【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于光学检测领域，具体涉及一种空间频域成像中水果表面漫反射率的交直流分量互校正方法。
技术介绍
1、在过去的多年中，光学成像在生物医学等领域发挥着举足轻重的作用。由于其非接触性、穿透性、多样性等特点，出现像光声成像(pa)、核磁共振成像(mri)、漫反射光谱成像(dosi)等方案，使得人们能够更快的、更准确的探测潜在的病变，从而更及时的得到合适的治疗，但是每个方法都有其局限性，比如dosi分辨率往往仅有厘米级别而且一个20×20pixel的成像时间往往来到10～20分钟。近些年，随着成像效果要求的不断提升，利用空间频域成像技术采集样本光学特性的方法被广泛的认为是未来的研究方向之一，因为其可以提供一种宽场的、非接触性的并且可以对深度信息进行测量，过程主要包括：正弦光结构照明、图像采集、计算解调得到漫反射值(rd)、通过rd值反演得到样本的光学特性(吸收系数μa和约化散射系数μ′s)。传统的三相位空间频域解调法无论是在原理上还是应用上都得到了验证，其具有很高的测量精度。但是在实际应用中大多数的检测过程需要实时性，这就对空间频域成像的速度提出了要求，实时化检测的研究也被推到首要地位。
2、单拍式成像法(single snapshot imaging)是一种利用结构光照明，分离单幅图像的直流(dc)、交流(ac)分量进行分析，进而解调得到材料光学特性的方法。相较于传统空间频域成像(sfdi)中常用的三相位解调法，图像的采集数量从几张减少到只需要一张，这就意味着图像的采集时间成倍数的减少，而且极大的缩减了运算的数据量
3、无论是传统三相位解调法还是单相位解调法，在平坦样本的检测中效果都较为优秀，但是二者都会极大的受到样本表面形貌的影响，在球形水果例如苹果的检测中，由于苹果表面的切面与水平面的夹角随着离中心点越远而逐渐变大，导致采集到的苹果图像的边缘强度迅速衰减，这对苹果光学特性的计算影响非常显著。
4、因此为了校正由于苹果高度和角度变化导致的误差，研究人员们提出了几种轮廓校正的方法。2021年，he等人利用pmp和monte carlo(mc)模拟确定了rd的校正公式，并将其应用于梨擦伤的检测，在0.0020-2.4627cm径向距离范围内，校正后的rd值与实际值之间的决定系数r2为0.969。最近，yu等人(2023)采用了类似的方法，利用修正朗伯体校正(modified lambertian correction,mlc)对“金冠”和“红富士”苹果、柠檬和橙子等四种球形水果进行了校正。然而，为了获得对样品表面变化的更高灵敏度，pmp通常需要垂直于sfdi条纹方向的额外投影，这大大增加了计算的复杂性，并产生额外的人力和时间成本。此外，pmp通常只适用于小规模的校正。大多数sfdi技术主要集中在交流调幅(mac)的测量上，而忽视了直流调幅(mdc)测量的研究。2021年，dan等人提出了一种利用minnaert’scorrection计算轮廓信息的方法，对投影强度进行校正，从而获得真实的rd。然而，这种方法对于高度差异较大的样本会造成更大的失真。
5、上述方法都是基于物理三维模型修正和pmp测量修正。但是目前的方法通常需要对高度、角度分别进行校正，并且大多数需要补充实验、耗时较长以及需要人为的标定，这就意味着需要大量的时间、人力成本。目前sfdi被广泛的应用于医学领域，且多为表面角度变化不大的样本，与水果检测相关的校正比较少见。但是水果的表面角度以及高度变化会极大的影响光学特性的测量结果，因此一项能够快速实时校正水果表面漫反射值的方案十分重要。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于解决利用空间频域成像技术测量水果瘀伤过程中由于样本表面高度变化以及剧烈的角度变化引起的解调漫反射率的失真，从而导致光学特性出错的问题，以及为样本进行角度和高度校正时存在需要补充实验、需要分别校正的问题，提供了一种空间频域成像中水果表面漫反射率的交直流分量互校正方法，无需额外实验步骤，对高度与角度同时的实时校正，从而获得球型水果更为准确的漫反射值，并结合查表法获得样本光学特性实现瘀伤部分的自动识别。
