本發(fā)明涉及光譜分析技術(shù)領(lǐng)域，一種拍照式智能光譜分析系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

在物質(zhì)條件極大滿(mǎn)足現(xiàn)代生活需要的今天，人們對(duì)健康的關(guān)注越來(lái)越重視了。由于物質(zhì)條件的優(yōu)越，人們吃的東西越來(lái)越豐富，很多以前從來(lái)不敢想象的生活都得以實(shí)現(xiàn)。雖然這樣，但人們的健康狀況卻沒(méi)有得到大的提高，各種疾病(如癌癥等)使很多生活富足的人們承受著前所未有的病痛折磨。究其原因，主要是在追求高效及高利益等因素的驅(qū)使下，我們所食用的食品中的農(nóng)藥殘留量過(guò)大，我們的藥品加工環(huán)境受到了污染而造成了藥效的下降及毒副作用的增加；我們的疾病痛苦大多是吃出來(lái)的，不管是吃的食物還是藥品，大量的有毒物質(zhì)進(jìn)入人體后，使得人體不堪承受。

因此，為了能夠高效、快捷地檢測(cè)出有毒物質(zhì)，如蔬菜水果中的殘留農(nóng)藥、農(nóng)副產(chǎn)品中所打入的保鮮劑、食物中被過(guò)量添加的食用或工業(yè)添加劑以及過(guò)期、毒副作用過(guò)大、受污染及藥效過(guò)低等藥品，通常會(huì)采用化學(xué)檢測(cè)法和光譜分析法。其中，化學(xué)檢測(cè)法主要存在如下缺陷：1、對(duì)被檢測(cè)物質(zhì)的成分和含量的檢測(cè)是一個(gè)非常復(fù)雜的過(guò)程，時(shí)間周期一般是以天來(lái)計(jì)；2、對(duì)每一種想要分析鑒定的物質(zhì)成分和含量都要進(jìn)行一系列的化學(xué)試驗(yàn)，如果沒(méi)有進(jìn)行針對(duì)性的檢驗(yàn)，就不能確定是否存在此物質(zhì)成分及其含量；3、化學(xué)檢測(cè)法一定會(huì)產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，這就需要一定數(shù)量的原物質(zhì)樣品，產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)后，原物質(zhì)樣品就會(huì)損失掉，且任何化學(xué)反應(yīng)都是需要物質(zhì)接觸和器械接觸的，所以容易造成物質(zhì)成分被沾染。

相較于化學(xué)檢測(cè)法，光譜分析法因其所具有的檢測(cè)速度快、被檢測(cè)物無(wú)損耗且不易被污染、檢測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確等諸多特點(diǎn)而逐漸被廣泛應(yīng)用。然而，光譜分析法一般需要一束比較細(xì)的平行光，傳統(tǒng)的做法是用狹縫產(chǎn)生一束厚度比較小、寬度較寬的平行光；此種做法雖然簡(jiǎn)單易行，但也存在很多缺點(diǎn)，如：1、平行光的平行度不夠，容易造成光譜彌散及影響特征頻點(diǎn)，進(jìn)而導(dǎo)致檢測(cè)結(jié)果誤差大、檢測(cè)精度低；2、散射光亮度低，細(xì)的光束本來(lái)亮度就弱，分成不同的色光后，單色光的亮度就更低了，最終會(huì)因傳感器的靈敏度不夠而出現(xiàn)檢測(cè)誤差；3、方向性差，不易對(duì)準(zhǔn)被檢測(cè)的物質(zhì)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種拍照式智能光譜分析系統(tǒng)。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種拍照式智能光譜分析系統(tǒng)，它包括圖像傳感器、光譜傳感器、用于控制圖像傳感器對(duì)目標(biāo)物的圖像進(jìn)行讀取并控制光譜傳感器對(duì)目標(biāo)物的光譜特征數(shù)據(jù)進(jìn)行讀取的系統(tǒng)控制器、通過(guò)目標(biāo)物反射的光線(xiàn)對(duì)目標(biāo)物進(jìn)行成像后將成像光線(xiàn)投射到圖像傳感器上并同時(shí)將成像光線(xiàn)中的部分相互平行的光線(xiàn)壓縮成復(fù)色光束的成像和光線(xiàn)壓縮透鏡組、用于將成像和光線(xiàn)壓縮透鏡組壓縮成型的復(fù)色光束準(zhǔn)直為復(fù)色平行光束的準(zhǔn)直透鏡組、用于對(duì)復(fù)色平行光束進(jìn)行光路角度調(diào)整的全反射鏡組、用于將經(jīng)由全反射鏡組反射的復(fù)色平行光束分離成平行光彩帶的光譜分離鏡以及用于將平行光彩帶聚焦成彩色光斑后投射到光譜傳感器的感光面上的成像壓縮透鏡組；

