本發(fā)明屬于光學分析鑒別領域，具體涉及一種物質(zhì)鑒別儀及物聯(lián)網(wǎng)，更具體的說是涉及一種用于物質(zhì)或商品(如食品、藥物和其它日用品等)鑒別與分析的，具有手持化、現(xiàn)場化、大眾化、便于使用和價格經(jīng)濟的利用光譜探測特性進行物質(zhì)鑒別的儀器及其物聯(lián)網(wǎng)應用等。

背景技術：

目前，物質(zhì)或商品的鑒別(例如食品和藥品等鑒別)，包括物質(zhì)或商品真?zhèn)位蛞恢滦允钱斀袷澜缑媾R的一個大問題。目前市場上雖然有質(zhì)譜儀、色譜儀和光譜儀等儀器可用于物質(zhì)的精確鑒別，但這些儀器或過于昂貴、或過于龐大、或要求非常專業(yè)的操縱，而不利于實現(xiàn)手持化、現(xiàn)場化和大眾化的物質(zhì)或商品鑒別。如果能發(fā)明一種經(jīng)濟、手持化、現(xiàn)場化和大眾化的物質(zhì)或商品鑒別儀器，使得人人皆可能在日常生活中參與物質(zhì)或商品的鑒別，便可以利用民眾的力量并配合政府有關職能部門將假貨減少到很低的程度。

綜上可知，現(xiàn)有技術在實際使用上顯然存在不便與缺陷，所以有必要加以改進。

技術實現(xiàn)要素：

針對上述的缺陷，本發(fā)明提出了一種物質(zhì)鑒別儀及物聯(lián)網(wǎng)，其利用物質(zhì)的光譜探測特性進行物質(zhì)鑒別，鑒別方法簡單，可以實現(xiàn)現(xiàn)場化和大眾化的物質(zhì)鑒別。

本發(fā)明提供一種物質(zhì)鑒別儀，

所述物質(zhì)鑒別儀包括pc或嵌入式計算機系統(tǒng)、多光譜光源、濾光片、成像探測器以及內(nèi)置于所述物質(zhì)鑒別儀的控制系統(tǒng)，所述控制系統(tǒng)包括：

光源控制模塊，用于控制所述多光譜光源的開關以使多光譜光照射被鑒別物質(zhì)；

圖像采集模塊，包括所述成像探測器及其放大電路，用于采集由所述多光譜光源發(fā)出的多光譜光與所述被鑒別物質(zhì)相互作用而產(chǎn)生的光信號，及獲取所述被鑒別物質(zhì)的光譜探測特性；

對比模塊，用于依據(jù)預定義的判據(jù)將所述被鑒別物質(zhì)的光譜探測特性與已知物質(zhì)的光譜探測特性進行對比以產(chǎn)生物質(zhì)鑒別結果。

本發(fā)明還提供一種包括如上述的物質(zhì)鑒別儀的物聯(lián)網(wǎng)，所述物聯(lián)網(wǎng)還包括：

物聯(lián)網(wǎng)服務器，用于物質(zhì)鑒別物聯(lián)網(wǎng)的管理以及與所述物質(zhì)鑒別儀的通訊；

物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)庫模塊，用于建立和管理已知物質(zhì)光譜探測特性的數(shù)據(jù)庫；該數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)可以由該物聯(lián)網(wǎng)所有者、國家有關職能部門、商品生產(chǎn)商或供應商、物質(zhì)鑒別物聯(lián)網(wǎng)和物質(zhì)鑒別儀的使用者提供，以便利用物質(zhì)鑒別物聯(lián)網(wǎng)和物質(zhì)鑒別儀實現(xiàn)現(xiàn)場化和大眾化的物質(zhì)鑒別與相關信息的交流；包括異地用戶可以通過物聯(lián)網(wǎng)與異地使用的本發(fā)明儀器的用戶進行互動通訊交流信息等，便于大眾物質(zhì)鑒別之用；

物聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)存儲模塊，用于存儲所述物質(zhì)鑒別儀傳遞的數(shù)據(jù)和信息；

特別物質(zhì)分析及鑒別模塊，用于鑒別所述物質(zhì)鑒別儀無法鑒別的物質(zhì)或進行更細致的物質(zhì)分析與鑒別；

技術支持與服務模塊，用于通過物聯(lián)網(wǎng)向本發(fā)明物質(zhì)鑒別儀用戶提供技術支持與服務。

本發(fā)明通過控制多光譜光源照射被鑒別物質(zhì)，并采集由多光譜光源發(fā)出的多光譜光與被鑒別物質(zhì)相互作用而產(chǎn)生的光信號，獲取被鑒別物質(zhì)的光譜探測特性；依據(jù)預定義的判據(jù)將被鑒別物質(zhì)對這些多光譜光的光譜探測特性與已知物質(zhì)對這些多光譜光的光譜探測特性進行對比以產(chǎn)生物質(zhì)鑒別結果。其利用物質(zhì)的光譜探測特性進行物質(zhì)鑒別，鑒別方法簡單，可以實現(xiàn)現(xiàn)場化和大眾化的物質(zhì)鑒別。

本發(fā)明的pc或嵌入式計算機系統(tǒng)控制帶有發(fā)射光學系統(tǒng)多光譜光源照射被鑒別物質(zhì)，帶有發(fā)射光學系統(tǒng)多光譜光源發(fā)出的多光譜光與被鑒別物質(zhì)相互作用而產(chǎn)生的光被帶有成像光學系統(tǒng)的成像探測器成像，使用濾光片以便選取多光譜光與被鑒別物質(zhì)相互作用而產(chǎn)生的光中特定波長光成像，以便于更好地鑒別物質(zhì)。同時本發(fā)明采用預定義的鑒別判據(jù)，調(diào)用裝機數(shù)據(jù)庫對比已知物質(zhì)對這些多光譜光的成像特征便可以鑒別物質(zhì)，包括物質(zhì)的真?zhèn)位蛞恢滦浴ｈb別方法簡單，可以實現(xiàn)現(xiàn)場化和大眾化的物質(zhì)鑒別。

