鄭秋莎，黃俊，吉紫娟

（湖北第二師范學院物理與機電工程學院，武漢 430205）

激光散斑檢測技術是利用激光干涉的原理，激光照射在不光滑的物體表面，散射光發(fā)生干涉形成激光散斑，圖像處理后得到所需信號。激光散斑的無損檢測技術是以不改變被檢測對象的狀態(tài)和使用性能為前提的，通過被檢測物體在加載前后的激光散斑圖的疊加，從而在某一部位形成干涉條紋。[1]采用激光散斑檢測技術監(jiān)測散射粒子內部運動，被檢測種子活性越高，內部粒子運動越快，代謝活動越旺盛，反之活性較低的種子的內部粒子運動速度較慢。[2]繼而反映出被檢測種子的活性高低。這種方法檢測種子活性具有無毒、無損、無輻射、檢測速度快等特點。

1 實驗

實驗采用的是反射式實驗裝置，氦氖激光器發(fā)射激光，使激光束依次通過兩個偏振片和透鏡中心，調節(jié)兩個偏振片找到合適的光強，照射在待測的黃豆種子上，各個器件要始終保持在同一水平高度，檢測過程中光強要始終保持一致。黃豆種子反射的光線通過鏡頭匯聚到CCD相機芯片上，注意要避免激光直接照射到CCD表面，連接CCD相機與計算機，采集含有種子活性信號的散斑圖像，原理如圖1所示。

圖1 黃豆種子活性檢測實驗示意圖

圖1中各裝置分別為：（1）氦氖激光器；（2）雙偏振片；（3）透鏡（f=150mm）；（4）待檢測種子；（5）CCD；（6）計算機。

按照黃豆種子活性檢測實驗裝置圖擺放好相應的實驗器件，各個器件要保持在同一水平高度，并調節(jié)好光路使激光能夠通過偏振片和透鏡中心。

活性的黃豆種子一共分為六份：一份種子不做任何處理，為樣品1；另外五份種子分別在水中浸泡2h、4h、6h、8h、10h，種子浸泡不同時間，可以保證不同程度的改變種子活性，分別為樣品2、3、4、5、6，在浸泡到相應的時間后采集該樣品種子的散斑圖，如圖2所示。

圖2 樣品1-6的黃豆種子散斑圖

為了判斷樣品1的黃豆種子在一段時間內活性是否變化，將不做任何處理的樣品1每間隔2h、4h、6h、8h、10h采集一次相應時間的散斑圖，如圖3所示。

圖3 樣品1的黃豆種子的散斑圖

2 實驗數(shù)據(jù)的處理與分析

在采集了不同樣品的激光散斑圖后，利用MATLAB圖像處理獲取以上幾種樣品種子的散斑圖的灰度直方圖。為了方便對比出不同活性的黃豆種子的灰度直方圖的區(qū)別，將它們的灰度直方圖轉化為折線圖，并在同一坐標軸上進行比較，擬合后的圖像如圖4所示。

圖4 樣品1-6的灰度直方圖數(shù)值對比

對樣品1種子的散斑圖同樣利用MATLAB進行灰度直方化，同樣將它們的灰度直方圖轉化為折線圖，并在同一坐標軸上進行比較，擬合后如圖5所示。

圖5 樣品1不同時間的灰度直方圖數(shù)值對比

通過圖5可以發(fā)現(xiàn)樣品1的黃豆種子不經過任何處理，在一段時間當中該樣品1散斑圖的灰度直方圖幾乎是有相同的趨勢，且誤差大小在允許的范圍內，這表明樣品1的黃豆種子活性在一段時間內的活性幾乎不發(fā)生改變，因此在采集其它幾組樣品的黃豆種子的散斑圖時，不會對沒有進行處理的樣品1產生影響。

通過對比可以發(fā)現(xiàn)，種子活性大小和種子活性散斑圖的灰度直方圖存在一定的關系，不同等級的活性種子的散斑值隨著時間的改變有著明顯的不同。隨著種子的活性增加，種子的活性散斑圖光強大的部分占比逐漸增加，光強弱的部分占比逐漸減少。黃豆種子散斑圖的灰度值高低分布明顯，灰度值大的呈現(xiàn)亮一些的區(qū)域，說明內部變化活躍，表現(xiàn)出較強的活性。[3]-[4]種子內部粒子發(fā)生的變化與生物散斑的變化相關聯(lián)，這種散斑信號可以作為種子內部某些變化信息的載體。既然種子活性和散斑圖存在這種聯(lián)系，利用散斑圖的灰度直方圖曲線無損快速區(qū)分種子的活性大小可以實現(xiàn)。

3 結論

利用動態(tài)散斑研究種子的活性，可以利用不同算法來定量地分析種子的活力。具有活力的種子吸水后代謝活性會迅速增加，浸泡不同時間的種子活性會有所不同。散斑圖像隨著散射顆粒的運動而發(fā)生變化，被激活的種子內部粒子活動劇烈，可以形成動態(tài)的時變散斑圖像，通過激光散斑獲取種子內部運動狀態(tài)是一種很好的方法。在實驗數(shù)據(jù)處理上利用不同的算法，能夠簡單直觀地分辨出種子在不同狀態(tài)下的散斑圖像差異，進而進行實驗樣本狀態(tài)辨別、分類。