一种基于连续波的双层瓜果组织光学特性无损检测装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术涉及一种基于连续波的双层瓜果组织光学特性无损检测装置。目的是提供的装置可以非侵入的方式实时、无损的获取瓜果果皮与果肉的吸收系数μa和约化散射系数μs’。技术方案是：一种基于连续波的双层瓜果组织光学特性无损检测装置，包括高光谱成像系统、光源系统及样本输送装置；其中，高光谱成像系统包括依次连接的CCD相机、成像光谱仪及镜头，镜头竖直朝下布置；光源系统包括两个光源，分别与两个光源耦合的垂直入射光纤、倾斜入射光纤及光纤固定支架，垂直入射光纤、倾斜入射光纤分别通过固定螺母垂直固定在光纤固定支架上，且垂直入射光纤位于倾斜入射光纤的前侧，光纤固定支架沿样本运动方向布置，并与镜头的轴线呈一定夹角。

【技术实现步骤摘要】

本技术设及一种生物组织光学特性无损检测装置，尤其设及一种基于连续波 的双层瓜果组织光学特性无损检测装置。
技术介绍
光谱分析技术，尤其是可见与近红外波段，在农产品品质分析领域的应用已经十 分广泛，目前主要应用于农产品品质检测，例如瓜果类的糖度、硬度及病变等。但常规光谱 分析技术获得的光谱为光与生物组织相互作用后的所有光信号，无法将吸收特性与散射特 性进行分离，且不具有指纹图谱的特性，在后期分析时只能通过化学计量学与统计学方法 分析建模，有人称此过程为"暗箱"。在光源设计及布置时，也只能通过经验与后期建模效果 来进行对比，过程繁琐且可靠性差。该主要是由于缺乏对光在生物组织中传播的理解及生 物组织光学特性的相关知识。生物组织光学特性在医学领域的研究已经相当深入，通过光 学特性进行疾病诊断已经成为医疗诊断的重要方法之一。但对于农产品光学特性的研究却 鲜有报道。因此，对农产品光学特性的检测，尤其是针对双层组织结构的瓜果类光学特性的 检测，就显得尤为重要。 光与生物组织的相互作用主要包括吸收与散射，与之相对应的光学特性参数分别 为吸收系数（y。)、约化散射系数（y/ )。对于农产品诸如瓜果类，光与生物组织的相互 作用主要表现出弱吸收、强散射的特性。福射传输理论（RadiationTransferTheory)能 够较为准确的描述光在生物组织中的传播，但该模型较为复杂，变量较多，不适用于实际应 用。扩散近似理论值ifTusionApproximation)作为福射传输理论的简化，已被证明并广 泛应用于生物组织内光传输的描述。基于扩散近似理论的光学特性检测方法主要有时域方 法、频域方法、空间分辨方法和积分球方法等。其中基于连续波的空间分辨方法能够实现宽 波段检测，较适合于农产品光学特性检测。 对于瓜果类农产品，大多属于双层结构组织（果皮、果肉），且果皮和果肉的光学 特性通常存在较大差异。因此有必要对双层结构组织分别测出其光学特性参数。Kienle 等（参见KienleA,等.Noninvasivedeterminationoftheopticalpropertiesof two-layered1:urbidmedia.Appliedoptics,1998,37(4):779_791.)基于扩散近似理 论推导出了用于双层生物组织光学特性参数检测的理论模型，可用于双层生物组织光 学特性参数的反演计算。Cen等（参见CenH,等.Quantificationoftheoptical propertiesoftwo-layerturbidmaterialsusingahyperspectralimaging-based spatially-resolvedtechnique.Appliedoptics, 2009, 48 (29): 5612-5623.)对上述模型 进行了验证及应用，结果表明，在已知第一层光学特性参数及厚度的情况下，反演计算得到 的第二层光学特性参数精度较高，而对双层光学特性参数进行同时反演计算时，精度较差， 误差局达23%。
技术实现思路
本技术所要解决的技术问题是克服上述
技术介绍
