[实用新型]一种基于连续波的双层瓜果组织光学特性无损检测装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种生物组织光学特性无损检测装置，尤其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。

背景技术

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。这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(μ_a)、约化散射系数(μ_s’)。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。辐射传输理论(Radiation Transfer Theory)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(Diffusion Approximation)作为辐射传输理论的简化，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。

公开号为CN101581666A的发明介绍了一种基于连续波的皮肤光学特性参数测试仪，该发明所用探头将光源光线与多根探测光纤紧密排列并安装在基体上，以提高测量的空间分辨率(亚毫米量级)。该方法单次只能检测一个波长下的光学特性参数，而且不能用于双层生物组织的光学特性参数检测。公开号为CN103940776A的发明公开了一种基于积分球方法的农产品光学特性检测装置。该发明通过控制系统控制光源切换装置在多个光源之间自由切换，通过积分球与光谱仪采集农产品组织的光谱数据，从而计算出光学特性。该方法较为传统，单次只能测得单波长下的光学特性参数，同样不能用于双层生物组织的光学特性参数检测。公开号为CN102058393A的发明提供了一种基于光谱测量的皮肤光学特性参数测量方法和系统，该方法通过实验数据和蒙特卡洛模拟相结合的方法进行数据分析进而拟合出皮肤的光学特性参数。公开号为CN101313847A提供了一种对人体皮肤病变组织进行无损光学参数成像的装置与方法。该发明用线阵CCD探测斜入射光源的漫反射光，用蒙特卡洛统计方法逆向求解皮肤组织表面的吸收系数和约化散射系数。以上两个发明都基于蒙特卡洛方法，计算算法繁琐，计算时间较长，无法进行实时处理。同样，上述两个发明只适用于单层组织光学特性检测。

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Kienle A,等.Noninvasive determination of the optical properties of two-layered turbid media.Applied optics,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Cen H,等.Quantification of the optical properties of two-layer turbid materials using a hyperspectral imaging-based spatially-resolved technique.Applied optics,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，误差高达23％。

实用新型内容