2、本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种空间频域成像中水果表面漫反射率的交直流分量互校正方法，其特征在于：包括以下步骤，
3、步骤1、上位机生成5张图片，包括一张全黑图片，一张全白图片，以及选定空间频率fx下的三张初相位α不同的条纹图，其中上位机控制投影仪向水果投影条纹图；
4、步骤2、ccd相机同步采集水果在条纹图案照明模式下的反射光强分布，并保存图像数据；
5、步骤3、将上述全黑图片和全白图片在标准漫反射板上投影，并由ccd相机采集标准漫反射板上的参考光场光照强度的分布idark和iwhite，以此对采集到的条纹图进行黑白板校正，黑白板校正通过式一实现：
6、
7、其中，icorrected为校正后的图像强度分布，iuncorrected为校正前的图像强度分布，idark为暗场图像强度分布，iwhite为参比白板的图像强度；
8、步骤4、利用黑白板校正后的光强分布数据，进行三相位解调来获得交流以及直流分量的反射光子密度的振幅包络mac(x,f)和mdc(x,f)，三相位解调公式通过下面式二和式三实现：
9、
10、
11、其中，i1(x,f)、i2(x,f)和i3(x,f)分别为选定空间频率照明模式下经过黑白板校正后初相位下的相对图像强度分布；idark(x,f)为系统的暗噪声，经过步骤3校正优化，系统的暗噪声视为0；
12、步骤5、直流分量和交流分量的真实漫反射率通过对比标准白板获取，均通过式四实现：
13、
14、其中r(x,f)为图像的漫反射率，m(x,f)为反射光子密度的振幅包络，mref(x,f)为标准白板的反射光子密度的振幅包络，rref(x,f)为标准白板的漫反射率；
15、步骤6、利用直流分量校正交流分量漫反射率的校正公式如下式十一，直流分量的校正后计算公式如式十二：
16、
17、
18、其中，rd_ac为校正前样本的交流漫反射率，r′d_ac为校正后样本的交流漫反射率，rd_dc为本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种空间频域成像中水果表面漫反射率的交直流分量互校正方法，其特征在于：包括以下步骤，
2.根据权利要求1所述的空间频域成像中水果表面漫反射率的交直流分量互校正方法，其特征在于：步骤1中，fx＝0.20mm-1。
3.根据权利要求1所述的空间频域成像中水果表面漫反射率的交直流分量互校正方法，其特征在于：步骤6中：将式二和式三中的MAC(x,f)和MDC(x,f)分别带入到式四的M(x,f)中可以分别获得交流分量漫反射率Rd_Ac(x,f)和直流分量漫反射率Rd_DC(x,f)，由于标准白板的漫反射率Rref(x,f)为定值，可以依此建立等式关系，整理后可以得到式五：
4.一种空间频域成像中水果表面漫反射率的交直流分量互校正方法，其特征在于：包括以下步骤，
5.根据权利要求4所述的空间频域成像中水果表面漫反射率的交直流分量互校正方法，其特征在于：步骤1中，fx＝0.20mm-1。
【技术特征摘要】
1.一种空间频域成像中水果表面漫反射率的交直流分量互校正方法，其特征在于：包括以下步骤，
2.根据权利要求1所述的空间频域成像中水果表面漫反射率的交直流分量互校正方法，其特征在于：步骤1中，fx＝0.20mm-1。
3.根据权利要求1所述的空间频域成像中水果表面漫反射率的交直流分量互校正方法，其特征在于：步骤6中：将式二和式三中的mac(x,f)和mdc(x,f)分别带入到式四的m(x,f)中...
【专利技术属性】
技术研发人员：胡栋，贾天泽，俞盛旗，郭天昊，孙志忠，
申请(专利权)人：浙江农林大学，
类型：发明
国别省市：
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