優(yōu)選的是，本發(fā)明利用多光譜光照射被鑒別物質(zhì)，因為被鑒別物質(zhì)表面物理特怔-顏色、光潔度、紋理以及所含物質(zhì)成分等不同而對不同光譜的光反射有所不同，利用成像探測器將被調(diào)制的反射光成像，調(diào)用裝機數(shù)據(jù)庫(將部分常用已知物質(zhì)的光譜探測特性做成數(shù)據(jù)庫為鑒別物質(zhì)的參考，包括復合彩色圖像、總光輻射通量和輻照度分布)利用我們定義的鑒別判據(jù)對比已知物質(zhì)對這些多光譜光的成像特征便可以鑒別物質(zhì)，包括物質(zhì)的真?zhèn)位蛞恢滦浴?/p>

優(yōu)選的是，本發(fā)明利用多光譜光照射透明或部分透明被鑒別物質(zhì)，被鑒別物質(zhì)對這些照射光中不同光譜吸收不同，利用成像探測器將該透射光成像，調(diào)用裝機數(shù)據(jù)庫利用我們定義的鑒別判據(jù)對比已知物質(zhì)的透射光成像特征可以鑒別物質(zhì)，包括物質(zhì)的真?zhèn)位蛞恢滦浴?/p>

優(yōu)選的是，本發(fā)明利用多光譜光照射被鑒別物質(zhì)，被鑒別物質(zhì)可能被這些照射光激發(fā)而發(fā)射熒光，利用成像探測器將激發(fā)熒光或激發(fā)熒光和反射光或透射光的混合光成像，調(diào)用裝機數(shù)據(jù)庫利用我們定義的鑒別判據(jù)對比已知物質(zhì)的此類激發(fā)熒光或激發(fā)熒光和反射光或透射光的混合光成像特征做直觀對比以鑒別物質(zhì)，包括物質(zhì)的真?zhèn)位蛞恢滦浴?/p>

優(yōu)選的是，本發(fā)明利用多光譜光照射被鑒別物質(zhì)而發(fā)生如拉曼散射等非線性散射，用帶有成像光學系統(tǒng)的成像探測器將此等非線性散射光，調(diào)用裝機數(shù)據(jù)庫利用我們定義的鑒別判據(jù)對比已知物質(zhì)的多光譜光的此等非線性散射光成像特征也可以鑒別物質(zhì)，包括物質(zhì)的真?zhèn)位蛞恢滦浴?/p>

優(yōu)選的是，本發(fā)明還提出利用多光譜光成像的光輻射通量、光譜多光譜光成像的輻照度分布作為鑒別物質(zhì)的物理判據(jù)。

本發(fā)明的整體技術效果體現(xiàn)在以下方面。

(一)在本發(fā)明中，利用多光譜光照射被鑒別物質(zhì)，因為被鑒別物質(zhì)表面物理特怔-顏色、光潔度、紋理以及所含物質(zhì)成分等不同而對不同光譜的光反射有所不同，利用成像探測器將該反射光成像，調(diào)用裝機數(shù)據(jù)庫利用我們定義的鑒別判據(jù)對比已知物質(zhì)對這些多光譜光的成像特征便可以鑒別物質(zhì)，包括物質(zhì)的真?zhèn)位蛞恢滦浴?/p>

(二)在本發(fā)明中，利用多光譜光照射透明或部分透明被鑒別物質(zhì)，被鑒別物質(zhì)對這些照射光中不同光譜吸收不同，利用成像探測器將該透射光成像，調(diào)用裝機數(shù)據(jù)庫利用我們定義的鑒別判據(jù)對比已知物質(zhì)的透射光成像特征可以鑒別物質(zhì)，包括物質(zhì)的真?zhèn)位蛞恢滦浴?/p>

(三)在本發(fā)明中，利用這些多光譜光照射物質(zhì)，被鑒別物質(zhì)可能被這些照射光激發(fā)而發(fā)熒光，利用成像探測器將物質(zhì)的激發(fā)熒光或激發(fā)熒光和反射光或透射光的混合光成像，調(diào)用裝機數(shù)據(jù)庫利用我們定義的鑒別判據(jù)對比已知物質(zhì)的激發(fā)熒光或激發(fā)熒光和反射光或透射光的混合光成像特征也可以鑒別物質(zhì)，包括物質(zhì)的真?zhèn)位蛞恢滦浴?/p>

(四)利用多光譜光照射被鑒別物質(zhì)而發(fā)生如拉曼散射等非線性散射，用帶有成像光學系統(tǒng)的成像探測器將此類非線性散射光或此類非線性散射光與反射光或透射光的混合光成像，調(diào)用裝機數(shù)據(jù)庫利用我們定義的鑒別判據(jù)對比已知物質(zhì)的此類非線性散射光或此類非線性散射光和反射光或透射光的混合光成像特征也可以鑒別物質(zhì)，包括物質(zhì)的真?zhèn)位蛞恢滦浴?/p>

(五)在本發(fā)明中，也可利用成像探測器成像的光輻射通量作為比較鑒別物質(zhì)的物理判據(jù)。

(六)在本發(fā)明中，還可利用成像探測器成像的輻照度分布作為比較鑒別物質(zhì)的物理判據(jù)，即將成像分成網(wǎng)格列陣，計算該網(wǎng)格數(shù)隨輻照度的分布。比較被鑒別物質(zhì)的此分布與已知物質(zhì)的此分布以鑒別物質(zhì)。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的一種物質(zhì)鑒別儀的示意圖；

