颗粒物光学检测系统及方法与流程

本申请涉及光电领域，尤其涉及一种颗粒物光学检测系统及方法。

背景技术：

1、大气颗粒物是大气中存在的各种固态和液态颗粒状物质的总称。各种颗粒状物质均匀地分散在空气中构成一个相对稳定的庞大的悬浮体系，即气溶胶体系。大气颗粒物中的细微颗粒沉降速度慢，在大气中存留时间久，在大气动力作用下能够吹送到很远的地方，对广大区域产生污染。当大量细微颗粒均匀地浮游在空中，对可见光有很强的散射和吸收作用，显著减弱光信号，造成大气能见度降低。pm2.5是指大气中直径小于或等于2.5微米的颗粒物，也称为可入肺颗粒物。虽然pm2.5体积小，但富含大量有毒有害物质，能被吸入人的支气管和肺泡中并沉积下来，对人体健康危害巨大。

2、现有的光学检测颗粒物的方法中，通过分析颗粒物的光谱图像来确定颗粒物的成分，检测速度有一定限制。现有技术的光学检测系统较为复杂，颗粒物的成像受到多个因素的影响，具有一定的检测难度。

技术实现思路

1、本申请欲提供一种颗粒物光学检测系统及方法，尤其用于检测大气中的pm2.5的含量和成分，确定环境空气质量。

2、本申请第一方面提供一种颗粒物光学检测系统。该颗粒物光学检测系统包括一光源，用于发射激光；一透镜组，用于对所述光源发出的激光反射并扩束；一吸收器，用于吸收颗粒物并将颗粒物投放到经过所述透镜组扩束后的激光的光路上；一显微镜组，用于对所述颗粒物的像显微放大；一滤波器，用于过滤经过所述显微镜组的光线；一图像传感器，用于将经过所述滤波器过滤的光线转化成电信号；以及一主机，用于对所述图像传感器传输来的电信号进行计算分析，确定目标颗粒物的数量和成分。

3、相比现有技术，本申请实施例提供的颗粒物光学检测系统中的检测样本即颗粒物，由颗粒物光学检测系统中的吸收器获得，采样的空间性和时间性更为灵活；本申请实施例运用显微镜组与滤波器对颗粒物的像进行预处理，提高了成像质量；本申请实施例运用了图像传感器将颗粒物的光像转换为与光像成相应比例关系的电信号，降低了获取大气颗粒物图像的难度。

4、本申请第二方面提供一种颗粒物光学检测方法。所述颗粒物光学检测方法包括：通过图像传感器获得彩色的成像画面，对彩色的成像画面进行二值化处理获得黑白图像；根据黑白图像中颗粒物的图像的像素尺寸，确定目标颗粒物，并标记目标颗粒物在黑白图像中的位置；计算黑白画面中的目标颗粒物的标记数，确定目标颗粒物的数量；建立目标颗粒物图像的颜色模型；以及将目标颗粒物的颜色模型与颗粒物颜色模型数据库进行比对，确定目标颗粒物的成分。

5、相比现有技术，本申请实施例提供的颗粒物光学检测方法中利用目标颗粒物的尺寸与图像传感器的像素尺寸之间的关系，从图像中自动识别目标颗粒物，自动确定目标颗粒物的数量，加快了对目标颗粒物的识别速度；本申请实施例运用人工智能数据库，通过建立颜色模型，比对目标颗粒物的颜色模型与颗粒物颜色模型数据库的内容，获得目标颗粒物的成分组成，实现了对颗粒物成分的快速识别。

技术特征：

1.一种颗粒物光学检测系统，其特征在于，包括，

2.根据权利要求1所述的颗粒物光学检测系统，其特征在于，所述激光的波长小于400nm。

3.根据权利要求1所述的颗粒物光学检测系统，其特征在于，所述光源及所述透镜组之间的光路，与所述透镜组及所述图像传感器之间的光路成非零夹角。

4.根据权利要求1所述的颗粒物光学检测系统，其特征在于，所述吸收器能够捕获大气中直径小于或等于2.5μm的颗粒物。

5.根据权利要求1-4中任意一项所述的颗粒物光学检测系统，其特征在于，所述目标颗粒物的像经所述显微镜组放大后能够通过所述滤波器。

6.根据权利要求5所述的颗粒物光学检测系统，其特征在于，所述滤波器为单针孔滤波器，所述滤波器用于过滤所述颗粒物的像周围的杂散光。

7.根据权利要求1-4中任意一项所述的颗粒物光学检测系统，其特征在于，所述图像传感器能够感测波段小于400nm的光线。

8.一种颗粒物光学检测方法，其特征在于，包括：

9.根据权利要求8所述的颗粒物光学检测方法，其特征在于，定义直径小于等于a1的颗粒物为所述目标颗粒物，所述图像传感器的像素尺寸为a2，其中，判断每一所述颗粒物是否为所述目标颗粒物包括判断所述颗粒物的黑白图像是否小于等于a1/a2个像素；若是，则确定所述颗粒物为所述目标颗粒物。

10.根据权利要求8或9所述的颗粒物光学检测方法，其特征在于，判断每一所述颗粒物是否为目标颗粒物还包括标记每一所述目标颗粒物在所述黑白画面中的位置；

技术总结
本申请提供一种颗粒物光学检测系统及方法，欲解决颗粒物检测困难的问题。所述颗粒物光学检测系统，包括光源，用于发出激光；透镜组，用于反射并扩束激光；吸收器，用于吸收颗粒物并将颗粒物投放到经过透镜组扩束后的激光的光路上；显微镜组，用于将颗粒物的像显微放大；滤波器，用于对经过显微镜组的光线进行过滤；图像传感器，用于将经过滤波器过滤的光线转化成电信号；以及主机，用于将图像传感器传输来的电信号进行计算分析，确定目标颗粒物的数量和成分。颗粒物光学检测系统运用吸收器和图像传感器降低了颗粒物检测难度；颗粒物光学检测方法运用大数据和颜色模型提高了识别颗粒物成分的速度。

技术研发人员：赖文清,卓俞安,牛亚杰
受保护的技术使用者：晋城三赢精密电子有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13