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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。
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。
荧光成像技术检测的响应激发光源、波段和荧光发射波段
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分类 |
检测对象 |
光源类型 |
激发波段、波长/nm |
发射波段、波长/nm |
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叶片 |
烟草叶片 |
氙灯 |
355 |
440、520、690、740 |
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甜菜叶片 |
氙灯 |
340 |
440、520、690、740 |
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苹果叶片 |
卤素灯 |
520、550 |
650 |
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向日葵叶片 |
卤素灯 |
紫外、蓝光 |
610、685、735 |
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烟草叶片 |
LED |
455 |
505~560、690 |
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柑橘叶片 |
LED |
紫外、蓝光 |
550、690 |
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柑橘叶片 |
LED |
紫外、红、绿、蓝光 |
黄、红、远红外 |
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烟草叶片 |
LED |
470 |
650 |
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柑橘叶片 |
LED |
365、445、470、530 |
570、610、690、740 |
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苹果叶片 |
LED |
455 |
618 |
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柑橘叶片 |
激光 |
532 |
680~712、712~750 |
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柑橘叶片 |
激光 |
532 |
680~712、712~750 |
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柑橘叶片 |
激光 |
473 |
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小麦叶片 |
激光 |
337 |
370~800 |
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果实 |
苹果 |
闪光灯 |
紫外（≤340） |
440、520、690、740 |
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苹果 |
LED |
蓝光 |
红、远红外 |
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葡萄 |
LED |
紫外、红、绿 |
蓝绿、红、远红 |
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脐橙 |
LED |
紫外 |
绿 |
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脐橙 |
LED |
365 |
530~550 |
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苹果 |
激光 |
337 |
350~820 |
高光谱相机参数：
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名称 |
指标描述 |
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光谱仪 |
透射式光栅（PGP）结构 |
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光谱范围 |
350nm-1000nm |
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光谱分辨率 |
2.8nm |
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光谱采样间隔 |
0.55nm(mean) |
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光谱仪狭缝宽度 |
30μm |
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Shutter |
内置 |
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探测器 |
Rolling & True global Shutter |
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1.2 e- read noise |
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0.14 e - /p/sec dark current |
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100 fps(Max) |
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25,000:1 dynamic range Maximum |
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像素尺寸：6.5 μm x 6.5 μm |
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像素大小：2048x2048 |
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60% QE from Zyla 4.2 |
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探测器类型：SComs |
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Cooling options – standard Zyla 4.2 camera air cools to 0º at up to +35º ambient. |
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相机读出位数：12-bit or 16-bit |
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相机接口类型：Camera link/USB3.0 |
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Maximum Quantum efficiency：60% |
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成像镜头 |
消色差可见-近红外定焦镜头，光谱范围：350nm- 1000nm； |
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硬件配置 |
内置控制主板、微型处理器、电池、二维精密电控位移系统、辅助摄像头等 |
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软件 |
自主开发：控制、采集、分析处理等；数据兼容第三方；提供二次开发 |
系统参数：
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主要部件 |
主要技术指标和功能 |
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1 |
暗箱 |
外观尺寸 |
80cmx80cmx100cm |
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样品台尺寸 |
30cmx30cmx40cm |
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2 |
光源 |
反射光源 |
数量：4个； 功率：50W/个； 光谱范围：350nm~2500nm； 对样品可进行反射光谱测试。 |
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氙灯光源 |
数量：1个； 功率：150W； 光谱范围：300nm~1100nm； 对样品可进行荧光光谱测试。 |
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3 |
附件 |
激发滤光片 |
长波通玻璃彩色滤光片： 紫外光，可见光和红外光通过范围； 可见光能被用做彩色带通滤光片；长波通滤光片在短波区域的透射率很低（截止带）而在长波区域则有这很高的透射率（通带）。 340、370、390、628、697nm等 300~1000nm可选 |
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发射（荧光） 滤光片 |
荧光带通滤光片： 通用荧光波长 透射率>93% 截止率>OD6 荧光带通滤光片非常适用于荧光成像应用。 其通带具有> 93％的透射率，截止带光密度可达OD6，常用于光谱仪，临床化学应用以及生物技术仪器。滤光片基片为熔融石英材料，表面用离子溅射工艺镀加硬膜，采用黑色阳极氧化铝环进行封装。 400、455、550、645、720nm等 300-1000nm可选 |
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光纤（光波导） |
1.5米长光波导，多模光纤传导方式， |
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匀光棒&反射镜 |
氙灯光源输出的光经过光波导的传递进入激发滤光片后再进入到匀光棒中，使得光源光斑照射区域光照均匀*，再经过反射镜的反射，照射到样品上。 |
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4 |
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辅助监控 |
荧光测试时，系统需要*密闭的暗环境下测试，通过辅助摄像头可以实时监控暗箱内部情况下。 |
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软件功能 |
采集控制、友好的参数设置界面、自动曝光、自动调焦、自动速度匹配、手动参数设置、数据预处理、辅助功能、辐射度、均匀性、镜头、反射率、区域校准等； |
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高光谱荧光测试系统实验案例：
测试芒果样品在添加罗丹明-B 荧光试剂，使用氙灯作为激发光源，390nm 的激发滤光片、550nm 的荧光滤光片，利用高光谱荧光系统获取到的荧光图像、荧光光谱；反射图像、反射光谱。
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