空间频域成像技术与梨光学特性参数检测研究
发布时间：2023-04-29 03:39
无损检测技术对于保证食品与农产品的品质与安全有重要作用。其中可见-近红外光谱(Vis-NIRS)技术由于其快速、无损、技术相对成熟、穿透能力强可以获得内部品质信息等优点,得到了广泛使用。但传统Vis-NIRS技术的基础是基于朗伯比尔定律的化学计量学方法。由于大多数生物组织是高散射介质,且光在生物组织中的传播是一个非常复杂的过程,而朗伯比尔定律不能准确描述光在其中的传输规律。Vis-NIRS技术采集到的光谱一般为样本对光吸收与散射等综合作用后的信息,使用这样的光谱信息对相关品质指标进行预测,容易导致预测精度不够,模型鲁棒性差。因此对光在农产品组织传输机理以及农产品光学特性参数检测方法的研究具有重要意义:(1)对光传输机理的研究有助于理解传统Vis-NIRS法中存在问题及原因;(2)光传输机理的研究有助于农产品相关检测装置的开发有指导意义;(3)检测得到的光学特性参数可直接用于相关农产品品质指标的预测。目前关于农产品光学参数的检测方法主要有积分球法、空间分辨法(SR)与时间分辨法(TR),用于农产品光学特性参数的计算模型主要有逆向倍增(IAD)算法、漫射近似理论(DA)与蒙特卡洛(MC)仿...
【文章页数】：204 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
致谢
摘要
Abstract
相关符号及缩略词
第一章 绪论
1.1 引言
1.2 光学特性参数及其基本测量方法介绍
1.2.1 吸收系数
1.2.2 约化散射系数
1.2.3 其他光学参数
1.3 光传输模型介绍
1.3.1 辐射传输方程
1.3.2 漫射近似方程
1.3.3 蒙特卡洛仿真
1.3.4 倍增与逆向倍增算法
1.4 农产品光学特性参数间接测量法研究现状
1.4.1 基于IAD的积分球技术
1.4.2 空间分辨法、时间分辨法、频域法与空间频域法
1.4.2.1 空间分辨法
1.4.2.2 时间分辨法
1.4.2.3 空间频域法
1.5 本研究目的、内容与技术路线
1.5.1 研究目标
1.5.2 研究内容
1.5.3 技术路线图
1.6 本章小结
第二章 光学仿体制作及其光学特性参数参考值计算
2.1 引言
2.2 光学仿体的制作
2.2.1 液体仿体
2.2.2 固体仿体
2.2.2.1 薄平板型固体仿体
2.2.2.2 厚平板型固体仿体
2.2.2.3 半球型固体仿体
2.3 光学仿体光学特性参数参考值的计算与稳定性测试
2.3.1 吸收系数参考值
2.3.2 约化散射系数参考值
2.3.2.1 以Intralipid-20%为散射粒子
2.3.2.2 以TiO2为散射粒子
2.3.3 仿体稳定性测试
2.4 本章小结
第三章 积分球系统开发与梨的多指标预测
3.1 引言
3.2 材料与方法
3.2.1 积分球系统
3.2.2 光谱测量步骤
3.2.3 系统精度验证
3.2.4 梨样本准备与实验过程
3.2.5 梨多指标预测数据分析
3.3 结果与讨论
3.3.1 系统精度验证
3.3.2 梨货架期与光学特性参数之间的关系
3.3.3 梨SSC与硬度预测结果
3.4 本章小结
第四章 光学特性参数提高模型预测效果研究
4.1 引言
4.2 吸收与约化散射光谱改善模型预测效果的研究
4.2.1 系统校准
4.2.2 样本配置
4.2.3 理化指标预测
4.3 结果与讨论
4.3.1 积分球系统校准与精度验证
4.3.2 理化指标预测结果
4.4 本章小结
第五章 空间频域成像系统开发与梨损伤检测初步研究
5.1 引言
