本發(fā)明涉及機(jī)器視覺和高光譜成像技術(shù)領(lǐng)域，更具體地涉及一種基于點(diǎn)掃描高光譜成像的混合粉末穩(wěn)定、無(wú)損的定量檢測(cè)裝置和方法。

背景技術(shù)：

高光譜成像技術(shù)融合了成像技術(shù)獲取物體空間數(shù)據(jù)信息和光譜技術(shù)獲取物質(zhì)光譜特征的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)含有圖像信息和光譜信息，能實(shí)現(xiàn)對(duì)物體內(nèi)部品質(zhì)和形狀特征的全面檢測(cè)。傳統(tǒng)的高光譜成像技術(shù)通過移動(dòng)樣品平臺(tái)的方式實(shí)現(xiàn)對(duì)樣品的掃描檢測(cè)，這一方式的明顯不足在于工作臺(tái)的移動(dòng)會(huì)造成其上被測(cè)樣品不穩(wěn)定的情況，特別是在針對(duì)混合物粉末樣品進(jìn)行測(cè)試時(shí)。

對(duì)混合物粉末樣品進(jìn)行鑒別和定量檢測(cè)具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。比如測(cè)定奶粉和三聚氰胺混合物中的三聚氰胺含量，又如對(duì)速溶咖啡中咖啡、咖啡伴侶、糖混合粉末中各物質(zhì)進(jìn)行定量檢測(cè)等。這些都是工業(yè)界所密切關(guān)注的課題，也迫切需要一種穩(wěn)定、無(wú)損、準(zhǔn)確的檢測(cè)技術(shù)。

利用高光譜成像技術(shù)所得到的物質(zhì)光譜信息能實(shí)現(xiàn)對(duì)特定物質(zhì)的鑒別和含量檢測(cè)。如專利號(hào)cn104198398a所公布的基于高光譜成像技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)阿膠產(chǎn)品的鑒別，又如專利號(hào)cn105115910a利用蛋白質(zhì)中ch和oh基團(tuán)的近紅外吸收特性采用高光譜成像實(shí)現(xiàn)花生中蛋白質(zhì)的檢測(cè)，以及專利號(hào)cn105021617a采用高光譜成像裝置實(shí)現(xiàn)對(duì)整株水稻葉綠素含量的測(cè)量。但上述應(yīng)用只是針對(duì)某一特定的物質(zhì)，當(dāng)檢測(cè)兩種或多種物質(zhì)的混合粉末樣品時(shí)，鄰近粉末間的光譜信號(hào)會(huì)相互影響，測(cè)試時(shí)對(duì)樣品穩(wěn)定性的要求較高，檢測(cè)具有一定的難度。經(jīng)檢索，目前為止國(guó)內(nèi)沒有利用高光譜成像技術(shù)對(duì)混合物粉末進(jìn)行穩(wěn)定、準(zhǔn)確檢測(cè)的報(bào)道。

本發(fā)明則提出了一種新型基于高光譜成像系統(tǒng)，通過二維振鏡與平場(chǎng)掃描透鏡的結(jié)合實(shí)現(xiàn)掃描，替代傳統(tǒng)需移動(dòng)樣品的不穩(wěn)定方式，同時(shí)系統(tǒng)集成、小型，模塊化和自由度高，能應(yīng)用于食品、生物領(lǐng)域的各種高光譜成像快速檢測(cè)，特別適用于混合粉末的定量分析。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

1、發(fā)明目的。

本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有高光譜成像技術(shù)，特別是在在混合物粉末定量檢測(cè)方面的局限性，提供一種基于點(diǎn)掃描高光譜成像的集成、小型檢測(cè)系統(tǒng)，克服傳統(tǒng)光譜成像裝置樣品不穩(wěn)定的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)對(duì)混合物粉末含量和分布的穩(wěn)定、無(wú)損、準(zhǔn)確的檢測(cè)。

