本發(fā)明涉及光譜檢測領(lǐng)域，更具體地說，涉及一種便攜式二維成像微型光譜儀。

背景技術(shù)：

在光譜檢測領(lǐng)域，傳統(tǒng)的光譜儀體積較大，不方便攜帶，只能在固定的場所使用，且多用于工業(yè)生產(chǎn)和實驗數(shù)據(jù)檢測，不能滿足人們?nèi)粘Ｉ钪猩钣闷?、食品等檢測。例如，在現(xiàn)在生活中，食品安全問題越來越嚴重，農(nóng)藥殘留超標、染色劑、防腐劑等食品問題非常普遍，人們在日常購買過程中很難用肉眼和經(jīng)驗分別。而由于光譜檢測的特殊性，缺少能用于日常生活用品檢測的便攜式光譜儀。

傳統(tǒng)的光譜儀只能檢測小范圍內(nèi)的樣品，也即只能檢測一個點的光譜信息，這種檢測方法不能檢測物體一個面，這顯然不適合在日常生活中使用。例如，人們在檢測蘋果的農(nóng)藥殘留時，如果只能檢測一個點，顯然不能滿足用戶的需求，應(yīng)該檢測蘋果的一個較大面積，還需要定位農(nóng)藥殘留的具體位置。

另外，目前的光譜儀還需要提供特殊的光照才能采集到物體的光譜，不能在自然光下采集物體的光譜信息，這給日常生活中使用帶來不便。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于，針對現(xiàn)有技術(shù)的上述現(xiàn)有光譜儀體積大不方便攜帶、檢測面積小的缺陷，提供一種便攜式二維成像微型光譜儀。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：構(gòu)造一種便攜式二維成像微型光譜儀，包括：

用于接收待測物的光信號、并從所述光信號中獲取所述待測物的二維圖像信息和二維光譜信息的二維光譜傳感器；

與所述二維光譜傳感器連接、用于接收并處理所述待測物的二維圖像信息和二維光譜信息的微處理電路，所述微處理電路發(fā)送控制信號至所述二維光譜傳感器。

優(yōu)選地，本發(fā)明所述的便攜式二維成像微型光譜儀，還包括：

與所述微處理電路連接、用于顯示所述待測物的屬性信息以及處理所述待測物的二維圖像信息和二維光譜信息得到的檢測結(jié)果的顯示模塊。

優(yōu)選地，本發(fā)明所述的便攜式二維成像微型光譜儀，還包括：

與所述微處理電路連接、用于存儲所述二維光譜傳感器采集的所述待測物的二維圖像信息和二維光譜信息以及處理所述待測物的二維圖像信息和二維光譜信息得到的檢測結(jié)果的存儲模塊。

進一步，本發(fā)明所述的便攜式二維成像微型光譜儀，所述存儲模塊包括：DDR3存儲模塊、EMMC存儲模塊、EEPROM存儲模塊、NOR Flash存儲模塊，其中，

所述DDR3存儲模塊用于提供緩存空間，所述緩存空間用于存儲所述二維光譜傳感器采集的所述待測物的二維圖像信息和二維光譜信息；

所述EMMC存儲模塊用于在傳輸環(huán)境不理想時臨時存儲所述二維光譜傳感器采集的所述待測物的二維圖像信息和二維光譜信息、以及處理所述待測物的二維圖像信息和二維光譜信息得到的檢測結(jié)果；

所述EEPROM存儲模塊用于存儲所述便攜式二維成像微型光譜儀的軟件、硬件版本信息；

所述NOR Flash存儲模塊用于儲存所述便攜式二維成像微型光譜儀的裸機程序或系統(tǒng)程序。

優(yōu)選地，本發(fā)明所述的便攜式二維成像微型光譜儀，還包括：

用于為所述便攜式二維成像微型光譜儀供電的電源模塊；

所述電源模塊由電池供電，或所述電源模塊由USB接口供電。

優(yōu)選地，本發(fā)明所述的便攜式二維成像微型光譜儀，還包括：

與所述微處理電路連接的傳輸模塊，所述傳輸模塊用于傳輸所述待測物的二維圖像信息和二維光譜信息，或用于傳輸處理所述待測物的二維圖像信息和二維光譜信息得到的檢測結(jié)果，以及用于接收外來數(shù)據(jù)。