5.2 材料与方法
5.2.1 空间频域成像系统(SFDI-V0)
s'> 5.2.2 空间频域下漫射近似方程与时域幅值解调法计算μa、μ's
5.2.3 相机标定与系统线性度验证
5.2.3.1 相机标定
5.2.3.2 线性度校正
5.2.4 系统初步校准与精度验证
5.2.5 实验材料准备
5.2.6 梨不同损伤程度判别
5.3 结果与讨论
5.3.1 相机标定与系统线性度校正结果
5.3.1.1 相机标定结果
5.3.1.2 线性度校正结果
5.3.2 系统校准后精度验证结果
5.3.3 梨损伤判别结果
5.4 本章小结
第六章 基于MC仿真数据的LSSVR结合GA算法光传输模型研究
6.1 引言
6.2 材料与方法
6.2.1 空间频域下的MC仿真
6.2.2 频率优化
6.2.3 前向问题:LSSVR用于建立前向模型
6.2.4 逆向问题
6.3 结果与讨论
6.3.1 空间频率的优选
6.3.2 前向验证
6.3.3 逆向验证
6.3.4 损伤梨光学特性参数计算结果
6.4 本章小结
第七章 LSSVR结合单拍解调算法实现梨光学特性参数快速计算
7.1 引言
7.2 材料与方法
7.2.1 改进的空间频域成像系统与软件
7.2.2 单拍法解调漫反射率及其验证
7.2.3 基于MC仿真的LSSVR与ANN模型
7.2.4 梨样本准备与理化实验
7.3 结果与讨论
7.3.1 单拍法计算Rd结果验证与单拍照射图案优选
7.3.2 ANN与LSSVR模型预测效果验证与比较
7.3.3 梨损伤后不同时间间隔光学特性参数
7.3.4 梨质地指标与SSC预测效果
7.4 本章小结
第八章 相位测量轮廓术结合空间频域成像技术实现梨光学特性参数无损检测
8.1 引言
8.2 表面轮廓对光学特性参数计算结果的影响初步研究
8.2.1 SFDI与PMP结合同时获得光学特性参数与表面轮廓信息
8.2.2 表面轮廓对光学特性参数的影响探索研究
8.3 基于MC仿真与系统校正结果的空间频域漫反射率修正方法
8.3.1 球形样本MC仿真
8.3.2 表面轮廓对Rd修正公式的确定与验证
8.3.3 半球型仿体光学特性参数检测结果
8.3.4 梨光学特性参数检测结果
8.4 本章小结
第九章 结论与展望
9.1 全文总结
9.2 本研究创新点
9.3 研究局限与今后研究展望
参考文献
攻读博士期间的主要科研成果
本文编号：3805091
【文章页数】：204 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
致谢
摘要
Abstract
相关符号及缩略词
第一章 绪论
1.1 引言
1.2 光学特性参数及其基本测量方法介绍
1.2.1 吸收系数
1.2.2 约化散射系数
1.2.3 其他光学参数
1.3 光传输模型介绍
1.3.1 辐射传输方程
1.3.2 漫射近似方程
1.3.3 蒙特卡洛仿真
1.3.4 倍增与逆向倍增算法
1.4 农产品光学特性参数间接测量法研究现状
1.4.1 基于IAD的积分球技术
1.4.2 空间分辨法、时间分辨法、频域法与空间频域法
1.4.2.1 空间分辨法
1.4.2.2 时间分辨法
1.4.2.3 空间频域法
1.5 本研究目的、内容与技术路线
1.5.1 研究目标
1.5.2 研究内容
1.5.3 技术路线图
1.6 本章小结
第二章 光学仿体制作及其光学特性参数参考值计算
2.1 引言
2.2 光学仿体的制作
2.2.1 液体仿体
2.2.2 固体仿体
2.2.2.1 薄平板型固体仿体
2.2.2.2 厚平板型固体仿体
2.2.2.3 半球型固体仿体
