一种复合红外色选光学系统及色选机的制作方法

本发明涉及色学光学系统，尤其是涉及一种复合红外色选光学系统及色选机。

背景技术

色选机是根据物料光学特性的差异，利用光电探测技术将颗粒物料中的异色颗粒自动分拣出来的设备。目前色选机被用于散体物料或包装工业品、食品品质检测和分级领域。传统的单红外系统不能实现对于不同红外的单独成像检测，检测能力低。为了解决以上问题，一些现有技术采用将传统的单红外系统简单一加一组合方式形成的双红外系统，但是红外光不同于可见光，其对一致性要求较高，但是两套单红外在成像空间上差异较大，不方便进行后期的算法对比识别检测。

技术实现要素：

本发明的目的就是为了提供一种复合红外色选光学系统及色选机，通过光学成像镜头和分光装置实现将红外反射光先汇聚后再分光，从而得到的两幅波段不同的图像在空域上具有一致性，使得在后续的图像识别上能够进行点对点的对比分析，既解决了单红外色选机对物料的分辨能力低的问题，又解决了传统单红外系统一加一组合方式带来的一致性差的问题。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种复合红外色选光学系统，包括背景、红外光源，滤光片和图像采集模块，所述系统还包括光学成像镜头和分光装置，所述红外光源，滤光片和图像采集模块均设有两个，其中，第一红外光源和第二红外光源对称设置，所述光学成像镜头和分光装置依次设置，所述分光装置的输出端分别连接至第一滤光片和第二滤光片，所述第一滤光片的输出端连接至第一图像采集模块，所述第二滤光片的输出端连接至第二图像采集模块。

所述第一滤光片与经由分光装置出射的第一束光线垂直，所述第二滤光片与经由分光装置出射的第二束光线垂直。

所述第一滤光片与分光装置的距离和第二滤光片与分光装置的距离一致。

所述分光装置为半透半反镜或分光棱镜或分光光栅。

所述背景为可拆卸背景，包括暗背景和亮背景，当物料对光源的反射能力比杂质对光源的反射能力强时，选用亮背景，反之则选用暗背景。

所述亮背景为白色哑光材质背景板，所述暗背景黑色哑光材质背景板。

所述图像采集模块中的图像传感器为与红外光源匹配的波段的高速线扫图像传感器。

所述红外光源为宽谱红外光源或窄波段红外光源。

两个红外光源相同或不同。

一种色选机，包括如上述的光学系统。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1)通过光学成像镜头和分光装置实现将红外反射光先汇聚后再分光，从而得到的两幅波段不同的图像在空域上具有一致性，使得在后续的图像识别上能够进行点对点的对比分析，既解决了单红外色选机对物料的分辨能力低的问题，又解决了传统单红外系统一加一组合方式带来的一致性差的问题。

2)分出的光线与滤光片垂直，并且两块滤光片与分光装置的距离一致，可以简化布局，提高准确性。

3)采用两种不同的背景可替换的结构，可以提高适用性。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

其中：101、物料点，201、背景，301、第一红外光源，302、第二红外光源，401、光学成像镜头，501、分光装置，601、第一滤光片，602、第二滤光片，701、第一图像采集模块，702、第二图像采集模块。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

红外吸收光谱是由分子振动和转动跃迁所引起的,组成化学键或官能团的原子处于不断振动(或转动)的状态，其振动频率与红外光的振动频率相当。所以，用红外光照射分子时，分子中的化学键或官能团可发生振动吸收，不同的化学键或官能团吸收频率不同，在红外光谱上将处于不同位置，从而可获得分子中含有何种化学键或官能团的信息。

红外光谱法实质上是一种根据分子内部原子间的相对振动和分子转动等信息来确定物质分子结构和鉴别化合物的分析方法。

本申请利用红外光谱法和分光原理，红外光学镜头将物料内分子吸收后反射的红外光谱进行成像，所成的红外图像在光能量上平分为两等分，再通过滤光镜来选择图像的波段从而在一个光学系统中实现两幅不同波段的红外图像，该既解决了单红外色选机对物料的分辨能力低的问题，以及部分物料无法区分的问题，又区别于将传统的单红外系统一加一组合方式，解决了一致性差的问题，为色选的红外成像识别提供了新的思路和解决办法，大大提高了红外色选机的分选精度，为色选机的进一步发展提供了有效的方法与途径。

一种复合红外色选光学系统，如图1所示，包括背景201、红外光源，滤光片和图像采集模块，系统还包括光学成像镜头401和分光装置501，红外光源，滤光片和图像采集模块均设有两个，其中，第一红外光源301和第二红外光源302对称设置，光学成像镜头401和分光装置501依次设置，分光装置501的输出端分别连接至第一滤光片601和第二滤光片602，第一滤光片601的输出端连接至第一图像采集模块701，第二滤光片602的输出端连接至第二图像采集模块702。

第一红外光源301和第二红外光源302发出的红外光线，照射在物料点101和背景201上，反射进入光学成像镜头401后经分光装置501等分后分别通过第一滤光片601和第二滤光片602后分别在第一图像采集系统701和第二图像采集系统702上成像。

通过光学成像镜头401和分光装置501实现将红外反射光先汇聚后再分光，从而得到的两幅波段不同的图像在空域上具有一致性，使得在后续的图像识别上能够进行点对点的对比分析，既解决了单红外色选机对物料的分辨能力低的问题，又解决了传统单红外系统一加一组合方式带来的一致性差的问题。

第一红外光源301和第二红外光源302既可用宽谱光源如：卤素灯也可用窄波段光源的组合，如1100nm，1200nm，1300nm、1500nm......，或两者的组合。两光源组件可以任意组合，既可以是相同光源也可以是不同光源。例如：两光源组件都是20W的卤素灯或两光源一个是1100nm、一个是1200nm窄光源LED。

光学成像镜头401为红外光学成像镜头。图像采集模块中的图像传感器为与红外光源匹配的波段的高速线扫图像传感器。光学成像镜头401将物料在物料点101处反射的光汇聚于分光装置501上，其各项参数需要与物料点101到光学成像镜头401的距离以及所选芯片的规格相匹配。具体的，本实施例中，高速线扫图像传感器采用900-1700nm的铟镓砷探测器。第一滤光片601、第二滤光片602的透过波段与高速线扫图像采集系统的响应波段在作用于物料识别的特征波段有重合范围。

第一滤光片601与经由分光装置501出射的第一束光线垂直，第二滤光片602与经由分光装置501出射的第二束光线垂直。第一滤光片601与分光装置501的距离和第二滤光片602与分光装置501的距离一致。

分光装置501可将光学成像镜头401汇聚的物料反射的光分为两束或更多，分光装置501可以为两块完全相等的三角棱镜，其大小要与镜头和图像传感器的大小相匹配，其可以将入射的光线均匀地分为两等份分别入射到后面的滤光片上。当然，分光装置也可以是半透半反镜或分光光栅。

背景201为可拆卸背景，包括暗背景和亮背景，如物料对光源的反射能力比杂质对光源的反射能力强，则选用亮背景；如物料对光源的反射能力比杂质对光源的反射能力弱则选用暗背景。上述暗背景选用对光源反射能力弱的黑色哑光材质。上述亮背景选用对光源反射能力强的白色哑光材质。

本申请的另一种实施方式可以是一种色选机，包括如上述的光学系统，物料的传送方式可以根据物料的大小重量以排布密度以及所需分选速度等因素选用传送带传送、滑道下落或传送带抛出等方式。