CN1888833A - 全光谱、双cmos线性成像传感器检测装置及其检测方法 - Google Patents

Abstract

一种全光谱、双CMOS线性成像传感器检测装置及检测方法，其特征在于它是光学成像镜头、三膜系分光棱镜，双高速线阵CMOS成像传感器组成的光学成像***；检测方法是由①光学镜头对目标成像；②由直角分光棱镜滤除红外光谱；③按照棱镜分光比T/R分离出平衡的两束光谱：④由两个CMOS传感器分别进行光电转换；⑤给出目标亮度信号L和颜色饱和度信号S；⑥实现对目标色变的识别。本发明的优越性在于：采用颜色饱和度指标S检测替代普通色选机单一蓝光谱(B)信号强弱指标的检测，更加符合人的视觉对颜色的识别习惯，能更加准确地反映目标的颜色特征，提高设备的识别能力；结构简单，使用方便，具有高性价比。

Description

全光谱、双CMOS线性成像传感器检测装置及其检测方法

(一)技术领域：

本发明涉及一种光学成像检测装置及其检测方法，特别是一种全光谱、双CMOS线性成像传感器检测装置及其检测方法。

(二)背景技术：

在成品大米中经常混有黄变、霉变、病斑的米粒，其中含有对人体有害的致癌物成分一黄曲霉素，对这些大小、形状和密度与正常米粒完全相同的粒子，只能根据其表面的颜色差异，采用光电技术对其进行识别并加以准确剔除。光学色选检测装置经多年的发展，已应用于多个行业，国外高性能的色选检测装置都已采用高分辨率的CCD成像传感器技术，国内研制的产品仍然是采用低分辨率硅光电池模拟电眼的结构。还没有CCD或CMOS光电传感器的高分辨率产品。国内有生产厂商也正在向数字化高分辨率CCD或CMOS传感器技术色选机这一步追赶，还谈不到更进一步技术的色选检测装置。不论国内、国外，应用于大米等粮食行业的色选检测装置都还采用单一蓝光谱的检测技术(见图1)，只在烟草行业的进口的昂贵的烟叶色选机中有见采用全光谱测量CCD技术测量的检测装置(见图2)；国外进口的全光谱色选检测装置，还具有价格昂贵的弊端。因此，从技术上研制结构更简单、使用更方便，且降低***造价的光谱检测装置是今天的重要课题。

(三)发明内容：

本发明的目的在于设计一种全光谱、双CMOS线性成像传感器检测装置及其检测方法，该方案具有很高的性价比，在技术上优于市场现有的国外进口色选检测装置，而从价格上则有无可比拟的优势。

本发明的技术方案：一种全光谱、双CMOS线性成像传感器检测装置，其特征在于它是光学成像镜头、三膜系分光棱镜，双高速线阵CMOS成像传感器组成的光学成像***，所说的光学成像镜头与三膜系分光棱镜处于同一光轴水平位置，双高速线阵CMOS成像传感器I和II处于相互垂直的两个成像平面上；所说的三膜系分光棱镜的入射平面上有红外截止膜，三膜系分光棱镜的入射斜面上有宽带分光介质膜，CMOS成像传感器I对应三膜系分光棱镜的反蓝透红绿介质膜，CMOS成像传感器II对应三膜系分光棱镜的透蓝反红绿介质膜。

上述所说的有宽带分光介质膜的三膜系分光棱镜的入射斜面是与入射光成45°角度。

上述所说的光学成像***要达到的性能指标：

棱镜分光比T/R＝85/15±5％

光束偏转     透射光 0°±3’

           反射光  90°±5’

光谱范围     透射光    400--500nm

           反射光      500--700nm

重合调整的精度  ＜3μm

一种使用全光谱、双CMOS线性成像传感器检测装置的检测方法，其特征在于它是由以下步骤所构成：

①光学镜头对目标成像；

②由精密的直角分光棱镜滤除红外光谱；

③在两个垂直平面上由三膜系分光棱镜的宽带分光介质膜按照棱镜分光比T/R分离出平衡的两束光谱：蓝光谱(B)和红绿光谱(R+G)；

④由两个CMOS传感器分别进行光电转换；

⑤由全光谱测量的红(R)、绿(G)、蓝(B)三基色可以给出目标如下定义的亮度信号L和颜色饱和度信号S。

亮度信号L＝(R+G+B)