所述光譜傳感器和圖像傳感器均置于成像和光線(xiàn)壓縮透鏡組的出光側(cè)并分別與系統(tǒng)控制器電連接，所述準(zhǔn)直透鏡組置于成像和光線(xiàn)壓縮透鏡組的出光側(cè)并與成像和光線(xiàn)壓縮透鏡組同軸分布，所述全反射鏡組置于準(zhǔn)直透鏡組的出光側(cè)，所述光譜分離鏡置于全反射鏡組的反光側(cè)，所述成像壓縮透鏡組置于光譜分離鏡與光譜傳感器的感光面之間并與光譜分離鏡同軸分布。

其中，優(yōu)選方案為：所述成像和光線(xiàn)壓縮透鏡組為一成像透鏡組，所述成像透鏡組通過(guò)目標(biāo)物反射的光線(xiàn)對(duì)目標(biāo)物進(jìn)行成像后將成像光線(xiàn)投射到圖像傳感器上并同時(shí)將部分成像光線(xiàn)壓縮成復(fù)色光束，所述準(zhǔn)直透鏡組置于成像透鏡組的出光側(cè)并與成像透鏡組同軸分布以將復(fù)色光束準(zhǔn)直為復(fù)色平行光束；

所述全反射鏡組包括前級(jí)全反射鏡和后級(jí)全反射鏡，所述前級(jí)全反射鏡置于準(zhǔn)直透鏡組與圖像傳感器之間以將經(jīng)由準(zhǔn)直透鏡組準(zhǔn)直后形成的復(fù)色平行光束作90°的光路轉(zhuǎn)向，所述后級(jí)全反射鏡置于前級(jí)全反射鏡的反光側(cè)并將復(fù)色平行光束作光路轉(zhuǎn)向后投射到光譜分離鏡上，所述光譜分離鏡置于后級(jí)全反射鏡的反光側(cè)以將復(fù)色平行光束分離成平行光彩帶。

其中，優(yōu)選方案為：所述成像和光線(xiàn)壓縮透鏡組包括一置于圖像傳感器的感光面?zhèn)鹊某上裢哥R組和一置于光譜傳感器的感光面?zhèn)炔⑴c成像透鏡組并行分布的光線(xiàn)壓縮透鏡組，所述成像透鏡組通過(guò)目標(biāo)物反射的光線(xiàn)對(duì)目標(biāo)物進(jìn)行成像后將成像光線(xiàn)投射到圖像傳感器上，所述光線(xiàn)壓縮透鏡組將目標(biāo)物反射的光線(xiàn)進(jìn)行壓縮后形成復(fù)色光束，所述準(zhǔn)直透鏡組置于光線(xiàn)壓縮透鏡組的出光側(cè)并與光線(xiàn)壓縮透鏡組同軸分布以將復(fù)色光束準(zhǔn)直為復(fù)色平行光束；

所述全反射鏡組包括前級(jí)全反射鏡和后級(jí)全反射鏡，所述前級(jí)全反射鏡置于準(zhǔn)直透鏡組的出光側(cè)并將復(fù)色平行光束作90°的光路轉(zhuǎn)向，所述后級(jí)全反射鏡置于前級(jí)全反射鏡的反光側(cè)并將復(fù)色平行光束光路轉(zhuǎn)向后投射到光譜分離鏡上，所述光譜分離鏡置于后級(jí)全反射鏡的反光側(cè)以將復(fù)色平行光束分離成平行光彩帶。

其中，優(yōu)選方案為：它還包括一用于向目標(biāo)物投射光線(xiàn)的輔助光源，所述輔助光源與系統(tǒng)控制器電連接并受控于系統(tǒng)控制器。

其中，優(yōu)選方案為：所述光譜分離鏡為色散棱鏡或衍射光柵。

其中，優(yōu)選方案為：它還包括分別與系統(tǒng)控制器相連并受控于系統(tǒng)控制器的用于對(duì)光譜分析數(shù)據(jù)和目標(biāo)物成像數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示的系統(tǒng)顯示器、用于接收外部控制指令并將控制指令傳遞給系統(tǒng)控制器的控制按鍵以及分別向系統(tǒng)顯示器、系統(tǒng)控制器和輔助光源提供工作電壓的電源管理器。