2、本發(fā)明所采用的技術(shù)方案。

本發(fā)明提出的一種基于高光譜成像的混合物粉末無(wú)損定量檢測(cè)裝置，由激發(fā)模塊，掃描模塊，信號(hào)采集模塊和控制驅(qū)動(dòng)模塊四部分組成：

所述的激發(fā)模塊由激發(fā)光源和二向色鏡或半透半反鏡組成，將激發(fā)光源發(fā)射出光源信號(hào)通過二向色鏡或半透半反鏡反射到到掃描模塊中；

所述的掃描模塊由二維振鏡和平場(chǎng)掃描透鏡組成，二維振鏡由兩塊方向不同的反射鏡組成，控制驅(qū)動(dòng)模塊控制兩塊方向不同的反射鏡角度的變化實(shí)現(xiàn)光束在二維平面內(nèi)的掃描；經(jīng)二維振鏡反射后的激光通過平場(chǎng)掃描透鏡聚焦到樣品平臺(tái)；

所述的信號(hào)采集模塊由濾光片、聚焦物鏡、大芯徑光纖和光譜分析儀組成，激光聚焦到樣品表面后所產(chǎn)生的信號(hào)光經(jīng)由平場(chǎng)掃描透鏡、二維振鏡、半透半反鏡或二向色鏡后，由濾光片濾除反射回的無(wú)用雜散光，過濾后的信號(hào)光則通過聚焦物鏡聚焦到特制的大芯徑光纖中，光纖收集到的光信號(hào)再傳輸?shù)焦庾V分析儀。

更進(jìn)一步具體實(shí)施方式中，所述的信號(hào)采集模塊中的濾光片、聚焦物鏡、光纖接頭和激發(fā)模塊中的激發(fā)光源和二向色鏡或半透半反鏡集成到一個(gè)封閉模塊中，再與掃描模塊和光譜分析儀連接。

更進(jìn)一步具體實(shí)施方式中，所述的光源為激光光源或?qū)捵V光源；當(dāng)系統(tǒng)工作在近紅外、紅外高光譜成像模式時(shí)，采用寬譜光源與半透半反鏡的組合；當(dāng)系統(tǒng)工作在熒光、拉曼高光譜成像模式時(shí)，采用激光光源和二向色鏡的組合。

所述的控制驅(qū)動(dòng)模塊由高速數(shù)據(jù)采集卡、驅(qū)動(dòng)電路組成；計(jì)算機(jī)控制數(shù)據(jù)采集卡輸出模擬信號(hào)，經(jīng)由驅(qū)動(dòng)電路控制二維振鏡進(jìn)行掃描，并同時(shí)同步記錄光譜分析儀所采集得的光譜信號(hào)。

本發(fā)明提出的一種混合物粉末無(wú)損定量檢測(cè)方法，按照如下步驟進(jìn)行：

(1)樣品制備：將待測(cè)混合粉末樣品均勻混合并按壓平整后，置于樣品平臺(tái)上；

(2)高光譜信號(hào)采集：根據(jù)所需采用光譜技術(shù)選擇光源，半透半反鏡與二向色鏡，設(shè)置參數(shù)并掃描，記錄每個(gè)掃描點(diǎn)由光譜儀收集到的光譜信號(hào)xk，其中k代表光譜曲線所含變量數(shù)；

(3)光譜預(yù)處理：對(duì)采集到的三維光譜數(shù)據(jù)xm*n*k展開為二維數(shù)據(jù)xmn*k，其中m，n分別代表檢測(cè)時(shí)所掃描的行數(shù)和列數(shù)，故二維數(shù)據(jù)矩陣xmn*k中的每一行代表每一掃描點(diǎn)的光譜；對(duì)該光譜數(shù)據(jù)預(yù)處理后，得到預(yù)處理后新光譜數(shù)據(jù)x′mn*k；

(4)光譜數(shù)據(jù)分析：采用多元曲線分辨算法，對(duì)二維光譜數(shù)據(jù)x′mn*k進(jìn)行光譜分離分析，記錄求得的最終濃度矩陣cmn*p和光譜矩陣sk*p；其中p表示混合物中所含獨(dú)立物質(zhì)成分的個(gè)數(shù)；

