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采用稳态成像装置评估非球形苹果样品的内部光学特性

DOI：10.1016/j.compag.2018.12.049 期刊：Computers and Electronics in Agriculture 出版年份：2019 更新时间：2025-09-24 02:27:22
摘要： 本文旨在获取具有复杂形状的整颗苹果的吸收系数（μa）和约化散射系数（μ's）。通过数值模拟和633纳米波长的实验测量，研究了局部边界曲率对所提取光学特性的影响。首先采用蒙特卡罗方法对覆盖80微米薄皮层的类球体苹果模型进行模拟，分析光子密度、漫反射图像及光学特性随光源位置变化的情况。其次，从207颗"皇家嘎拉"苹果获取空间分辨背向散射图像，利用反演算法将散射剖面与扩散理论模型拟合（拟合范围2.8-10毫米），从而提取μa和μ's值。结果验证了理论预测：测量这类苹果时吸收系数μa可能被高估，而约化散射系数μ's变化缓慢。最终对200颗苹果的实验表明，μ's与果实硬度呈负相关（相关系数r=0.63）。该空间分辨技术为水果光学特性测量提供了有效手段，亦可用于评估苹果硬度。
作者： Mohamed Lamine Askoura，Fabrice Vaudelle，Jean-Pierre L'Huillier
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研究概述 实验方案 设备清单

研究目的

为了获取形状复杂的全苹果的吸收系数和约化散射系数，研究局部边界曲率对这些光学特性的影响，并建立光学特性与苹果硬度之间的关系。

研究成果

该研究证实，边界曲率会影响光学特性的反演：高曲率区域的吸收系数会被高估，而约化散射系数的影响较小。约化散射系数与苹果硬度呈负相关，表明空间分辨成像技术在无损品质评估方面具有潜力。未来工作可考虑采用多波长测量以提高相关性。

研究不足

该方法因采用半无限扩散模型而对传感边界的平整度敏感，局部曲率可能导致吸光系数的高估。该技术可能受皮肤厚度和色素斑的影响，需优化传感范围以平衡信噪比与曲率效应。

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