由于采用了上述方案，本發(fā)明的系統(tǒng)在對(duì)目標(biāo)物進(jìn)行拍照的同時(shí)，可對(duì)目標(biāo)物的物質(zhì)成分及含量進(jìn)行精確快速的分析，而且，利用各個(gè)組成部件之間的配合，可有效提高系統(tǒng)的靈敏度及檢測(cè)精度，系統(tǒng)的方向性也得到了有效的提升，能夠?qū)?zhǔn)被檢測(cè)物；其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、功能集成度高，不但可以集成于智能手機(jī)上，也可單獨(dú)作成小巧的拍照檢測(cè)設(shè)備，極大地提高了成型設(shè)備的集成度及攜帶使用的便利性，具有很強(qiáng)的實(shí)用價(jià)值和市場(chǎng)推廣價(jià)值。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明實(shí)施例的控制原理框圖；

圖2是本發(fā)明實(shí)施例的第一種系統(tǒng)部件結(jié)構(gòu)布局及系統(tǒng)光路示意圖；

圖3是本發(fā)明實(shí)施例的第二種系統(tǒng)部件結(jié)構(gòu)布局及系統(tǒng)光路示意圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明，但是本發(fā)明可以由權(quán)利要求限定和覆蓋的多種不同方式實(shí)施。

如圖1并結(jié)合圖2和圖3所示，本實(shí)施例提供的一種拍照式智能光譜分析系統(tǒng)，它包括圖像傳感器1、以對(duì)可見(jiàn)光和近紅外光敏感的高分辨率ccd器件或cmos器件為主要組成元件的光譜傳感器2、用于控制圖像傳感器1對(duì)目標(biāo)物a的圖像進(jìn)行讀取并控制光譜傳感器2對(duì)目標(biāo)物a的光譜特征數(shù)據(jù)進(jìn)行讀取的系統(tǒng)控制器3、通過(guò)目標(biāo)物a反射的光線(xiàn)對(duì)目標(biāo)物a進(jìn)行成像后將成像光線(xiàn)投射到圖像傳感器1上并同時(shí)將成像光線(xiàn)中的部分相互平行的光線(xiàn)壓縮成復(fù)色光束的成像和光線(xiàn)壓縮透鏡組、用于將成像和光線(xiàn)壓縮透鏡組壓縮成型的復(fù)色光束準(zhǔn)直為復(fù)色平行光束的準(zhǔn)直透鏡組4、用于對(duì)復(fù)色平行光束進(jìn)行光路角度調(diào)整的全反射鏡組、用于將經(jīng)由全反射鏡組反射的復(fù)色平行光束分離成平行光彩帶的光譜分離鏡5以及用于將平行光彩帶聚焦成彩色光斑后投射到光譜傳感器2的感光面上的成像壓縮透鏡組6；其中，光譜傳感器2和圖像傳感器1均置于成像和光線(xiàn)壓縮透鏡組的出光側(cè)并分別與系統(tǒng)控制器3電連接，準(zhǔn)直透鏡組4置于成像和光線(xiàn)壓縮透鏡組的出光側(cè)并與成像和光線(xiàn)壓縮透鏡組同軸分布，全反射鏡組置于準(zhǔn)直透鏡組4的出光側(cè)，光譜分離鏡5置于全反射鏡組的反光側(cè)，成像壓縮透鏡組6置于光譜分離鏡5與光譜傳感器2的感光面之間并與光譜分離鏡5同軸分布。