(5)圖像數(shù)據(jù)處理：對(duì)每個(gè)獨(dú)立物質(zhì)成分，將其在每個(gè)掃描點(diǎn)的預(yù)估濃度值繪于二維圖像中，即將濃度矩陣cmn*p中的每一列還原為m*n的二維圖像；對(duì)該圖像進(jìn)行中值濾波或均值濾波處理，求得每個(gè)掃描點(diǎn)對(duì)應(yīng)的新的預(yù)估濃度值，即求得新濃度矩陣cnew；

(6)混合物含量和分布檢測(cè)：針對(duì)每一掃描點(diǎn)，根據(jù)所得各獨(dú)立成分的濃度大小判斷該點(diǎn)屬于何種粉末并標(biāo)注，對(duì)所有掃描點(diǎn)判定后可以得到混合物粉末的二維分布圖像，同時(shí)根據(jù)該分布圖可直接計(jì)算每種物質(zhì)成分在混合物中所占含量百分比，實(shí)現(xiàn)定量檢測(cè)。

更進(jìn)一步具體實(shí)施方式中，所述的步驟(2)高光譜信號(hào)采集中設(shè)置參數(shù)具體為：設(shè)置好掃描范圍即檢測(cè)區(qū)域和掃描點(diǎn)數(shù)即分辨率，同時(shí)依據(jù)被檢測(cè)樣品特性設(shè)置單點(diǎn)掃描的積分時(shí)間。

更進(jìn)一步具體實(shí)施方式中，所述的步驟(3)光譜預(yù)處理包括光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行平滑去噪，多元散射校正，和歸一化。

更進(jìn)一步具體實(shí)施方式中，所述的步驟(4)光譜數(shù)據(jù)分析中，采用多元曲線分辨算法，對(duì)二維光譜數(shù)據(jù)x′mn*k進(jìn)行光譜分離分析，具體方法為：

(4.1)對(duì)x′mn*k進(jìn)行主成分分解，即對(duì)x′mn*k的協(xié)方差矩陣求解特征值：

其中t，p分別代表得分矩陣和載荷矩陣，e為殘差矩陣；為不含誤差的數(shù)據(jù)矩陣；因此基于x^*和由漸進(jìn)因子分析預(yù)估得的初始濃度矩陣c，計(jì)算初始光譜矩陣s：

s′＝c+x^*＝(c′c)^-1c′x^*

其中c⁺表示c的廣義可逆矩陣；

(4.2)按上式求得初始光譜矩陣s后再代入如下公式求得新的濃度矩陣c：

c＝x^*s′⁺＝x^*s(s′s)^-1

其中s′⁺表示s′的廣義可逆矩陣；接著按上述兩公式反復(fù)迭代，直至兩次迭代結(jié)果差別小于閾值，算法收斂；記錄此時(shí)求得的最終濃度矩陣cmn*p和光譜矩陣sk*p；其中p表示混合物中所含獨(dú)立物質(zhì)成分的個(gè)數(shù)；

兩公式反復(fù)迭代計(jì)算過程中，為限制可能的解數(shù)，需設(shè)置約束條件：設(shè)置求解得的值為非負(fù)，同時(shí)設(shè)置混合粉末中所含物質(zhì)種類的數(shù)目p，還可輸入純物質(zhì)光譜作為分析參考，解析得到各獨(dú)立物質(zhì)成分的近似光譜及對(duì)應(yīng)的預(yù)估濃度值。

更進(jìn)一步具體實(shí)施方式中，所述的步驟(4)中光譜分離分析方法選用獨(dú)立成分分析ica，主成分分析pca或端元成分分析vca。

3、本發(fā)明所產(chǎn)生的技術(shù)效果。

(1)本發(fā)明使用二維振鏡和平場(chǎng)掃描透鏡的結(jié)合保證了系統(tǒng)的小型化，同時(shí)整體裝置模塊化、集成度高、分辨率高。

(2)本發(fā)明采用的掃描方式無(wú)需對(duì)樣品進(jìn)行移動(dòng)，保證了被檢樣品的穩(wěn)定性。同時(shí)二維振鏡和平場(chǎng)掃描透鏡的組合保證了掃描時(shí)不同位置的入射光聚焦到同一平面，從而保證了高分辨率清晰圖像的獲得。

