RU2605894C1 - Мультиспектральный лазерный фотосепаратор - Google Patents
Мультиспектральный лазерный фотосепаратор Download PDFInfo
- Publication number
- RU2605894C1 RU2605894C1 RU2015130968/12A RU2015130968A RU2605894C1 RU 2605894 C1 RU2605894 C1 RU 2605894C1 RU 2015130968/12 A RU2015130968/12 A RU 2015130968/12A RU 2015130968 A RU2015130968 A RU 2015130968A RU 2605894 C1 RU2605894 C1 RU 2605894C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- laser
- diffraction grating
- image
- diffraction
- spectral
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
Abstract
Мультиспектральный лазерный фотосепаратор предназначен для сканирования движущихся объектов и построения изображений, разделенных по спектральным интервалам, соответствующим трем и более частотам лазерного освещения в режиме отраженного и прошедшего излучений. Совместная цифровая обработка изображений позволяет сепарировать объекты по спектральным характеристикам. Преимущественная область применения - сортировка сельскохозяйственной продукции. Фотосепаратор содержит устройство транспортировки сортируемого материала, оптоволоконное устройство суммирования трех и более источников лазерного освещения, устройство развертки суммарного лазерного пучка в линию, сфокусированную в предметной плоскости регистрации изображения, устройство считывания и обработки изображения, устройство удаления дефектных материалов. Линейное освещение выполняет функцию щели спектрометра. Излучение, рассеянное объектом, после прохождения коллиматорного объектива и дифракции на фазовой дифракционной решетке разлагается на нулевой, +1-й и -1-й порядки дифракции. В первом порядке расположены камерные объективы, проецирующие изображение на монохромные линейные сенсоры, каждый из которых регистрирует один из спектральных интервалов. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.
Description
Изобретение относится к устройствам сортировки объектов по цвету, размерам, форме и иным характеристикам, доступным анализу нескольких спектральных изображений средствами машинного зрения. Преимущественная область применения - промышленная сортировка сельскохозяйственной продукции. Изобретение также может быть применено для экспертной оценки и разделения различных движущихся объектов по спектральным изображениям отраженного и прошедшего лазерного излучения в трех и более спектральных интервалах.
Известен «ЛАЗЕРНЫЙ СОРТИРОВЩИК», описанный в патенте RU 2489215 от 23.11.2011. Опубликовано: 10.08.2013, Бюл. №22. Сортировщик содержит устройство транспортировки сортируемого материала, устройство развертки лазерного пучка в линию, сфокусированную в предметной плоскости регистрации изображения, устройство считывания и обработки изображения, устройство удаления дефектных материалов. К недостаткам данного устройства можно отнести следующее. Необходимым условием применимости фотосепаратора является его высокая производительность. Этим обусловлено малое время экспозиции кадра - порядка 0,0001 секунды. Поэтому для создания высокой освещенности необходимо применить лазер повышенной мощности с системой охлаждения. Это существенно усложняет фотосепаратор, так как данную конструкцию осветителя необходимо разместить в герметичной пылезащитной смотровой зоне рядом с видеокамерой. Дополнительные трудности возникают при необходимости создания освещения одновременно несколькими лазерными источниками.
Наиболее близким по совокупности признаков является «ОПТОВОЛОКОННЫЙ ЛАЗЕРНЫЙ СОРТИРОВЩИК», описанный в патенте RU 2521215 от 24.12.2012. Опубликовано: 27.06.2014, Бюл. №18. Сортировщик содержит устройство транспортировки сортируемого материала, оптоволоконное устройство суммирования двух и более источников лазерного освещения, устройство развертки суммарного лазерного пучка в линию, сфокусированную в предметной плоскости регистрации изображения, устройство считывания и обработки изображения, устройство удаления дефектных материалов. К недостаткам данного устройства можно отнести следующее. Для считывания изображения в разных спектральных интервалах одновременно необходимы две и более монохромные видеокамеры с линейным монохромным сенсором, оснащенные соответствующими селективными фильтрами, либо видеокамера с линейным сенсором, пиксели которого оснащены светофильтрами соответствующих спектральных интервалов. В последнем случае для перестройки сортировщика на другие спектральные интервалы необходима замена видеокамеры.
Сущностью изобретения является получение цифрового изображения движущихся с высокой скоростью объектов видеокамерой с линейными монохромными сенсорами без применения светофильтров, получение пиксельного изображения, в котором каждой точке объекта соответствует полный набор спектральных интервалов лазерного освещения. С целью повышения объема информации для последующего анализа данных системой машинного зрения регистрация спектральных данных производится одновременно в отраженном и проходящем свете в трех и более спектральных интервалах, выбираемых в процессе настройки фотосепаратора. Применение освещения в виде линии, спектр которой представляет сумму нескольких источников лазерного излучения, позволил сформировать устройство, аналогичное спектрометру. Линейное освещение в данном случае выполняет функцию щели спектрометра. Излучение, рассеянное объектом, после прохождения коллиматорного объектива и дифракции на фазовой дифракционной решетке, разлагается на 0-й, +1-й и -1-й порядки дифракции. В первом порядке присутствуют все спектральные составляющие лазерных источников, углы между которыми определяются длинами волн лазеров и постоянной решетки. Для двух длин волн достаточно просто выполнить независимую настройку совмещения изображений с линейными датчиками в фокальной плоскости камерного объектива в одном из направлений 1-го порядка дифракции. Остальные спектральные составляющие регистрируются в дополняющем направлении 1-го порядка дифракции. Такое использование 1-го порядка имеет преимущества, так как практически полностью используется энергия дифрагированного излучения. Это возможно для дифракционной решетки на пропускание с синусоидальным профилем фазовой задержки. В такой решетке отсутствуют дифракционные порядки выше первого. Предлагаемое устройство предназначено для работы в реальном времени - при скоростях сканирования 5000 и более строк в секунду. Применяя заявленное изобретение, можно существенно увеличить информативность регистрируемого изображения, увеличить производительность фотосепаратора при анализе данных отраженного и прошедшего лазерного излучения в трех и более спектральных интервалах. Заявляемое изобретение в отличие от известного RGB-принципа разделения изображения по цвету позволяет формировать пространственно-совмещенные спектральные представления предметной области. В RGB-представлении разные цвета пикселей соответствуют разным областям регистрируемого изображения. Полностью совместимые изображения сепарируемых объектов в разных цветах позволяют повысить точность установки критериев разделения объектов по признакам, удовлетворяющим совместным значениям цветовых данных.
Совокупность признаков, обеспечивающая получение технического результата в заявленном изобретении достигается тем, что в мультиспектральном лазерном фотосепараторе, содержащем устройство транспортировки сортируемого материала, оптоволоконное устройство суммирования двух и более источников лазерного освещения, устройство развертки суммарного лазерного пучка в линию, сфокусированную в предметной плоскости регистрации изображения, устройство считывания и обработки изображения, устройство удаления дефектных материалов, согласно изобретению фотосепаратор содержит первое и второе устройства считывания изображения в прошедшем и отраженном свете, в каждом из которых содержатся коллиматорный и камерные объективы, дифракционная решетка, три и более монохромных линейных сенсора, сгруппированные ортогонально двум направлениям первого порядка спектрального разложения. Согласно изобретению в качестве дифракционной решетки используется фазовая дифракционная решетка на пропускание с синусоидальным профилем фазовой задержки. Видеокамеры фотосепаратора содержат котировочные устройства, изменяющие расстояния между линейными сенсорами, расположенными в фокальной плоскости камерного объектива. Постоянная решетки и длины волн лазеров определяют расстояние между сенсорами. Дифракционная решетка расположена перед камерным объективом устройства считывания. В предлагаемой конструкции фотосепаратора эффективно используются такие свойства лазерного излучения, как малая ширина спектральной линии, возможность формирования узкой линии освещения с высокой плотностью мощности. Вследствие этого значительная часть энергии линии освещения лазеров, рассеянная объектом и попавшая в объектив, может быть зарегистрирована линейными сенсорами видеоматрицы устройства считывания изображения. Это позволяет сократить время экспозиции и повысить частоту сканирования движущегося объекта. Дифракционная решетка позволяет получить большие углы дифракции, что позволяет ее применить при относительно большом расстоянии между сенсорами, выполненными в разных корпусах. Это позволяет реализовать оперативную настройку видеокамеры по длинам волн двух спектральных интервалов.
На чертеже изображена схема мультиспектрального лазерного фотосепаратора. Под управлением устройства считывания и обработки изображения 1 устройство транспортировки сортируемого материала, заканчивающееся профилированным или плоским скатным лотком 2, обеспечивает движение продукта 3 в виде монослоя. Оптоволоконное устройство суммирования источников лазерного освещения 4 формирует на выходном торце волоконного световода 5 расходящийся пучок света. Цилиндрические отрицательная и положительная линзы устройства 6 формируют пространственное распределение пучка 7 в виде линии 8 в зоне регистрации изображения монослоя продукта. Первое и второе устройства считывания изображения содержат коллимирующие объективы 9, камерные объективы 10, дифракционные решетки 11, монохромные линейные сенсоры 12, сгруппированные в +1-м и -1-м порядке дифракции 13 и 14.
Работа мультиспектрального лазерного фотосепаратора осуществляется следующим образом. Сепарируемый сыпучий продукт подается на устройство транспортировки сортируемого материала, оканчивающееся скатным лотком 2, предназначенным для формирования монослоя и достижения необходимой скорости движения. В конце лотка продукт попадает в зону лазерного освещения и регистрации изображения 8. Оптоволоконное устройство суммирования источников лазерного освещения 4, управляемое устройством 1, формирует излучение из выходного торца оптического волокна 5, поступающее на устройство 6 развертки суммарного лазерного пучка в линию, сфокусированную в предметной плоскости регистрации изображения 8. В устройстве 4 излучение трех и более лазеров суммируется в оптическом волокне. Следует отметить, что существует неравномерность освещенности вдоль линии развертки лазерного луча в зоне 8, связанная с угловым распределением светового потока, но она имеет стационарный характер и может быть скомпенсирована на этапе синтеза изображения устройством 1. Линейные сенсоры камер первого и второго устройств считывания в синхронном режиме управляются устройством 1. Коллиматорный объектив 9 преобразует угловой спектр изображения линейной зоны 8 в параллельные пучки моноспектральных составляющих. Это необходимо для корректной работы дифракционной решетки 11. Дифракция Фраунгофера на решетке 11 локализуется в фокальной плоскости камерных объективов 10 в виде моноспектральных изображений области 8 на монохромных сенсорах 12 в +1-м и -1-м порядке дифракции 13 и 14. Аналоговая информация с выхода сенсоров преобразуется в цифровой код и видеопроцессор устройства 1 синтезирует изображения продукта 3 в соответствующих спектральных интервалах лазерного освещения. В результате анализа спектральных изображений программными средствами устройства 1 принимается решение о соответствии каждого элемента продукта 3 предустановленным критериям. Для некондиционного включения формируется адрес и время его появления в зоне удаления. Устройство для удаления дефектных материалов 15, представляющее, как правило, линейку пневмоэжекторов под управлением системы обработки изображений 1, импульсами сжатого воздуха перемещает дефектные составляющие сыпучего продукта в соответствующий бункер.
Claims (3)
1. Мультиспектральный лазерный фотосепаратор, содержащий устройство транспортировки сортируемого материала, оптоволоконное устройство суммирования двух и более источников лазерного освещения, устройство развертки суммарного лазерного пучка в линию, сфокусированную в предметной плоскости регистрации изображения, устройство считывания и обработки изображения, устройство удаления дефектных материалов, отличающийся тем, что фотосепаратор содержит первое и второе устройства считывания изображения в прошедшем и отраженном свете, в каждом из которых содержатся коллиматорный и камерные объективы, дифракционная решетка, три и более монохромных линейных сенсора, сгруппированные ортогонально двум направлениям первого порядка спектрального разложения.
2. Мультиспектральный лазерный фотосепаратор по п. 1, отличающийся тем, что в качестве дифракционной решетки используется фазовая дифракционная решетка на пропускание с синусоидальным профилем фазовой задержки.
3. Мультиспектральный лазерный фотосепаратор по п. 1, отличающийся тем, что видеокамеры содержат юстировочные устройства, изменяющие расстояния между линейными сенсорами, расположенными в фокальной плоскости камерного объектива.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015130968/12A RU2605894C1 (ru) | 2015-07-24 | 2015-07-24 | Мультиспектральный лазерный фотосепаратор |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015130968/12A RU2605894C1 (ru) | 2015-07-24 | 2015-07-24 | Мультиспектральный лазерный фотосепаратор |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2605894C1 true RU2605894C1 (ru) | 2016-12-27 |
Family
ID=57793744
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2015130968/12A RU2605894C1 (ru) | 2015-07-24 | 2015-07-24 | Мультиспектральный лазерный фотосепаратор |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2605894C1 (ru) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2734498C2 (ru) * | 2018-11-19 | 2020-10-19 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова" (МГУ) | Устройство для разделения зерна тритикале и ржи по показателю стекловидности |
RU2734496C2 (ru) * | 2018-11-02 | 2020-10-19 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова" (МГУ) | Устройство для разделения зерна пшеницы и риса по показателю стекловидности |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20100046826A1 (en) * | 2007-03-27 | 2010-02-25 | Visys Nv | Method and system for use in inspecting and/or removing unsuitable objects from a stream of products and a sorting apparatus implementing the same |
RU2489215C1 (ru) * | 2011-11-23 | 2013-08-10 | Владимир Алексеевич Шульгин | Лазерный сортировщик |
RU2521215C1 (ru) * | 2012-12-24 | 2014-06-27 | Григорий Владимирович Чуйко | Оптоволоконный лазерный сортировщик |
-
2015
- 2015-07-24 RU RU2015130968/12A patent/RU2605894C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20100046826A1 (en) * | 2007-03-27 | 2010-02-25 | Visys Nv | Method and system for use in inspecting and/or removing unsuitable objects from a stream of products and a sorting apparatus implementing the same |
RU2489215C1 (ru) * | 2011-11-23 | 2013-08-10 | Владимир Алексеевич Шульгин | Лазерный сортировщик |
RU2521215C1 (ru) * | 2012-12-24 | 2014-06-27 | Григорий Владимирович Чуйко | Оптоволоконный лазерный сортировщик |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2734496C2 (ru) * | 2018-11-02 | 2020-10-19 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова" (МГУ) | Устройство для разделения зерна пшеницы и риса по показателю стекловидности |
RU2734498C2 (ru) * | 2018-11-19 | 2020-10-19 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова" (МГУ) | Устройство для разделения зерна тритикале и ржи по показателю стекловидности |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6934879B2 (ja) | ハイパースペクトルイメージング計量システム及び方法 | |
JP5265632B2 (ja) | プラスチック等識別装置およびプラスチック等識別方法 | |
EP3191815B1 (en) | Light sensor modules and spectrometers including an optical grating structure | |
CN107655569B (zh) | 高光谱相机、高光谱成像装置及控制方法 | |
BRPI1009508A2 (pt) | método e dispositivo para medição óptica da superfície de um produto | |
CN1735789A (zh) | 测距设备 | |
US10151629B2 (en) | Spectral imaging sensors and methods with time of flight sensing | |
GB0602137D0 (en) | Chemical and property imaging | |
RU2605894C1 (ru) | Мультиспектральный лазерный фотосепаратор | |
US9998636B2 (en) | Method to remove the spectral components of illumination and background from multi-spectral and hyper-spectral images | |
JP4932053B1 (ja) | ラマン散乱信号取得装置、ラマン散乱識別装置、ラマン散乱信号取得方法およびラマン散乱識別方法 | |
US11199448B2 (en) | Spectroscopic measurement device and spectroscopic measurement method | |
CN110967958A (zh) | 一种基于多狭缝扩展记录频域全息成像的方法及装置 | |
RU2521215C1 (ru) | Оптоволоконный лазерный сортировщик | |
JP6232784B2 (ja) | パターン照明装置及び測距装置 | |
JP7296313B2 (ja) | 高さ分布計測装置および高さ分布計測方法 | |
EP0957346A3 (en) | Methods and apparati for spectral imaging using an interferometer in which a finite number of coherent beams interfere mutually | |
TW202140992A (zh) | 高度計測裝置及高度計測方法 | |
RU2599357C2 (ru) | Оптоволоконный фотосепаратор | |
WO2017034517A1 (en) | Digital spectroscopic and holographic microscope and method thereof | |
CN111664805A (zh) | 超光谱线扫描3d测量装置及测量方法 | |
CN218630380U (zh) | 一种彩色线结构光成像系统 | |
CN210070874U (zh) | 超光谱线扫描3d测量装置 | |
KR101766769B1 (ko) | 컬러 맵핑을 이용한 깊이 영상 생성 방법 및 그 카메라 구조 | |
JP7058881B2 (ja) | 撮像装置及び画像処理装置 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20170725 |