CN217766054U - 一种在线光谱检测的校正装置及检测*** - Google Patents

Abstract

本申请涉及光谱检测标定领域，公开了一种在线光谱检测的校正装置及检测***，包括：定标板安装台；载物台；位于定标板安装台上的定标板；位于载物台上的待测目标；用于同时向定标板和待测目标发射光线的光源；用于同步获取定标板和待测目标的光谱数据的光谱相机；与光谱相机连接，用于输入定标板的光谱反射率，输出待测目标的光谱反射率的控制器。这样基于共基准、全链路、端对端的思想，可以将照明光源、杂散光、光谱相机镜头透过率、光谱相机传感器等变化对待测目标反射率探测的影响同步实时校正，特别适用于工业检测线、果蔬分分选线、运动式表型平台等高精度、高速度、高分辨率光谱检测场景。

Description

一种在线光谱检测的校正装置及检测***

技术领域

本实用新型涉及光谱检测标定领域，特别是涉及一种在线光谱检测的校正装置及检测***。

背景技术

光谱检测是指根据物质的光谱信息来确定物质的组成成分的方法，在工业分拣、表面检测、品质评估、果蔬分级、种子分选、设施农业长势及病虫害监测等领域应用广泛。

相对于传统的机器视觉仅获取目标几何轮廓信息，光谱检测需要定量获取目标特定波长的反射特性信息，环境杂散光、照明光源等的变化都会影响测量结果的准确性，严重制约了光谱检测在工业领域的应用。

目前，国内外光谱检测校准基本都是针对星载、机载等光谱遥感仪器，不适用于工业检测场景。现有的光谱检测装置均没有考虑照明光源、杂散光、光谱相机镜头透过率、光谱相机传感器等的衰减、异常等变化对测量结果的影响，导致测量结果准确性不高。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种在线光谱检测的校正装置及检测***，可以将照明光源、杂散光、光谱相机镜头透过率、光谱相机传感器等变化对待测目标反射率探测的影响同步实时校正。其具体方案如下：

一种在线光谱检测的校正装置，包括：

定标板安装台；

载物台；

位于所述定标板安装台上的定标板；

位于所述载物台上的待测目标；

用于同时向所述定标板和所述待测目标发射光线的光源；

用于同步获取所述定标板和所述待测目标的光谱数据的光谱相机；

与所述光谱相机连接，用于输入所述定标板的光谱反射率，输出所述待测目标的光谱反射率的控制器。

优选地，在本实用新型实施例提供的上述在线光谱检测的校正装置中，所述光源、所述定标板安装台及所述定标板均与所述光谱相机保持相对静止；

所述待测目标与所述载物台保持相对静止，且均与所述光谱相机保持相对运动。

优选地，在本实用新型实施例提供的上述在线光谱检测的校正装置中，所述定标板安装台具有两个且分布在所述载物台的两侧；

每个所述定标板安装台上具有一个定标板；所述定标板分布在所述待测目标的两侧。

优选地，在本实用新型实施例提供的上述在线光谱检测的校正装置中，所述定标板安装台的上表面与所述载物台的上表面在同一水平面上。

优选地，在本实用新型实施例提供的上述在线光谱检测的校正装置中，所述控制器集成在所述光谱相机内部。

优选地，在本实用新型实施例提供的上述在线光谱检测的校正装置中，所述定标板为光谱定标板、辐射定标板中的任意一种或组合，或，兼具光谱定标和辐射定标功能的复合定标板。

优选地，在本实用新型实施例提供的上述在线光谱检测的校正装置中，所述光谱相机为多光谱相机、高光谱相机、画幅成像方式的光谱相机、推扫成像方式的光谱相机中的任意一种。

优选地，在本实用新型实施例提供的上述在线光谱检测的校正装置中，所述光谱相机为单个或多个相机。

优选地，在本实用新型实施例提供的上述在线光谱检测的校正装置中，所述光源为宽带光源、单色LED光源、激光光源中的任意一种。

本实用新型实施例还提供了一种在线光谱检测***，包括本实用新型实施例提供的上述在线光谱检测的校正装置。

从上述技术方案可以看出，本实用新型所提供的一种在线光谱检测的校正装置，包括：定标板安装台；载物台；位于定标板安装台上的定标板；位于载物台上的待测目标；用于同时向定标板和待测目标发射光线的光源；用于同步获取定标板和待测目标的光谱数据的光谱相机；与光谱相机连接，用于输入定标板的光谱反射率，输出待测目标的光谱反射率的控制器。