圖2是本發(fā)明一種實施例中控制系統(tǒng)的的示意圖；

圖3是本發(fā)明一種實施例中軟件的示意圖；

圖4是本發(fā)明一種實施例中軟件流程圖；

圖5是本發(fā)明一種物質(zhì)鑒別方法的流程圖；

圖6是本發(fā)明中已知物質(zhì)成像網(wǎng)格示意圖；

圖7是本發(fā)明中被鑒別物質(zhì)成像網(wǎng)格示意圖；

圖8是本發(fā)明中已知物質(zhì)成像網(wǎng)格數(shù)隨輻照度分布示意圖；

圖9是本發(fā)明中被鑒別物質(zhì)成像網(wǎng)格數(shù)隨輻照度分布示意圖；

圖10是本發(fā)明中利用多光譜光的反射光鑒別物質(zhì)示意圖；

圖11是本發(fā)明中利用多光譜光的透射光鑒別物質(zhì)示意圖；

圖12是本發(fā)明中利用多光譜光的表面激發(fā)熒光鑒別物質(zhì)示意圖；

圖13是本發(fā)明中利用多光譜光的透射激發(fā)熒光鑒別物質(zhì)示意圖；

圖14是本發(fā)明一種物聯(lián)網(wǎng)的架構圖。

具體實施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

本發(fā)明的基本原理是：通過pc(personalcomputer，個人計算機)或嵌入式計算機系統(tǒng)控制帶有發(fā)射光學系統(tǒng)多光譜光源照射被鑒別物質(zhì)，多光譜光源發(fā)出的多光譜光與被鑒別物質(zhì)相互作用而產(chǎn)生的光被成像探測器成像，使用濾光片以便選取多光譜光與被鑒別物質(zhì)相互作用而產(chǎn)生的光中特定波長光成像，以便于更好地鑒別物質(zhì)；同時本發(fā)明采用預定義的鑒別判據(jù)，調(diào)用裝機數(shù)據(jù)庫對比已知物質(zhì)對這些多光譜光的成像特征便可以鑒別物質(zhì)，包括物質(zhì)的真?zhèn)位蛞恢滦?。鑒別方法簡單，可以實現(xiàn)現(xiàn)場化和大眾化的物質(zhì)鑒別。

實施例一

如圖1所示，本發(fā)明一種物質(zhì)鑒別儀100，包括pc或嵌入式計算機系統(tǒng)11、帶有發(fā)射光學系統(tǒng)的多光譜光源12、濾光片13、帶有成像光學系統(tǒng)的成像探測器14以及控制系統(tǒng)15。在圖1中，還包括被鑒別物質(zhì)16，可以是固體、液體和氣體；17是多光譜光源產(chǎn)生的多光譜光，18是多光譜光與被鑒別物質(zhì)16相互作用而產(chǎn)生的光。其中物質(zhì)鑒別儀100的控制是利用裝在pc或嵌入式計算機系統(tǒng)11內(nèi)的軟件通過控制系統(tǒng)15來實現(xiàn)的。

在物質(zhì)鑒別儀100中，多光譜光源12由多種led或激光二極管組合而成(如365nm、405nm、650nm、785nm和808nmled或白光led或激光二極管等)，且多光譜光源12中的led或激光二極管是分離的光源或是由合光系統(tǒng)組合而成為單端輸出的光源。物質(zhì)鑒別儀100采用單邊或多邊光源照明，即多光譜光源12位于帶有成像光學系統(tǒng)的成像探測器14的一邊或多邊。成像探測器14是黑白的、可以是ccd、coms或其它成像器件。

另外，物質(zhì)鑒別儀100還可包括用于物質(zhì)鑒別儀100與外界進行通訊的通訊接口，該通訊接口可以是有線網(wǎng)絡接口、wifi接口和手機接口等，用于連接物聯(lián)網(wǎng)或與異地用戶通訊交流信息。

pc或嵌入式計算機系統(tǒng)11通過控制系統(tǒng)15和裝在pc或嵌入式計算機系統(tǒng)內(nèi)的軟件實現(xiàn)整機控制，包括控制多光譜光源12照射被鑒別物質(zhì)16，為獲得不同光譜的成像，多光譜光源12中的led或激光二極管可以單獨或部分或全部被開啟，多光譜光17與被鑒別物質(zhì)16相互作用而產(chǎn)生的光被帶有成像光學系統(tǒng)的成像探測器14探測成像。使用濾光片13以便選取多光譜光與被鑒別物質(zhì)16相互作用而產(chǎn)生的光18中特定波長光成像，以便于更好地鑒別物質(zhì)。調(diào)用裝機數(shù)據(jù)庫利用下述預定義的鑒別判據(jù)對比已知物質(zhì)對這些多光譜光的成像特征便可以鑒別物質(zhì)，包括物質(zhì)的真?zhèn)位蛞恢滦浴Ｎ镔|(zhì)鑒別儀100還可以包括用于減少環(huán)境光對成像探測器干擾的樣品遮光裝置。

在本發(fā)明中，物質(zhì)鑒別儀100控制多光譜光源12產(chǎn)生多光譜光照射被鑒別物質(zhì)16，濾光片13對照射被鑒別物質(zhì)16所產(chǎn)生的反射光、透射光、激發(fā)而產(chǎn)生的熒光、非線性散射光進行過濾以選取特定波長的光，或者對反射光、透射光、激發(fā)而產(chǎn)生的熒光、非線性散射光中任意混合光進行濾光以選取特定波長的光；成像探測器14對選取特定波長的光進行成像，物質(zhì)鑒別儀調(diào)用裝機數(shù)據(jù)庫根據(jù)預定義的鑒別判據(jù)對比已知物質(zhì)對這些多光譜光的成像特征以鑒別物質(zhì)。

在本發(fā)明中，物質(zhì)鑒別儀100可以為與手機組合的手機式、手持式物質(zhì)鑒別儀、便攜式物質(zhì)鑒別儀或臺式物質(zhì)鑒別儀；手機式物質(zhì)鑒別儀包括手機、多光譜光源、濾光片、成像探測器和手機app軟件，其中手機的嵌入式計算機系統(tǒng)和嵌入式屏幕用于物質(zhì)鑒別儀的控制與顯示；手持式物質(zhì)鑒別儀包括用于控制的嵌入式計算機系統(tǒng)和嵌入式屏幕；便攜式物質(zhì)鑒別儀或臺式物質(zhì)鑒別儀包括用于控制的個人計算機和計算機顯示屏。

如圖2所示，本發(fā)明物質(zhì)鑒別儀100的控制系統(tǒng)15包括：圖像采集模塊21、信號處理模塊22、數(shù)據(jù)緩存模塊23、數(shù)據(jù)傳遞模塊24、顯示模塊25、多光譜光源控制模塊26、通訊模塊27和電源28等。

圖像采集模塊21包括帶有成像光學系統(tǒng)的成像探測器及其放大電路，用于采集由多光譜光源12發(fā)出的多光譜光與被鑒別物質(zhì)16相互作用而產(chǎn)生的圖像，獲取被鑒別物質(zhì)16的光譜探測特性。光譜探測特性包括光譜圖像、總光輻射通量和輻照度分布等。