(3)本發(fā)明具有很高的自由度，可通過簡(jiǎn)單地更換光源和二向色鏡、半透半反鏡之間的切換實(shí)現(xiàn)近紅外、紅外高光譜成像或熒光、拉曼高光譜成像。

(4)本發(fā)明所采用的檢測(cè)方法特別適用于針對(duì)混合物粉末樣品的穩(wěn)定、無(wú)損、準(zhǔn)確檢測(cè)。

附圖說(shuō)明

圖1適用于混合粉末樣品穩(wěn)定檢測(cè)的高光譜成像裝置系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。1——樣本平臺(tái)2——樣品3——平場(chǎng)掃描透鏡4——二維振鏡5——二向色鏡或半透半反鏡6——光源7——濾光片8——聚焦物鏡9——大芯徑光纖10——光譜分析儀11——計(jì)算機(jī)12——高速數(shù)據(jù)采集卡13——驅(qū)動(dòng)電路。

圖2含咖啡濃度為50％的咖啡和咖啡伴侶混合粉末樣品經(jīng)熒光高光譜成像檢測(cè)后得到的二值分布圖(黑色代表咖啡伴侶粉末，白色代表咖啡粉末)。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例1

如圖1所示，本發(fā)明所提出的新型高光譜成像系統(tǒng)由激發(fā)模塊，掃描模塊，信號(hào)采集模塊和控制驅(qū)動(dòng)模塊四部分組成。

本發(fā)明所述的激發(fā)模塊由激發(fā)光源和二向色鏡或半透半反鏡組成。系統(tǒng)具有較高的自由度，可應(yīng)用于不同的光譜成像模式。當(dāng)系統(tǒng)工作在近紅外、紅外高光譜成像模式時(shí)，采用寬譜光源與半透半反鏡的組合。而當(dāng)系統(tǒng)工作在熒光、拉曼高光譜成像模式時(shí)，采用激光光源和二向色鏡的組合。其作用都是將光源信號(hào)反射到到掃描模塊中。

本發(fā)明所述的掃描模塊由二維振鏡和平場(chǎng)掃描透鏡組成。二維振鏡由兩塊方向不同的反射鏡組成，可通過控制其角度的變化實(shí)現(xiàn)光束在二維平面內(nèi)的掃描。經(jīng)振鏡反射后的激光通過平場(chǎng)掃描透鏡聚焦到樣品平臺(tái)。本發(fā)明采用平場(chǎng)掃描透鏡替代傳統(tǒng)的可調(diào)諧透鏡利用平場(chǎng)掃描透鏡對(duì)球差進(jìn)行優(yōu)化的特點(diǎn)，保證鏡頭不同位置的入射光聚焦到同一平面，從而保證了高分辨率清晰圖像的獲得。同時(shí)也有利于整體裝置的小型和集成。

本發(fā)明所述的信號(hào)采集模塊由濾光片，聚焦物鏡，大芯徑光纖和光譜分析儀組成。激光聚焦到樣品表面后所產(chǎn)生的信號(hào)光經(jīng)由平場(chǎng)掃描透鏡、二維振鏡、半透半反鏡或二向色鏡后，由濾光片濾除反射回的無(wú)用雜散光，過濾后的信號(hào)光則通過10倍物鏡聚焦到特制的大芯徑光纖(芯徑800um)中，光纖收集到的光信號(hào)再傳輸?shù)阶孕写罱ɑ蛏逃玫墓庾V分析儀。本發(fā)明信號(hào)采集模塊中的濾光片，聚焦物鏡，光纖接頭和激發(fā)模塊中的激光器和二向色鏡可以方便地集成到籠式立方中，再與掃描模塊和光譜分析儀連接，保證了裝置的小型化和集成度。