颜色饱和度信号S＝(R+G-2B)/(R+G)

颜色饱和度S的大小反映目标着色的深浅程度，S＝0为白色或灰色的粒子，S＝1为纯颜色的粒子，L决定灰白黑的明亮程度；

⑥由上述指标可以实现对目标色变的准确识别。

上述所说的使用全光谱、双CMOS线性成像传感器检测装置的检测方法可以用于大米色选机检测黄变粒子：

亮度信号L＝(R+G+B)

黄变颜色饱和度信号S＝(R+G-2B)/(R+G)

S＝0为白色或灰色的粒子，S＝1为纯颜色(黄色或近似黄色)的粒子，L决定灰白黑的明亮程度，由上述指标可以实现黄变粒子的准确识别。

上述所说的使用全光谱、双CMOS线性成像传感器检测装置的检测方法还可以用于各种粮食色选的设备或用于其它需色选的行业。

本发明的工作原理为：本案的核心内容是采用光学成像技术、镀膜棱镜分光、分色技术，CMOS线性成像传感器的光电转换及信号处理技术，用以完成对目标的全光谱测量。所说的全光谱、双CMOS线性成像传感器检测装置的基本原理是采用全光谱(包括全部R、G、B光谱)测量方式，以获得更准确反映目标颜色深浅的定量指标----颜色饱和度S。

由全光谱、双CMOS线性成像传感器检测装置可制成大米色选机，对于大米色选机来讲，主要选别黄变的米粒，因而就用蓝光源照射或者通过蓝光滤色片过滤大米颗粒的反射光，然后检测信号的强弱，既滤除R和G成分后，只检测B成分的大小。蓝光信号的强弱在一定程度上反映了异色粒子的黄变程度。

本发明的优越性在于：1、采用颜色饱和度指标S＝(R+G-2B)/(R+G)检测替代普通色选机单一蓝光谱(B)信号强弱指标的检测，更加符合人的视觉对颜色的识别习惯，能更加准确地反映目标的颜色特征，因而提高设备对异色粒子的识别能力；2、单一蓝光谱(B)信号强弱的测量是绝对量测量，会受到各种干扰因素的影响，产生测量误差，采用颜色饱和度指标S＝(R+G-2B)/(R+G)检测是相对量测量，测量中产生的干扰因素和测量误差可以互相抵消，因此，可以进一步提高检测精度；3、结构简单，使用方便，大大降低***造价，提高设备的性价比；4、采用高性能的CMOS成像器件，具有高速A/D转换器，直接以串行方式输出数字量信号，而且具有可编程的增益和偏置调整；5、可以制成用于各种粮食色选的设备或用于其它需色选的行业。

(四)附图说明：

附图1为现有单光谱检测装置结构示意图。

附图2为现有全光谱检测装置结构示意图。

附图3为本发明所涉一种全光谱、双CMOS线性成像传感器检测装置结构示意图。

其中：1为光学成像镜头，2为三膜系分光棱镜，2a为红外截止膜，2b为反蓝透红绿介质膜，2c为透蓝反红绿介质膜，2d为宽带分光介质膜，3为CMOS成像传感器I，4为CMOS成像传感器II。

(五)具体实施方式：

实施例：一种全光谱、双CMOS线性成像传感器检测装置(见图3)，其特征在于它是由光学成像镜头1、三膜系分光棱镜2及双高速线阵CMOS成像传感器3与4构成的光学成像***，所说的光学成像镜头1与三膜系分光棱镜2处于同一光轴水平位置，双高速线阵CMOS成像传感器的I3和II4处于相互垂直的两个成像平面上；所说的三膜系分光棱镜2的入射平面上有红外截止膜2a，三膜系分光棱镜的入射斜面上有宽带分光介质膜2d，CMOS成像传感器I3对应三膜系分光棱镜的反蓝透红绿介质膜2b，CMOS成像传感器II4对应三膜系分光棱镜的透蓝反红绿介质膜2c。

上述所说的有宽带分光介质膜2d的三膜系分光棱镜2的入射斜面是与入射光成45°角度。

上述所说的光学成像***要达到的性能指标：

棱镜分光比T/R＝85/15±5％

光束偏转      透射光  0°±3’

            反射光   90°±5’

