CN220231501U - 一种基于高光谱成像技术的纤维定性定量检测装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种基于高光谱成像技术的纤维定性定量检测装置，包括箱体、设于箱体内部的工作台、可移动的设于工作台上的透明式平移台、设于透明式平移台一侧的校正白板，工作台上侧与下侧均设有光源，光源用于照射透明式平移台上的待测样本，工作台上部依次设有高光谱成像仪、CCD相机以及物镜；本实用新型增加纤维定性定量检测的效率和准确度，并降低成本、人力物力。
Description
技术领域
本实用新型涉及纤维检测设备领域，尤其涉及一种基于高光谱成像技术的纤维定性定量检测装置。
背景技术
纺织品成分检测是纺织品检测领域非常重要的一部分。目前，纺织品成分检测的常规方法包括感官法、燃烧法、显微镜法、溶解法、试剂显色法、密度法、光谱法等，其中显微镜法和溶解法作为各检测机构最为常用的检测方法，具备了检测准确度和精度较高的优点，但同时也存在一些不可避免的缺陷，例如，检测过程需要消耗大量的人力物力，检测效率低下，化学溶解法检测周期长，对环境造成较大污染且成本高昂；显微镜法过度依赖操作者的经验积累，不同操作者之间目光差异较易影响检测结果的客观性，且针对一些性质接近、形态相似的纤维，如特种动物毛、天然棉和麻纤维、粘纤、莫代尔、莱赛尔、竹纤维、纤维素醋酯纤维、酮氨纤维等，其中某些纤维组成的混合物较难通过化学溶解法和显微镜法直接进行区分，需结合多种方法才能鉴别出最终的成分结果，一定程度上影响了检测效率。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种增加纤维定性定量检测的效率和准确度，并降低成本、人力物力的基于高光谱成像技术的纤维定性定量检测装置。
为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种基于高光谱成像技术的纤维定性定量检测装置，包括箱体、设于箱体内部的工作台、可移动的设于工作台上的透明式平移台、设于透明式平移台一侧的校正白板，工作台上侧与下侧均设有光源，光源用于照射透明式平移台上的待测样本，工作台上部依次设有高光谱成像仪、CCD相机以及物镜。
进一步的，透明式平移台上设有载玻板，载玻板上设有盖玻板，待测样本置于载玻板与盖玻板之间。
进一步的，工作台上开设有透光孔，工作台下侧的光源与透光孔之间设有透镜。
进一步的，工作台下侧的光源一侧设有反光镜，且反光镜置于底座上，以使工作台下侧的光源发射的光依次经过反光镜、透镜以及透光孔。
进一步的，物镜置于物镜支撑臂上，且物镜一侧连接有镜筒，物镜支撑臂上设有粗调旋钮以及细调旋钮。
进一步的，透明式平移台一侧连接于升降杆，以使透明式平移台可沿升降杆进行升降。
进一步的，CCD相机连接至相机控制器。
进一步的，高光谱成像仪、相机控制器以及镜筒连接至计算机处。
进一步的，透镜置于透镜支撑臂上。
本实用新型的有益效果在于：
利用高光谱的图像信息和光谱信息，结合纤维细度分析技术，通过对被测对象的图像信息和光谱数据进行校正、优化、匹配等分析，可以快速对待测纤维进行分类鉴别，通过图像可视化信息显示纤维数量和直径在样品中的分布，结合纤维密度计算出待测对象的定性定量结果，与传统的显微镜观察结合化学溶解法相比，节省了大量人力物力，提高了检测效率和准确度，实现了对环境友好和降低成本的目的。
附图说明
图1是本实用新型的结构示意图。
图2是本实用新型的检测步骤示意图。
附图标记：1、工作台；2、透明式平移台；3、校正白板；4、升降杆；5、载玻板；6、盖玻板；7、光源；8、高光谱成像仪；9、CCD相机；10、相机控制器；11、透光孔；12、底座；13、反光镜；14、透镜支撑臂；15、透镜；16、物镜支撑臂；17、镜筒；18、物镜；19、粗调旋钮；20、细调旋钮；21、计算机；22、箱体。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
本领域技术人员应理解的是，在本实用新型的揭露中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系是基于附图所示的方位或位置关系，其仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此上述术语不能理解为对本实用新型的限制。