本發(fā)明所述的控制驅(qū)動(dòng)模塊由計(jì)算機(jī)，高速數(shù)據(jù)采集卡和驅(qū)動(dòng)電路組成。計(jì)算機(jī)通過程序控制數(shù)據(jù)采集卡輸出模擬信號(hào)，經(jīng)由驅(qū)動(dòng)電路控制二維振鏡進(jìn)行掃描，并同時(shí)同步記錄光譜分析儀所采集得的光譜信號(hào)?？焖賿呙璧慕Y(jié)果也實(shí)時(shí)顯示于計(jì)算機(jī)上。

如圖1所示，在進(jìn)行混合粉末樣品的熒光光譜成像檢測(cè)時(shí)，將被檢測(cè)樣本2壓平后固定到樣品臺(tái)1上。激光光源6經(jīng)二向色鏡5反射到二維振鏡4上，再由振鏡4反射到平場(chǎng)掃描透鏡3，平場(chǎng)掃描透鏡3將激發(fā)光束聚焦到樣品2表面。計(jì)算機(jī)11通過高速數(shù)據(jù)采集卡12和驅(qū)動(dòng)電路13控制二維振鏡4進(jìn)行掃描。這種掃描方式無(wú)需對(duì)樣品進(jìn)行移動(dòng)，同時(shí)振鏡4和平場(chǎng)掃描透鏡3的組合保證了掃描時(shí)光束聚焦到同一平面。樣品2每個(gè)掃描點(diǎn)上被激發(fā)出的信號(hào)光和反射回的激發(fā)光經(jīng)過平場(chǎng)掃描透鏡3，再由二維振鏡4反射到二向色鏡5，二向色鏡5截止激發(fā)光并透過波長(zhǎng)更長(zhǎng)的信號(hào)光，再由濾光片7進(jìn)一步濾除未能完全截止的激發(fā)光后，通過物鏡8將信號(hào)光耦合到大芯徑光纖9中。大芯徑光纖9將信號(hào)光傳輸?shù)焦庾V分析儀10。計(jì)算機(jī)11在控制二維振鏡高速掃描的同時(shí)，同步記錄光譜分析儀10所檢測(cè)到的信號(hào)光光譜。實(shí)時(shí)掃描結(jié)果也顯示在計(jì)算機(jī)11上。

實(shí)施例2

本發(fā)明所采用的高光譜成像檢測(cè)方法：

(1)樣品制備：將待測(cè)混合粉末樣品均勻混合并按壓平整后，置于樣品平臺(tái)上；

(2)高光譜信號(hào)采集：根據(jù)所需采用光譜技術(shù)確定光源，半透半反鏡與二向色鏡的選擇。設(shè)置好掃描范圍(檢測(cè)區(qū)域)和掃描點(diǎn)數(shù)(分辨率)，同時(shí)依據(jù)被檢測(cè)樣品特性設(shè)置單點(diǎn)掃描的積分時(shí)間。之后開始掃描，并同時(shí)記錄每個(gè)掃描點(diǎn)由光譜儀收集到的光譜信號(hào)xk，其中k代表光譜曲線所含變量數(shù)。

(3)光譜預(yù)處理：對(duì)采集到的三維光譜數(shù)據(jù)xm*n*k展開為二維數(shù)據(jù)xmn*k。其中m，n分別代表檢測(cè)時(shí)所掃描的行數(shù)和列數(shù)。故二維數(shù)據(jù)矩陣xmn*k中的每一行代表每一掃描點(diǎn)的光譜。對(duì)該光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行平滑去噪，多元散射校正，和歸一化等預(yù)處理后，得到預(yù)處理后新光譜數(shù)據(jù)x′mn*k。

(4)光譜數(shù)據(jù)分析：采用多元曲線分辨算法(mcr)對(duì)二維光譜數(shù)據(jù)x′mn*k進(jìn)行光譜分離分析，該算法基本步驟是：