本实用新型提供的上述在线光谱检测的校正装置，基于共基准、全链路、端对端的思想，使用同一光源同时照射定标板和待测目标，同一光谱相机同时采集定标板和待测目标的光谱数据，利用控制器根据定标板和待测目标的光谱数据以及定标板的光谱反射率，得出待测目标的光谱反射率，这样可以将照明光源、杂散光、光谱相机镜头透过率、光谱相机传感器等变化对待测目标反射率探测的影响同步实时校正，特别适用于工业检测线、果蔬分分选线、运动式表型平台等高精度、高速度、高分辨率光谱检测场景。

此外，本实用新型还针对在线光谱检测的校正装置提供了相应的***，进一步使得上述装置更具有实用性，该***具有相应的优点。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述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实用新型的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例提供的在线光谱检测的校正装置的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的在线光谱检测的校正装置的工作方法流程图；

图3为本实用新型实施例提供的定标板成像区域示意图；

图4为本实用新型实施例提供的目标成像区域示意图。

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在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型提供一种在线光谱检测的校正装置，如图1所示，包括：

定标板安装台1；

载物台2；

位于定标板安装台1上的定标板3；

位于载物台2上的待测目标4；

用于同时向定标板3和待测目标4发射光线的光源5；

用于同步获取定标板3和待测目标4的光谱数据的光谱相机6；

与光谱相机6连接，用于输入定标板3的光谱反射率，输出待测目标4的光谱反射率的控制器。

在本实用新型实施例提供的上述在线光谱检测的校正装置中，基于共基准、全链路、端对端的思想，使用同一光源5同时照射定标板3和待测目标4，同一光谱相机6同时采集定标板3和待测目标4的光谱数据，利用控制器根据定标板3和待测目标4的光谱数据以及定标板3的光谱反射率，得出待测目标4的光谱反射率，这样可以将照明光源、杂散光、光谱相机镜头透过率、光谱相机传感器等变化对待测目标4光谱反射率探测的影响同步实时校正，特别适用于工业检测线、果蔬分分选线、运动式表型平台等高精度、高速度、高分辨率光谱检测场景。

需要说明的是，如图1所示，光源5照射置于定标板安装台1上的定标板3和置于载物台2上的待测目标4；光谱相机6同步获取定标板3和待测目标4的光谱影像。从光谱影像中可以获知定标板3对应光谱相机6视场的探测器DN值，以及载物台2上待测目标4对应光谱相机6视场的探测器DN值。控制器可以接收光谱相机6的光谱数据，在输入定标板3的光谱反射率数据后，可输出待测目标4的光谱反射率。

在一种可能的实现方式中，可以先根据定标板3的光谱反射率数据以及定标板3对应光谱相机6视场的探测器DN值，建立光谱相机6的DN值与定标板3的光谱反射率之间的关系，此时完成光谱相机6的辐射标定；然后根据光谱相机6的DN值与定标板3的光谱反射率之间的关系以及载物台2上待测目标4对应光谱相机6视场的探测器DN值，获取到待测目标4的光谱反射率，过程很简单。

在具体实施时，在本实用新型实施例提供的上述在线光谱检测的校正装置中，光源5、定标板安装台1及定标板3均与光谱相机6保持相对静止；待测目标4与载物台2保持相对静止，且均与光谱相机6保持相对运动。这样待测目标4随载物台2一起与光谱相机6保持相对运动，光谱相机6的曝光频率与待测目标4的运动速度匹配，进而可以完成单个或多个目标的光谱检测。