信號處理模塊22用于所采集的圖像電子信號處理。

數(shù)據(jù)緩存模塊23用于存儲經(jīng)信號處理后的圖像數(shù)據(jù)。

數(shù)據(jù)傳遞模塊24用于將存儲的圖像數(shù)據(jù)傳送給pc或嵌入式計算機系統(tǒng)并接收pc或嵌入式計算機系統(tǒng)的指令。

顯示模塊25用于顯示操作指令、圖像和鑒別結果等，對于手機式相應的顯示由手機顯示屏完成、手持式相應的顯示由嵌入式小顯示屏完成、對于便攜式和臺式相應的顯示由pc顯示屏完成。

多光譜光源控制模塊26用于控制多光譜光源的開關以使多光譜光源照射被鑒別物質(zhì)16，為獲得不同光譜的成像，帶有發(fā)射光學系統(tǒng)多光譜光源12中的led或激光二極管可以單獨或部分或全部被開啟。

通訊模塊27包括有線網(wǎng)絡接口、wifi接口和手機接口等，用于連接物聯(lián)網(wǎng)或與異地用戶通訊交流信息。

電源28用于向本發(fā)明的系統(tǒng)提供電力。

在接收pc或嵌入式計算機系統(tǒng)11的指令后，圖像采集模塊21從帶有成像光學系統(tǒng)的成像探測器14獲得原始圖像信號，經(jīng)其放大電路將該圖像信號放大后,信號處理模塊22將該圖像信號進行處理后，送至數(shù)據(jù)緩存模塊23存儲，數(shù)據(jù)傳遞模塊24將該圖像信號傳送給pc或嵌入式計算機系統(tǒng)11用于軟件處理。

圖3是本發(fā)明物質(zhì)鑒別儀一種實施例中的軟件的示意圖，該軟件裝在pc或嵌入式計算機系統(tǒng)11內(nèi)。本發(fā)明的軟件主要包括：操作控制模塊301、光源控制模塊302、數(shù)據(jù)接收模塊303、數(shù)據(jù)處理模塊304、數(shù)據(jù)存儲模塊305、復合彩色圖像產(chǎn)生模塊306，對比模塊307、顯示模塊308(包括圖像顯示和物質(zhì)鑒別結果)等、裝機數(shù)據(jù)庫模塊309(將部分常用已知物質(zhì)光譜探測特性做成數(shù)據(jù)庫為鑒別物質(zhì)的參考,包括復合彩色圖像、總光輻射通量和輻照度分布)、通訊模塊310(包括wifi傳輸、有線上網(wǎng)和手機等功能)。

操作控制模塊301用于本發(fā)明物質(zhì)鑒別儀100的系統(tǒng)操作控制。

光源控制模塊302用于控制帶有發(fā)射光學系統(tǒng)多光譜光源的開關，并將所開啟的光源波長通知復合彩色圖像產(chǎn)生模塊306、物質(zhì)對比模塊307和顯示模塊308用于復合彩色圖像的產(chǎn)生、對比和顯示，其中的led或激光二極管可以單獨或部分或全部被開啟。

數(shù)據(jù)接收模塊303用于將電路采集的圖像信號傳送給pc或嵌入式計算機系統(tǒng)，并接收pc或嵌入式計算機系統(tǒng)的指令。

數(shù)據(jù)處理模塊304用于進行諸如濾波、降噪或平滑等信號處理。

數(shù)據(jù)存儲模塊305用于存儲處理后的數(shù)據(jù)并向復合彩色圖像產(chǎn)生模塊306和對比模塊307輸出數(shù)據(jù)。

復合彩色圖像產(chǎn)生模塊306用于為被鑒別物質(zhì)的光譜圖像添加色彩以生成便于人眼圖形鑒別的對比特征的復合彩色圖像。

對比模塊307用于調(diào)用裝機數(shù)據(jù)庫并依據(jù)我們定義的判據(jù)進行被鑒別物質(zhì)與已知物質(zhì)的光譜探測特性對比，包括圖形幾何形狀對比、復合彩色圖形對比、光輻射通量對比和輻照度分布對比等。對比模塊307還用于將復合彩色圖像與已知物質(zhì)的符合彩色圖像進行對比以產(chǎn)生物質(zhì)鑒別結果。

顯示模塊308用于顯示操作指令、復合彩色圖像(包括顯示普通黑白圖像)和物質(zhì)鑒別結果等。

裝機數(shù)據(jù)庫模塊309用于管理裝機數(shù)據(jù)庫和用戶添加的裝機數(shù)據(jù)庫。

通訊模塊310用于控制包括wifi傳輸、有線上網(wǎng)和手機等通訊接口以連接物聯(lián)網(wǎng)或與異地用戶通訊交流信息，如鑒別結果和裝機數(shù)據(jù)庫等。

實際上物質(zhì)鑒別儀100中的軟件同樣依托于控制系統(tǒng)15，因此該軟件的部分功能與控制系統(tǒng)15基本重合。

在本發(fā)明中，圖像采集模塊21采集由多光譜光源發(fā)出的多光譜光與被鑒別物質(zhì)相互作用而產(chǎn)生的圖像，獲取被鑒別物質(zhì)的光譜探測特性。對比模塊307，用于依據(jù)預定義的判據(jù)將被鑒別物質(zhì)的光譜探測特性與已知物質(zhì)的光譜探測特性進行對比以產(chǎn)生物質(zhì)鑒別結果。復合彩色圖像產(chǎn)生模塊306為被鑒別物質(zhì)的光譜圖像添加色彩以生成具有便于人眼圖形鑒別的對比特征的復合彩色圖像。對比模塊307則可將被鑒別物質(zhì)的光譜圖像、總光輻射通量和輻照度分布與已知物質(zhì)光譜圖像、總光輻射通量和輻照度分布進行對比。顯示模塊308顯示被鑒別物質(zhì)的光譜探測特性和物質(zhì)鑒別結果。