由此，可利用成像和光線(xiàn)壓縮透鏡組在與圖像傳感器1的配合下完成對(duì)目標(biāo)物拍照的同時(shí)，通過(guò)成像和光線(xiàn)壓縮透鏡組將目標(biāo)物a反射的部分光線(xiàn)直接由毫米級(jí)的光束壓縮成微米級(jí)的光束以形成復(fù)色光束(在此過(guò)程中也同時(shí)提高了復(fù)色光束的光線(xiàn)的能量照度，避免光譜傳感器2因靈敏度的問(wèn)題而影響最終的檢測(cè)精度)，而后利用準(zhǔn)直透鏡組4在對(duì)復(fù)色光束進(jìn)行準(zhǔn)直的同時(shí)將有一定夾角的不平行光去除，從而形成復(fù)色平行光束，再利用全反射鏡組將復(fù)色平行光束的光路進(jìn)行調(diào)整、通過(guò)光譜分離鏡5將復(fù)色平行光束按波長(zhǎng)分離成色散光束(即：平行光彩帶)以及利用成像壓縮透鏡組6將平行光彩帶聚焦成彩色光斑后，以最終被光譜傳感器2所接收；而光譜傳感器2則會(huì)在系統(tǒng)控制器3的控制下依次讀出各個(gè)彩色光斑的亮度值，利用系統(tǒng)控制器3的硬件載體以及對(duì)其功能的設(shè)計(jì)，使其能夠?qū)庾V傳感器2所讀取到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析計(jì)算，以最終得出目標(biāo)物a的光譜特征數(shù)據(jù)，從而判定目標(biāo)物a的組成成分及含量；與此同時(shí)，系統(tǒng)控制器2可通過(guò)圖像傳感器1獲取目標(biāo)物a的圖像，使得整個(gè)系統(tǒng)在運(yùn)作時(shí)可同時(shí)將光譜分析結(jié)果與目標(biāo)物a的成像結(jié)果相對(duì)應(yīng)。

基于此，本實(shí)施例的系統(tǒng)可具有以下有益效果：1、在對(duì)目標(biāo)物a進(jìn)行拍照的同時(shí)，可對(duì)目標(biāo)物a的物質(zhì)成分及含量進(jìn)行精確快速的分析，基于系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式，可將整個(gè)系統(tǒng)集成于智能手機(jī)上，也可單獨(dú)作成小巧的拍照檢測(cè)設(shè)備，極大地提高了成型設(shè)備的集成度以及攜帶使用的便利性；2、利用各個(gè)組成部件之間的配合，可有效提高系統(tǒng)的靈敏度及檢測(cè)精度，系統(tǒng)的方向性也得到了有效的提升，使其能夠?qū)?zhǔn)被檢測(cè)物(即：目標(biāo)物a)。

為最大限度地豐富整個(gè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式，本實(shí)施例的成像和光線(xiàn)壓縮透鏡組可根據(jù)具體情況采用不同的形式，具體為：

實(shí)施例一，如圖2所示，成像和光線(xiàn)壓縮透鏡組為一成像透鏡組7，成像透鏡組7通過(guò)目標(biāo)物a反射的光線(xiàn)對(duì)目標(biāo)物a進(jìn)行成像后將成像光線(xiàn)投射到圖像傳感器1上并同時(shí)將部分成像光線(xiàn)壓縮成復(fù)色光束，準(zhǔn)直透鏡組4則置于成像透鏡組7的出光側(cè)并與成像透鏡組7同軸分布以將復(fù)色光束準(zhǔn)直為復(fù)色平行光束；而全反射鏡組則包括前級(jí)全反射鏡8和后級(jí)全反射鏡9，前級(jí)全反射鏡8置于準(zhǔn)直透鏡組4與圖像傳感器2之間以將經(jīng)由準(zhǔn)直透鏡組4準(zhǔn)直后形成的復(fù)色平行光束作90°的光路轉(zhuǎn)向，后級(jí)全反射鏡9置于前級(jí)全反射鏡8的反光側(cè)并將復(fù)色平行光束作特定角度(如：30°-45°)的光路轉(zhuǎn)向后投射到光譜分離鏡5上，光譜分離鏡5置于后級(jí)全反射鏡9的反光側(cè)以將復(fù)色平行光束分離成平行光彩帶。由此，可使得整個(gè)系統(tǒng)中供光譜檢測(cè)分析用的光路和目標(biāo)物a成像用的光路呈同軸分布的形式，不但有利于降低整個(gè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)復(fù)雜性、提高整個(gè)系統(tǒng)的部件集成度，而且能夠使系統(tǒng)在拍照時(shí)能夠更為準(zhǔn)確地對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)物a；當(dāng)然，本實(shí)施例中的全反射鏡對(duì)光路轉(zhuǎn)向的角度可依據(jù)圖像傳感器1和光譜傳感器2相互間的布置方位來(lái)作具體的調(diào)整。

