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第３ 卷 ， １ ２ 第 期 ２０１２ 年 １月 光 Ｓ ｅ ｔｏ ｃ ｐ ｎ ｐ ｃｒｌＡｎ ｌｓｓ ｐ ｃｒ ｓｏ ｙ ａ ｄ Ｓ ｅ ｔａ ａｙ ｉ 譜 學(xué) 與 光 譜 分 析 Ｖ １ ３ ， ． ，ｐ ８ —８ ｏ ． ２ Ｎｏ １ ｐ ２ ３ ２ ６ Ｊ ｎ ａｙ，２ １ ａｕ ｒ ０２ 用 于水 果 品質(zhì) 檢 測(cè) 的小 型成 像 光譜 儀 劉玉娟。 ，唐 玉國(guó)水果檢測(cè)儀，崔繼承。 ，巴音賀希格 １ ．中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械 與物理研究所 ，吉林 長(zhǎng)春 ２ ．中國(guó)科學(xué)院 研 究生院，北京 １ ０ ４ ００９ １ ０ ３ ３０３ 摘 要 利用成像光譜可 同時(shí)獲得水果的成像信息 和光譜信 息水果檢測(cè)儀，實(shí)現(xiàn)水果 外部 和內(nèi)部品質(zhì) 的高精度 、無(wú)損 傷 、無(wú)污染的大面積瞬態(tài)檢測(cè) 。為了獲得水果的成 像光譜 ， 設(shè)計(jì) 了一種 以 自主研發(fā)的 凸面光柵作為核心元件 的小型成像光譜儀 ， 它具有成像質(zhì)量好 、 體積 小 、 重量輕等 優(yōu)點(diǎn) ， 光譜分 辨率在 ５８ ｉ波 長(zhǎng)處達(dá) ２１ ｉ， ７ ｎ ｎ ． ｎ ｎ 光譜譜線彎 曲和色畸變均小于 ０ ６ ． ％。

對(duì)該小 型成像光 譜儀進(jìn) 行 了檢 測(cè)和蘋 果成 像光譜 測(cè)量實(shí) 驗(yàn) ， 果表 結(jié) 明： 該成像光譜儀滿足設(shè)計(jì)要求且可 以快速 的獲得蘋果 的高精度成像光譜 ， 而進(jìn)行水果 的品質(zhì)檢測(cè) 。 從 關(guān)鍵詞 成像光譜儀 ； 水果 品質(zhì) ； 無(wú)損檢測(cè) ； 凸面光柵 文 獻(xiàn)標(biāo) 識(shí)碼 ：Ａ Ｄ ：１． ９ ４ ｊｉ ｎ １ ０～５ ３ ２ １ ）１０ ８—４ ＯＩ ０ ３ ６／． ｓ ．０ ００ ９ （０ ２ ０ —２３０ ｓ 中圖 分 類 號(hào) ： ＴＨ７ ４ ４ 結(jié)果， 具有 高精 度、無(wú)損 傷、無(wú) 污染等優(yōu) 點(diǎn) ，國(guó)內(nèi)外開(kāi)展 了 引 言 我國(guó)是世界水果生產(chǎn)大 國(guó)，但水果 出 口僅 占總產(chǎn)量 ２ 左右， 遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于 ９ ～ １ 的世界 平均水 平＿ ，主要 限制 因 Ｏ １ ］ 相關(guān)研究并取得 了一定 的研究 成果＿６。基 于成像 光譜技 術(shù) ｌ＿ ３ ＿ 的成像光譜儀是 獲得成像光譜 的重要儀器 。 成像光譜儀 由前 置成像 光學(xué) 系統(tǒng) 和光譜儀 系統(tǒng)組成 ， 譜儀系統(tǒng)是成像光 譜 光 儀 的關(guān)鍵部分 ，常見(jiàn) 的分光 模式 有色 散棱鏡 、干涉濾 光片 、 平 面閃耀光柵等 ¨ 。

