标准反射式超连续谱成像仪器制造技术

本专利公开了一种标准反射式超连续谱成像仪器，该仪器由嵌入式主控制器、太赫兹扫描成像子系统、多光谱成像子系统、样品室和无线局域网收发器组成。仪器提供了超连续谱匀光激光源与太赫兹单束聚焦扫描的照明方法，结合标准黑白板校正，由于珍稀动物羽毛、皮张等样品的几何形状覆盖不了整幅图像，黑底校正可轻易获得整个样品的外形轮廓，白底校正可获取样品标准反射率图像，该主动照明成像模式消除了环境光的影响，得到了仅与样品组织特性相关的可见光、红外、太赫兹多通带标准反射率图像。该仪器方便了海关进出口检测检疫部门进行重要生物资源的溯源、鉴别及保护。

【技术实现步骤摘要】
标准反射式超连续谱成像仪器
本专利涉及一种超连续谱成像仪，尤其涉及一种采用超连续谱匀光激光源及单光束扫描太赫兹源的标准反射式超连续谱成像仪，适用于珍稀动物羽毛、皮张等重要生物资源的建库及甄别,属于光电成像领域。
技术介绍
在进出口领域，各国对重要的生物资源的进出口大都采取严格控制的措施。例如美国农业部动植检疫局规定，禁止家畜、种蛋、动物精液、血样、胚胎、排泄物等遗传物质出入境。近年来，中国出口的动植物逐年增多，但目前尚未建立完善的原产地鉴定、物性及遗传表征等元数据库。加强对特殊的战略生物资源的保护和原产地溯源研究以及开发各类遗传资源样品的非接触式检测系统势在必行。在珍稀动物羽毛、皮张等重要生物资源的物性及遗传表征元数据库构建方面，高分辨率的多光谱图像可反映出其纹理、光学、含水、形态等多方面的特征，是可行高效的技术手段。本专利采用超连续谱匀光激光源的光谱成像方法，用于获取珍稀动物羽毛、皮张等动物资源样品的可见及中红外谱段多光谱标准反射率图像；采用单光束扫描太赫兹源的方法获取其太赫兹谱段标准反射率图像。在两种技术的支撑下专利技术一种用于珍稀动物保护的标准反射式超连续谱成像仪，可用于动物资源的物性建库及甄别，方便海关进出口检测检疫部门进行重要生物资源的溯源、鉴别及保护。
技术实现思路
本专利的目的在于提供一种标准反射式超连续谱成像仪器，可获取珍稀动物羽毛、皮张等动物资源样品的可见、中红外、太赫兹谱段的多光谱标准反射率图像，用于重要生物资源的建库、溯源、鉴别及保护。本专利是这样来实现的：本专利提出的标准反射式超连续谱成像仪由嵌入式主控制器、太赫兹扫描成像子系统、多光谱成像子系统、样品室和无线局域网收发器组成；其中太赫兹扫描成像子系统由太赫兹扫描振镜切换及旋转控制器、太赫兹源、扫描振镜、太赫兹镜头、太赫兹分光镜与太赫兹传感器组成；多光谱成像子系统由滤光片轮、滤光片轮控制器、带通滤光片、超连续谱激光器、光纤耦合镜、一分多光纤、匀光器、多光谱相机、多光谱成像镜头与半透半反镜组成；滤光片轮上装有多片带通滤光片，在滤光片轮控制器的控制下可依次切入激光光轴；样品室内有样品夹、标准黑板、标准白板和切换器，样品装进样品夹后，插入样品室对应槽口；切换器控制切换标准黑板或标准白板作为样品室的基底；超连续谱激光器发出可见至中红外谱段的超连续谱激光，沿激光光轴传输，经光纤耦合镜与某一带通滤光片后，输出为某一通带的激光，耦合进一分多光纤，进行一至多分束；一分多光纤的多输出光纤均匀安置分布在匀光器平面上；匀光器平面为漫透射平面，可使透过光束得到匀光效果；匀光后的通带激光束经半透半反镜反射后转向主光轴，均匀照明在样品室的样品上，其反射光沿主光轴反向传输，穿过半透半