可以理解的是，术语“一”应理解为“至少一”或“一个或多个”，即在一个实施例中，一个元件的数量可以为一个，而在另外的实施例中，该元件的数量可以为多个，术语“一”不能理解为对数量的限制。
如图1-2所述，本实用新型提供了一种基于高光谱成像技术的纤维定性定量检测装置，包括箱体22、设于箱体内部的工作台1、可移动的设于工作台1上的透明式平移台2、设于透明式平移台2一侧的校正白板3，工作台1上侧与下侧均设有光源7，光源7用于照射透明式平移台2上的待测样本，工作台1上部依次设有高光谱成像仪8、CCD相机9以及物镜18。
优选的，透明式平移台2上设有载玻板5，载玻板5上设有盖玻板6，待测样本置于载玻板5与盖玻板6之间。
优选的，工作台1上开设有透光孔11，工作台1下侧的光源7与透光孔11之间设有透镜15。
优选的，工作台1下侧的光源7一侧设有反光镜13，且反光镜13置于底座12上，以使工作台1下侧的光源7发射的光依次经过反光镜13、透镜15以及透光孔11。
优选的，物镜18置于物镜支撑臂16上，且物镜18一侧连接有镜筒17，物镜支撑臂16上设有粗调旋钮19以及细调旋钮20。
优选的，透明式平移台2一侧连接于升降杆4，以使透明式平移台2可沿升降杆4进行升降。
在本方案的一实施例中，升降杆采用液压杆、电动推杆等结构控制透明式平移台的升降。
值得一提的是，本方案中的透明式平移台可采用双层结构，升降杆连接至下侧的单层上，而待测样本置于上侧单层上，以使升降杆带动上侧单层的透明式平移台进行升降，进而调节待测样本的焦距，同时透明式平移台的移动结构则连接于其下侧单层上，保证透明式平移台的移动稳定。
优选的，CCD相机9连接至相机控制器10。
优选的，高光谱成像仪8、相机控制器10以及镜筒17连接至计算机21处。
优选的，透镜15置于透镜支撑臂14上。
具体的，在将待测样本置于载玻板与盖玻板之间后，后透明式平移台带动待测样本依次经过高光谱成像仪、CCD相机以及物镜，其中高光谱成像仪、CCD相机通过位于工作台上侧的光源进行光照反射，而物镜则通过位于工作台下侧的光源经反光镜、透镜、透光孔后提供光照。
值得一提的是，透明式平移台2用于高精度带动载玻板5前后、左右连续移动，其移动方式可采用履带、电动轨道等高精度移动结构，从而获得完整连续的具有精简信息和光谱信息的高光谱图像以及纤维的显微细度图像，移动精度控制在10nm以内。
校正白板3为一块已知反射率的均匀白板，其中白板校正算法为常规技术手段，针对不同待测样本采用的校正算法有所不同；特别的，本方案采用平场域校正法对整个图像进行标准化处理，从而将图像中每一像素定标为反射率。升降杆4可上下伸缩，进而带动透明式平移台2进行上下移动，用于调节高光谱成像仪8、CCD相机9以及物镜18对待测样本的焦距。
载玻板5和盖玻板6为透明玻璃，折射率1.5。光源7为汞灯、卤素灯，发出的光线照射到待测样品表面，经过散射、吸收、反射的光线重新通过各镜头进入成像系统中，照明模式分为荧光模式和暗场模式。
高光谱成像仪8的尺寸为150cm*85cm*82cm，光学规格400-1620nm，分辨率小于2nm，光谱通道连续可调，空间分辨率亚微米级，激发波长405、447、532、561、660、730、785、808nm，波长分辨率精度FWHM/8，最大扫描速度单波长150ms，XY方向形成76mm*52mm，Z轴分辨率100nm，数据格式HDF5、FITS。
CCD相机9、相机控制器10配置百万像素摄像头，且样品可视化，光线由高光谱成像仪8中光谱仪的透射全息光栅所分光，不同频带的光强度经过转换成为准模拟信号，并存储于CCD相机9中。
物镜18为科研级别产品，放大倍数10-2000倍，光束经反光镜13、透镜15穿过透光孔11进入物镜18，调节粗调、细调旋钮使成像清晰。计算机21用于数据、图像分析，数据处理模式为空间滤波、数据统计、光谱提取、数据归一化等。
本方案中基于高光谱成像技术的纤维定性定量检测装置在实际使用过程中，采用以下实施步骤：
1)纤维纵面试样的制备，并置于透明式平移台2：将纤维整理平行成束状，用纤维切片器取合适长度为0.5mm的短纤维，纤维切断处不应对纤维被测量段直径有影响，将短纤维置于载玻板5中，滴入适量液体石蜡、水和分散剂等，使其均匀展开不重叠，盖上盖玻板6，置于透明式平移台2。