在具体实施时，在本实用新型实施例提供的上述在线光谱检测的校正装置中，如图1所示，定标板安装台1具有两个且分布在载物台2的两侧，即载物台2的一侧具有第一个定标板安装台1，另一侧具有第二个定标板安装台1。每个定标板安装台1上可以具有一个定标板3；此时定标板3分布在待测目标4的两侧。当然，定标板安装台1也可以只具有一个，位于载物台2的任意一侧，即定标板3位于待测目标4的任意一侧，只要不影响目标成像即可。关于定标板安装台1、定标板3的数量可以根据实际情况而定，在此不做限定。

在具体实施时，在本实用新型实施例提供的上述在线光谱检测的校正装置中，为了使定标光和目标光的合成图像有较高的质量，如图1所示，定标板安装台1的上表面与载物台2的上表面可以在同一水平面上。

在具体实施时，在本实用新型实施例提供的上述在线光谱检测的校正装置中，控制器可以集成在光谱相机6内部，也可以是独立的控制器。

下面以一个具体实例对本实用新型实施例提供的上述在线光谱检测的校正装置的工作方法进行详细说明，如图2所示，具体步骤如下：

S201、开始工作，上电，完成自检等初始化。

S202、对光源5、光谱相机6进行预热，在稳定后进入拍摄开始状态。

S203、光源光经定标板3反射后进入光谱相机6的光学镜头，并汇聚成像于探测器区域。

为了不影响待测目标4的成像，如图3所示，定标板成像区域A一般位于光谱相机6探测器的左右任何一侧，当然也可以同时位于两侧。

S204、光源光经待测目标4反射后进入光谱相机6的光学镜头，并汇聚成像于探测器区域。

为了最大程度利用光谱相机6探测器成像范围，一般目标成像区域B位于光谱相机6探测器的中部，如图4所示，当然也可以位于除区域A以外的任意有效区域。

需要说明的是，步骤S203和步骤S204是同步进行的。

S205、光谱相机6曝光，探测器将辐亮度转换为DN值。

由于区域A、区域B位于同一探测器的不同区域，所以DN值记录了同一时刻定标板3和待测目标4反射光的光谱和强度信息。

S206、光谱相机6的探测器输出定标光和目标光的合成图像。

具体地，上述合成图像为同一时刻、同一光源5照射、同一光谱相机6、相同积分时间、相同增益条件下定标板3和待测目标4的光谱辐射图像。

S207、分别获取定标板3图像和待测目标4图像数据。

根据区域1、区域2的位置关系进行图像分割，

S208、控制器输出待测目标4的光谱反射率。

具体地，计算光谱相机6记录的定标板3图像DN值与定标板3光谱反射率之间的关系，该转换关系即为光谱相机6记录的待测目标4图像DN值与待测目标4光谱反射率之间的关系。根据建立的关系，将待测目标4图像每个像素DN值转换为反射率并输出，该反射率反映了待测目标4真实的表面光谱辐射特性，与照明光源、杂散光、光谱相机镜头透过率、光谱相机传感器等的衰减、异常等变化无关。

S209、待测目标4反射率图像整理、存储、转发。

S210、判断是否停止拍照；

若是，则执行步骤S211；若否，则执行步骤S201，开始新的一个拍照周期。

S211、结束。

另外，在具体实施时，在本实用新型实施例提供的上述在线光谱检测的校正装置中，定标板3可以为光谱定标板，也可以为辐射定标板；可以为光谱定标板与辐射定标板的组合，也可以为兼具光谱定标和辐射定标功能的复合定标板。

在具体实施时，在本实用新型实施例提供的上述在线光谱检测的校正装置中，光谱相机6可以为多光谱相机，也可以为高光谱相机；可以为画幅成像方式的光谱相机，也可以为推扫成像方式的光谱相机。

在具体实施时，在本实用新型实施例提供的上述在线光谱检测的校正装置中，光谱相机6可以为单个相机，也可以为多个相机同时使用，只需要每台光谱相机同时对定标板和目标成像即可。