圖4是本發(fā)明物質(zhì)鑒別儀一種實施例中的軟件中軟件流程圖，包括：401是gui操縱界面，402是判斷選擇開多光譜光源，403是判斷選擇開一個led或激光二極管，404是開一個led或激光器，405是判斷選擇開全部led或激光二極管，406是開全部led或激光器，407是開部分led或激光器，408是判斷選擇是已知波長的可見光，409是判斷選擇是已知波長的非可見光，410是接收圖像數(shù)據(jù)，411是處理圖像數(shù)據(jù)，412是圖像數(shù)據(jù)存儲，413是判斷選擇進行圖像對比，414是判斷選擇產(chǎn)生彩色圖像，415是添加rgb彩色圖像，416是添加非真實rgb彩色圖像，417是添加非真實且與灰度值相對應的rgb彩色圖像，418是總光輻射通量對比，419是輻照度分布對比，420是數(shù)據(jù)緩存，421是顯示圖像和對比結果,422是數(shù)據(jù)庫操作,423是通訊操作。

打開發(fā)明軟件上位機顯示gui操縱界面401，在完成一系列的設置后,此后判斷選擇開多光譜光源402的真假,如果選擇開多光譜光源402判斷為假則回到gui操縱界面401進行下一步操作；如果選擇開多光譜光源402判斷為真則判斷選擇開一個led或激光二極管403的真假,如果選擇開一個led或激光二極管403判斷為真則進行開一個led或激光二極管404的操作,如果選擇開一個led或激光二極管403判斷為假則判斷選擇開全部led或激光二極管405的真假,如果選擇開全部led或激光二極管405判斷為真則進行開全部led或激光二極管406的操作,如果選擇開全部led或激光二極管405判斷為假則進行開部分led或激光器407的操作；

當完成開多光譜光源的有關操作,則判斷選擇所開led或激光器為已知波長可見光408的真假,如果選擇所開led或激光器為已知波長可見光408判斷為真則進行添加rgb彩色圖像415的操作,如果選擇所開led或激光器為已知波長可見光408判斷為假則判斷選擇是已知波長的非可見光409的真假,如果選擇是已知波長的非可見光409判斷為真則進行添加非真實rgb彩色圖像416的操作,如果選擇是已知波長的非可見光409判斷為假則進行添加非真實且與灰度值相對應的rgb彩色圖像417的操作；進行添加rgb彩色圖像415操作,添加非真實rgb彩色圖像416操作和添加非真實且與灰度值相對應的rgb彩色圖像417操作所涉及的圖像數(shù)據(jù)由數(shù)據(jù)接收模塊303獲得；

同時,當完成開光源的有關操作時,則進行接收圖像數(shù)據(jù)410的操作,又進行處理圖像數(shù)據(jù)411的操作,再進行圖像數(shù)據(jù)存儲412的操作；

此后判斷選擇圖像對比413的真假,如果選擇圖像對比413判斷為真則判斷選擇產(chǎn)生彩色圖像414的真假,

如果選擇圖像對比413判斷為假則進行總光輻射通量對比418操作,再進行輻照度分布對比419操作,總光輻射通量對比418操作結果和輻照度分布對比419操作結果通過數(shù)據(jù)緩存420操作被存在緩存區(qū),再經(jīng)顯示圖像和鑒別結果421操作被顯示出來作為用戶鑒別物質(zhì)的依據(jù)；

如果判斷選擇產(chǎn)生彩色圖像414為真，則啟動進行添加rgb彩色圖像415或添加非真實rgb彩色圖像416或添加非真實且與灰度相對應的rgb彩色圖像417的操作,以生成便于人眼進行圖像鑒別的復合彩色圖像供用戶直接鑒別物質(zhì)之用,如果選擇產(chǎn)生彩色圖像414為假，則將經(jīng)由圖像數(shù)據(jù)存儲412操作所存儲的黑白圖像數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)緩存420操作而存入緩存區(qū)，顯示黑白圖像供用戶直接鑒別物質(zhì)之用。

此外，進行數(shù)據(jù)庫422操作用于管理裝機數(shù)據(jù)庫和用戶添加的裝機數(shù)據(jù)庫供圖像鑒別對比之用；進行通訊423操作用于控制包括wifi傳輸、有線上網(wǎng)和手機等通訊接口以連接物聯(lián)網(wǎng)與異地用戶交流信息，如鑒別結果和裝機數(shù)據(jù)庫等。

圖5是本發(fā)明物質(zhì)鑒別儀進行物質(zhì)鑒別的方法，包括：

步驟s501，根據(jù)用戶輸入的多光譜光源選擇信息控制打開對應的光譜光源照射被鑒別物質(zhì)。其中，多光譜光源選擇信息包括選擇打開一個led或激光器，選擇打開部分led或激光器，以及打開全部led或激光器。

步驟s502，接收多光譜光源發(fā)出的光照射被鑒別物質(zhì)所產(chǎn)生的圖像信號，并對圖像信號進行處理以獲取被鑒別物質(zhì)光譜圖像、總光輻射通量和輻照度分布。對所述圖像信號進行處理獲取被鑒別物質(zhì)的光譜探測特性的步驟包括：對圖像信號進行濾波、降躁或平滑處理。被鑒別物質(zhì)光譜圖像包括黑白光譜圖像以及對黑白光譜圖像添加復合彩色而生成的彩色光譜探測圖像。對圖像信號添加復合彩色而生成彩色光譜探測圖像具體包括：根據(jù)多光譜光源選擇信息判斷所選擇的光源為已知波長的可見光、已知波長的非可見光、或未知波長的非可見光；為獲取的已知波長可見光形成的圖像添加rgb彩色，為已知波長的非可見光形成的圖像添加非真實彩色，為未知波長的光所產(chǎn)生的圖像添加非真實彩色且與其灰度值相對應的rgb彩色。

步驟s503，將被鑒別物質(zhì)與已知物質(zhì)進行光譜圖像對比、總光輻射通量對比或輻照度分布對比，并顯示對比結果。

優(yōu)選的是，該物質(zhì)鑒別方法還包括：將所述被鑒別物質(zhì)與所述已知物質(zhì)進行光譜圖像對比、總光輻射通量對比和輻照度分布對比,包括其中的一個、兩個或者全部對比以鑒別物質(zhì)，若其中有一個對比的執(zhí)行結果是所述被鑒別物質(zhì)與所述已知物質(zhì)不同，則判定所述被鑒別物質(zhì)與所述已知物質(zhì)不同。

