气体传感器与人们生活的各个领域息息相关。近年来,不断有新的气体传感器被开发出来并商业化。影像技术因其直接、灵敏、快速响应等特性,成为越来越重要的技术工具。而图像处理技术的快速发展,使得通过高灵敏的颜色(RGB)强度变化和位移改变间接检测目标气体成为可能,推动了影像技术在传感器中的应用。本文仅涉及可见光影像技术在气体传感中的应用,基于成像工具和应用领域大致分为两类,其一为低成本的网络摄像头,主要用于检测室内外污染状况和监控个人健康状况等,目标为大众消费市场;另一类则为高清晰度高灵敏度的光学显微镜(包含相机),以探索成像极限为目标,通过其纳米级分辨率,实现更低的气体检测水平。植物的应激性为其传感提供了可能,其低成本、易得、零污染(乃至负污染)使其成为了很有潜力的传感器。本文搭建了基于影像技术和植物的气体传感平台,主要分为以下两部分:(1)开发了一种低成本的、基于普通网络摄像头和高灵敏图像处理算法的检测方法,用以在线追踪测量植物的生长速率。该方法的检测限约为0.84μm/min。使用这种简单、灵敏的方法,我们追踪了黄豆苗的生长情况,并研究了其生长速率对空气中二氧化碳浓度的响应。研究结果显示,黄豆苗生长速率随着二氧化碳浓度的增加而增加,但在800ppm附近达到峰值,之后随着二氧化碳浓度的增加而减慢。在一定的误差范围内,这一观察结果适用于不同生长期、不同湿度水平下的不同黄豆苗植株。植物生长速率对二氧化碳浓度的内在依赖性,意味着可能通过监测植物生长速率来监测室内空气中二氧化碳浓度。随着室内盆栽的快速普及,这种监测方法因其简单、可靠、低成本、无需特殊仪器、无污染,而具有相当的应用前景。另外,本文所研发的植物生长速率在线测量方法也可广泛用于植物学和农业科学的研究中。(2)开发了一种基于光学显微镜和高灵敏图像处理算法的检測方法,用以在线追踪测量植物气孔的宽度变化。使用此方法实时追踪了向日葵叶片气孔对0.15 ppm二氧化硫的响应过程。为了解决在观测过程中气孔图像逐渐模糊的问题以提升影像处理的分辨率,本文先后使用了以下两种方法:1.显微镜自聚焦功能;2.利用微动平台使样本在初始焦距附近一定范围内周期性z向振动,编程筛选每个周期内最清晰的图片以供图像处理。方案一操作简易,可解决系统掉焦问题,噪音从50-100nm降低至10nm,测试得到叶片气孔对二氧化硫的响应时间约为9.5分钟,所得气孔宽度变化值约为实际值的1.5倍。方案二在保证秒级响应的基础上可以同时解决系统掉焦与检测过程中气孔z方向形态改变这两个问题,但是在实际操作过程中,其滑移更为严重,所得气孔宽度变化约为实际值的3倍。通过以上实验我们初步搭建了基于高分辨影像技术和气孔开闭的二氧化硫传感平台,并初步验证了使用此平台能够在秒级时间分辨率上实时追踪到植物气孔对低浓度二氧化硫的响应过程。此外,我们比较了提升图像处理分辨率的两种方案。考虑到方案二能够更完全地解决图像变糊的问题,在下一步的工作中,我们将会优化方案二,以最终实现基于高分辨影像技术和气孔开闭的SO2传感。