首先對(duì)x′mn*k進(jìn)行主成分分解(對(duì)x′mn*k的協(xié)方差矩陣求解特征值)：

其中t，p分別代表得分矩陣和載荷矩陣，e為殘差矩陣。為不含誤差的數(shù)據(jù)矩陣。因此基于x^*和由漸進(jìn)因子分析預(yù)估得的初始濃度矩陣c，計(jì)算初始光譜矩陣s：

s′＝c⁺x^*＝(c′c)^-1c′x^*

其中c⁺表示c的廣義可逆矩陣。按上式求得初始光譜矩陣s后再代入如下公式求得新的濃度矩陣c：

c＝x^*s′⁺＝x^*s(s′s)^-1

其中s′⁺表示s′的廣義可逆矩陣。接著按上述兩公式反復(fù)迭代，直至兩次迭代結(jié)果差別小于閾值，算法收斂。記錄此時(shí)求得的最終濃度矩陣cmn*p和光譜矩陣sk*p。其中p表示混合物中所含獨(dú)立物質(zhì)成分的個(gè)數(shù)。

在上述迭代計(jì)算過程中，為限制可能的解數(shù)，需設(shè)置一些約束條件。一般需設(shè)置求解得的值為非負(fù)，同時(shí)設(shè)置混合粉末中所含物質(zhì)種類的數(shù)目p，還可輸入純物質(zhì)光譜作為分析參考。解析得到各獨(dú)立物質(zhì)成分的近似光譜及對(duì)應(yīng)的預(yù)估濃度值。這里的光譜分離算法還可以選用獨(dú)立成分分析ica，主成分分析pca或端元成分分析vca。

(5)圖像數(shù)據(jù)處理：對(duì)每個(gè)獨(dú)立物質(zhì)成分，將其在每個(gè)掃描點(diǎn)的預(yù)估濃度值繪于二維圖像中，即將濃度矩陣cmn*p中的每一列還原為m*n的二維圖像。對(duì)該圖像進(jìn)行中值濾波或均值濾波處理，求得每個(gè)掃描點(diǎn)對(duì)應(yīng)的新的預(yù)估濃度值，即求得新濃度矩陣cnew。如此處理可以消除個(gè)別特殊噪點(diǎn)對(duì)檢測(cè)的影響。

(6)混合物含量和分布檢測(cè)：針對(duì)每一掃描點(diǎn)，根據(jù)所得各獨(dú)立成分的濃度大小判斷該點(diǎn)屬于何種粉末并標(biāo)注。對(duì)所有掃描點(diǎn)判定后可以得到混合物粉末的二維分布圖像。同時(shí)根據(jù)該分布圖可直接計(jì)算每種物質(zhì)成分在混合物中所占含量百分比，實(shí)現(xiàn)定量檢測(cè)。

如圖2所示，更具體地對(duì)咖啡和咖啡伴侶粉末混合樣品的定量檢測(cè)

(1)咖啡和咖啡伴侶粉末混合物樣品的制備：

天平稱量研磨后的咖啡粉末0.5g和咖啡伴侶粉末0.5g放入樣品管后，在振蕩機(jī)上振動(dòng)使其充分混合均勻，制備含咖啡伴侶濃度為50％的混合粉末樣品。

(2)含咖啡伴侶濃度為50％的混合粉末高光譜信號(hào)的檢測(cè)：

對(duì)咖啡伴侶濃度為50％的混合粉末樣品檢測(cè)時(shí)，隨機(jī)取出約50mg樣品置于樣品臺(tái)直徑約1.2cm的凹槽中并將其按壓平實(shí)。打開405nm的熒光激發(fā)光源，在計(jì)算機(jī)軟件中設(shè)置振鏡掃描范圍為直徑約1cm的正方形，設(shè)置掃描點(diǎn)數(shù)為80*80，單點(diǎn)掃描積分時(shí)間為100us，進(jìn)行熒光高光譜成像信號(hào)檢測(cè)，光譜儀采集的熒光光譜數(shù)據(jù)記錄于計(jì)算機(jī)中，掃描所得的二維熒光信號(hào)強(qiáng)度圖實(shí)時(shí)顯示在軟件上。