進一步，本發(fā)明所述的便攜式二維成像微型光譜儀，所述傳輸模塊為無線傳輸模塊或有線傳輸模塊；

所述無線傳輸模塊包括：WIFI、藍牙、2G網(wǎng)絡(luò)、3G網(wǎng)絡(luò)、4G網(wǎng)絡(luò)中的一種或多種；

所述有線傳輸模塊為網(wǎng)口或串口。

優(yōu)選地，本發(fā)明所述的便攜式二維成像微型光譜儀，還包括：

與所述微處理電路連接、用于為所述二維光譜傳感器采集所述待測物的二維圖像信息和二維光譜信息提供光線的補光模塊，所述補光模塊根據(jù)所述微處理電路發(fā)送的控制信號開關(guān)補光燈。

進一步，本發(fā)明所述的便攜式二維成像微型光譜儀，所述二維光譜傳感器采集的光譜范圍為470nm-1000nm；

所述二維光譜傳感器包括16或25個波段，每個所述波段的光譜帶寬小于15nm。

進一步，本發(fā)明所述的便攜式二維成像微型光譜儀，所述微處理電路為ZYNQ-7000芯片；

所述二維光譜傳感器包含多個CMOS單元模塊，每個CMOS都用于采集所述待測物的二維圖像信息和二維光譜信息，所述多個CMOS單元模塊采用馬賽克陣列排列在平面上。

實施本發(fā)明的一種便攜式二維成像微型光譜儀，具有以下有益效果：該便攜式二維成像微型光譜儀包括：微處理電路、二維光譜傳感器、存儲模塊、顯示模塊、電源模塊、補光模塊，其中，二維光譜傳感器用于接收待測物的光信號、并從光信號中獲取待測物的二維圖像信息和二維光譜信息；微處理電路與二維光譜傳感器連接，用于接收并處理待測物的二維圖像信息和二維光譜信息，微處理電路發(fā)送控制信號至二維光譜傳感器。通過實施本發(fā)明，可對物品進行大面積檢測；并且本發(fā)明的光譜儀小型化，便于攜帶，人們可在日常生活中對生活用品、食品等進行常規(guī)光譜檢測，得到檢測結(jié)果，方便人們生活。

附圖說明

下面將結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明作進一步說明，附圖中：

圖1是本發(fā)明一種便攜式二維成像微型光譜儀的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明一種便攜式二維成像微型光譜儀的一種工作方式流程示意圖；

圖3是本發(fā)明一種便攜式二維成像微型光譜儀的一種工作方式流程示意圖。

具體實施方式

為了對本發(fā)明的技術(shù)特征、目的和效果有更加清楚的理解，現(xiàn)對照附圖詳細說明本發(fā)明的具體實施方式。

圖1是本發(fā)明一種便攜式二維成像微型光譜儀的結(jié)構(gòu)示意圖。

本發(fā)明一種便攜式二維成像微型光譜儀，包括：微處理電路、二維光譜傳感器、存儲模塊、顯示模塊、電源模塊、補光模塊、傳輸模塊，其中，

二維光譜傳感器用于接收待測物的光信號、并從光信號中獲取待測物的二維圖像信息和二維光譜信息，即采集待測物的圖像信息。

二維光譜傳感器包含多個CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor，互補金屬氧化物半導(dǎo)體)單元模塊，每個CMOS單元模塊都可采集待測物的二維圖像信息和二維光譜信息，多個CMOS單元模塊采用馬賽克陣列排列在平面上。

優(yōu)選地，本發(fā)明的便攜式二維成像微型光譜儀具有高光譜特性，能夠采集的光譜范圍為470nm-1000nm，即可見光到近紅外光。二維光譜傳感器包括16-25個波段，每個波段的光譜帶寬小于15nm。二維光譜傳感器還包括光電轉(zhuǎn)換電路和模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，光電轉(zhuǎn)換電路將采集的待測物的光信號轉(zhuǎn)換為電信號，模數(shù)轉(zhuǎn)換電路將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，將轉(zhuǎn)換后的信號傳輸至微處理電路。

二維光譜傳感器采集的高光譜特性的圖像具有待測物的圖像信息和光譜信息，不僅在信息豐富程度方面有了極大的提高，在處理技術(shù)上，對該類光譜數(shù)據(jù)進行更為合理、有效的分析處理提供了可能。其最大特點是將成像技術(shù)與光譜探測技術(shù)結(jié)合，在對目標的空間特征成像的同時，對每個空間像元經(jīng)過色散形成幾十個乃至幾百個窄波段以進行連續(xù)的光譜覆蓋。圖像信息可以反映待測物的大小、形狀、缺陷等外部品質(zhì)特征，由于不同成分對光譜吸收也不同，在某個特定波長下圖像對某個缺陷會有較顯著的反映，而光譜信息能充分反映樣品內(nèi)部的物理結(jié)構(gòu)、化學(xué)成分的差異。例如，檢測食品的農(nóng)藥殘留，通過檢測，不僅可以通過查看光譜來分析待測物的表面農(nóng)藥殘留信息，而且可以定位農(nóng)藥殘留區(qū)域，提高用戶的使用體驗。

