[发明专利]一种水果果肉组织光学特性参数的重构方法

说明书

技术领域

本发明属于光学特性参数测量领域，尤其涉及一种水果果肉组织光学特性参数的重构方法。

背景技术

近年来，水果的组织光学参数已经被广泛应用于水果内在品质的多种特征、参数的快速、无损检测。比较典型的应用有预测水果的糖度，水果的果肉的硬度，水果的货架期等，应用的水果对象的种类也逐步被推广。

在水果果肉组织光学传输特性测量中组织光学特性参数主要是吸收系数和约化散射系数。吸收系数可以定量分析相果肉中化学或者组成物质的含量，约化散射系数可以提供果肉细胞的微观结构信息。用于检测光学传输特性的技术可以分为时间分辨、频域分辨和稳态连续光三种技术。然而，时间分辨和频率分辨光测量方法需要大量的昂贵设备，无法在水果果肉这种廉价对象中推广。最近，使用稳态连续光空间漫反射光谱测试组织样本光学特性的方法，被认为是一个较为简便的选择方案。

常规的连续波空间漫反射测量使用的是高光谱技术，用CCD相机及镜头测定水果果肉检测面上空间分辨漫反射情况，测量装置的缺点是设备体积大，而且标定过程过于复杂，也不能作为快速检测方法。光纤探头稳态连续空间漫反射光方法结合了光纤检测的无损，快速，便携和低成本的优点，值得在水果果肉组织检测中进一步探究推广，并需进一步提出组织光学特性参数的重构方法。麦克斯韦方程组，辐射传输方程，无法使用光纤采集的光谱信息求解。而漫射近似求解，由于缺乏有效的拟合标定，也难于展开大规模应用。另一种常见的方法就是开着大规模的随机仿真，较为典型的是MonteCarlo模拟数值方法(MC)。在搜索组织光学特性参数的过程中，每次搜索，都进行一次随机仿真，将耗费大量的时间，按照目前普通微型计算机的运算水平，大概需要数个小时，严重制约检测效率。如果事先建立查找表、则需要花费大量的时间和光子来保证模拟精度，基于MC的查表法虽然可节省计算时间，在模拟过程中，随机噪声将干扰光的传播性质。然而，集成探头的漫反射光对一次或几次MC模拟中的的随机噪声特别敏感，降低的光学传输性能预测方法的稳定性。综上所述，对于集成光纤探头中的漫反射光谱推算水果果肉的组织光学特性参数，上述方法都不能完成快速组织光学特性参数重构。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种水果果肉组织光学特性参数的重构方法，以解决现有技术不能快速完成组织光学特性参数重构的问题。

本发明实施例是这样实现的，一种水果果肉组织光学特性参数的重构方法，所述方法包括：

通过光纤探头获取水果果肉组织的光谱，将所述光谱描述为一个二维数字矩阵，并获取所述光纤探头中接收光纤与发射光纤之间的距离；

根据所述距离通过蒙特卡罗随机仿真，绘制约化散射系数与空间漫反射率的理论关系曲线，确定所述光纤探头的理论最大空间漫反射率，并获取所述理论最大空间漫反射率对应的理论约化散射系数；

配置多个约化散射系数在所述理论约化散射系数预设区间内的聚苯乙烯微球溶液；

将所述聚苯乙烯微球溶液的光谱描述为一个三维数字矩阵；

从所述三维矩阵中提取每条接收光纤每个波长的聚苯乙烯微球溶液的约化散射系数与空间漫反射率数据，通过样条曲线法拟合关系曲线，从所述拟合曲线中，获取所述光纤探头中接收光纤的实际最大空间漫反射率和所述实际最大空间漫反射率对应的实际约化散射系数；

根据所述理论最大空间漫反射率和实际最大空间漫反射率，确定空间漫反射率的标定系数，根据所述理论最大约化散射系数和实际最大约化散射系数，确定约化散射系数的标定系数，根据所述标定系数对所述二维数字矩阵中的每个元素进行标定，获取标定后的二维数字矩阵；

在所述标定后的二维数字矩阵中，根据不同的波长，提取所述标定后的接收光纤采集的水果果肉的空间漫反射率数据和约化散射系数的标定系数，并通过漫射近似方程及最小二乘优化方法搜索水果果肉组织在不同波长下的初定约化散射系数和初定吸收系数；

使用经验公式描述波长和约化散射系数的关系，并使用参数拟合方法拟合所述初定约化散射系数和波长的关系曲线，并以波长为输入变量，获取水果果肉组织在不同波长下的约化散射系数重构值；

在所述标定后的二维数字矩阵中，根据不同的波长，提取所述标定后的组织空间漫反射率和所述约化散射系数重构值，使用漫射近似方程和最小乘优化方法，获得水果果肉组织在不同波长下的吸收系数重构值。