(3)光譜數(shù)據(jù)預(yù)處理：

將采集到的三維光譜數(shù)據(jù)展開為二維數(shù)據(jù)矩陣x6400*1024，其中6400代表6400個(gè)掃描點(diǎn)，1024代表每點(diǎn)對(duì)應(yīng)熒光光譜信號(hào)的維度。對(duì)該二維數(shù)據(jù)進(jìn)行savitzky-golay平滑去噪，再按最大值進(jìn)行歸一化預(yù)處理，得到預(yù)處理后的數(shù)據(jù)矩陣x′6400*1024。

(4)光譜數(shù)據(jù)分析：

對(duì)預(yù)處理后的二維光譜數(shù)據(jù)矩陣x′6400*1024，用主成分分析后濾除殘差得到純數(shù)據(jù)矩陣采用多元曲線分辨mcr算法進(jìn)行光譜分離分析，設(shè)置約束條件保證解析得光譜和濃度矩陣為非負(fù)值，光譜個(gè)數(shù)為2，按如下兩公式反復(fù)迭代求解：

迭代收斂后得到咖啡和咖啡伴侶的近似光譜s1和s2(s1024*2中的第一列和第二列)，以及對(duì)應(yīng)的預(yù)估濃度矩陣c1和c2(c1024*2中的第一列和第二列)。另外，這里還可以采用pca，ica，vca等分離算法進(jìn)行分析。

(5)圖像處理：將咖啡和咖啡伴侶的預(yù)估濃度矩陣c1和c2按掃描點(diǎn)分布還原為二維圖像并對(duì)二維圖像進(jìn)行中值濾波處理，得到每個(gè)掃描點(diǎn)新的濃度值，即得到新的預(yù)估濃度矩陣c1new和c2new，用于后續(xù)分析。

(6)含咖啡濃度為50％的混合粉末含量和分布檢測(cè)：

針對(duì)每一掃描點(diǎn)，根據(jù)所預(yù)估得到的咖啡和咖啡伴侶粉末的濃度大小判斷該點(diǎn)屬于何種粉末(比較c1new和c2new在各個(gè)掃描點(diǎn)的大小)。另外，由于本例中僅是兩種物質(zhì)的混合物，可只根據(jù)其中一種物質(zhì)，如咖啡的預(yù)估濃度值，直接設(shè)定閾值(取0.5)進(jìn)行分析判定。對(duì)所有掃描點(diǎn)判定后可以得到二維混合物粉末的二值分布圖像(如附圖2)，它反映了混合粉末中兩種物質(zhì)的分布情況。同時(shí)，依據(jù)該分布圖中咖啡、咖啡伴侶的所占據(jù)的像素點(diǎn)數(shù)目，可直接計(jì)算出兩種粉末在混合粉末中所占含量的百分比。根據(jù)附圖2所示的二值圖像求得的咖啡伴侶含量為53.22％,與真實(shí)值50％十分接近。

(7)其他濃度混合物粉末的定量檢測(cè)：

制備其他濃度的咖啡、咖啡伴侶混合物樣品，采用上述步驟(1)上述類似的方法，配制成總量1.0g，咖啡伴侶質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為0％，2％，5％，10％，25％和100％的樣品。再分別按步驟(2)到(6)對(duì)混合粉末中咖啡伴侶的分布和含量進(jìn)行檢測(cè)分析。所測(cè)得的咖啡伴侶含量預(yù)測(cè)值和真實(shí)值如附表一所示。

表一高光譜成像預(yù)測(cè)得咖啡粉末混合物中咖啡伴侶含量與混合物真實(shí)咖啡伴侶含量對(duì)比

這一結(jié)果證明了該集成高光譜成像系統(tǒng)特別適用于混合物粉末分布和含量的穩(wěn)定、準(zhǔn)確檢測(cè)

上述實(shí)施例為本發(fā)明較佳的實(shí)施方式，但本發(fā)明的實(shí)施方式并不受上述實(shí)施例的限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡(jiǎn)化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。