微處理電路與二維光譜傳感器連接，用于接收并處理待測物的二維圖像信息和二維光譜信息的。微處理電路發(fā)送控制信號至二維光譜傳感器，控制二維光譜傳感器采集待測物。

優(yōu)選地，本發(fā)明的便攜式二維成像微型光譜儀，微處理電路可選ZYNQ-7000系列芯片，可以理解微處理電路還包括與ZYNQ-7000系列芯片匹配的外圍電路。該ZYNQ-7000系列芯片分為PL、PS部分，其中PL部分等同于FPGA，PS部分包括2個ARM9的核。該芯片處理能力十分強大，處理速度十分迅速。與往常的FPGA+ARM架構(gòu)相比，F(xiàn)PGA驅(qū)動傳感器并將數(shù)據(jù)傳輸至ARM，該芯片采用PL驅(qū)動并將數(shù)據(jù)傳輸至PS部分。因為該芯片將FPGA、ARM集成到一塊芯片中并使用AXI總線連接，不僅節(jié)省了很多空間，使光譜儀小型化。而且極大的提升了PL與DDR、ARM間的數(shù)據(jù)傳輸速度，為高光譜圖像傳感器高速連拍提供了物理條件。

顯示模塊與微處理電路連接，用于顯示待測物的屬性信息、處理待測物的二維圖像信息和二維光譜信息得到的檢測結(jié)果、電量信息檢測結(jié)果圖譜、以及其他系統(tǒng)信息。本發(fā)明將檢測結(jié)果進行數(shù)據(jù)化或圖形化處理，以圖表形式進行展示，簡單明了，方便用戶查看。優(yōu)選地，顯示模塊包括LED顯示屏以及對應(yīng)的顯示驅(qū)動電路。

存儲模塊與微處理電路連接，用于存儲二維光譜傳感器采集的待測物的二維圖像信息和二維光譜信息、以及處理待測物的二維圖像信息和二維光譜信息得到的檢測結(jié)果、系統(tǒng)程序、軟件程序、光譜儀的軟件、硬件版本信息等。

具體的，存儲模塊包括：DDR3存儲模塊、EMMC存儲模塊、EEPROM存儲模塊、NOR Flash存儲模塊，其中，

DDR3存儲模塊用于提供緩存空間，緩存空間用于存儲二維光譜傳感器采集的待測物的二維圖像信息和二維光譜信息。優(yōu)選地，DDR3存儲模塊可使用DDR4存儲模塊，所選容量為1GB，可以理解，該DDR3存儲模塊的容量大小可根據(jù)需要進行調(diào)整。選擇大容量的存儲模塊，可為光譜儀提供大量的緩存空間，因為高光譜圖像每一幀的數(shù)據(jù)量是很大的，加上高速連拍，使得數(shù)據(jù)量極大，DDR3大的存儲空間為整個系統(tǒng)功能的實現(xiàn)提供了可能。

EMMC存儲模塊用于在傳輸環(huán)境不理想時臨時存儲二維光譜傳感器采集的待測物的二維圖像信息和二維光譜信息、以及處理待測物的二維圖像信息和二維光譜信息得到的檢測結(jié)果；優(yōu)選地，EMMC存儲模塊的容量為4GB，可以理解，該EMMC存儲模塊的容量大小可根據(jù)需要進行調(diào)整。

EEPROM存儲模塊用于存儲便攜式二維成像微型光譜儀的軟件、硬件版本信息；

NOR Flash存儲模塊用于儲存便攜式二維成像微型光譜儀的裸機程序或系統(tǒng)程序。

電源模塊用于為便攜式二維成像微型光譜儀供電。電源模塊由電池供電，電池可選用鋰電池、化學(xué)電池等；或電源模塊由USB接口供電，USB接口外接電源適配器。該電源模塊為光譜儀的各個模塊提供需要的電能，包括：5V轉(zhuǎn)3V模塊、5V轉(zhuǎn)3.3V模塊、5V轉(zhuǎn)1.8V模塊、5V轉(zhuǎn)1V模塊、5V轉(zhuǎn)1.35V模塊、3.3V轉(zhuǎn)2.5V模塊、3.3V轉(zhuǎn)2V模塊等。