優(yōu)選的是，步驟s502包括：對所述圖像信號添加復合彩色生成彩色光譜探測圖像；步驟s503包括：將生成的所述被鑒別物質(zhì)的彩色光譜探測圖像與所述已知物質(zhì)的彩色光譜探測圖像進行對比。

優(yōu)選的是，步驟s503還包括：將所述被鑒別物質(zhì)光譜圖像，總光輻射通量對比操作結果和輻照度分布對比操作結果通過數(shù)據(jù)緩存操作被存在緩存區(qū),再經(jīng)顯示圖像和鑒別結果操作被顯示出來作為用戶鑒別物質(zhì)的依據(jù)。

復合彩色圖像產(chǎn)生模塊306在對光譜圖像添加顏色時可按照以下規(guī)則：對獲取的已知波長可見光形成的圖像，添加rgb彩色以增加利于人眼圖像鑒別的對比特征；為獲取的已知波長的非可見光形成的圖像，添加非真實彩色以增加利于人眼圖形鑒別的對比特征，同時以文字或符號標注該波長為非可見光；為獲取的未知波長的光所產(chǎn)生的圖像，添加非真實彩色且與其灰度相對應的rgb彩色以增加利于人眼圖形鑒別的對比特征。

本發(fā)明在進行物質(zhì)鑒別時，所采用鑒別判據(jù)具體如下：

一、復合彩色圖像對比

帶有發(fā)射光學系統(tǒng)多光譜光源12中的led或激光二極管可以被單獨或部分或全部開啟(對應不同的波長λ)，以獲得不同的成像。如果，對于某一波長λ的成像有明顯的差異，即可判斷被鑒別物質(zhì)與已知物質(zhì)不同。為了提高人眼圖像鑒別能力，本發(fā)明提出采用復合彩色圖形對比判據(jù)鑒別物質(zhì)。復合彩色圖像對比判據(jù)鑒別由下列方法組成，即當使用黑白帶有成像光學系統(tǒng)的成像探測器時：

1、對比模塊307將被鑒別物質(zhì)對多光譜光的成像與已知物質(zhì)對多光譜光的成像并列對比，用于人眼直觀地鑒別物質(zhì)，此為顯示普通黑白圖像的對比。也即，對比模塊307還用于將被鑒別物質(zhì)對多光譜光經(jīng)黑白成像探測器獲得的黑白圖像與已知物質(zhì)對多光譜光經(jīng)黑白成像探測器獲得的黑白圖像并列對比，成像探測器14為帶有成像光學系統(tǒng)的黑白成像探測器。

2、對于多光譜光與被鑒別物質(zhì)相互作用而產(chǎn)生已知波長(由光源控制模塊302控制)可見光圖像，由復合彩色圖像產(chǎn)生模塊306添加相應的rgb彩色(由復合彩色圖像產(chǎn)生模塊306控制)以增加利于人眼圖形鑒別的對比特征，用于人眼直觀地鑒別物質(zhì)。

3、對于多光譜光與被鑒別物質(zhì)相互作用而產(chǎn)生的非可見光(如紫外光和紅外光)且已知波長(由光源控制模塊302控制)所產(chǎn)生的圖像，由復合彩色圖像產(chǎn)生模塊306添加非真實彩色以增加利于人眼圖形鑒別的對比特征，同時再以文字或符號說明該波長為非可見光。如對于紫外光所產(chǎn)生的圖像用軟件加非真實隨波長漸變紫色以顯示圖像，即長波紫外光圖像加淡紫色、短波紫外光圖像加深紫色；對于紅外所產(chǎn)生的圖像用軟件加非真實隨波長漸變紅色以顯示圖像，即長波紅外光圖像加淡紅色、短波紅外光圖像加深紅色；用于人眼直觀地鑒別物質(zhì)。

4、對于多光譜光與被鑒別物質(zhì)相互作用而產(chǎn)生的未知波長所產(chǎn)生的圖像，由復合彩色圖像產(chǎn)生模塊306添加非真實彩色且與其灰度相對應的rgb彩色以增加利于人眼圖形鑒別的對比特征，如隨著灰度從弱到強，可以將其相應的圖像加上從黑、紫、紅到白的顏色，用于人眼直觀地鑒別物質(zhì)。

5、在帶有成像光學系統(tǒng)的黑白成像探測器中，將成像探測器劃分為不同的小列陣，每個小列陣由若干像素組成作為基本探測單元。在成像探測器前設有一個由不同濾光片組成的小列陣，濾光片的大小與像素相同或相當，該濾光片覆蓋從紫外到紅外的光譜，所以不同的像素單元探測不同的波長的光，對于多光譜光與被鑒別物質(zhì)相互作用而產(chǎn)生的可見光圖像(透過相應可見光濾光片的光)，由復合彩色圖像產(chǎn)生模塊306控制加其相應的rgb彩色以增加利于人眼圖形鑒別的對比特征，用于人眼直觀地鑒別物質(zhì)。對于多光譜光與被鑒別物質(zhì)相互作用而產(chǎn)生的非可見光，如紫外光和紅外光圖像(透過相應非可見光濾光片的光)，由復合彩色圖像產(chǎn)生模塊306控制加非真實彩色以增加利于人眼圖形鑒別的對比特征，同時再以文字或符號說明該波長為非可見光；如對于紫外光所產(chǎn)生的圖像用軟件加隨波長漸變紫色以顯示圖像，即長波紫外光圖像加淡紫色、短波紫外光圖像加深紫色；對于紅外所產(chǎn)生的圖像用軟件加隨波長漸變紅色以顯示圖像，即長波紅外光圖像加淡紅色、短波紅外光圖像加深紅色；用于人眼直觀地鑒別物質(zhì)。

二、總光輻射通量相似度對比

對比模塊307將被鑒別物質(zhì)16對多光譜光成像所產(chǎn)生的總光輻射通量與已知物質(zhì)對多光譜光成像所產(chǎn)生的光輻射通量進行對比。具體的，將已知物質(zhì)對多光譜光成像分成nxm個網(wǎng)格，如圖6所示。其中e(m，n，λ)是成像網(wǎng)格中第(m，n)個格子的輻照度，λ為多光譜光中的某一單色光波長。計算已知物質(zhì)對多光譜光的成像網(wǎng)格的總光輻射通量為φ0(λ)如下：

