光谱成像分析系统、使用该系统成像及分析的方法
【专利摘要】本发明提供了光谱成像分析系统及使用该系统成像并光谱分析的方法，系统包括：包括图像传感器、自动变对焦镜头和液晶可调谐滤波器光学模块的液晶可调谐滤波器模组，用于生成被检物的图像并传给计算机；光源，用于照射工作台上的被检物；工作台，用于放置被检物；控制箱，用于控制光源开启与关闭及液晶可调谐滤波器模组驱动及停止驱动，且接收计算机传来的滤波波段值并控制液晶可调谐滤波器光学模块的滤波波段；计算机，用于对液晶可调谐滤波器光学模块的滤波波段值进行调整并传送给控制箱、调整自动变对焦镜头的变焦和对焦，且接收图像传感器传的图像并通过预置应用对图像进行分析以获得光谱图像。该系统可快速、准确的获得高质量的光谱图像。
【专利说明】光谱成像分析系统、使用该系统成像及分析的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及光谱成像领域，特别涉及一种光谱成像分析系统，以及使用该光谱成像分析系统成像并进行光谱分析的方法。
【背景技术】
[0002]目前，光谱分析仪器在科学实验、工农业生产、国防等领域被广泛使用，但大多数的光谱分析仪器的体积庞大且结构复杂，使用时会受到地点、环境等条件的限制，在使用时不能灵活的获得被检物各空间维度的图像并进行光谱分析，基于此，出现了结合成像技术和光谱分析技术的微型成像光谱仪，其具有体积小、重量轻且可灵活获得被检物更多的空间维信息的特点。
[0003]但现有的微型光谱成像系统为采用分光滤波片、棱镜或透射光栅为分光元件进行滤波后，在CCD图像传感器上获得某一特定波长的图像，使用该方式获得的图像在进行光谱分析后，得到的光谱图像相对零散且不能得到完整的、较宽范围的光谱特性，而且，由于在获得图像的过程中存在机械振动，很容易影响到基于该图像进行光谱分析后形成的光谱图像的准确性。
[0004]总之，如何更好的实现快速、准确且无机械振动的获得高质量的图像且基于该图像进行光谱分析以得到高质量的光谱图像，成为迫切需要本领域技术人员解决的技术问题。
【发明内容】
[0005]本发明提供了一种光谱成像分析系统、使用该系统成像并进行光谱分析的方法，该可实现快速、准确且无机械振动的获得高质量的图像且基于该图像进行光谱分析以得到高质量的光谱图像。
[0006]根据本发明的一方面，本发明提出了一种光谱成像分析系统，包括:
液晶可调谐滤波器模组，用于生成被检物对应的图像并传送给计算机，其中，所述液晶可调谐滤波器模组包括依次连接的图像传感器、自动变对焦镜头和液晶可调谐滤波器光学模块；
至少两个光源，用于照射工作台上放置的被检物；
工作台，用于放置被检物；
控制箱，用于控制光源的开启与关闭及液晶可调谐滤波器模组的驱动及停止驱动，且用于接收计算机中的预置应用传来的滤波波段值，并根据接收到的滤波波段值控制液晶可调谐滤波器光学模块工作的滤波波段；
计算机，预先安装有预置应用，用于通过所述预置应用对液晶可调谐滤波器光学模块的滤波波段值进行调整并传送给所述控制箱、用于调整所述自动变对焦镜头的变焦和对焦，且用于接收所述图像传感器传送来的图像并通过所述预置应用对所述图像进行预置光谱分析，以获得相应的光谱图像； 所述液晶可调谐滤波器模组设置于所述工作台的正上方且高于所述工作台预置高度，所述光源以相对的方式设置所述工作台的侧上方且与所述工作台呈预置角度；
所述图像传感器及所述自动变对焦镜头分别与所述计算机通信连接，所述液晶可调谐滤波器光学模块与所述控制箱通信连接，所述控制箱与所述计算机通信连接，所述光源与所述控制箱电连接。
[0007]进一步的，在所述液晶可调谐滤波器模组中，所述图像传感器位于上方，所述自动变对焦镜头位于中间，所述液晶可调谐滤波器光学模块位于下方。
[0008]进一步的，在所述液晶可调谐滤波器模组中，所述图像传感器位于上方，所述液晶可调谐滤波器光学模块位于中间，所述自动变对焦镜头位于下方。
[0009]进一步的，其特征在于，所述图像传感器为科学级黑白图像传感器，所述自动变对焦镜头中设置有微步进电机，所述液晶可调谐滤波器光学模块为用于对入射的光谱进行纳米级精度的调谐滤波控制的液晶可调谐滤波器。
