光的吸收和散射是光與生物組織相互作用過程中的兩個基本現(xiàn)象,通常用吸收系數(shù)μa和約化散射系數(shù)μs’來表征。由于吸收系數(shù)和約化散射系數(shù)分別與生物組織的化學成分和物理性質(zhì)相關(guān),近年來組織光學特性測量受到越來越多的關(guān)注。組織光學特性測量有助于理解光在組織中的傳輸情況,解釋光學測量數(shù)據(jù),優(yōu)化光學實驗裝置,從而提高農(nóng)產(chǎn)品與食品質(zhì)量及安全的無損檢測精度。但是,如何提高光學特性測量精度一直是該領(lǐng)域的研究難題。作為一種新的光學測量技術(shù),空間頻域成像技術(shù)能得到生物組織的二維或三維吸收系數(shù)圖和約化散射系數(shù)圖,可用于表征組織光學特性的空間分布。同時,通過選擇結(jié)構(gòu)光的空間頻率可控制光穿透深度,從而獲取不同層次組織光學信息,為兩層或多層組織光學特性的準確測量提供可能。因此,本論文采用空間頻域成像技術(shù)無損測量單層和雙層生物組織（液體固體光學仿生樣本、牛奶樣本、農(nóng)產(chǎn)品樣本）的光學特性參數(shù),對逆向參數(shù)擬合算法進行研究,旨在提高光學特性的測量精度,解析光在農(nóng)產(chǎn)品組織中的傳輸規(guī)律,為光學檢測技術(shù)提供理論依據(jù)。主要研究內(nèi)容和結(jié)論如下:（1）初步研制并開發(fā)空間頻域成像系統(tǒng),包括系統(tǒng)組成和操作方法,并用該系統(tǒng)測量固體仿生樣本和3... 