凸面光柵成像光譜儀則 是采用 凸面光柵 ７ ］ 為分光元件 的 Ｏ ｆｅ 同心分光系統(tǒng) ， 系統(tǒng)無(wú) 象散 、 ｆ ｒ ｎ 該 譜線 彎 曲小、色畸變小 、 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 ， 易于實(shí)現(xiàn)小型化 ＿ 。近年來(lái) ， ８ ］ 隨 素是水 果分級(jí)水 平。水果 的品質(zhì)是水 果分級(jí) 的主要依 據(jù) ， 無(wú) 損檢測(cè)是水果品質(zhì)檢測(cè)技術(shù) 的發(fā)展趨勢(shì) 。水果 品質(zhì)無(wú)損檢測(cè) 是應(yīng)用一 定的檢測(cè)手 段和分析方法對(duì)水 果的品質(zhì)進(jìn)行無(wú)損傷 測(cè)量， 依據(jù)測(cè)量 結(jié)果 和評(píng) 價(jià)標(biāo) 準(zhǔn)對(duì) 水果 品質(zhì)做 出評(píng) 價(jià) 的過(guò) 程 。目前水果 品質(zhì) 的無(wú) 損 檢測(cè) 一般 是 利 用水 果 的 電學(xué) 、聲 著光柵制造技術(shù) 的發(fā)展 ，凸面光柵成像光譜 儀逐漸從理論研 究走 向?qū)嶋H應(yīng)用 ｌ 。凸面光柵成 像光譜 儀 的成像質(zhì) 量好 、 ９ 易 于實(shí)現(xiàn)小 型化 特性 使其 尤其 適合 小型 的成像 光譜 測(cè)量應(yīng) 用。 學(xué)、光學(xué)特性等技術(shù)對(duì)水 果品質(zhì)進(jìn) 行檢測(cè) 。近年 來(lái) ，大量 的 研 究利 用可 見(jiàn)／ 紅外 波譜信 息進(jìn) 行水 果蔬 菜 的 內(nèi)部 品質(zhì) 、 近 缺 陷和農(nóng)藥含量 等的瞬態(tài)無(wú)損傷檢測(cè) 。但在利用測(cè)譜 學(xué)探測(cè) 材料 的內(nèi)部 品質(zhì)過(guò)程 中 ， 測(cè)量的是物體小視場(chǎng) 內(nèi)的反射或透 本文 以自主研發(fā) 的凸面光柵作為核心元 件設(shè)計(jì) 了一種用 于獲取水果成像光譜 的小型凸面光柵成像光譜儀 ，并利用 凸 射可見(jiàn)近紅外光譜 ， 其探測(cè)面非常小甚 至僅 為一點(diǎn) 。

成像光 面光柵成像光譜儀進(jìn)行 了富士蘋果的成像光譜測(cè)量 實(shí)驗(yàn) ， 克 服 了傳統(tǒng)近紅外光譜檢測(cè)探測(cè)面積小 ， 以實(shí)現(xiàn) 大面積瞬態(tài) 難 檢測(cè)的缺點(diǎn) ，這對(duì)水果 品質(zhì)無(wú)損檢測(cè)具有重要意義 譜或高光譜成像是利用物體全部表面信息對(duì)其 內(nèi)部品質(zhì)進(jìn)行 評(píng)估煤氣檢測(cè)儀，具有高 精度 預(yù) 測(cè)微 小 細(xì)節(jié) 的 優(yōu)點(diǎn) ＿ ，優(yōu) 于測(cè) 譜學(xué) 分 ２ ］ 析 ，近年來(lái) 受到食品研究 者的關(guān) 注 。 成像光譜技 術(shù)作 為一種 起源 于遙感 領(lǐng) 域 的新型 分析 技 術(shù) ， 獲得探測(cè) 目標(biāo) 的空 問(wèn)成像信息 的同時(shí)獲得探測(cè) 目標(biāo)的 在 光譜信息 ，可以同時(shí)進(jìn)行成像 和光譜 的測(cè)量 ， 在地質(zhì) 、 植被 、 生態(tài)環(huán)境 、城市 以及 軍事等 領(lǐng)域 ，發(fā) 揮著 十分 巨大 的作用 。 將成像光譜技術(shù)應(yīng)用于水果品質(zhì)無(wú)損檢測(cè) 中水果檢測(cè)儀甲烷檢測(cè)儀，通過(guò)成像 光譜 １ 小型 凸面光柵成像 光譜儀 的設(shè)計(jì) １ １ 凸面光柵成像光譜儀 的基本原理 ． 凸面光柵成像光譜儀的前 置成像 系統(tǒng)和光譜儀系統(tǒng)通過(guò) 狹縫有 機(jī)的連結(jié) 起來(lái) 。 圖 １ 如 所示 ，光源發(fā) 出的光照射 到水 數(shù)據(jù)立方可 同時(shí)得到水果外部和內(nèi)部品質(zhì)“ 圖譜合一” 的檢 測(cè) 收稿 日期 ： ０ １０—５ ２ １ —３１ 。

修訂 日期 ：２ １—７２ ０ １０ —８ 果表面 ， 經(jīng)水果表面反射后進(jìn)人前置光 學(xué)系統(tǒng) ， 前置 系統(tǒng) 將 基金項(xiàng) 目：國(guó)家創(chuàng)新方法工作 專項(xiàng)項(xiàng) 目（０ ８Ｍ０ ０ ０ ） ２ ０ Ｉ ４ ７ ０ 和吉林省科技支撐計(jì)劃項(xiàng) 目（ ０ ００ １ 資助 ２１６１） 作者簡(jiǎn)介 ： 劉玉娟 ， ， ９ ４ 女 １ ８ 年生，中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光 學(xué)精密機(jī)械與物理研究所博士研究生 ＊通訊聯(lián)系人 ｅｍａ ：ｔｎ ｙ ＠ｙｌ ｏ ｉｉｃｒ － ｉ ａｇ ｇ ｉａｙｑ．ｏ ｌ ｉ ｎ ｅ ａ ：ｕｉ ｕ ａ ＠１ ３ ｃｒ － ｉ ｘ ｌ

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