[发明专利]一种果蔬农残快速实时检测多光谱探测系统及其使用方法

权利要求书

1.一种果蔬农残快速实时检测多光谱探测系统，其特征在于：所述检测系统包括数据处理模块(6)和与之相连的成像单元(5)；数据处理模块经成像单元采集置于暗箱(1)内的载物模块(4)处的果蔬样本图像，并分析图像光谱特征以评估样本农残情况；暗箱内设有照明模块(2)；所述照明模块包括设于万向转动轴(10)处的卤素光源(8)，卤素光源的光输出端处设有匀光片(9)；所述暗箱上部设有反光面朝向载物模块的反光模块(3)；当成像单元对样本拍照时，卤素光源光线在反光模块反光面处反射并对样本照明。

2.根据权利要求1所述的一种果蔬农残快速实时检测多光谱探测系统，其特征在于：所述反光模块的反光面处设有反光板(12)、柔光布(13)和调整转轴(14)。

3.根据权利要求2所述的一种果蔬农残快速实时检测多光谱探测系统，其特征在于：当成像单元对样本拍照时，卤素光源的光输出端指向反光模块的反光面。

4.根据权利要求3所述的一种果蔬农残快速实时检测多光谱探测系统，其特征在于：所述匀光片为可把卤素光源的点光源转换为平行光源的匀光片；所述反光板把卤素光源的光线反射至样品处以避免光线直射在样品处产生高亮光斑。

5.根据权利要求4所述的一种果蔬农残快速实时检测多光谱探测系统，其特征在于：所述暗箱内的卤素光源数量范围为两盏至四盏，功率范围为20-50W；匀光片尺寸与卤素光源的光输出端尺寸匹配；所述匀光片厚度范围为2-10mm；当卤素光源的光输出端处设有多枚匀光片时，多枚匀光片在光输出方向上层叠设置。

6.根据权利要求3所述的一种果蔬农残快速实时检测多光谱探测系统，其特征在于：所述反光板以磨砂玻璃、亚克力板或米菠萝板成型；所述反光板颜色为白色、银色或黑色；所述柔光布为以涤纶布或尼龙布成型且能产生均匀反射光的光反射部件，柔光布的颜色为白色、银色或黑色。

7.根据权利要求1所述的一种果蔬农残快速实时检测多光谱探测系统，其特征在于：所述暗箱箱体为框架式结构，箱体处设有把手；载物模块安装于暗箱内部的支架上，包括用于支撑样本的升降台(15)，升降台顶部设有可更换的背景板(16)，背景板为黑色吸光绒布背景板、白色均匀反光背景板或银色均匀反光背景板中的一种，升降台的竖向调节距离范围为30cm-50cm。

8.根据权利要求1所述的一种果蔬农残快速实时检测多光谱探测系统，其特征在于：所述成像单元包括设置于同一纵轴处的自动化云台(17)和快照式多光谱相机(18)；

所述自动化云台为与暗箱箱体相连的两轴-两框架结构形式的云台，其系统减震结构包括橡胶减震球；

所述快照式多光谱相机为Mosaic阵列滤光片式的探测器，其响应波段的波长范围为400-1000nm，共计N个波段，N1，FWHM为10-15nm，数据处理模块通过快照式多光谱相机，在一次成像中获得样本全部目标波段的光谱图像，通过光谱图像进行可见/近红外波段的果蔬农残多光谱无损检测。

9.根据权利要求1所述的一种果蔬农残快速实时检测多光谱探测系统，其特征在于：所述数据处理模块包括微控制器(19)、人机交互模块(20)和计算分析设备(21)；所述照明模块、成像单元、数据处理模块均与暗箱内的电源模块(7)相连，所述电源模块包括散热风扇(22)，电源模块通过可将220V交流电源转换成直流电源的直流稳压控制器(11)对卤素光源供电；

所述人机交互模块包括人机交互界面，人机交互界面的窗口界面包括系统初始化、曝光时间、光谱图像、光谱反射率、光谱曲线、农药残留量计算。

10.一种果蔬农残快速实时检测多光谱探测系统的使用方法，其特征在于：所述计算分析设备为计算机，使用方法包括以下步骤；

步骤S1、系统初始化，具体包括：预热卤素光源、使自动化云台自动维稳，调整快照式多光谱相机初始参数；

步骤S2、获取校正参数，具体包括：利用100％标定板获取快照式多光谱相机的白板图像数据，和盖上快照式多光谱相机的镜头盖获取其暗电流数据；

步骤S3、把待检测果蔬的样本置于升降台顶部背景板中央，关闭暗箱箱门，通过快照式多光谱相机采集样本的光谱图像，以计算机分析光谱图像，获得光谱反射率曲线与农药残留量，反射率计算公式如下：

式中，R₀为待测果蔬图像光谱反射率值，R_d为反射率为0％的暗电流图像的光谱反射率值，R_w为反射率为100％的标准白板图像的光谱反射率值，R为待测果蔬图像校正后的光谱反射率值；

将光谱反射率值代入预先设定的预测模型，计算得到农药残留量，再与国家标准限值进行对比，以评估待测果蔬的农药残留量是否在安全范围内。