優(yōu)選地，存儲模塊還存儲有常見有毒物質(zhì)或重金屬的光譜樣本、常用檢測物品、以及常規(guī)檢測項，例如食品、水果、蔬菜、衣物、玩具、家具等，將這些檢測物品的常用檢測項目的樣本存儲在存儲模塊中，光譜儀在檢測過程中將采集的待測物的光譜與樣本光譜進行比對，判斷待測物中是否含有有害物質(zhì)、以及有害物質(zhì)的含量。

優(yōu)選地，本發(fā)明的便攜式二維成像微型光譜儀，還包括：

傳輸模塊與微處理電路連接，傳輸模塊用于傳輸待測物的二維圖像信息和二維光譜信息、或用于傳輸處理待測物的二維圖像信息和二維光譜信息得到的檢測結(jié)果、以及用于接收外來數(shù)據(jù)。優(yōu)選地，光譜儀通過傳輸模塊連接至外部處理終端，外部處理終端包括但不限于移動終端、PC機、云端等。二維光譜傳感器獲取待測物的二維圖像信息和二維光譜信息后，微處理電路并不做處理，而是將將待測物的二維圖像信息和二維光譜信息傳輸至移動終端、PC機、云端等，外部處理器安裝有用于處理待測物的二維圖像信息和二維光譜信息的程序以及計算模型。外部處理器根據(jù)預(yù)設(shè)程序處理待測物的二維圖像信息和二維光譜信息得到的檢測結(jié)果，光譜儀接收檢測結(jié)果并顯示。例如，智能手機上安裝APP(應(yīng)用程序)，或云端安裝應(yīng)用程序，智能手機或云端按照預(yù)設(shè)的計算模型處理待測物的二維圖像信息和二維光譜信息得到的檢測結(jié)果，將通過傳輸模塊傳輸至光譜儀，在光譜儀上顯示。

優(yōu)選地，光譜儀在使用過程中需要預(yù)先與外部處理終端進行配對(注冊)，配對完成后，光譜儀或外部處理終端記錄配對信息。在需要檢測物品時，開啟的光譜儀自動搜索可連接的外部處理終端，并與已配對的外部處理終端進行連接。

例如，該微型光譜儀可與智能手機配合使用，微型光譜儀通過藍牙或WIFI連接至智能手機，并將待測物的二維圖像信息和二維光譜信息傳輸至智能手機，智能手機上安裝有用于測試的APP(應(yīng)用程序)，APP處理待測物的二維圖像信息和二維光譜信息得到檢測結(jié)果。通過藍牙或WIFI將檢測結(jié)果回傳至微型光譜儀，并在微型光譜儀的顯示模塊上顯示。

優(yōu)選地，傳輸模塊為無線傳輸模塊或有線傳輸模塊，其中，

無線傳輸模塊包括但不限于WIFI、藍牙、2G網(wǎng)絡(luò)、3G網(wǎng)絡(luò)、4G網(wǎng)絡(luò)等；優(yōu)選地，光譜儀還包括網(wǎng)絡(luò)檢測模塊，網(wǎng)絡(luò)檢測模塊檢測周圍網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，在有WIFI時，優(yōu)先連接WIFI，節(jié)省用戶流量。或網(wǎng)絡(luò)檢測模塊檢測周圍網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，選擇傳輸速率最大的網(wǎng)絡(luò)，以盡快完成數(shù)據(jù)傳輸。

有線傳輸模塊為網(wǎng)口或串口。例如，光譜儀通過網(wǎng)口或串口連接至PC機。

補光模塊與微處理電路連接，用于為二維光譜傳感器采集待測物的二維圖像信息和二維光譜信息提供光線的，補光模塊根據(jù)微處理電路發(fā)送的控制信號開關(guān)補光燈。光譜儀在光線條件不好的情況下可以選擇打開補光模塊，為待測物提供充足光照。有光源的情況下，該光譜儀使用范圍更為廣泛不論晴天雨天、室內(nèi)室外都可以使用。優(yōu)選地，補光模塊選用LED燈進行補光。