實(shí)施例二，如圖3所示，成像和光線(xiàn)壓縮透鏡組包括一置于圖像傳感器1的感光面?zhèn)鹊某上裢哥R組7和一置于光譜傳感器2的感光面?zhèn)炔⑴c成像透鏡組7并行分布的光線(xiàn)壓縮透鏡組10(其與成像透鏡組7共用)，成像透鏡組7通過(guò)目標(biāo)物a反射的光線(xiàn)對(duì)目標(biāo)物a進(jìn)行成像后將成像光線(xiàn)投射到圖像傳感器2上，而光線(xiàn)壓縮透鏡組10則將目標(biāo)物a反射的光線(xiàn)進(jìn)行壓縮后形成復(fù)色光束，準(zhǔn)直透鏡組4置于光線(xiàn)壓縮透鏡組10的出光側(cè)并與光線(xiàn)壓縮透鏡組10同軸分布以將復(fù)色光束準(zhǔn)直為復(fù)色平行光束；全反射鏡組包括前級(jí)全反射鏡8和后級(jí)全反射鏡9，前級(jí)全反射鏡8置于準(zhǔn)直透鏡組4的出光側(cè)并將復(fù)色平行光束作90°的光路轉(zhuǎn)向，后級(jí)全反射鏡9置于前級(jí)全反射鏡8的反光側(cè)并將復(fù)色平行光束作特定角度(如：45°)的光路轉(zhuǎn)向后投射到光譜分離鏡5上，光譜分離鏡5置于后級(jí)全反射鏡9的反光側(cè)以將復(fù)色平行光束分離成平行光彩帶。由此，可使得整個(gè)系統(tǒng)中供光譜檢測(cè)分析用的光路和目標(biāo)物a成像用的光路呈平行分立式的形式，利用設(shè)置的光線(xiàn)壓縮透鏡組10專(zhuān)門(mén)對(duì)目標(biāo)物a反射的光線(xiàn)進(jìn)行壓縮以形成復(fù)色光束，從而有利于提高最終投射到光譜傳感器2上的光斑的亮度，且成像光路和光譜光路獨(dú)立分開(kāi)，相互間互不影響，能夠?yàn)橄到y(tǒng)的安裝、調(diào)試及維護(hù)提供極大地便利。

為保證系統(tǒng)在夜間等黑暗環(huán)境中依然能夠?qū)δ繕?biāo)物a進(jìn)行檢測(cè)和拍照，同時(shí)避免光譜傳感器2在此環(huán)境中出現(xiàn)光學(xué)靈敏度不足的問(wèn)題；本實(shí)施例的系統(tǒng)還包括一用于向目標(biāo)物a投射光線(xiàn)的輔助光源11，輔助光源11與系統(tǒng)控制器3電連接并受控于系統(tǒng)控制器3。由此，在環(huán)境亮度不足時(shí)，可通過(guò)系統(tǒng)控制器3控制開(kāi)啟輔助光源11，以將目標(biāo)物a照亮，從而不但有利于提高系統(tǒng)的檢測(cè)精度和效率，同時(shí)也提高了對(duì)目標(biāo)物a進(jìn)行拍照后的圖像質(zhì)量，使整個(gè)系統(tǒng)能夠全天候地進(jìn)行拍照和檢測(cè)。

為保證光譜分離鏡5的色散分離性能，作為優(yōu)選方案，光譜分離鏡5可采用具有高色散性能的色散棱鏡或高色散性能的衍射光柵。

另外，為最大限度地豐富整個(gè)系統(tǒng)的實(shí)用功能，本實(shí)施例的系統(tǒng)還包括分別與系統(tǒng)控制器3相連并受控于系統(tǒng)控制器3的系統(tǒng)顯示器12、控制按鍵13和電源管理器14；其中，利用系統(tǒng)顯示器12可用于顯示系統(tǒng)的工作狀態(tài)以及光譜分析數(shù)據(jù)和目標(biāo)物a成像數(shù)據(jù)等等，利用控制按鍵13可接收外部的控制指令并將控制指令傳遞給系統(tǒng)控制器3，以滿(mǎn)足用戶(hù)對(duì)系統(tǒng)操作的需求，而電源管理器14則可為系統(tǒng)的各個(gè)用電元器件提供穩(wěn)定的工作電源，保證系統(tǒng)的各個(gè)組成部分能夠協(xié)調(diào)有效地工作。

以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，并非因此限制本發(fā)明的專(zhuān)利范圍，凡是利用本發(fā)明說(shuō)明書(shū)及附圖內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)或等效流程變換，或直接或間接運(yùn)用在其他相關(guān)的技術(shù)領(lǐng)域，均同理包括在本發(fā)明的專(zhuān)利保護(hù)范圍內(nèi)。