反镜，经多光谱成像镜头成像到多光谱相机上；激光光轴、主光轴、太赫兹发射光轴三者共面，激光光轴垂直于主光轴，且平行于太赫兹发射光轴；太赫兹源可发出太赫兹波段的电磁波，沿太赫兹发射光轴透过太赫兹分光镜，经太赫兹镜头可会聚于一定距离的目标上；太赫兹扫描振镜切换及旋转控制器用于对扫描振镜进行控制，可切入与切出主光轴，当切出时为非工作状态，此时扫描振镜处于切出状态的位置；当切入时为工作状态，此时扫描振镜处于主光轴的位置，在太赫兹扫描振镜切换及旋转控制器的控制下可作两轴转动，将沿太赫兹发射光轴传输过来的太赫兹波进行转向，会聚于样品上的某一点；控制扫描振镜的转动，可实现对扫描范围下样品平面所有点的太赫兹波聚焦；样品太赫兹波聚焦点反射的太赫兹回波沿反向经扫描振镜反射后转至太赫兹发射光轴，通过太赫兹镜头，再经过太赫兹分光镜反射后转至太赫兹接收光轴，会聚于太赫兹传感器被接收；太赫兹接收光轴、主光轴与太赫兹发射光轴三者共面，太赫兹接收光轴与主光轴平行且与太赫兹发射光轴垂直；嵌入式主控制器内的主机软件可实现仪器的人机交互，数据库构建、查询、远程传输，图像信息的融合、分析、分类鉴别；其输入输出端口控制程序可实现对无线局域网收发器、切换器、滤光片轮控制器、太赫兹源、太赫兹扫描振镜切换及旋转控制器、超连续谱激光器、多光谱相机与太赫兹传感器的控制，并接收多光谱相机的输出图像与太赫兹传感器的单点输出信号，并通过无线局域网收发器网络联连出入境部门云系统，实现数据库的上传、下载与云端查询；本专利提出的标准反射式超连续谱成像方法包括以下步骤：(1)激光多光谱成像定标嵌入式主控制器控制开启超连续谱激光器与多光谱相机，启动切换器将标准白板切入作为样品室的基底，启动滤光片轮控制器将第一片带通滤光片切入激光光轴，此时标准白板第一通带的反射光被成像至多光谱相机，然后多光谱机相将该第一通带标准白反射图像传至嵌入式主控制器；嵌入式主控制器启动切换器将标准白板切出样品室，并将标准黑板切入作为样品室的基底，此时标准黑板第一通带的反射光被成像至多光谱相机，然后多光谱机相将该第一通带标准黑反射图像传至嵌入式主控制器；完成了第一通带的标准黑白反射图像获取后，嵌入式主控制器启动滤光片轮控制器将第二片带通滤光片切入激光光轴，启动切换器将标准黑板切出样品室，并将标准白板切入作为样品室的基底，此时标准白板第二通带的反射光被成像至多光谱相机，然后多光谱机相将该第二通带标准白反射图像传至嵌入式主控制器；接着，嵌入式主控制器启动切换器将标准白板切出样品室，并将标准黑板切入作为样品室的基底，此时标准黑板第二通带的反射光被成像至多光谱相机，然后多光谱机相将该第二通带标准黑反射图像传至嵌入式主控制器；从而完成了第二个通带的标准黑白反射图像的获取；类似地，依次完成第三、第四、...直至最后一个通带的黑白反射图像获取；(2)太赫兹扫描成像定标嵌入式主控制器控制关闭超连续谱激光器与多光谱相机；嵌入式主控制器启动切换器将标准黑板切出样品室，并将标准白板切入作为样品室的基底；嵌入式主控制器控制开启太赫兹源、太赫兹传感器、启动太赫兹扫描振镜切换及旋转控制器将扫描振镜切入主光轴，此时扫描振镜为工作状态；太赫兹扫描振镜切换及旋转控制器控制扫描振镜进行二轴扫描，其反射在赫兹波覆盖整个扫描范围，扫描过程中，太赫兹传感器逐点采集标准白板太赫兹反射回波信号，并将其传送到嵌入式主控制器，由嵌入式主控制器处理得到