【文章來源】：浙江大學浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：204 頁

【學位級別】：博士

【文章目錄】：
致謝
摘要
Abstract
相關(guān)符號及縮略詞
第一章 緒論
    1.1 引言
    1.2 生物組織光學特性
        1.2.1 吸收系數(shù)
        1.2.2 約化散射系數(shù)
        1.2.3 其他光學特性參數(shù)
    1.3 光傳輸模型
        1.3.1 漫射近似方程
        1.3.2 Monte Carlo方法
        1.3.3 Adding Doubling方法
    1.4 光學特性測量方法
        1.4.1 積分球方法
        1.4.2 時域方法
        1.4.3 頻域方法
        1.4.4 空間分辨方法
        1.4.5 空間頻域成像方法
    1.5 農(nóng)產(chǎn)品組織光學特性測量的研究現(xiàn)狀及存在的問題
        1.5.1 農(nóng)產(chǎn)品組織光學特性的測量及應(yīng)用
        1.5.2 空間頻域成像技術(shù)研究現(xiàn)狀
        1.5.3 光學特性測量存在的問題
    1.6 本研究的目標、內(nèi)容和技術(shù)路線
        1.6.1 研究目標
        1.6.2 主要研究內(nèi)容
        1.6.3 技術(shù)路線
    1.7 本章小結(jié)
第二章 空間頻域成像系統(tǒng)的初步研制
    2.1 引言
    2.2 空間頻域成像初步系統(tǒng)
    2.3 材料與方法
        2.3.1 光傳輸模型
        2.3.2 樣本準備
        2.3.3 光學特性測量
    2.4 結(jié)果與討論
        2.4.1 固體仿生樣本的光學特性測量
        2.4.2 蘋果的光學特性測量
    2.5 存在的問題
    2.6 本章小結(jié)
第三章 單積分球技術(shù)中不同光學變量對測量組織散射特性的影響研究
    3.1 引言
    3.2 材料與方法
        3.2.1 單積分球系統(tǒng)和準直透射系統(tǒng)
        3.2.2 樣本準備
        3.2.3 光學特性測量
        3.2.4 IAD中的光學變量
        3.2.5 單積分球系統(tǒng)的性能評價指標
    3.3 結(jié)果與討論
        3.3.1 IAD中的光學變量對測量散射特性的影響
            3.3.1.1 折射率
            3.3.1.2 積分球內(nèi)壁反射率
            3.3.1.3 光斑在樣本上的位置
            3.3.1.4 光斑尺寸
            3.3.1.5 鏡面反射
        3.3.2 單積分球系統(tǒng)的性能評價
            3.3.2.1 精度
            3.3.2.2 重復(fù)性
            3.3.2.3 檢測限
        3.3.3 約化散射系數(shù)的測量誤差分析
    3.4 本章小結(jié)
第四章 結(jié)構(gòu)光在農(nóng)產(chǎn)品組織中傳輸?shù)挠邢拊M
    4.1 引言
    4.2 理論與模擬實驗
        4.2.1 漫射近似方程解析解
        4.2.2 Monte Carlo模擬
        4.2.3 有限元模擬
        4.2.4 模擬樣本
    4.3 結(jié)果與討論
        4.3.1 組織表面漫反射隨距離變化的比較
        4.3.2 不同μs'/μa下組織表面漫反射隨頻率變化的比較
        4.3.3 不同mfp'下組織表面漫反射隨頻率變化的比較
        4.3.4 無量綱吸收和無量綱散射對組織表面漫反射的影響
    4.4 本章小結(jié)
第五章 空間頻域成像技術(shù)測量單層組織光學特性方法的優(yōu)化及實驗驗證
    5.1 引言
    5.2 空間頻域成像改進系統(tǒng)
        5.2.1 系統(tǒng)組成
        5.2.2 系統(tǒng)響應(yīng)的線性度
    5.3 材料和方法
        5.3.1 光傳輸模型及靈敏系數(shù)
        5.3.2 Monte Carlo模擬
        5.3.3 實驗樣本
        5.3.4 光學特性測量及算法優(yōu)化
            5.3.4.1 數(shù)據(jù)平滑
            5.3.4.2 空間頻率優(yōu)化
            5.3.4.3 兩步法反演光學特性
    5.4 結(jié)果與討論
        5.4.1 靈敏系數(shù)分析
        5.4.2 數(shù)據(jù)平滑方法對比
        5.4.3 空間頻率優(yōu)化選擇
        5.4.4 兩步法與傳統(tǒng)一步法反演光學特性對比
        5.4.5 仿生樣本的光學特性測量
    5.5 本章小結(jié)
第六章 空間頻域成像技術(shù)測量雙層組織光學特性的理論與方法
    6.1 引言
    6.2 材料和方法
        6.2.1 光傳輸模型
            6.2.1.1 單層光傳輸模型
            6.2.1.2 雙層光傳輸模型
        6.2.2 靈敏系數(shù)
        6.2.3 Monte Carlo模擬和樣本
        6.2.4 逆向算法反演光學特性參數(shù)
    6.3 結(jié)果與討論
        6.3.1 光傳輸模型與Monte Carlo模擬的漫反射對比
        6.3.2 靈敏系數(shù)分析
        6.3.3 光學特性的變化對空間頻域漫反射的影響
        6.3.4 首層組織厚度的約束條件
    6.4 本章小結(jié)
第七章 空間頻域成像技術(shù)測量雙層組織光學特性方法的優(yōu)化與驗證
    7.1 引言
    7.2 材料和方法
        7.2.1 光傳輸模型
        7.2.2 Monte Carlo模擬與樣本
        7.2.3 光學特性參數(shù)反演
    7.3 結(jié)果與討論
        7.3.1 基于雙層模型的Monte Carlo漫反射校正
        7.3.2 不同光學變量及其相對關(guān)系對反演首層組織光學特性參數(shù)的影響
            7.3.2.1 首層組織厚度d值
            7.3.2.2 mfp_1'/mfp_2'
            7.3.2.3 μ_(a1)/μ_(a2)
            7.3.2.4 μ_(s1)'/μ_(s2)'
            7.3.2.5 μ_(s1)'/μ_(a1)
        7.3.3 空間頻率的優(yōu)化選擇
        7.3.4 首層組織光學特性反演
        7.3.5 次層組織光學特性反演
    7.4 本章小結(jié)
第八章 基于空間頻域成像技術(shù)的雙層組織樣本光學特性測量
    8.1 引言
    8.2 材料與方法
        8.2.1 實驗樣本
        8.2.2 空間頻域成像系統(tǒng)
        8.2.3 較優(yōu)頻率區(qū)間簡化
        8.2.4 光學特性參數(shù)測量
    8.3 結(jié)果與討論
        8.3.1 較優(yōu)頻率區(qū)間簡化
        8.3.2 雙層固體樣本的光學特性測量
        8.3.3 雙層液體樣本的光學特性測量
        8.3.4 農(nóng)產(chǎn)品果皮和果肉的光學特性測量
            8.3.4.1 蘋果
            8.3.4.2 狝猴桃
            8.3.4.3 芒果
            8.3.4.4 測量誤差分析與討論
    8.4 本章小結(jié)
第九章 結(jié)論與展望
    9.1 主要研究結(jié)論
    9.2 主要創(chuàng)新點
    9.3 進一步研究展望
參考文獻
作者簡介及攻讀博士期間的主要科研成果


【參考文獻】：
期刊論文
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博士論文
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[2]基于可見/近紅外光譜的水果糖度檢測模型優(yōu)化及應(yīng)用研究[D]. 徐惠榮.浙江大學 2010
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[4]生物組織的光學描述與光傳輸規(guī)律研究[D]. 來建成.南京理工大學 2005
[5]生物組織中的光傳輸及生物組織光學特性參數(shù)測量的研究[D]. 許棠.南開大學 2004
[6]光與生物組織的相互作用及生物組織光學特性參數(shù)測量[D]. 張連順.南開大學 2003

碩士論文
[1]水果組織的光學描述與光傳輸規(guī)律研究[D]. 石舒寧.華中農(nóng)業(yè)大學 2016
[2]用于水果組織光傳輸特性檢測的單積分球系統(tǒng)研制及應(yīng)用[D]. 方振歡.浙江大學 2015



本文編號：3184647