几种水果组织光学参数的无损测量技术
摘要: 本文设计了激光散射图像系统，并采集了红富士苹果、水晶梨和信丰脐橙的激光高光谱图像。分析了红富士苹果、水晶梨和信丰脐橙的空间分辨漫反射率和距光源入射中心处半径之间的关联性，根据光漫射传输理论分析了水果组织的漫反射光分布规律，并应用非线性最小二乘拟合的方法得到这三种水果的光学参数(波长为632nm)。最后用此这些参数进行了蒙特卡罗模拟光子传输过程，并比较了蒙特卡罗方法模拟的结果和高光谱图像系统的试验测量的结果。结果表明，模拟结果与测量结果符合得较好，最大误差为0.32‰，高光谱图像系统可以准确地用于无损测量水果组织光学参数。
关键词: 水果组织; 无损测量; 激光散射图像; 光学特性参数; 蒙特卡罗模拟
中图分类号: TN247;Q63 文献标识码: A 文章编号: 1671 - 7775(2007)01 - 0008 – 04
光子在水果组织中的衰减主要由于光子的被吸收和被散射 ,而且光子在水果组织中的传播特性与水果品质是密切相关的。光在水果组织中由散射产生的空间分辨漫反射率和透射率都含有介质的光子参数信息，因此能确定水果组织的光学特性系数是实现水果无损检测的一个重要问题。测量生物组织的光学特性参数主要有三种方法：频域法、时域法和空间分辨法.其中空间分辨法是通过测定组织表面漫反射和透射来完成生物组织光学参数的无损测量，与前两种方法相比，成本低、时间短。因此通过测定水果组织表面的漫反射率和透射率来确定水果的光学参数也是其光学参数无损测量的有效方法。而测量组织的表面漫反射率和透射率主要有光纤扫描介质表面法、多光纤探头接触组织表面法等。但由于这些方法都会对组织产生压力而影响测量精度。而运用图像技术测量生物组织的表面漫反射率从而测定组织[1,2]光学参数是近年来的新技术 . [3]苏万钧等 对生物组织光学参数目前常用的一些测量方法进行了分析研究 ,着重研究了基于空间分辨技术、时间分辨技术和积分球技术的光学参数测量方法 ,并对这些方法的优缺点做了比较 ,对测量生物组织光学性质的单积分球系统和双积分球系
统进行分析 ,提出了一种应用比较法进行测量生物组织漫反射率和透射率的单积分球技术 ,并通过Kubelka2Munk模型获得了离体猪肌肉组织的光学[4]特性参数.张连顺等 通过测量生物组织的表面漫射光分布 ,利用漫射近似得到的解析表达式 ,反演其光学特性参数 ,实现了生物组织光学特性参数的无[5]损测量. Kienle等 应用空间分辨扩散反射研究了生物组织光学参数的测量技术.作者采用基于激光散射图像的 CCD测量装置研究水果组织在激光 (632 nm)照射下空间分辨的相对漫散射光分布 ,通过非线性偏最小二乘法拟合获取水果组织的光学吸收系数和散射系数.
测量水果组织表面的漫反射率和透射率主要有光纤扫描介质表面，多光纤探头接触组织表面法等。前者测量较困难，后者测量简单，但对组织会产生压力而影响测量精度。运用CCD视频照相测量生物组织的光学参数是近年来的新技术[26]。本章采用二维CCD测量装置研究水果组织在连续光(632nm)照射下空间分辨的相对漫反射率，从而通过非线性最小二乘法拟合获取光学参数。
1 测量方法和材料
1. 1 试验材料
分别购买具有同一等级、无缺陷及内在品质基本一致的苹果、梨和脐橙三种水果各 30个 ,先用水洗净再用干布擦干放在恒温 21 ℃的环境中.
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