微生物燃料电池(MFC)能够将污水、废水等中的化学能转化为电能,是一种新型绿色能源技术。因此微生物燃料电池的产电性能和效率是该技术的能否得以广泛应用的关键所在。然而,影响其产电性能的因素较多,如:电池结构、产电菌的种类、溶液中的PH值、温度等。但最重要的因素,主要是MFC中微生物的生长状况,因此,研究和探索MFC内部最佳的PH值、温度、阳极的材料等因素是一项重要工作,其目的是为了更好地保证MFC内部的微生物生长在最佳的环境。本文以MFC阳极生物膜为研究对象,利用高光谱成像技术,获取生物膜高光谱图像,通过光谱和图像两个方面来分析和监测MFC阳极生物膜的生长状况。本文的研究主要内容包括以下几点:(1)根据生物膜培养原理,设计并制作了生物膜反应器即微生物燃料电池,成功运行了微生物燃料电池,获取了在不同PH值、不同温度、相对适合的PH值和温度下MFC内阳极生物膜。(2)依据高光谱成像仪原理,搭建了基于高光谱成像系统的MFC内阳极生物膜高光谱图像获取和采集系统,获取了不同PH值、不同温度、以及在PH=5和温度为35℃下不同时间的生物膜的光谱图像。(3)分析了27种光谱图像的特征曲线与生物膜厚度之间的相关性。实验及分析结果表明:有5种光谱图像曲线特征与生物膜厚度具有很强的相关性。(4)依据实验及分析结果选取了5种光谱图像特征曲线,分别建立了单一特征的曲线拟合、BP神经网络、SVD的迭代,以及多特征融合的曲线拟合模型,并从模型的预测精度和运行时间两方面进行分析了每个估计模型的优劣。实现了对微生物燃料电池阳极表面生物膜厚度的估计。(5)利用主成分分析法,进行特征提取,得到特征图像;依据不同厚度的生物膜反射值的差异性,将反射值划分6个部分,每一部分用不同的RGB表示;进而得到了能反映局部生长状况的特征图像。(6)本文从生物膜的厚度和生物膜图像两方面,对阳极生物膜的生长状况进行了评价,分析得出了乳酸菌在PH=5和温度为35℃时,生物膜的生长情况较好;在PH=5和温度为35℃条件下,生物膜在84h之后几乎不在发生较大的变化。