[0010]进一步的，所述光源为两个发光效率高且光谱连续性强的光源。
[0011]进一步的，所述控制箱上设有光源开关按钮和液晶可调谐滤波器驱动控制器开关按钮，所述控制箱内包括光源控制器和液晶可调谐滤波器驱动控制器，
所述光源开关按钮电连接于所述光源控制器，所述光源控制器电连接于所述光源，所述液晶可调谐滤波器驱动控制器开关按钮电连接于所述液晶可调谐滤波器驱动器，所述液晶可调谐滤波器驱动器通信连接于所述液晶可调谐滤波器光学模块。
[0012]进一步的，所述液晶可调谐滤波器模组设置于高于所述工作台50-70厘米。
[0013]根据本发明的另一方面，还提出了一种使用上述光谱成像分析系统成像并进行光谱分析的方法，所述方法包括:
通过控制器开启光源及驱动液晶可调谐滤波器光学模块，以便将预先放置于工作台上的被检物通过光源的照射后反射到液晶可调谐滤波模组；
通过预置应用调节液晶可调谐滤波器光学模块的滤波波段值并传送给控制器，控制器根据接收到的滤波波段值控制液晶可调谐滤波器光学模块工作的滤波波段；
通过预置应用调节自动变对焦镜头的变焦和对焦；
基于确定的液晶可调谐滤波器光学模块的滤波波段和自动变对焦镜头的变焦和对焦，通过图像传感器生成被检物对应的图像并传送到计算机；
通过预置应用在接收到的图像中确定待分析图像；
通过预置应用对所述待分析图像进行预置光谱分析以生成光谱图像。
[0014]根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果:
在本发明实施例的光谱图像成像分析系统中设置包括图像传感器、自动变对焦镜头和液晶可调谐滤波器光学模块的液晶可调谐滤波器模组、照射被检物的光源、放置被检物的工作台、控制箱和安装有预置应用的计算机，使用该系统成像并进行光谱分析时，通过预置应用对液晶可调谐滤波器光学模块的滤波波段值进行调整并传送给控制器，通过控制器控制液晶可调谐滤波器光学模块工作的滤波波段，通过预置应用调节自动变对焦镜头的变焦和对焦，被检物通过光源照射后反射到液晶可调谐滤波模组，基于确定的液晶可调谐滤波器光学模块的滤波波段和自动变对焦镜头的变焦和对焦，通过图像传感器生成被检物对应的图像并传送到计算机，以便计算机通过预置应用对接收到图片进行比较以确定待分析图像，并对待分析图像进行预置光谱分析以生成光谱图像，该光谱成像分析系统结构简单，便于操作，且系统体积小，整体重量轻，更便于根据需要移动作业，使用该光谱成像分析系统可快速、准确且无机械振动的获得高质量的图像，进而可快速、准确的得到基于该图像进行光谱分析后的高质量光谱图像。
[0015]当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0017]图1是本发明单光谱成像分析系统实施例的结构示意图；
图2是本发明使用光谱成像分析系统成像并进行光谱分析的方法实施例的流程示意图。
【具体实施方式】
[0018]下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
[0019]参看图1，为本发明光谱成像分析系统实施例的结构示意图。
[0020]在本实施例中，该光谱成像分析系统，包括:液晶可调谐滤波器模组11、至少两个光源12、工作台13、控制箱14和计算机15。
[0021]其中，液晶可调谐滤波器模组11包括依次连接的图像传感器111、自动变对焦镜头112和液晶可调谐滤波器光学模块113，以形成精密的光学成像系统。
[0022]该图像传感器111与计算机15通信连接，以用于生成被检物对应的图像并将图像传送给计算机15 ；自动变对焦镜头112与计算机15通信连接，以实现通过计算机中的预置应用对自动变对焦镜头112的对焦和变焦进行调整；液晶可调谐滤波器光学模块113与控制箱14中液晶可调谐滤波器驱动器142通信连接，且控制箱14与计算机15通信连接，以便用户在计算机15的预置应用中对液晶可调谐滤波器光学模块113的滤波波段值进行调整并传送给控制箱14，再由控制箱14根据接收到滤波波段值对液晶可调谐滤波器光学模块113工作的滤波波段进行控制。
[0023]具体的，被检物在通过光源的照射后反射到液晶可调谐滤波模组11上后，可基于确定的液晶可调谐滤波器光学模块113的滤波波段和自动变对焦镜头112的变焦和对焦，通过图像传感器111生成被检物对应的图像并传送到计算机。
[0024]进一步的，图像传感器可为科学级黑白电荷稱合元件(CCD, Charge-coupledDevice)图像传感器；自动变对焦镜头中可设置有微步进电机，以更好的根据实际图像进行自动变焦和对焦；液晶可调谐滤波器光学模块可为用于对入射的光谱进行纳米级精度的调谐滤波控制的液晶可调谐滤波器(LCTF, Liquid Crystal Tunable Filte)。
[0025]在液晶可调谐滤波器模组11中，图像传感器111、自动变对焦镜头112和液晶可调谐滤波器光学模块113可以如下两种结构进行设置。
[0026]一种结构为，图像传感器111位于上方，自动变对焦镜头112位于中间，液晶可调谐滤波器光学模块113位于下方，且图像传感器111连接于自动变对焦镜头112，自动变对焦镜头112连接于液晶可调谐滤波器光学模块113，也就是说，相对于被检物来说，上述三者的位置依次为液晶可调谐滤波器光学模块113、自动变对焦镜头112、图像传感器111。
[0027]该种结构为自动变对焦镜头112直接与图像传感器111连接，能够更为准确的调节变焦和对焦，使得成像更清晰，但是，由于液晶可调谐滤波器光学模块113 (如LCTF)通常具有一定的厚度，当自动变对焦镜头112的通光口径大于LCTF的孔径时会有光能损失并产生渐晕，而且LCTF的重量也会影响整个系统的设计，为保证光路同轴，在必要的情况下还需要设置一个对LCTF进行支撑的结构。
[0028]另一种结构为，图像传感器111位于上方，液晶可调谐滤波器光学模块113位于中间，自动变对焦镜头112位于下方，且图像传感器111连接于液晶可调谐滤波器光学模块113，液晶可调谐滤波器光学模块113连接于自动变对焦镜头112，也就是说，相对于被检物来说，上述三者的位置依次为自动变对焦镜头112、液晶可调谐滤波器光学模块113、图像传感器111。
[0029]该种结构为液晶可调谐滤波器光学模块113 (如LCTF)直接连接于图像传感器111，由于自动变对焦镜头112和工作台的焦平面之间的光束口径通常小于自动变对焦镜头112的入瞳口径，因此，LCTF的口径可以稍微小一些，但是由于现有的自动变对焦镜头都是按照与图像传感器直接连接的情况设计的，当自动变对焦镜头和图像传感器之间加入有一定厚度LCTF后，会使得图像产生畸变、色差等，并可能会导致改变整个系统的放大率、镜头的刻度值不准确等问题。
[0030]在该实施例中，光源12为两个发光效率高且光谱连续性强的光源，可用于照射工作台上放置的被检物源。
[0031]工作台13，则可用于放置被检物131。
[0032]控制箱14，可用于控制光源12的开启与关闭，及液晶可调谐滤波器模组11的驱动及停止驱动，且可用于接收计算机15中的预置应用传来的滤波波段值，并根据接收到的滤波波段值控制液晶可调谐滤波器模组11中的液晶可调谐滤波器光学模块113工作的滤波波段。
[0033]其中，该控制箱14外可设有光源开关按钮和液晶可调谐滤波器驱动控制器开关按钮，该控制箱14内可设有光源控制器141和液晶可调谐滤波器驱动控制器142。
[0034]该光源开关按钮电连接于光源控制器141，光源控制器141电连接于光源12，当用户触发电源开关按钮后，则可启动光源控制器141以控制光源12的开启或关闭。
[0035]液晶可调谐滤波器驱动控制器开关按钮电连接于液晶可调谐滤波器驱动器142，液晶可调谐滤波器驱动器142通信连接于液晶可调谐滤波器光学模块113，当用户触发液晶可调谐滤波器驱动控制器开关按钮后，则可启动液晶可调谐滤波器驱动器142向液晶可协调谐滤波光学模块113发送驱动信号或停止驱动信号，以控制液晶可协调谐滤波光学模块113的驱动或停止驱动。
[0036]计算机15,可预先安装有预置应用，该计算机15可用于通过预置应用对液晶可调谐滤波器光学模块113的滤波波段值进行调整并将滤波波段值传送给控制箱14，以便通过控制箱14中的液晶可调谐滤波器驱动器142对液晶可协调谐滤波光学模块113工作的滤波波段进行控制；