優(yōu)選地，光譜儀設(shè)置有用于控制補光模塊開關(guān)的物理開關(guān)，以及用于開關(guān)光譜儀的物理開關(guān)。

優(yōu)選地，光譜儀還包括亮度檢測裝置，亮度檢測裝置與微處理電路連接，用于通過亮度檢測裝置獲取待測物的亮度，并判斷待測物的亮度是否達到光譜儀的亮度要求。如果待測物的亮度沒有達到光譜儀的亮度要求，亮度檢測裝置同時微處理電路開啟補光模塊，并根據(jù)需要控制補光量。

優(yōu)選地，補光模塊根據(jù)需要補光量確定補光時間。

通過上述選擇高性能的處理器以及存儲設(shè)備，使光譜儀可達到較小的尺寸。優(yōu)選地，光譜儀呈立方體結(jié)構(gòu)，長的取值范圍為7cm-11cm，寬的取值范圍為4cm-8cm，高的取值范圍為4cm-8cm，例如長*寬*高為：9cm*6cm*6cm。以上尺寸為本發(fā)明的優(yōu)選設(shè)計，說明本申發(fā)明的光譜儀體積交較小，便于攜帶，并不對光譜儀的外形和尺寸做具體限制。

圖2-3為不同工作方式流程圖。

以上描述的便攜式光譜儀有幾種不同的工作方式，下面分別做具體工作流程介紹，用戶可根據(jù)需要進行選擇。

圖2是本發(fā)明一種便攜式二維成像微型光譜儀的一種工作方式流程示意圖。

第一工作模式的工作流程為：

使用開關(guān)開啟光譜儀，光譜儀初始化系統(tǒng)；

將二維光譜傳感器對準待測物，獲取待測物的二維圖像信息和二維光譜信息，并將二維圖像信息和二維光譜信息傳輸至微處理電路；具體的，光譜儀利用紅外光譜原理和拉曼光譜原理進行無損光譜采樣；

可選的，當外部光線不好時，開啟補光模塊進行補光；根據(jù)需要調(diào)節(jié)補光燈的亮度和補光時間。

微處理電路將二維圖像信息和二維光譜信息存儲至存儲模塊，并進行處理，得到檢測結(jié)果；

微處理電路將檢測結(jié)果在顯示模塊上顯示，完成檢測。

在光譜儀工作過程中，電源模塊為整個光譜儀供電。

優(yōu)選地，在檢測過程中，為減小誤差，可采用多次采樣的方式進行多次檢測，得到平均值。

圖3是本發(fā)明一種便攜式二維成像微型光譜儀的一種工作方式流程示意圖。

第二工作模式的工作流程為：

使用開關(guān)開啟光譜儀，光譜儀初始化系統(tǒng)；

將二維光譜傳感器對準待測物，獲取待測物的二維圖像信息和二維光譜信息，并將二維圖像信息和二維光譜信息傳輸至微處理電路；具體的，光譜儀利用紅外光譜原理和拉曼光譜原理進行無損光譜采樣；

可選的，當外部光線不好時，開啟補光模塊進行補光；根據(jù)需要調(diào)節(jié)補光燈的亮度和補光時間。

通過傳出模塊將待測物的二維圖像信息和二維光譜信息傳輸至外部處理終端，外部處理終端包括但不限于移動終端、PC機、云端等。

外部處理終端處理待測物的二維圖像信息和二維光譜信息，得到檢測結(jié)果；

通過傳輸模塊接收檢測結(jié)果，并在顯示模塊上顯示；或直接在外部處理終端上顯示檢測結(jié)果；或在云端形成檢測結(jié)果，將檢測結(jié)果發(fā)送至移動終端，在移動終端上顯示。

優(yōu)選地，在檢測過程中，為減小誤差，可采用多次采樣的方式進行多次檢測，得到平均值。

以上工作方式的可根據(jù)用戶需要進行選擇，或根據(jù)數(shù)據(jù)量的大小進行選擇。例如，如果數(shù)據(jù)量過大，在光譜儀上處理比較慢，此時應(yīng)利用云端高性能計算機進行快速處理，返回檢測結(jié)果。

通過實施本發(fā)明，可對物品進行大面積檢測；并且本發(fā)明的光譜儀小型化，便于攜帶，人們可在日常生活中對生活用品、食品等進行常規(guī)光譜檢測，得到檢測結(jié)果，方便人們生活。

以上實施例只為說明本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思及特點，其目的在于讓熟悉此項技術(shù)的人士能夠了解本發(fā)明的內(nèi)容并據(jù)此實施，并不能限制本發(fā)明的保護范圍。凡跟本發(fā)明權(quán)利要求范圍所做的均等變化與修飾，均應(yīng)屬于本發(fā)明權(quán)利要求的涵蓋范圍。