高光谱荧光测试系统在枸杞新鲜判别的应用

基本原理：

      荧光是一种光致发光的冷发光现象。当某种常温物质经特定波长的入射光照射，其分子吸收光能后从基态进入激发态，并且立即退激发并发出出射光，原理如图所示。通常出射光的波长比入射光的波长更长，且多处于可见光波段。

       高光谱荧光测试系统使用高灵敏度、高信噪比、高像素Scoms相机作为探测单元，使用高光谱分辨率的透射式光栅光谱仪，结合消色差成像镜头、内置推扫成像结构、内置调焦结构、内置Shutter等单元完成采集系统的集成。大功率的氙灯光源作为系统进行荧光信号检测的光源体，配合光波导、激发滤光片、匀光棒、反射镜等结构完成样品激发光的传送，样品在激发光的作用下会产生相应的荧光（发射）信号，在高光谱相机前端设计有荧光滤光片，这样荧光信号最终被高光谱相机收集到，通过处理分析建模等处理后可获取需要的荧光光谱和图像。

测试条件：

高光谱成像仪系统：光谱范围：400-1000nm，光谱分辨率：3nm，光谱通道：176Bands；积分时间400ms。

激发光源波长：365nm紫外灯光源，功率100W/个，总功率100W；

疑似荧光信号（范围）：450nm附近；

图1  高光谱荧光系统

图2  不同颜色新鲜枸杞

图3  不新鲜枸杞（包括半新鲜、干、腐烂等）

先分析干枸杞与变腐枸杞

图4  不同情况下干枸杞的荧光光谱

从图4可知：

1、干枸杞荧光信号也分布在455nm附近，与新鲜枸杞比较，在550nm附近没有波峰，而且整个光谱都随着新鲜的程度其光谱曲线逐渐下降；

2、干的程度越多，荧光信号越弱。

图5 高光谱荧光下的干枸杞

再分析新鲜与半新鲜枸杞

图6 新鲜与半新鲜枸杞荧光光谱

从图6可知：

1、新鲜枸杞的荧光主波峰在455nm左右，而且新鲜的枸杞在550nm附近也会有一个波峰存在，这个波峰是否和叶绿素等信息有关？

2、半信息枸杞的荧光主波长位置和新鲜的保持一致（455nm附近），但在500nm以后与新鲜的枸杞比较起来，可能和新鲜的程度有关联，从500nm后的光谱信号曲线逐渐下降，新鲜度高的比新鲜度低的在500-600nm之间的信号会高一些；

3、腐烂枸杞的荧光波峰还是在靠近455nm，但与新鲜和半新鲜的比较起来，在400-450nm之间，其腐烂类的信号明显低于新鲜和半新鲜的。

图7 新鲜与半新鲜枸杞的荧光分布图

图8 干枸杞、新鲜枸杞、半新鲜枸杞以及不同颜色的枸杞的光谱曲线