[发明专利]适用于膜过滤的荧光高光谱三维在线原位成像分析装置及分析方法

权利要求书

1.一种适用于膜过滤的荧光高光谱三维在线原位成像分析装置，其特征在于，包括通过过滤膜对污水进行膜过滤处理的膜过滤机构、用于对膜过滤机构中的过滤膜进行三维光谱成像且获得污染物的成分及空间分布信息的高光谱三维成像机构、用于将采集的三维光谱图像进行在线解混及输出彩色污染物分布图像的高光谱三维成像在线分析机构、用于对上述机构进行控制的协同控制机构；

所述高光谱三维成像机构包括用于提供激发光源的光束照明光路组件、高光谱成像组件、扫描-反扫描耦合组件；所述扫描-反扫描耦合组件与膜过滤机构中的过滤膜对应设置。

2.根据权利要求1所述的适用于膜过滤的荧光高光谱三维在线原位成像分析装置，其特征在于，所述膜过滤机构包括依次设置的污水池组件、样品池组件、过滤池组件，三者之间通过管路连接，其中样品池组件中设有过滤膜。

3.根据权利要求2所述的适用于膜过滤的荧光高光谱三维在线原位成像分析装置，其特征在于，所述污水池组件包括盛装污水的污水池和将污水输送给样品池组件的污水输送件；所述样品池组件包括封闭的中空结构的样品池和带动样品池进行三维运动的三维移动平台，所述样品池内设有过滤膜、用于放置过滤膜的过滤膜放置架，对应过滤膜的样品池上设有与扫描-反扫描耦合组件对应的至少一个透光窗；所述过滤池组件包括盛装滤过水的过滤池、用于对滤液进行称重的称重件。

4.根据权利要求1所述的适用于膜过滤的荧光高光谱三维在线原位成像分析装置，其特征在于，所述光束照明光路组件包括激光光源、滤波片、反射镜组和用于调整光束大小的扩束系统。

5.根据权利要求1所述的适用于膜过滤的荧光高光谱三维在线原位成像分析装置，其特征在于，所述高光谱成像组件由成像透镜组和高光谱成像仪组成。

6.根据权利要求1所述的适用于膜过滤的荧光高光谱三维在线原位成像分析装置，其特征在于，所述扫描-反扫描耦合组件包括分别各自与过滤膜对应设置的扫描振镜和扫描透镜组、反扫描振镜和反扫描透镜组，其中扫描透镜组连接有用于调整反扫描透镜组位置的位移件。

7.根据权利要求1所述的适用于膜过滤的荧光高光谱三维在线原位成像分析装置，其特征在于，所述高光谱三维成像在线分析机构包括：

用于采集到的高光谱数据对背景去除、光谱去噪以及波段信噪比分析的图像预处理模块；

通过端元数目估计、初值估计以及迭代分解对图像预处理模块预处理后的高光谱数据进行分解、在线识别污染物质构成及其三维空间分布的高光谱解混模块；

用于进行图像伪彩展示、图像阈值分割以及图像区域计算的多维度图像综合处理模块。

8.一种适用于膜过滤的荧光高光谱三维在线原位成像分析方法，其特征在于，包括：

S1、通过协同控制机构控制高光谱三维成像机构对样品池组件的过滤膜成像以获取所述过滤膜对应的、包含污染物信息的三维光谱成像；

S2、通过所述协同控制机构控制高光三维成像在线分析机构对所述三维光谱成像进行图像分析以提取所述过滤模对应的污染物成分，并对每一污染物分别生成包含污染物种类和分布信息的彩色污染物分布图像。

9.根据权利要求8所述的荧光高光谱三维在线原位成像分析方法，其特征在于：所述方法还包括：

S3、通过所述协同控制机构监测所述过滤膜的使用状态，并在所述过滤膜的使用过程中，按照预设时间间隔依次获取每一污染物对应的若干所述彩色污染物分布图像并生成所述污染物的变化过程图像。

10.根据权利要求9所述的荧光高光谱三维在线原位成像分析方法，其特征在于：在所述步骤S2中，所述高光三维成像在线分析机构对所述三维光谱成像进行图像分析以提取所述过滤模对应的污染物成分；包括：

S21、对所述三维光谱成像依次进行背景去除、光谱堆去噪、深度学习图像增强和波段信噪比分析，以得到包含各污染物的波长信息的高光谱数据；

S22、基于待提取污染物的类别数量对所述高光谱数据进行分解以得到个数为所述类别数量的波长信息；

S23、对所述波长信息进行判断，在所述波长信息合法根据所述波长信息分别获取所述污染物的类别信息，在所述波长信息不合法时，修改所述待提取污染物的类别数量，并执行步骤S23。