在具体实施时，在本实用新型实施例提供的上述在线光谱检测的校正装置中，光源5可以为宽带光源、单色LED光源，也可以为激光光源。

基于同一实用新型构思，本实用新型实施例还提供了一种在线光谱检测***，包括本实用新型实施例提供的上述在线光谱检测的校正装置。

对于该***的其它必不可少的组成部分均为本领域的普通技术人员应该理解具有的，在此不做赘述，也不应作为对本实用新型的限制。由于该***解决问题的原理与上述在线光谱检测的校正装置相似，因此该***的实施可以参见在线光谱检测的校正装置的实施，重复之处不再赘述。

综上，本实用新型实施例提供的一种在线光谱检测的校正装置及检测***，包括：定标板安装台1；载物台2；位于定标板安装台1上的定标板3；位于载物台2上的待测目标4；用于同时向定标板3和待测目标4发射光线的光源5；用于同步获取定标板3和待测目标4的光谱数据的光谱相机6；与光谱相机6连接，用于输入定标板3的光谱反射率，输出待测目标4的光谱反射率的控制器。本实用新型基于共基准、全链路、端对端的思想，使用同一光源5同时照射定标板3和待测目标4，同一光谱相机6同时采集定标板3和待测目标4的光谱数据，利用控制器根据定标板3和待测目标4的光谱数据以及定标板3的光谱反射率，得出待测目标4的光谱反射率，这样可以将照明光源、杂散光、光谱相机镜头透过率、光谱相机传感器等变化对待测目标4反射率探测的影响同步实时校正，特别适用于工业检测线、果蔬分分选线、运动式表型平台等高精度、高速度、高分辨率光谱检测场景。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上对本实用新型所提供的在线光谱检测的校正装置及检测***进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本实用新型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实用新型的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，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实用新型的限制。

Claims (10)

1.一种在线光谱检测的校正装置，其特征在于，包括：

定标板安装台；

载物台；

位于所述定标板安装台上的定标板；

位于所述载物台上的待测目标；

用于同时向所述定标板和所述待测目标发射光线的光源；

用于同步获取所述定标板和所述待测目标的光谱数据的光谱相机；

与所述光谱相机连接，用于输入所述定标板的光谱反射率，输出所述待测目标的光谱反射率的控制器。

2.根据权利要求1所述的在线光谱检测的校正装置，其特征在于，所述光源、所述定标板安装台及所述定标板均与所述光谱相机保持相对静止；

所述待测目标与所述载物台保持相对静止，且均与所述光谱相机保持相对运动。

3.根据权利要求1所述的在线光谱检测的校正装置，其特征在于，所述定标板安装台具有两个且分布在所述载物台的两侧；

每个所述定标板安装台上具有一个定标板；所述定标板分布在所述待测目标的两侧。

4.根据权利要求3所述的在线光谱检测的校正装置，其特征在于，所述定标板安装台的上表面与所述载物台的上表面在同一水平面上。

5.根据权利要求1所述的在线光谱检测的校正装置，其特征在于，所述控制器集成在所述光谱相机内部。

6.根据权利要求1所述的在线光谱检测的校正装置，其特征在于，所述定标板为光谱定标板、辐射定标板中的任意一种或组合，或，兼具光谱定标和辐射定标功能的复合定标板。

7.根据权利要求1所述的在线光谱检测的校正装置，其特征在于，所述光谱相机为多光谱相机、高光谱相机、画幅成像方式的光谱相机、推扫成像方式的光谱相机中的任意一种。

8.根据权利要求1所述的在线光谱检测的校正装置，其特征在于，所述光谱相机为单个或多个相机。

9.根据权利要求1所述的在线光谱检测的校正装置，其特征在于，所述光源为宽带光源、单色LED光源、激光光源中的任意一种。

10.一种在线光谱检测***，其特征在于，包括如权利要求1至9任一项所述在线光谱检测的校正装置。

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