其中δs是第(m，n)個網(wǎng)格的面積。

同樣，將也將被鑒別物質(zhì)對多光譜光成像分成數(shù)量相同的mxn個網(wǎng)格，如圖7。其中e′(m，n，λ)是該成像網(wǎng)格中第(m，n)個格子的光輻照度，計算被鑒別物質(zhì)對多光譜光的成像網(wǎng)格的總光輻通量為φ′0(λ)如下，

則定義相似度為：

相似度r(λ)為1時,表示被鑒別物質(zhì)與已知物質(zhì)相似；反之，相似度r(λ)偏離1則表示被鑒別物質(zhì)與已知物質(zhì)不相似,偏離1越大越不相似。光源中的led或激光二極管可以單獨或部分或全部被開啟(對應不同的波長λ)，以獲得不同的成像。如果，對于某一波長λ的相似度r(λ)的值偏離1較大，即可判斷被鑒別物質(zhì)與已知物質(zhì)不似；反之,對于所有波長λ的相似度r(λ)的均為1或接近1,即可判斷被鑒別物質(zhì)與已知物質(zhì)相似。用戶可以接受的相似度的大小由用戶根據(jù)經(jīng)驗定義。

三、光輻照度分布相似度對比

對比模塊307在進行輻照度分布的對比時，對比模塊307將被鑒別物質(zhì)的輻照度分布與已知物質(zhì)的輻照度分布進行對比，即將已知物質(zhì)對多光譜光成像分成mxn個網(wǎng)格，計算其網(wǎng)格數(shù)隨光輻照度e的分布s(λ，e)，如圖8。同樣，將被鑒別物質(zhì)對多光譜光成像分成mxn個網(wǎng)格，計算其網(wǎng)格數(shù)隨光輻照度e的分布s'(λ，e)，如圖9。λ為多光譜光中的某一單色光波長。定義兩者相似度為：

其中，μ是考慮已知物質(zhì)成像網(wǎng)格數(shù)隨光輻照度e的分布s(λ，e)和被鑒別物質(zhì)成像網(wǎng)格數(shù)隨光輻照度e的分布s'(λ，e)對相似度的貢獻權重不同而影響鑒別，而乘以的加權因子。例如可以定義加權因子為:

相似度r(λ)為1時,表示被鑒別物質(zhì)與已知物質(zhì)相似；反之，相似度r(λ)偏離1則表示被鑒別物質(zhì)與已知物質(zhì)不相似,偏離1越大越不相似。光源中的led或激光二極管可以單獨或部分或全部被開啟(對應不同的波長λ)，以獲得不同的成像。如果，對于某一波長λ的相似度r(λ)的值偏離1較大，即可判斷被鑒別物質(zhì)與已知物質(zhì)不似；反之,對于所有波長λ的相似度r(λ)的均為1或接近1,即可判斷被鑒別物質(zhì)與已知物質(zhì)相似。用戶可以接受的相似度的大小由用戶根據(jù)經(jīng)驗定義。

用戶可以上述一個或部分或全部判據(jù)鑒別物質(zhì)。相反，如果對于某一判據(jù)的結果是否定的，即可判斷被鑒別物質(zhì)與已知物質(zhì)不同。也即對比模塊307還用于將被鑒別物質(zhì)與已知物質(zhì)執(zhí)行光譜圖像對比、總光輻射通量對比和輻照度分布對比；且對比模塊307還用于執(zhí)行光譜圖像對比、總光輻射通量對比和輻照度分布對比中的一個、兩個或者全部對比以鑒別物質(zhì)，若其中有一個對比的執(zhí)行結果是被鑒別物質(zhì)與已知物質(zhì)不同，則判定被鑒別物質(zhì)與已知物質(zhì)不同。

圖10是本發(fā)明中利用多光譜光的反射光鑒別物質(zhì)示意圖。12是帶有發(fā)射光學系統(tǒng)多光譜光源，13是濾光片，14是帶有成像光學系統(tǒng)的成像探測器，16是被鑒別物質(zhì)，17是多光譜光，801是被鑒別物質(zhì)表面，802是多光譜光的反射光。帶有發(fā)射光學系統(tǒng)多光譜光源12發(fā)出的多光譜光17照射到被鑒別物質(zhì)表面801后被反射形成反射光802，因為被鑒別物質(zhì)表面801物理特征-顏色、光潔度、紋理以及所含物質(zhì)成分等不同而對不同光譜的光反射有所不同，用帶有成像光學系統(tǒng)的成像探測器14此反射光802可以得到被鑒別物質(zhì)表面801的成像。調(diào)用裝機數(shù)據(jù)庫利用上述我們定義的鑒別判據(jù)對比已知物質(zhì)對這些多光譜光的成像特征便可以鑒別物質(zhì)，包括物質(zhì)的真?zhèn)位蛞恢滦?。使用濾光片13以便選取多光譜光的反射光802中特定波長光成像，以便于更好地鑒別物質(zhì)。

圖11是本發(fā)明中利用多光譜光的透射光鑒別物質(zhì)示意圖。如圖11所示，12是帶有發(fā)射光學系統(tǒng)多光譜光源，13是濾光片，14是帶有成像光學系統(tǒng)的成像探測器，16是被鑒別物質(zhì)，17是多光譜光，19是多光譜光的透射光。帶有發(fā)射光學系統(tǒng)多光譜光源12發(fā)出的多光譜光17照射到被鑒別物質(zhì)16后形成多光譜光的透射光19，用帶有成像光學系統(tǒng)的成像探測器14探測此透射光可以得到被鑒別物質(zhì)16的成像。調(diào)用裝機數(shù)據(jù)庫利用上述我們定義的鑒別判據(jù)對比已知物質(zhì)對這些多光譜光的透射光19的成像特征便可以鑒別物質(zhì)，包括物質(zhì)的真?zhèn)位蛞恢滦?。使用濾光片13以便選取多光譜光的透射光19中特定波長光成像，以便于更好地鑒別物質(zhì)。