可用于调整自动变对焦镜头的变焦和对焦，以确定自动变对焦镜头112工作的定焦和对焦；
还可用于接收图像传感器111传送来的图像并通过预置应用对接收到的图像进行预置应用中预置的光谱分析，以获得相应的光谱图像。
[0037]在该实施例中，液晶可调谐滤波器模组113设置于工作台13的正上方且高于工作台13预置高度，优选的，可将液晶可调谐滤波器模组设置于高于工作台50-70厘米，以实现较优的成像效果。
[0038]光源12可以相对的方式设置于工作台13的侧上方且与工作台13呈预置角度，该光源12相对于工作台13的高度和角度可根据实际情况进行设置。
[0039]参看图2，为本发明使用光谱成像分析系统成像并进行光谱分析的方法实施例的流程示意图。
[0040]在该实施例中，该方法，包括如下步骤:
S201，通过控制器开启光源及驱动液晶可调谐滤波器光学模块，以便将预先放置于工作台上的被检物通过光源的照射后反射到液晶可调谐滤波模组。
[0041]具体的，可通过触发控制器外的光源开关按钮，以启动控制器中的光源控制器来控制光源的开启；可通过触发控制器外的液晶可调谐滤波器驱动控制器开关按钮，以启动控制器中的液晶可调谐滤波器驱动控制器来控制液晶可调谐滤波器光学模块的驱动。
[0042]S202，通过计算机中的预置应用调节液晶可调谐滤波器光学模块的滤波波段值并传送给控制器，控制器根据接收到的滤波波段值控制液晶可调谐滤波器光学模块工作的滤波波段。
[0043]该预置应用可包括预置的滤波波段设置页面，在该页面中可包括对滤波波段值进行调整或设置的控件，可在控件中调整或设置滤波波段值，然后将该滤波波段值传送给控制器，控制器则可根据接收到的滤波波段值控制液晶可调谐滤波器光学模块工作的滤波波段。
[0044]S203，通过计算机中的预置应用调节自动变对焦镜头的变焦和对焦。
[0045]该预置应用可包括预置的变焦和对焦调整页面，在该页面中可包括变焦设置控件和对焦设置控件，可在是变焦设置控件中调整或设置变焦值，可在对焦设置控件中调整或设置对焦值，以实现对自动变对焦镜头的变焦和对焦的调节。
[0046]S204，基于在S202和S203中调整后的(即确定的)的液晶可调谐滤波器光学模块的滤波波段和自动变对焦镜头的变焦和对焦，可通过图像传感器生成被检物对应的图像，并把该生成的图像传送到计算机。
[0047]S205，通过预置应用在接收到的图像中确定待分析图像。
[0048]该预置应用可包括预置的确定待分析图像页面，在该页面中比如可通过合成、优化等操作以在接收到的图像中，确定出质量较优的一张或几张图像以作为待分析图像。
[0049]S206，通过预置应用对S205中确定的待分析图像进行预置光谱分析以生成光谱图像。
[0050]在本发明实施例的光谱图像成像分析系统中设置包括图像传感器、自动变对焦镜头和液晶可调谐滤波器光学模块的液晶可调谐滤波器模组、照射被检物的光源、放置被检物的工作台、控制箱和安装有预置应用的计算机，使用该系统成像并进行光谱分析时，通过预置应用对液晶可调谐滤波器光学模块的滤波波段值进行调整并传送给控制器，通过控制器控制液晶可调谐滤波器光学模块工作的滤波波段，通过预置应用调节自动变对焦镜头的变焦和对焦，被检物通过光源照射后反射到液晶可调谐滤波模组，基于确定的液晶可调谐滤波器光学模块的滤波波段和自动变对焦镜头的变焦和对焦，通过图像传感器生成被检物对应的图像并传送到计算机，以便计算机通过预置应用对接收到图片进行比较以确定待分析图像，并对待分析图像进行预置光谱分析以生成光谱图像，该光谱成像分析系统结构简单，便于操作，且系统体积小，整体重量轻，更便于根据需要移动作业，使用该光谱成像分析系统可快速、准确且无机械振动的获得高质量的图像，进而可快速、准确的得到基于该图像进行光谱分析后的高质量光谱图像。
[0051]本发明实施例的光谱图像成像分析系统，可广泛应用于实验化学、临床医学检测、工业监测、文物识别、刑事科学等领域，具体可用于图像动态处理、字迹添加识别、掩盖证据还原、印章背景的字迹提取、复杂背景的指印提取等。