2)采集纯纤维的高光谱图像光谱数据，进行高光谱图像数据预处理分析，建立训练集：
建立纯纤维训练集中的纤维包括天然纤维和化学纤维，天然纤维包括天然植物纤维和天然动物纤维，即棉、麻、毛、丝等。化学纤维包括再生纤维和合成纤维，再生纤维包括粘纤、莫代尔、莱赛尔、竹纤维、醋酯纤维、铜氨纤维等，合成纤维包括聚酯纤维、锦纶、腈纶、丙纶、芳纶等。进行高光谱图像数据预处理分析方法包括白板校正、除噪、特征提取。白板校正采用平场域校正法。选用S-G滤波方法在光谱波段范围内多项式最小二乘法拟合对光谱数据进行校正，可以确保光谱曲线特征峰的峰位、峰形以及峰宽保持不变。提取纯纤维高光谱图像每个像素的光谱曲线特征波长，采用最小距离、马氏距离、最大似然、波谱角填图、二进制编码和光谱信息散度进行分类，建立训练集。
3)采集待测样品的高光谱图像光谱数据以及纤维的显微细度图像，进行高光谱图像数据预处理分析，建立测试集，并与训练集进行匹配：
测试集样品同训练集样品高光谱数据采集条件以及预处理条件相同。提取测试集高光谱图像每个像素的光谱曲线特征波长，与训练集进行匹配，采用最小距离、马氏距离、最大似然、波谱角填图、二进制编码和光谱信息散度进行分类，得出待测样品纤维种类。
4)通过纤维的显微细度图像显示各种纤维数量和直径在样品中的分布，结合纤维密度计算出待测样品的定性定量结果：
经过待测样品分类在纤维的显微细度图像中显示混合物中各种纤维的数量和直径在样品中的分布，结合纤维密度计算出待测样品的最终定性定量结果，计算公式如下：
式中：Pxi—第i组分纤维的质量含量，％；
Ni—第i组分纤维的计数测量根数；
di 2—第i组分纤维的直径平方的平均值，单位为平方微米(μm2)；
ρi—第i组分纤维的密度，单位为克每立方厘米(g/cm3)。
本实用新型不局限于上述最佳实施方式，任何人在本实用新型的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是具有与本申请相同或相近似的技术方案，均落在本实用新型的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种基于高光谱成像技术的纤维定性定量检测装置，其特征在于：包括箱体(22)、设于箱体内部的工作台(1)、可移动的设于工作台(1)上的透明式平移台(2)、设于透明式平移台(2)一侧的校正白板(3)，工作台(1)上侧与下侧均设有光源(7)，光源(7)用于照射透明式平移台(2)上的待测样本，工作台(1)上部依次设有高光谱成像仪(8)、CCD相机(9)以及物镜(18)。
2.根据权利要求1所述的基于高光谱成像技术的纤维定性定量检测装置，其特征在于：透明式平移台(2)上设有载玻板(5)，载玻板(5)上设有盖玻板(6)，待测样本置于载玻板(5)与盖玻板(6)之间。
3.根据权利要求1所述的基于高光谱成像技术的纤维定性定量检测装置，其特征在于：工作台(1)上开设有透光孔(11)，工作台(1)下侧的光源(7)与透光孔(11)之间设有透镜(15)。
4.根据权利要求3所述的基于高光谱成像技术的纤维定性定量检测装置，其特征在于：工作台(1)下侧的光源(7)一侧设有反光镜(13)，且反光镜(13)置于底座(12)上，以使工作台(1)下侧的光源(7)发射的光依次经过反光镜(13)、透镜(15)以及透光孔(11)。
5.根据权利要求1所述的基于高光谱成像技术的纤维定性定量检测装置，其特征在于：物镜(18)置于物镜支撑臂(16)上，且物镜(18)一侧连接有镜筒(17)，物镜支撑臂(16)上设有粗调旋钮(19)以及细调旋钮(20)。
6.根据权利要求1所述的基于高光谱成像技术的纤维定性定量检测装置，其特征在于：透明式平移台(2)一侧连接于升降杆(4)，以使透明式平移台(2)可沿升降杆(4)进行升降。
7.根据权利要求1所述的基于高光谱成像技术的纤维定性定量检测装置，其特征在于：CCD相机(9)连接至相机控制器(10)。
8.根据权利要求7所述的基于高光谱成像技术的纤维定性定量检测装置，其特征在于：高光谱成像仪(8)、相机控制器(10)以及镜筒(17)连接至计算机(21)处。
9.根据权利要求3所述的基于高光谱成像技术的纤维定性定量检测装置，其特征在于：透镜(15)置于透镜支撑臂(14)上。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |