[發(fā)明專利]一種重要生物資源的微區(qū)像譜分析方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910850301.6
• 申請日: 2019-09-10
• 公開（公告）號: CN110672551B
• 公開（公告）日: 2021-11-19
• 發(fā)明（設計）人: 萬雄;王泓鵬;袁汝俊
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學院上海技術(shù)物理研究所
• 主分類號: G01N21/359
• 分類號: G01N21/359;G01N21/3563;G01N21/3577;G01N21/27
• 代理公司: 上海滬慧律師事務所 31311
• 代理人: 郭英

1.一種重要生物資源的微區(qū)像譜分析方法，該方法是在微區(qū)重要生物資源像譜分析儀上實現(xiàn)的，所述分析儀由三維電動平臺(1)、寬譜物鏡(3)、第一寬譜半反半透鏡(4)、第二寬譜半反半透鏡(7)、中紅外光纖耦合鏡(8)、中紅外光纖(9)、中紅外光纖光譜儀(10)、出射圓孔(12)、光纖接口(13)、寬譜光纖(14)、超連續(xù)譜激光器(15)、積分球(16)、可見光鏡頭(17)、彩色可見光面陣傳感器(18)、主分析控制器(19)、近紅外LCTF(20)、LCTF控制器(21)、無線網(wǎng)絡收發(fā)器(22)、近紅外鏡頭(23)、近紅外面陣傳感器(24)、雙色片(6)組成；其特征在于所述的分析方法包括以下步驟：

1)初始自聚焦及定標

將一標準白板放在樣品架上；主分析控制器控制開啟超連續(xù)譜激光器、彩色可見光面陣傳感器、近紅外面陣傳感器與中紅外光纖光譜儀，并設定中紅外光纖光譜儀的曝光參數(shù)；主分析控制器發(fā)出控制指令控制三維電動平臺移動到起始位置；超連續(xù)譜激光器發(fā)出的可見至中紅外譜段的超連續(xù)譜激光，進入積分球內(nèi)部，經(jīng)白色漫反射涂層多次反射后，形成勻光超連續(xù)譜激光照明源，通過出射圓孔沿照射光軸出射，經(jīng)第二寬譜半反半透鏡反射，沿中紅外光軸傳輸，經(jīng)第一寬譜半反半透鏡反射轉(zhuǎn)至主光軸，由上至下經(jīng)寬譜物鏡照射至樣品架上的標準白板上，其超連續(xù)譜反射光從下至上穿過寬譜物鏡，沿主光軸行進，經(jīng)第一寬譜半反半透鏡反射轉(zhuǎn)至中紅外光軸，穿過第二寬譜半反半透鏡，經(jīng)中紅外光纖耦合鏡耦合進中紅外光纖，然后進入中紅外光纖光譜儀，得到標準白板中紅外譜段的反射光譜信號，然后送至主分析控制器進行分析；主分析控制器計算該中紅外反射光譜信號的總強度，設其為I；主分析控制器發(fā)出控制指令控制三維電動平臺沿z向上下移動，同時不斷計算I，直至I達到最大值I_max，此時，成像區(qū)域完成了自聚焦；主分析控制器記錄此時標準白板的中紅外反射光譜曲線I(λ)；在此自聚焦狀態(tài)下，標準白板的超連續(xù)譜反射光從下至上穿過寬譜物鏡，沿主光軸行進，穿過第一寬譜半反半透鏡，經(jīng)雙色片分成二部分；一部分為反射光，經(jīng)雙色片反射沿近紅外光軸傳輸；另一部分為透射光，透過雙色片，仍沿主光軸行進；主分析控制器發(fā)出指令啟動LCTF控制器，LCTF控制器控制近紅外LCTF的透射光中心波長λ_k＝λ₀+kΔλ，經(jīng)雙色片的反射光，透過近紅外LCTF，近紅外鏡頭成像至近紅外面陣傳感器上，從而獲取不同λ_k下，近紅外譜段標準白板的多光譜圖像W_k(x,y)，并送至主分析控制器存儲；主分析控制器發(fā)出指令啟動彩色可見光面陣傳感器，經(jīng)雙色片的透射光，經(jīng)可見光鏡頭成像至彩色可見光面陣傳感器，可獲取標準白板的紅綠藍三原色及可見光全彩色圖像R_w(x,y)、G_w(x,y)、B_w(x,y)、C_w(x,y)；

2)微區(qū)重要生物資源像譜獲取

將標準白板取下，將重要動植物資源樣品放在樣品架上，其超連續(xù)譜反射光從下至上穿過寬譜物鏡，沿主光軸行進，經(jīng)第一寬譜半反半透鏡反射轉(zhuǎn)至中紅外光軸，穿過第二寬譜半反半透鏡，經(jīng)中紅外光纖耦合鏡耦合進中紅外光纖，然后進入中紅外光纖光譜儀，得到重要動植物資源樣品在寬譜物鏡成像區(qū)域的中紅外平均反射光譜信號，然后送至主分析控制器進行分析；主分析控制器計算該中紅外平均反射光譜信號的總強度，設其為S；主分析控制器發(fā)出控制指令控制三維電動平臺沿z向上下移動，同時不斷計算S，直至S達到最大值S_max，此時，重要動植物資源樣品的成像區(qū)域完成了自聚焦；主分析控制器記錄此時重要動植物資源樣品的中紅外反射光譜曲線S(λ)；在此自聚焦狀態(tài)下，重要動植物資源樣品的超連續(xù)譜反射光從下至上穿過寬譜物鏡，沿主光軸行進，穿過第一寬譜半反半透鏡，經(jīng)雙色片分成二部分；一部分為反射光，經(jīng)雙色片反射沿近紅外光軸傳輸；另一部分為透射光，透過雙色片，仍沿主光軸行進；LCTF控制器控制近紅外LCTF的透射光中心波長λ_k＝λ₀+kΔλ，經(jīng)雙色片的反射光，透過近紅外LCTF，近紅外鏡頭成像至近紅外面陣傳感器上，從而獲取不同λ_k下，近紅外譜段重要動植物資源樣品的多光譜圖像S_k(x,y)，并送至主分析控制器存儲；主分析控制器發(fā)出指令啟動彩色可見光面陣傳感器，經(jīng)雙色片的透射光，經(jīng)可見光鏡頭成像至彩色可見光面陣傳感器，可獲取重要動植物資源樣品的紅綠藍三原色及可見光全彩色圖像R_s(x,y)、G_s(x,y)、B_s(x,y)、C_s(x,y)；

3)像譜數(shù)據(jù)后處理

主分析控制器將所有存儲的像譜數(shù)據(jù)做如下運算處理：

重要動植物資源樣品的紅色反射率圖像r(x,y)＝R_s(x,y)/R_w(x,y)；

綠色反射率圖像g(x,y)＝G_s(x,y)/G_w(x,y)；

藍色反射率圖像b(x,y)＝B_s(x,y)/B_w(x,y)；

全色反射率圖像c(x,y)＝C_s(x,y)/C_w(x,y)；

近紅外譜段重要動植物資源樣品的多光譜反射率圖像：

s_k(x,y)＝S_k(x,y)/W_k(x,y)；

中紅外譜段重要動植物資源樣品的標準反射率曲線：

s(λ)＝S(λ)/I(λ)；

主分析控制器將該重要動植物資源樣品的完整像譜數(shù)據(jù)，構(gòu)建其特征數(shù)據(jù)庫，并將數(shù)據(jù)庫信息通過無線網(wǎng)絡收發(fā)器送至出入境監(jiān)管部門云系統(tǒng)。