[0052]以上对本发明所提供的光谱图像成像分析系统、使用该光谱图像成像分析系统成像并进行光谱分析的方法进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在【具体实施方式】及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。
【权利要求】
1.一种光谱成像分析系统，其特征在于，包括: 液晶可调谐滤波器模组，用于生成被检物对应的图像并传送给计算机，其中，所述液晶可调谐滤波器模组包括依次连接的图像传感器、自动变对焦镜头和液晶可调谐滤波器光学模块； 至少两个光源，用于照射工作台上放置的被检物； 工作台，用于放置被检物； 控制箱，用于控制光源的开启与关闭及液晶可调谐滤波器模组的驱动及停止驱动，且用于接收计算机中的预置应用传来的滤波波段值，并根据接收到的滤波波段值控制液晶可调谐滤波器光学模块工作的滤波波段； 计算机，预先安装有预置应用，用于通过所述预置应用对液晶可调谐滤波器光学模块的滤波波段值进行调整并传送给所述控制箱、用于调整所述自动变对焦镜头的变焦和对焦，且用于接收所述图像传感器传送来的图像并通过所述预置应用对所述图像进行预置光谱分析，以获得相应的光谱图像； 所述液晶可调谐滤波器模组设置于所述工作台的正上方且高于所述工作台预置高度，所述光源以相对的方式设置所述工作台的侧上方且与所述工作台呈预置角度； 所述图像传感器及所述自动变对焦镜头分别与所述计算机通信连接，所述液晶可调谐滤波器光学模块与所述控制箱通信连接，所述控制箱与所述计算机通信连接，所述光源与所述控制箱电连接。
2.如权利要求1所述的光谱成像分析系统，其特征在于，在所述液晶可调谐滤波器模组中，所述图像传感器位于上方，所述自动变对焦镜头位于中间，所述液晶可调谐滤波器光学模块位于下方。
3.如权利要求1所述的光谱成像分析系统，其特征在于，在所述液晶可调谐滤波器模组中，所述图像传感器位于上方，所述液晶可调谐滤波器光学模块位于中间，所述自动变对焦镜头位于下方。
4.如权利要求2或3所述的光谱成像分析系统，其特征在于，所述图像传感器为科学级黑白图像传感器，所述自动变对焦镜头中设置有微步进电机，所述液晶可调谐滤波器光学模块为用于对入射的光谱进行纳米级精度的调谐滤波控制的液晶可调谐滤波器。
5.如权利要求1所述的光谱成像分析系统，其特征在于，所述光源为两个发光效率高且光谱连续性强的光源。
6.如权利要求1所述的光谱成像分析系统，其特征在于，所述控制箱上设有光源开关按钮和液晶可调谐滤波器驱动控制器开关按钮，所述控制箱内包括光源控制器和液晶可调谐滤波器驱动控制器， 所述光源开关按钮电连接于所述光源控制器，所述光源控制器电连接于所述光源，所述液晶可调谐滤波器驱动控制器开关按钮电连接于所述液晶可调谐滤波器驱动器，所述液晶可调谐滤波器驱动器通信连接于所述液晶可调谐滤波器光学模块。
7.如权利要求1所述的光谱成像分析系统，其特征在于，所述液晶可调谐滤波器模组设置于高于所述工作台50-70厘米。
8.一种使用如权利要求1至7所述的光谱成像分析系统成像并进行光谱分析的方法，其特征在于，所述方法包括: 通过控制器开启光源及驱动液晶可调谐滤波器光学模块，以便将预先放置于工作台上的被检物通过光源的照射后反射到液晶可调谐滤波模组； 通过预置应用调节液晶可调谐滤波器光学模块的滤波波段值并传送给控制器，控制器根据接收到的滤波波段值控制液晶可调谐滤波器光学模块工作的滤波波段； 通过预置应用调节自动变对焦镜头的变焦和对焦； 基于确定的液晶可调谐滤波器光学模块的滤波波段和自动变对焦镜头的变焦和对焦，通过图像传感器生成被检物对应的图像并传送到计算机； 通过预置应用在接收到的图像中确定待分析图像； 通过预置应用对所述待分析图像进行预置光谱分析以生成光谱图像。
【文档编号】G01N21/25GK104330363SQ201410595439
【公开日】2015年2月4日 申请日期:2014年10月30日 优先权日:2014年10月30日
【发明者】尤俊生, 刘德滨, 吴江煌, 高志鹏 申请人:厦门市美亚柏科信息股份有限公司