2.3 光学仿体光学特性参数参考值的计算与稳定性测试
2.3.1 吸收系数参考值
2.3.2 约化散射系数参考值
2.3.2.1 以Intralipid-20%为散射粒子
2.3.2.2 以TiO2为散射粒子
2.3.3 仿体稳定性测试
2.4 本章小结
第三章 积分球系统开发与梨的多指标预测
3.1 引言
3.2 材料与方法
3.2.1 积分球系统
3.2.2 光谱测量步骤
3.2.3 系统精度验证
3.2.4 梨样本准备与实验过程
3.2.5 梨多指标预测数据分析
3.3 结果与讨论
3.3.1 系统精度验证
3.3.2 梨货架期与光学特性参数之间的关系
3.3.3 梨SSC与硬度预测结果
3.4 本章小结
第四章 光学特性参数提高模型预测效果研究
4.1 引言
4.2 吸收与约化散射光谱改善模型预测效果的研究
4.2.1 系统校准
4.2.2 样本配置
4.2.3 理化指标预测
4.3 结果与讨论
4.3.1 积分球系统校准与精度验证
4.3.2 理化指标预测结果
4.4 本章小结
第五章 空间频域成像系统开发与梨损伤检测初步研究
5.1 引言
5.2 材料与方法
5.2.1 空间频域成像系统(SFDI-V0)
s'> 5.2.2 空间频域下漫射近似方程与时域幅值解调法计算μa、μ's
5.2.3.1 相机标定
5.2.3.2 线性度校正
5.2.4 系统初步校准与精度验证
5.2.5 实验材料准备
5.2.6 梨不同损伤程度判别
5.3 结果与讨论
5.3.1 相机标定与系统线性度校正结果
5.3.1.1 相机标定结果
5.3.1.2 线性度校正结果
5.3.2 系统校准后精度验证结果
5.3.3 梨损伤判别结果
5.4 本章小结
第六章 基于MC仿真数据的LSSVR结合GA算法光传输模型研究
6.1 引言
6.2 材料与方法
6.2.1 空间频域下的MC仿真
6.2.2 频率优化
6.2.3 前向问题:LSSVR用于建立前向模型
6.2.4 逆向问题
6.3 结果与讨论
6.3.1 空间频率的优选
6.3.2 前向验证
6.3.3 逆向验证
6.3.4 损伤梨光学特性参数计算结果
6.4 本章小结
第七章 LSSVR结合单拍解调算法实现梨光学特性参数快速计算
7.1 引言
7.2 材料与方法
7.2.1 改进的空间频域成像系统与软件
7.2.2 单拍法解调漫反射率及其验证
7.2.3 基于MC仿真的LSSVR与ANN模型
7.2.4 梨样本准备与理化实验
7.3 结果与讨论
7.3.1 单拍法计算Rd结果验证与单拍照射图案优选
7.3.2 ANN与LSSVR模型预测效果验证与比较
7.3.3 梨损伤后不同时间间隔光学特性参数
7.3.4 梨质地指标与SSC预测效果
7.4 本章小结
第八章 相位测量轮廓术结合空间频域成像技术实现梨光学特性参数无损检测
8.1 引言
8.2 表面轮廓对光学特性参数计算结果的影响初步研究
8.2.1 SFDI与PMP结合同时获得光学特性参数与表面轮廓信息
8.2.2 表面轮廓对光学特性参数的影响探索研究
8.3 基于MC仿真与系统校正结果的空间频域漫反射率修正方法
8.3.1 球形样本MC仿真
8.3.2 表面轮廓对Rd修正公式的确定与验证
8.3.3 半球型仿体光学特性参数检测结果
8.3.4 梨光学特性参数检测结果
8.4 本章小结
第九章 结论与展望
9.1 全文总结
9.2 本研究创新点
9.3 研究局限与今后研究展望
参考文献
攻读博士期间的主要科研成果
本文编号：3805091
本文链接：https://www.wllwen.com/projectlw/qgylw/3805091.html
