直导轨2在水平导轨16上的位置，使反射卤素灯13对称布置；调整滑块11在竖直导轨上的位置以及光源旋转支架12的角度，使光源位于最佳高度与最佳入射角度，以确保柑橘光照均匀；调节高度调节装置5，使高光谱成像仪4位于最佳高度，以确保柑橘成像大小合适、画面清晰；

1.2)高光谱成像仪4参数的设置

打开一盏反射卤素灯13，通过计算机1驱动位移平台17移动，使柑橘样品位于高光谱成像仪4的正下方；打开高光谱成像仪4，调节曝光参数，使其接收到的光强达到高光谱成像仪4的饱和光强的85％，然后进行调焦；调节位移平台17的移动速度，保证高光谱成像仪4能够采集到清晰完整的高光谱图像；

1.3)校正

盖上高光谱成像仪4镜头盖，采集全黑高光谱图像，进行暗电流校正；取下镜头盖，打开反射卤素灯13，采集标准白板的高光谱图像，进行白板校正；

1.4)数据采集

同时打开两盏发射卤素灯13，驱动位移平台17使柑橘移动到高光谱成像仪4的一侧；打开高光谱成像仪4，同时驱动位移平台17，使柑橘在高光谱成像仪4的正下方匀速通过，高光谱成像仪4采集柑橘的反射高光谱图像，传输到计算机1中进行后续数据处理；重复上述步骤，采集全部样品的反射高光谱图像；

1.5)关闭高光谱检测装置

停止位移平台17，关闭反射卤素灯13；关闭高光谱成像仪4；关闭计算机1，切断所有电源；

2)柑橘透射高光谱图像的采集

2.1)装置相关参数的设置

根据待检测样品的形状、大小，选择透射卤素灯26阵列，本试验待检测样品为柑橘，因此选择五盏卤素灯，调整位置构成圆形阵列；根据待检测样品更换置物板23，本试验中检测样品为柑橘，因此更换上开有圆形透光孔的置物板23，并调节透光孔直径为5cm，将柑橘放置到置物板23上；将竖直导轨2移至水平导轨16末端，避免影响透射检测；调整高度调节装置5，使高光谱成像仪4位于最佳高度，以使得柑橘成像大小合适、画面清晰；

2.2)高光谱成像仪4参数的设置

通过计算机1驱动位移平台17，使柑橘位于高光谱成像仪4正下方；打开高光谱成像仪4，调节曝光参数，使其接收到的光强达到高光谱成像仪4的饱和光强的85％，然后进行调焦；调节位移平台17的移动速度，保证高光谱成像仪4能够采集到清晰完整的高光谱图像；

2.3)校正

盖上高光谱成像仪4镜头盖，采集全黑高光谱图像，进行暗电流校正；拿下镜头盖，打开透射卤素灯26，采集标准白板的高光谱图像，进行白板校正。

2.4)数据采集

打开选择好的透射卤素灯26阵列，驱动位移平台17使柑橘移动到高光谱成像仪4的一侧；打开高光谱成像仪4，同时驱动位移平台17，使柑橘在高光谱成像仪4的正下方匀速通过，高光谱成像仪4采集柑橘的透射高光谱图像，传输到计算机1中进行后续数据处理；重复上述步骤，采集全部样品的透射高光谱图像；

2.5)关闭高光谱检测装置

停止位移平台17，关闭透射卤素灯26；关闭高光谱成像仪4；关闭计算机1，切断所有电源。

总之，搭建的检测装置直接影响所采集的高光谱图像的质量，本发明可同时采集样品的反射与透射高光谱图像，采集反射高光谱图像时，通过调节水平导轨、竖直导轨以及光源旋转支架，使光源位于最佳高度与最佳入射角度，通过调节高度调节装置，使高光谱成像仪位于最佳高度，从而获得高质量的反射高光谱图像；采集透射高光谱图像时，根据不同种类的农产品，选择不同的置物板以及相应的透射卤素灯阵列，可以采集各种农产品的透射高光谱图像。通过本发明可同时实现反射和透射高光谱图像的快速采集，有效解决了目前高光谱装置只具备反射或透射单一功能的问题。本发明通过更换透射装置上的置物板，调节透光孔的大小，控制卤素灯阵列和调节高光谱成像仪的高度，实现对不同种类农产品反射和透射高光谱图像的采集，如柑橘、苹果、土豆、萝卜、白菜、菠菜等，该系统具有透射、反射一体化，检测精度高，维护方便等特点，具有广泛的应用前景。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种反射和透射一体化的高光谱成像系统，其特征在于，包括箱体(9)、设于箱体(9)顶部的成像装置以及设于箱体(9)内部的透射装置，其中：

所述成像装置用于获取待检测样品的发射高光谱图像和透射高光谱图像，其与高度调节装置(5)相连，并在高度调节装置(5)的作用下实现高度的调节；

所述透射装置位于成像装置的下方，其包括位移平台(17)以及安装在位移平台(17)上的透射单元(14)，该透射单元(14)在位移平台(17)的带动下实现位置的调整，其用于产生透射光源以透过待检测样品，所述透射单元(14)的两侧还设置有用于产生反射光源的反射光源组件。

