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 谱 学 与 光 谱 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 品质 检 测 的小 型成 像 光谱 仪 刘玉娟。 ，唐 玉国水果检测仪，崔继承。 ，巴音贺希格 １ ．中国科学院长春光学精密机械 与物理研究所 ，吉林 长春 ２ ．中国科学院 研 究生院，北京 １ ０ ４ ００９ １ ０ ３ ３０３ 摘 要 利用成像光谱可 同时获得水果的成像信息 和光谱信 息水果检测仪，实现水果 外部 和内部品质 的高精度 、无损 伤 、无污染的大面积瞬态检测 。为了获得水果的成 像光谱 ， 设计 了一种 以 自主研发的 凸面光栅作为核心元件 的小型成像光谱仪 ， 它具有成像质量好 、 体积 小 、 重量轻等 优点 ， 光谱分 辨率在 ５８ ｉ波 长处达 ２１ ｉ， ７ ｎ ｎ ． ｎ ｎ 光谱谱线弯 曲和色畸变均小于 ０ ６ ． ％。

对该小 型成像光 谱仪进 行 了检 测和苹 果成 像光谱 测量实 验 ， 果表 结 明： 该成像光谱仪满足设计要求且可 以快速 的获得苹果 的高精度成像光谱 ， 而进行水果 的品质检测 。 从 关键词 成像光谱仪 ； 水果 品质 ； 无损检测 ； 凸面光栅 文 献标 识码 ：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 中图 分 类 号 ： ＴＨ７ ４ ４ 结果， 具有 高精 度、无损 伤、无 污染等优 点 ，国内外开展 了 引 言 我国是世界水果生产大 国，但水果 出 口仅 占总产量 ２ 左右， 远远低于 ９ ～ １ 的世界 平均水 平＿ ，主要 限制 因 Ｏ １ ］ 相关研究并取得 了一定 的研究 成果＿６。基 于成像 光谱技 术 ｌ＿ ３ ＿ 的成像光谱仪是 获得成像光谱 的重要仪器 。 成像光谱仪 由前 置成像 光学 系统 和光谱仪 系统组成 ， 谱仪系统是成像光 谱 光 仪 的关键部分 ，常见 的分光 模式 有色 散棱镜 、干涉滤 光片 、 平 面闪耀光栅等 ¨ 。

凸面光栅成像光谱仪则 是采用 凸面光栅 ７ ］ 为分光元件 的 Ｏ ｆｅ 同心分光系统 ， 系统无 象散 、 ｆ ｒ ｎ 该 谱线 弯 曲小、色畸变小 、 结构简单 ， 易于实现小型化 ＿ 。近年来 ， ８ ］ 随 素是水 果分级水 平。水果 的品质是水 果分级 的主要依 据 ， 无 损检测是水果品质检测技术 的发展趋势 。水果 品质无损检测 是应用一 定的检测手 段和分析方法对水 果的品质进行无损伤 测量， 依据测量 结果 和评 价标 准对 水果 品质做 出评 价 的过 程 。目前水果 品质 的无 损 检测 一般 是 利 用水 果 的 电学 、声 着光栅制造技术 的发展 ，凸面光栅成像光谱 仪逐渐从理论研 究走 向实际应用 ｌ 。凸面光栅成 像光谱 仪 的成像质 量好 、 ９ 易 于实现小 型化 特性 使其 尤其 适合 小型 的成像 光谱 测量应 用。 学、光学特性等技术对水 果品质进 行检测 。近年 来 ，大量 的 研 究利 用可 见／ 红外 波谱信 息进 行水 果蔬 菜 的 内部 品质 、 近 缺 陷和农药含量 等的瞬态无损伤检测 。但在利用测谱 学探测 材料 的内部 品质过程 中 ， 测量的是物体小视场 内的反射或透 本文 以自主研发 的凸面光栅作为核心元 件设计 了一种用 于获取水果成像光谱 的小型凸面光栅成像光谱仪 ，并利用 凸 射可见近红外光谱 ， 其探测面非常小甚 至仅 为一点 。

成像光 面光栅成像光谱仪进行 了富士苹果的成像光谱测量 实验 ， 克 服 了传统近红外光谱检测探测面积小 ， 以实现 大面积瞬态 难 检测的缺点 ，这对水果 品质无损检测具有重要意义 谱或高光谱成像是利用物体全部表面信息对其 内部品质进行 评估煤气检测仪，具有高 精度 预 测微 小 细节 的 优点 ＿ ，优 于测 谱学 分 ２ ］ 析 ，近年来 受到食品研究 者的关 注 。 成像光谱技 术作 为一种 起源 于遥感 领 域 的新型 分析 技 术 ， 获得探测 目标 的空 问成像信息 的同时获得探测 目标的 在 光谱信息 ，可以同时进行成像 和光谱 的测量 ， 在地质 、 植被 、 生态环境 、城市 以及 军事等 领域 ，发 挥着 十分 巨大 的作用 。 将成像光谱技术应用于水果品质无损检测 中水果检测仪甲烷检测仪，通过成像 光谱 １ 小型 凸面光栅成像 光谱仪 的设计 １ １ 凸面光栅成像光谱仪 的基本原理 ． 凸面光栅成像光谱仪的前 置成像 系统和光谱仪系统通过 狭缝有 机的连结 起来 。 图 １ 如 所示 ，光源发 出的光照射 到水 数据立方可 同时得到水果外部和内部品质“ 图谱合一” 的检 测 收稿 日期 ： ０ １０—５ ２ １ —３１ 。

修订 日期 ：２ １—７２ ０ １０ —８ 果表面 ， 经水果表面反射后进人前置光 学系统 ， 前置 系统 将 基金项 目：国家创新方法工作 专项项 目（０ ８Ｍ０ ０ ０ ） ２ ０ Ｉ ４ ７ ０ 和吉林省科技支撑计划项 目（ ０ ００ １ 资助 ２１６１） 作者简介 ： 刘玉娟 ， ， ９ ４ 女 １ ８ 年生，中国科学院长春光 学精密机械与物理研究所博士研究生 ＊通讯联系人 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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