标准太赫兹反射白图像；接着，嵌入式主控制器启动切换器将标准白板切出样品室，并将标准黑板切入作为样品室的基底；太赫兹扫描振镜切换及旋转控制器控制扫描振镜进行二轴扫描，扫描过程中，太赫兹传感器逐点采集标准黑板太赫兹反射回波信号，并将其传送到嵌入式主控制器，由嵌入式主控制器处理得到标准太赫兹反射黑图像；(3)激光多光谱成像嵌入式主控制器控制关闭太赫兹源与太赫兹传感器，启动太赫兹扫描振镜切换及旋转控制器将扫描振镜切出主光轴，此时扫描振镜为非工作状态；将某珍稀动物羽毛或皮张样品装进样品夹后，插入样品室对应槽口；嵌入式主控制器控制开启超连续谱激光器与多光谱相机，嵌入式主控制器启动滤光片轮控制器依次将第一片、第二片、...、直至最后一片带通滤光片切入激光光轴，同时，多光谱相机依次获取样品在各通带均匀激光照明下的以标准黑板为背景的黑底反射图像，并传送到嵌入式主控制器；(4)太赫兹扫描成像嵌入式主控制器控制关闭超连续谱激光器与多光谱相机；嵌入式主控制器控制开启太赫兹源、太赫兹传感器、启动太赫兹本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种标准反射式超连续谱成像仪器，该仪器包括嵌入式主控制器(1)、太赫兹扫描成像子系统(2)、多光谱成像子系统(23)、样品室(8)和无线局域网收发器(26)；其特征在于：所述的太赫兹扫描成像子系统(2)由太赫兹扫描振镜切换及旋转控制器(3)、太赫兹源(4)、扫描振镜(7)、太赫兹镜头(27)、太赫兹分光镜(28)与太赫兹传感器(29)组成；所述的多光谱成像子系统(23)由滤光片轮(14)、滤光片轮控制器(15)、带通滤光片(16)、超连续谱激光器(18)、光纤耦合镜(19)、一分多光纤(20)、匀光器(21)、多光谱相机(22)、多光谱成像镜头(24)与半透半反镜(25)组成；滤光片轮(14)上装有多片带通滤光片(16)，在滤光片轮控制器(15)的控制下可依次切入激光光轴(17)；所述的样品室(8)内有样品夹(9)、标准黑板(31)、标准白板(11)和切换器(32)，样品(10)装进样品夹(9)后，插入样品室(8)对应槽口；切换器(32)控制切换标准黑板(31)或标准白板(11)作为样品室的基底；超连续谱激光器(18)发出可见至中红外谱段的超连续谱激光，沿激光光轴(17)传输，经光纤耦合镜(19)与某一带通滤光片(16)后，输出为某一通带的激光，耦合进一分多光纤(20)，进行一至多分束；一分多光纤(20)的多输出光纤均匀安置分布在匀光器(21)平面上；匀光器(21)平面为漫透射平面，可使透过光束得到匀光效果；匀光后的通带激光束经半透半反镜(25)反射后转向主光轴(12)，均匀照明在样品室(8)的样品(10)上，其反射光沿主光轴(12)反向传输，穿过半透半反镜(25)，经多光谱成像镜头(24)成像到多光谱相机(22)上；激光光轴(17)、主光轴(12)、太赫兹发射光轴(6)三者共面，激光光轴(17)垂直于主光轴(12)，且平行于太赫兹发射光轴(6)；太赫兹源(4)可发出太赫兹波段的电磁波，沿太赫兹发射光轴(6)透过太赫兹分光镜(28)，经太赫兹镜头(27)可会聚于一定距离的目标上；太赫兹扫描振镜切换及旋转控制器(3)用于对扫描振镜(7)进行控制，可切入与切出主光轴(12)，当切出时为非工作状态，此时扫描振镜(7)处于切出状态(5)的