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高光谱成像技术可同时获取光谱信息和空间信息,具有图谱合一的特点。根据成像方式可将其分为被动式和主动式高光谱成像技术。主动式高光谱成像技术在避免天气环境影响、去除自然光照限制和消除阴影等方面有着较强的优势,广泛应用于农业、食品、医疗等领域。本课题设计并开发了一套基于LED照明主动式高光谱系统,主要工作如下:(1)硬件设计:设计成像光路并自主完成主动式高光谱成像系统的搭建。系统主要由光源模块与图像采集模块构成,光源模块的工作重点是筛选合适的LED组成光谱可调谐阵列,并设计光束匀化方案校正LED光源的光束分布情况。图像采集模块选择CMOS彩色图像传感器采集图像。(2)系统校准与评估:设计配套的系统校准算法和系统评估方案。系统校准算法的数据处理过程依次为高光谱图像预处理、高光谱图像强度校准处理、高光谱图像颜色校正处理,系统校准工作的目标是重建高光谱图像立方体。系统评估工作选择商用GaiaSorter高光谱分选仪作为对比仪器,根据光谱分析和伪彩图对比完成系统评估。(3)应用探究:探究本系统在智能冰箱食品识别方面的应用。本课题设计3组对比实验,基于SVM算法完成食品分类识别,三组实验食品的识别准确率约为95%。本课题搭建的主动式高光谱成像系统的光谱检测范围是441-662 nm,光谱分辨率约为10 nm,图像分辨率为3870像素×5796像素,图像的位分辨率为14 bit。系统校准与评估工作的实验结果表明,本系统能够成功获取目标物体的高光谱图像。实际应用方面,实验结果表明在智能冰箱食品识别模块本系统具有较高的识别准确率。本论文的创新性有:1)设计了一套基于LED照明的高光谱成像系统,系统光源选用一系列波段不同的窄带波LED构成光谱可调谐阵列,无需传统的分光元件,简化系统结构并降低成本;2)探测器模块选择CMOS彩色图像传感器采集图像,彩色图像传感器可以增加光谱信息量和系统的光谱响应范围。