圖12是本發(fā)明中利用多光譜光的表面激發(fā)熒光鑒別物質(zhì)示意圖。如圖12所示，12是帶有發(fā)射光學系統(tǒng)多光譜光源，13是濾光片，14是帶有成像光學系統(tǒng)的成像探測器，16是被鑒別物質(zhì)，17是多光譜光，101是被鑒別物質(zhì)表面，102是激發(fā)熒光或激發(fā)熒光與反射光的混合光。多光譜光源12發(fā)出的多光譜光17照射到被鑒別物質(zhì)表面101后激發(fā)產(chǎn)生熒光或激發(fā)熒光與反射光的混合光102，用帶有成像光學系統(tǒng)的成像探測器14探測此激發(fā)熒光或激發(fā)熒光與反射光的混合光102可以得到被鑒別物質(zhì)表面101的成像。調(diào)用裝機數(shù)據(jù)庫利用上述我們定義的鑒別判據(jù)對比已知物質(zhì)對這些混合光102的成像特征便可以鑒別物質(zhì)，包括物質(zhì)的真?zhèn)位蛞恢滦?。使用濾光片13以便選取多光譜光的激發(fā)熒光和反射光102中特定波長光成像，以便于更好地鑒別物質(zhì)。

圖13是本發(fā)明中利用多光譜光的透射激發(fā)熒光鑒別物質(zhì)示意圖。如圖13所示，12是帶有發(fā)射光學系統(tǒng)多光譜光源，13是濾光片，14是帶有成像光學系統(tǒng)的成像探測器，16是被鑒別物質(zhì)，17是多光譜光，111是激發(fā)熒光或激發(fā)熒光與透射光的混合光。多光譜光源12發(fā)出的多光譜光17照射到被鑒別物質(zhì)16后激發(fā)產(chǎn)生熒光或激發(fā)熒光與透射光的混合光111，用帶有成像光學系統(tǒng)的成像探測器14探測此激發(fā)熒光或激發(fā)熒光與透射光的混合光111可以得到被鑒別物質(zhì)16的成像。調(diào)用裝機數(shù)據(jù)庫利用上述我們定義的鑒別判據(jù)對比已知物質(zhì)對這些多光譜光的成像特征便可以鑒別物質(zhì)，包括物質(zhì)的真?zhèn)位蛞恢滦?。使用濾光片13以便選取多光譜光的激發(fā)熒光和透射光111中特定波長光成像，以便于更好地鑒別物質(zhì)。

物質(zhì)鑒別儀100在進行物質(zhì)鑒別時，通過對比模塊調(diào)用數(shù)據(jù)庫并依據(jù)預定義的判據(jù)，將被鑒別物質(zhì)與已知物質(zhì)的光譜探測特性進行對比以產(chǎn)生物質(zhì)鑒別結果。包括復合彩色圖形對比、光輻射通量對比和輻照度分布對比等。本發(fā)明物質(zhì)鑒別儀所采用鑒別判據(jù)具體參照實施例二。

實施例二

圖14是本發(fā)明一種包括如圖1所示的物質(zhì)鑒別儀的物聯(lián)網(wǎng)架構圖，物質(zhì)鑒別儀100視為物聯(lián)網(wǎng)傳感器，以此為基礎建立用于物質(zhì)鑒別的物聯(lián)網(wǎng)，便于大眾物質(zhì)鑒別之用，該物聯(lián)網(wǎng)架構還包括：

物聯(lián)網(wǎng)服務器141，用于物質(zhì)鑒別物聯(lián)網(wǎng)的管理以及與物質(zhì)鑒別儀的通訊。

物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)庫模塊142，用于建立和管理已知物質(zhì)光譜探測特性的數(shù)據(jù)庫，該數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)可以由該物聯(lián)網(wǎng)所有者、國家有關職能部門、商品生產(chǎn)商或供應商、物質(zhì)鑒別物聯(lián)網(wǎng)或物質(zhì)鑒別儀的使用者提供，以便利用物質(zhì)鑒別物聯(lián)網(wǎng)和物質(zhì)鑒別儀實現(xiàn)現(xiàn)場化和大眾化的物質(zhì)鑒別與相關信息的交流。

物聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)存儲模塊143，用于存儲物質(zhì)鑒別儀傳遞的數(shù)據(jù)和信息。

特別物質(zhì)分析及鑒別模塊144，用于鑒別物質(zhì)鑒別儀無法鑒別的物質(zhì)或進行更細致的物質(zhì)分析與鑒別。從而在物質(zhì)鑒別儀100的數(shù)據(jù)庫模塊中沒有保存用于鑒別物質(zhì)參考的物質(zhì)光譜探測特性的數(shù)據(jù)時，可以從物聯(lián)網(wǎng)獲取相關數(shù)據(jù)。

技術支持與服務模塊145，用于通過物聯(lián)網(wǎng)向本發(fā)明物質(zhì)鑒別儀用戶提供技術支持與服務。

異地用戶146可以通過物聯(lián)網(wǎng)與異地使用的本發(fā)明儀器的用戶通訊交流信息等。

綜上所述，本發(fā)明的pc或嵌入式計算機系統(tǒng)控制帶有發(fā)射光學系統(tǒng)多光譜光源照射被鑒別物質(zhì)，帶有發(fā)射光學系統(tǒng)多光譜光源發(fā)出的多光譜光與被鑒別物質(zhì)相互作用而產(chǎn)生的光被帶有成像光學系統(tǒng)的成像探測器成像，使用濾光片以便選取多光譜光與被鑒別物質(zhì)相互作用而產(chǎn)生的光中特定波長光成像，以便于更好地鑒別物質(zhì)。同時本發(fā)明采用預定義的鑒別判據(jù)，調(diào)用裝機數(shù)據(jù)庫對比已知物質(zhì)對這些多光譜光的成像特征便可以鑒別物質(zhì)，包括物質(zhì)的真?zhèn)位蛞恢滦?。鑒別方法簡單，可以實現(xiàn)現(xiàn)場化和大眾化的物質(zhì)鑒別。

當然，本發(fā)明還可有其它多種實施例，在不背離本發(fā)明精神及其實質(zhì)的情況下，熟悉本領域的技術人員當可根據(jù)本發(fā)明作出各種相應的改變和變形，但這些相應的改變和變形都應屬于本發(fā)明所附的權利要求的保護范圍。