位置；当切入时为工作状态，此时扫描振镜(7)处于主光轴(12)的位置，在太赫兹扫描振镜切换及旋转控制器(3)的控制下可作两轴转动，将沿太赫兹发射光轴(6)传输过来的太赫兹波进行转向，会聚于样品(10)上的某一点；控制扫描振镜(7)的转动，可实现对扫描范围(13)下样品(10)平面所有点的太赫兹波聚焦；样品(10)太赫兹波聚焦点反射的太赫兹回波沿反向经扫描振镜(7)反射后转至太赫兹发射光轴(6)，通过太赫兹镜头(27)，再经过太赫兹分光镜(28)反射后转至太赫兹接收光轴(30)，会聚于太赫兹传感器(29)被接收；太赫兹接收光轴(30)、主光轴(12)与太赫兹发射光轴(6)三者共面，太赫兹接收光轴(30)与主光轴(12)平行且与太赫兹发射光轴(6)垂直；嵌入式主控制器(1)内的主机软件可实现仪器的人机交互，数据库构建、查询、远程传输，图像信息的融合、分析、分类鉴别；其输入输出端口控制程序可实现对无线局域网收发器(26)、切换器(32)、滤光片轮控制器(15)、太赫兹源(4)、太赫兹扫描振镜切换及旋转控制器(3)、超连续谱激光器(18)、多光谱相机(22)与太赫兹传感器(29)的控制，并接收多光谱相机(22)的输出图像与太赫兹传感器(29)的单点输出信号，并通过无线局域网收发器(26)网络联连出入境部门云系统，实现数据库的上传、下载与云端查询。...

【技术特征摘要】
1.一种标准反射式超连续谱成像仪器，该仪器包括嵌入式主控制器(1)、太赫兹扫描成像子系统(2)、多光谱成像子系统(23)、样品室(8)和无线局域网收发器(26)；其特征在于：所述的太赫兹扫描成像子系统(2)由太赫兹扫描振镜切换及旋转控制器(3)、太赫兹源(4)、扫描振镜(7)、太赫兹镜头(27)、太赫兹分光镜(28)与太赫兹传感器(29)组成；所述的多光谱成像子系统(23)由滤光片轮(14)、滤光片轮控制器(15)、带通滤光片(16)、超连续谱激光器(18)、光纤耦合镜(19)、一分多光纤(20)、匀光器(21)、多光谱相机(22)、多光谱成像镜头(24)与半透半反镜(25)组成；滤光片轮(14)上装有多片带通滤光片(16)，在滤光片轮控制器(15)的控制下可依次切入激光光轴(17)；所述的样品室(8)内有样品夹(9)、标准黑板(31)、标准白板(11)和切换器(32)，样品(10)装进样品夹(9)后，插入样品室(8)对应槽口；切换器(32)控制切换标准黑板(31)或标准白板(11)作为样品室的基底；超连续谱激光器(18)发出可见至中红外谱段的超连续谱激光，沿激光光轴(17)传输，经光纤耦合镜(19)与某一带通滤光片(16)后，输出为某一通带的激光，耦合进一分多光纤(20)，进行一至多分束；一分多光纤(20)的多输出光纤均匀安置分布在匀光器(21)平面上；匀光器(21)平面为漫透射平面，可使透过光束得到匀光效果；匀光后的通带激光束经半透半反镜(25)反射后转向主光轴(12)，均匀照明在样品室(8)的样品(10)上，其反射光沿主光轴(12)反向传输，穿过半透半反镜(25)，经多光谱成像镜头(24)成像到多光谱相机(22)上；激光光轴(17)、主光轴(12)、太赫兹发射光轴(6)三者共面，...

【专利技术属性】
技术研发人员：万雄，王泓鹏，袁汝俊，张铭，何强，
申请(专利权)人：中国科学院上海技术物理研究所，
类型：新型
国别省市：上海,31