[發明專利]一種無損檢測農產品光學特性參數的方法與裝置

有效

• 申請號: 201710166526.0
• 申請日: 2017-03-20
• 公開（公告）號: CN106950196B
• 公開（公告）日: 2019-06-14
• 發明（設計）人: 饒秀勤;何學明;傅霞萍;李庭葦
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G01N21/47
• 分類號: G01N21/47;G01B11/25;G01B11/06
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 林超

本發明公開了一種無損檢測農產品光學特性參數的方法與裝置。通過空間頻域成像獲得被測樣品的光學特性參數信息初始值，通過相位測量輪廓術獲得被測樣品的表面高度信息，利用標準反射板的表面高度信息對被測樣品的光學特性參數信息初始值進行修正，獲得被測樣品修正后的光學特性參數，利用半球形固體仿體替換被測樣品重復上述步驟處理并計算獲得光學特性參數擬合系數，計算得到被測樣品農產品的最終光學特性參數值；裝置包括投影儀、中性密度片、兩塊偏振片、電動平移臺、濾光片和CCD相機等構成的投影部分、成像部分以及樣品臺部分。本發明能夠實現農產品光學特性參數的無損檢測，具有成像范圍大，精度較高，成本低，操作簡單的優點。

技術領域

本發明涉及一種無損檢測農產品光學特性參數的方法與裝置，尤其是涉及了一種通過結合使用空間頻域成像技術與相位測量輪廓術的無損檢測農產品光學特性參數的方法與裝置。

背景技術

食品工業必須在加工操作過程中實現食品的快速、無損地檢測，以確保食品質量安全。近紅外光譜技術(NIRS)由于其高精度與高效率，正在迅速成為首選的農產品常規分析方法。但其作為一種經驗方法，NIRS不需要對光譜數據與化學官能團之間的物理關系進行全面地了解；相反地，NIRS是基于光譜和參考數據之間的數學關系來實現農產品中一些重要的化學成分(如：SSC、酸度、水分等)的檢測。

光在在混濁介質(如農產品)中光傳播或衰減是一個復雜的過程，主要以吸收和散射兩種形式存在，分別可以用吸收系數(μ_a)和約化散射系數(μ’_s)來表征。在可見光近紅外范圍內的吸收系數與一些重要的化學質量屬性，如可溶性固形物(SSC)，水分含量等相關，而散射與水果組織物理性質，如硬度等有相關。然而，傳統的近紅外光譜技術難以將吸收特性與散射特性分離檢測，從而限制了NIRS檢測硬度等與物理結構相關的參數的能力。

近年來，用于分離吸收與散射的技術及其在農業領域的應用研究引起了廣泛關注。空間分辨光譜(SRS)和時間分辨光譜(TRS)作為新興的方法，結合多種傳統的可見/近紅外光譜測量法通過光傳播模型來實現吸收信息與散射信息的分離。SRS是通過獲得在距離光源不同距離的探測點的漫反射光譜，使用相應的漫射模型來擬合出吸收系數與約化散射系數，TRS是通過脈沖激光照射測量光子的飛行時間，使用相應的漫射模型來擬合出吸收系數與約化散射系數。SRS根據其所使用的儀器不同，又可以分為基于陣列光纖探頭的SRS，基于單色成像的SRS，基于高光譜的空間分辨成像(HISR)與空間頻域成像(SFDI)。SFDI，作為一種無接觸的光學成像技術，使用空間調制的照明光源照射，在空間頻率域內研究樣本的光學特性。由于照射光經過調制，所以可以通過改變調制光的空間頻率來獲得不同深度的樣本的成分和結構信息。然而，由于大部分農產品的表面是非平面的，所以其外形輪廓會對SFDI檢測結果有較大影響。

發明內容

為了解決背景技術中存在的問題，本發明的目的在于提供一種無損檢測農產品光學特性參數的方法與裝置，能夠同時實現農產品光學特性參數與表面高度的檢測，通過獲得的高度信息對光學特性參數信息進行修正，從而獲得修正后的光學特性參數信息，從而實現農產品光學特性參數的無損檢測并提高檢測精度，也對提高非平面農產品光學特性無損檢測的精度有重大意義。

本發明的技術方案如下：

一、一種無損檢測農產品光學特性參數的方法：

1)通過空間頻域成像獲得被測樣品的光學特性參數信息初始值，被測樣品為非平板農產品；光學特性參數信息初始值包括吸收系數與約化散射系數。

2)通過相位測量輪廓術獲得被測樣品的表面高度信息；

3)利用被測樣品的表面高度信息對被測樣品的光學特性參數信息初始值進行修正，獲得被測樣品修正后的光學特性參數；