的不足，提供一种基于连续 波的双层瓜果组织光学特性无损检测装置，本技术综合了高光谱成像技术、空间分辨 漫反射技术、倾斜反射技术的bliquereflectrometry)及有限元分析方法，可W非侵入的 方式实时、无损的获取瓜果果皮与果肉的吸收系数y。和约化散射系数y/。 本技术采用了W下技术方案：[000引一种基于连续波的双层瓜果组织光学特性无损检测装置，其特征在于：包括高光 谱成像系统、光源系统及样本输送装置；其中，高光谱成像系统包括依次连接的CCD相机、 成像光谱仪及镜头，镜头竖直朝下布置；光源系统包括两个光源，分别与两个光源禪合的垂 直入射光纤、倾斜入射光纤及光纤固定支架，垂直入射光纤、倾斜入射光纤分别通过固定螺 母垂直固定在光纤固定支架上，且垂直入射光纤位于倾斜入射光纤的前侧，光纤固定支架 沿样本运动方向布置，并与镜头的轴线呈一定夹角。 所述样本输送装置包括电机、联轴器、线性滑轨和托盘；电机通过联轴器与线性滑 轨的转轴连接，托盘固定在线性滑轨的滑块上。 所述倾斜入射光纤的固定螺母中，其中一个固定螺母将倾斜入射光纤的下端固 定在光纤固定支架上，另一个螺母安装在光纤固定支架的弧形槽内并固定着倾斜入射光 纤的中部，螺母可在弧形槽内滑动从而调节倾斜入射光纤与水平面的夹角，该夹角范围为 15。-75。。 所述光纤固定支架与镜头的轴线的夹角为4~8°。 本技术的有益效果是；本技术提供了一种基于连续波的双层瓜果组织光 学特性无损检测装置，综合了高光谱成像技术、空间分辨漫反射技术、倾斜反射技术及有限 元分析方法，可W非侵入的方式实时、无损的获取瓜果果皮与果肉在宽波段（400-1100nm) 的吸收系数y。和约化散射系数y/。较已有方法具有检测精度高、覆盖波段宽、备样简单、 无损、操作简单的优势，且能够同时实现双层组织的光学特性检测。【附图说明】 图1是本技术的整体结构图。 图2a-l、2a-2是本技术的主视及侧视结构示意图。 图化是图2a-2中A部的放大示意图。 图3是本技术的检测流程图。 图4是本技术的反演算法流程图。[001引图中：1、CCD相机，2、成像光谱仪，3、镜头，4、一号光源，5、垂直入射光纤，6、二号 光源，7、倾斜入射光纤，8、光纤固定支架，9、固定螺母，10、样本，11、托盘，12、线性滑轨，13、 滑块，14、联轴器，15、电机，8-1、弧形槽，12-1、转轴。【具体实施方式】 W下结合说明书附图，对本技术作进一步说明，但本技术并不局限于W 下实施例。 本技术所述的基于连续波的双层瓜果组织光学特性无损检测方法，综合了高 光谱成像技术、空间分辨漫反射技术、倾斜反射技术及有限元分析方法。其中高光谱成像技 术通过线扫描采集样本的漫反射高光谱图像，该图像由二维数组组成，同时包含了光谱信 息和空间信息；空间分辨漫反射技术则用于通过漫反射光谱在不同位置的变化来反演计算 生物组织的光学特性参数；该方法所用光源包括垂直入射光源与倾斜入射光源两部分，其 中倾斜入射光源用于获取第一层组织的光学特性信息，而垂直入射光源则用于获取第一层 及第二层组织的光学特性信息；有限元方法与反演算法结合，组成反向有限元方法，通过反 演计算得出生物组织的光学特性参数。 如图3所示，所述方法包括下列操作步骤： (1)用计算机控制位移平台输送样本至光源正下方停止，开启倾斜入射光源，然后 高光谱成像系统通过沿样本运动方向的线扫描获取样本漫反射高光谱图像，此图像由二维 数组组成，包括空间信息和光谱信息。线扫描的位置通过镜头中屯、且沿样本运动方向。由 于倾斜入射光源朝镜头中屯、方向倾斜入射，所采集的图像只包含样本第一层的光学特性信 息；[002引 似提取步骤（1)中采集的漫反射高光谱图像得到不同波长对应的空间分辨漫反 射光谱，通过反向有限元方法反演计算得到第一层组织被扫描区域的平均吸收系数y和 约化散射系数Ud'; (3)保持样本位置不动，开启垂直入射光源，高光谱成像系统本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于连续波的双层瓜果组织光学特性无损检测装置，其特征在于：包括高光谱成像系统、光源系统及样本输送装置；其中，高光谱成像系统包括依次连接的CCD相机(1)、成像光谱仪(2)及镜头(3)，镜头竖直朝下布置；光源系统包括两个光源(4、6)，分别与两个光源耦合的垂直入射光纤(5)、倾斜入射光纤(7)及光纤固定支架(8)，垂直入射光纤、倾斜入射光纤分别通过固定螺母(9)垂直固定在光纤固定支架上，且垂直入射光纤位于倾斜入射光纤的前侧，光纤固定支架沿样本运动方向布置，并与镜头的轴线呈一定夹角。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：谢丽娟，王爱臣，王陈，应义斌，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：新型
国别省市：浙江;33