[發明專利]一種基于光譜成像的海洋赤潮快速檢測系統及其使用方法

在審

• 申請號: 202111041009.3
• 申請日: 2021-09-07
• 公開（公告）號: CN113777057A
• 公開（公告）日: 2021-12-10
• 發明（設計）人: 黃峰;沈英;吳盼;吳靖
• 申請（專利權）人: 福州大學
• 主分類號: G01N21/27
• 分類號: G01N21/27;G01N21/01
• 代理公司: 福州元創專利商標代理有限公司 35100
• 代理人: 郭東亮;蔡學俊

1.一種基于光譜成像的海洋赤潮快速檢測系統，其特征在于：所述檢測系統包括主控制器和對樣品培養皿成像的光譜成像裝置；所述光譜成像裝置包括工業相機，還包括設于暗箱內的背景板和光源；所述樣品培養皿置于背景板處并受到光源照射；所述光源包括鹵素光源和設于其出光方向上的勻光片；所述工業相機的光輸入端處設有能透射赤潮藻相關特征波長光線的濾光片；所述濾光片安裝在轉輪上，轉輪由步進電機驅動；所述主控制器通過控制工業相機和步進電機采集培養皿中樣品圖像以進行赤潮檢測。

2.根據權利要求1所述的一種基于光譜成像的海洋赤潮快速檢測系統，其特征在于：所述濾光片安裝于濾光模塊的濾光片轉輪中，所述濾光片轉輪由步進電機驅動，所述光源、步進電機和工業相機均由主控制器控制。

3.根據權利要求2所述的一種基于光譜成像的海洋赤潮快速檢測系統，其特征在于：所述濾光片半波寬不超過10nm，其數量不少于六片；所述濾光片放置于濾光片轉輪的孔位處，使濾光模塊可透射赤潮藻相關特征波長光線并濾除其它波長光線。

4.根據權利要求3所述的一種基于光譜成像的海洋赤潮快速檢測系統，其特征在于：所述濾光片轉輪的孔位不少于6個，濾光片轉輪軸線與工業相機軸線平行。

5.根據權利要求3所述的一種基于光譜成像的海洋赤潮快速檢測系統，其特征在于：所述步進電機驅動濾光片轉輪，使濾光片轉輪的孔位在工業相機光輸入端處精確切換以更改光的輸入波段，相鄰孔位的切換速度不大于一秒，孔位切換的位置精度角度誤差不大于1°；所述濾光片轉輪以初始化操作來有序采集樣品圖像，并校正系統累計轉動誤差。

6.根據權利要求1所述的一種基于光譜成像的海洋赤潮快速檢測系統，其特征在于：所述鹵素光源由直流電源供電，所述直流電源為經直流穩壓控制器轉換220v交流電源而形成的穩定電壓直流電源；所述勻光片厚度不小于2mm，用于把鹵素光源的出射光轉換為平行光。

7.根據權利要求1所述的一種基于光譜成像的海洋赤潮快速檢測系統，其特征在于：濾光片、工業鏡頭和探測器共同構成所述工業相機的光輸入端；所述工業相機固定于相機支架上用于采集樣品培養皿中樣品圖像。

8.根據權利要求1所述的一種基于光譜成像的海洋赤潮快速檢測系統，其特征在于：所述鹵素光源功率不超過35瓦，所述暗箱箱體內的鹵素光源數量不超過4盞，且均置于背景板和樣品培養皿上方，所述背景板采用米白色絨布作為背景，其反射率值在0.2-1之間。

9.根據權利要求1所述的一種基于光譜成像的海洋赤潮快速檢測系統，其特征在于：所述暗箱箱體為框架式結構，箱體下方設置有門以方便放置樣品，箱體處設有用于對光譜成像裝置散熱的風扇。

10.一種基于光譜成像的海洋赤潮快速檢測系統的使用方法，其特征在于：包括以下驟；

步驟S1、系統初始化工作，包括開啟風扇、預熱鹵素光源和濾光片位置復位；

步驟S2、獲取白板數據：設定曝光時長后，以100％標定板覆蓋背景板，再以工業相機對其成像，獲得每個波段下的白板數據；

步驟S3、獲取暗電流數據：蓋上工業相機的鏡頭蓋后，主控制器控制工業相機拍照，獲得每個波段下的暗電流數據；

步驟S4、把樣本海水放入培養皿，置于背景板上方，關上暗箱箱門；

步驟S5、主控制器控制工業相機對培養皿中的樣本海水拍照，并選取照片中的感興趣區域，獲取樣本的光譜反射率和反射率曲線，反射率計算公式為

式中，R₀為待測水體圖像的光譜，R_dark為反射率為0％的暗電流圖像的光譜，R_white為反射率為100％的標準白板圖像的光譜，R為待測水體反射率；

步驟S6、。把光譜反射率代入預測模型來判定樣本海水所在水域是否發生赤潮，預測模型以公式表述為y＝(78.0334-181.511x₁+22.35818x₂+104.6589x₃-97.90312x₄)×10⁷；

式中,y表示赤潮異灣藻的濃度，單位為cell/l，x₁、x₂、x₃、x₄分別表示四個特征波段下的反射率。