2.如权利要求1所述的反射和透射一体化的高光谱成像系统，其特征在于，所述透射单元(14)包括黑箱(19)、设于黑箱(19)内部并通过导轨滑块组件与黑箱(19)相连的透射光源、设于透射光源上方的扩散板(24)、用于封盖黑箱(19)的且位于扩散板(24)上方的箱盖(22)以及设于箱盖(22)上并开设有透光孔的置物板(23)。

3.如权利要求2所述的反射和透射一体化的高光谱成像系统，其特征在于，所述导轨滑块组件包括纵向导轨(20)、纵向导轨滑块(21)和横向导轨(28)，其中纵向导轨(20)和纵向导轨滑块(21)分别设置有两个，两个纵向导轨(20)固定在黑箱的两侧壁上，两个纵向导轨滑块(21)与两个纵向导轨(20)对应连接，并实现滑动配合，所述横向导轨(28)的两端与两个纵向导轨滑块(21)相连，并通过纵向导轨滑块(21)实现与纵向导轨(20)的相对运动。

4.如权利要求3所述的反射和透射一体化的高光谱成像系统，其特征在于，所述透射光源包括透射卤素灯(26)以及用于安装透射卤素灯(26)的灯座滑块(27)，所述灯座滑块(27)呈阵列分布在横向导轨(28)上，并可沿横向导轨(28)滑动。

5.如权利要求1所述的反射和透射一体化的高光谱成像系统，其特征在于，所述反射光源组件包括水平导轨(16)、竖直导轨(2)和反射卤素灯(13)，所述水平导轨(16)安装在箱体(9)的底部，竖直导轨(2)安装在水平导轨(16)上，该竖直导轨(2)上安装有滑块(11)，所述反射卤素灯(13)通过光源旋转支架(12)安装在滑块(11)上，通过调节竖直导轨在水平导轨上的位置、滑块的高度以及光源旋转支架的方向以调节反射卤素灯发射光源的入射角度。

6.如权利要求1所述的反射和透射一体化的高光谱成像系统，其特征在于，所述高度调节装置(5)包括高度调节支架(6)、高度调节旋钮(7)和丝杆(8)，所述高度调节支架(6)固定在箱体(9)的顶部，所述丝杆(8)安装在高度调节支架(6)上，该丝杆(8)的上端与高度调节旋钮(7)相连，下端与成像装置相连；优选的，所述位移平台(17)包括位移平台丝杆(31)、位移平台支架(30)、丝杆滑块(32)和透射装置放置平台(18)，所述位移平台丝杆(31)安装在所述位移平台支架(30)上，并与步进电机(34)相连，所述丝杆滑块(32)与位移平台丝杆(31)螺纹配合，其上安装有所述透射装置放置平台(18)，以此通过步进电机(34)带动位移平台丝杆(31)转动，进而带动丝杆滑块(32)及其上的透射装置放置平台(18)运动。

7.如权利要求1所述的反射和透射一体化的高光谱成像系统，其特征在于，所述置物板(23)上透光孔的形状为圆形、长方形或正方形，并且大小可调。

8.如权利要求1所述的反射和透射一体化的高光谱成像系统，其特征在于，所述置物板(23)上设置有光阑托盘(36)、安装在光阑托盘上的光阑以及与光阑相连并用于调节光阑位置从而改变透光孔大小的操纵杆(37)；优选的，所述置物板(23)上设置有滑轨(38)以及与滑轨(38)滑动配合的移动板(39)，通过调整移动板(39)的位置改变透光孔的大小。

9.一种反射和透射一体化的高光谱成像方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1采集反射高光谱图像

根据待检测样品的形状选择相应的置物板并调节透光孔的大小；调节透射装置的位置，使置物板上的待检测样品位于高光谱成像仪的正下方；调整竖直导轨在水平导轨上的位置、滑块的高度及光源旋转支架的方向使反射光源位于合适的高度与入射角度；通过高度调节装置调整高光谱成像仪的高度；打开反射卤素灯，高光谱成像仪采集待检测样品的反射高光谱图像；

S2采集透射高光谱图像

根据待检测样品的形状调整灯座滑块的位置构成相应的卤素灯阵列；打开透射卤素灯，透射卤素灯发出的光经扩散板的散射作用变得均匀后穿透待检测样品；位移平台带动透射装置运动，当待检测样品经过高光谱成像仪正下方时，高光谱成像仪采集样品的透射高光谱图像。

10.如权利要求9所述的反射和透射一体化的高光谱成像方法，其特征在于，待检测样品为柑橘，其检测的最优参数为：反射光源的发射点到待检测样品的距离为50cm，反射光源的入射角度为35°；高光谱成像仪的入射点到待检测样品的距离为35cm。