CN113970292B - 一种识别物体表面附着物区域的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种识别物体表面附着物区域的方法，采用窄波长红外光源发射红外光线，照射待识别物体表面，持续照射下待识别物体表面附着物与物品本身温度存在差异，经热成像装置收集并进行图像处理，获得物品表面附着物的空间位置。与现有技术相比，本发明识别方法简单，使用红外光谱技术和热成像技术结合，针对物品表面附着物的化学成分进行检测和识别，可以获取物体表面附着物的位置信息，有望应用于物品检测领域。
Description
技术领域
本发明属于光谱分析化学模式识别技术领域，具体涉及一种基于窄波长红外光源和热成像装置识别物体表面附着物区域的方法。
背景技术
物体表面附着物识别物品分类的一个重要环节，其中物品分类中图像识别的方式占比较大的比例。在复杂物品分类中，图像识别难以对不同形状或缺少特征的物品进行区分，物体表面附着物也会影响识别，将会造成分类错误，而常规的高光谱识别，仪器较为精密，造价较为昂贵，难以大规模的推广。
发明内容
本发明的目的就是为了解决上述问题而提供一种基于窄波长红外光源和热成像装置识别物体表面附着物区域的方法，直接针对物品表面附着物的物理和化学信息进行分析，通过非接触式的识别方法，可以获取物品表面附着物的位置信息。
本发明的目的通过以下技术方案实现：
一种识别物体表面附着物区域的方法，采用窄波长红外光源发射红外光线，照射待识别物体的表面，物品表面特定类型附着物对光源发射的红外光线吸收更强，持续照射下物品表面附着物与物品本身温度的差异，经热成像装置收集并进行图像处理，进而获得物品表面附着物的空间位置，具体包括以下步骤：
(1)将物体置于载物台上，调节灯架使窄波长红外光源可以照射到物体表面；
(2)打开窄波长红外光源的电源，开灯照射物体表面；
(3)使用热成像装置收集物体表面温度信号，得到物体表面温度分布图；
(4)对物体表面温度分布图进行图像处理，进而得到物体表面附着物区域分布。
进一步地，所述附着物为油脂。
进一步地，包括确定窄波长红外光源所选波长，窄波长红外光源所选波长为附着物的红外吸收特征峰区域的波长。
进一步地，窄波长红外光源发射的红外光被附着物的吸收后，导致附着物区域温度升高。
进一步地，所述确定窄波长红外光源所选波长的仪器装置为红外光谱仪。
进一步地，所述窄波长红外光源为1750nm近红外LED灯，所选波长为800-2500nm。
进一步地，所述窄波长红外光源工作电流为0.20A。
进一步地，所述载物台具有一定的保温和对光线漫反射的特征。
进一步地，所述灯架可以调节窄波长红外光源与物体的距离。
进一步地，所述窄波长红外光源开灯照射物体表面时间为1-600s。
进一步地，所述热成像装置可以对表面的黑体辐射发射量进行二维成像，同时能获取像素点对应的温度数据。
进一步地，步骤(4)中图像处理包括用于图像分析的ImageJ软件和Photoshop软件。
本发明的原理是，附着物中的成分中对红外光有特征吸收波段，由于在该波段下附着物对红外光的吸收程度更大，可使得附着物获得更多的内能，宏观上温度上升更多，它的温度信号被热成像装置接受并转为图像，此图像经过图像分析后可以获得物品表面附着物的位置信息。生活中常见物质里有不同的有机分子，分子中的化学键或者官能团有特定的振动频率，会吸收特定波段的红外光，进而引起分子中的化学键或官能团振动加剧，分子内能增加，宏观上表现为温度上升。不同类型物质的主要成分不同，不同成分的主要分子在红外区域有不同的吸收峰，使用特定波段的红外光源可以针对性的加热特定物质。物品表面附着物与物品本身的温度差异，可以被热成像装置所捕获，进而实现识别附着物区域。
与现有技术相比，本发明采用窄波段红外光源和热成像装置，提供了一种识别物品表面附着物的系统，实验设备造价低，仪器性价比高；装置搭建简便，操作简单、省时，可进行自动化改装，能较快速地获取结果；非接触式检测，不涉及化学试剂，减少环境污染；光源可针对不同物质更换不同波段，具有检测类型广、仪器扩展性高的特点。
附图说明
图1为本发明方法所使用的装置示意图；
图2为基底附着油脂前后的近红外反射光谱；
图3为使用窄波段红外光源照射后热成像装置成像图；
图4为图像分析处理后结果图(内圈为发热区域，外圈为油脂区域)；
图中：1-灯架，2-窄波段红外光源，3-热成像装置，4-待识别物体，5-光源电源，6-载物台。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例
如图1所示，本发明所使用的设备包括可调照射角度的灯架2，可以发射窄波段红外光的窄波段红外光源2，窄波段红外光源2连接光源电源5共同工作，待识别物体4放置于载物台6上，热成像装置3置于载物台6上方进行数据采集，其中，窄波段红外光源2为1750nm的近红外LED灯，光源电源工作电流为0.20A，窄波段红外光源2工作照射时间为100s。
本发明的装置操作具体过程为，放置样品于载物台上，待温度平衡后，打开光源电源照射样品，样品温度变化信息被热成像装置采集并记录，经过图像分析后得到样品附着物的位置信息。
本发明测试A4纸附着大豆油样品油脂区域时，具体包括以下步骤：
(1)取待识别物体置于载物台上，调节灯架使得窄波段红外光源角度对准待识别物体，如图1所示，静置一段时间待温度平衡；
(2)打开光源电源，调节电流值为0.20A，照射待识别物体100s；
(3)使用热成像装置拍摄并记录待识别物体温度分布情况，如图3所示；
(4)使用ImageJ软件对图像进行处理，得到附着物油脂的分布情况，如图4所示。
图2为基底附着油脂前后的近红外反射光谱，图3为使用窄波段红外光源照射后热成像装置成像图，图4为图像分析处理后结果图(内圈为发热区域，外圈为油脂区域)，可知，采用本发明方法，可以快速获取物体表面附着物的位置信息。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。
Claims (2)
1.一种识别物体表面附着物区域的方法，其特征在于，
采用红外光谱仪获取待识别物体表面附着物的红外吸收特征峰区域的波长，并由该波长确定窄波长红外光源所选的波长；
采用窄波长红外光源发射红外光线，照射待识别物体表面，持续照射下待识别物体表面附着物与物品本身温度存在差异，经热成像装置收集并进行图像处理，获得物品表面附着物的空间位置；
窄波长红外光源发射的红外光被附着物的吸收后，导致附着物区域温度升高；
所述窄波长红外光源照射后，物体表面附着物区域黑体辐射增加，热成像装置能够对表面的黑体辐射发射量进行二维成像，同时能获取像素点对应的温度数据；
所述窄波长红外光源照射物体表面的时间为1-600s；
具体包括以下步骤：
(1)将物体置于载物台上，使窄波长红外光源照射到物体表面，静置待温度平衡；所述窄波长红外光源为1750nm的近红外LED灯，输出光为周期性脉冲光，所述窄波长红外光源工作电流为0.20A；所述载物台具有一定的保温和对光线漫反射的特征；
(2)使用热成像装置收集物体表面温度信号，得到物体表面温度分布图；
(3)使用ImageJ软件对物体表面温度分布图进行图像处理，得到物体表面附着物区域分布。
2.根据权利要求1所述的一种识别物体表面附着物区域的方法,其特征在于，所述窄波长红外光源设置在灯架上，并连接电源，所述灯架能够调节窄波长红外光源与物体的距离和角度。
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