光谱范围      透射光    400--500nm

            反射光      500--700nm

重合调整的精度   ＜3μm

一种使用全光谱、双CMOS线性成像传感器检测装置的检测方法(见图3)，其特征在于它是由以下步骤所构成：

①光学镜头对目标成像；

②由精密的直角分光棱镜滤除红外光谱；

③在两个垂直平面上由三膜系分光棱镜的宽带分光介质膜按照棱镜分光比T/R分离出平衡的两束光谱：蓝光谱(B)和红绿光谱(R+G)；

④由两个CMOS传感器分别进行光电转换；

⑤由全光谱测量的红(R)、绿(G)、蓝(B)三基色可以给出目标如下定义的亮度信号L和颜色饱和度信号S。

亮度信号L＝(R+G+B)

颜色饱和度信号S＝(R+G-2B)/(R+G)

颜色饱和度S的大小反映目标着色的深浅程度，S＝0为白色或灰色的粒子，S＝1为纯颜色的粒子，L决定灰白黑的明亮程度；

⑥由上述指标可以实现对目标色变的准确识别。

上述所说的使用全光谱、双CMOS线性成像传感器检测装置的检测方法可以用于大米色选机检测黄变粒子：

亮度信号L＝(R+G+B)

黄变颜色饱和度信号S＝(R+G-2B)/(R+G)

S＝0为白色或灰色的粒子，S＝1为纯颜色(黄色或近似黄色)的粒子，L决定灰白黑的明亮程度，由上述指标可以实现黄变粒子的准确识别。

Claims (6)

1、一种全光谱、双CMOS线性成像传感器检测装置，其特征在于它是光学成像镜头、三膜系分光棱镜，双高速线阵CMOS成像传感器组成的光学成像***，所说的光学成像镜头与三膜系分光棱镜处于同一光轴水平位置，双高速线阵CMOS成像传感器I和II处于相互垂直的两个成像平面上；所说的三膜系分光棱镜的入射平面上有红外截止膜，三膜系分光棱镜的入射斜面上有宽带分光介质膜，CMOS成像传感器I对应三膜系分光棱镜的反蓝透红绿介质膜，CMOS成像传感器II对应三膜系分光棱镜的透蓝反红绿介质膜。

2、根据权利要求1所说的一种全光谱、双CMOS线性成像传感器检测装置，其特征在于所说的有宽带分光介质膜的三膜系分光棱镜的入射斜面是与入射光成45°角度。

3、根据权利要求1所说的一种全光谱、双CMOS线性成像传感器检测装置，其特征在于所说的光学成像***要达到的性能指标：

棱镜分光比T/R＝85/15±5％

光束偏转  透射光0°±3’

          反射光90°±5’

光谱范围  透射光` 400--500nm

          反射光  500-700nm

重合调整的精度＜3μm

4、一种使用全光谱、双CMOS线性成像传感器检测装置的检测方法，其特征在于它是由以下步骤所构成：

①光学镜头对目标成像；

②由精密的直角分光棱镜滤除红外光谱；

③在两个垂直平面上由三膜系分光棱镜的宽带分光介质膜按照棱镜分光比T/R分离出平衡的两束光谱：蓝光谱(B)和红绿光谱(R+G)；

④由两个CMOS传感器分别进行光电转换；

⑤由全光谱测量的红(R)、绿(G)、蓝(B)三基色可以给出目标如下定义的亮度信号L和颜色饱和度信号S。

亮度信号L＝(R+G+B)

颜色饱和度信号S＝(R+G-2B)/(R+G)

颜色饱和度S的大小反映目标着色的深浅程度，S＝0为白色或灰色的粒子，S＝1为纯颜色的粒子，L决定灰白黑的明亮程度；

⑥由上述指标可以实现对目标色变的准确识别。

5、根据权利要求4所说的一种使用全光谱、双CMOS线性成像传感器检测装置的检测方法，其特征在于所说的检测方法可以用于大米色选机检测黄变粒子：

亮度信号L＝(R+G+B)

黄变颜色饱和度信号S＝(R+G-2B)/(R+G)

S＝0为白色或灰色的粒子，S＝1为纯颜色(黄色或近似黄色)的粒子，L决定灰白黑的明亮程度，由上述指标可以实现黄变粒子的准确识别。

6、根据权利要求4所说的一种使用全光谱、双CMOS线性成像传感器检测装置的检测方法，其特征在于它还可以用于各种粮食色选的设备或用于其它需色选的行业。