光學(xué)特性參數(shù)如吸收系數(shù)（μa）、散射系數(shù)（μs）、各向異性因子（g）和折射率（n）對于研究介質(zhì)物理結(jié)構(gòu)和化學(xué)成分至關(guān)重要。從漫反射光學(xué)信號里獲取光學(xué)特性參數(shù)的逆向求解過程依賴于理論模型,在缺乏對介質(zhì)特性先驗知識的情況下會產(chǎn)生很大的參數(shù)識別誤差,同時現(xiàn)有算法僅僅針對一兩個參數(shù)進行識別,無法同時提供這四個光學(xué)參數(shù)的識別結(jié)果,這大大降低光學(xué)檢測技術(shù)的效力。光學(xué)檢測信息作為控制領(lǐng)域中一項重要的反饋信息,它的準確性影響著控制的精準程度。介質(zhì)的光學(xué)特性參數(shù)對生物醫(yī)學(xué)成像和食品加工業(yè)的控制問題有著十分重要的作用,當(dāng)人體細胞發(fā)生癌變從而體積變大或人體皮膚中色素的非正常沉淀時,相應(yīng)部位的組織光學(xué)參數(shù)將會不同于正常組織;當(dāng)食品中的某一化學(xué)成分含量高于或低于正常水平時,其光學(xué)參數(shù)也會發(fā)生相應(yīng)改變。因此研究精度高、普適性好的光學(xué)特性多參數(shù)識別方法對于光學(xué)檢測技術(shù)乃至疾病診斷、治療和食品制造中的精準控制問題至關(guān)重要。本文的整體工作包括漫反射光強分布圖像的仿真生成軟件開發(fā)和基于圖像的光學(xué)特性多參數(shù)的識別方法研究。主要研究結(jié)果包括以下3部分:1.漫反射光強分布圖的仿真生成軟件開發(fā)研究。傳統(tǒng)蒙特卡洛仿真程序僅能提供垂... 

【文章來源】：江南大學(xué)江蘇省 211工程院校 教育部直屬院校

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【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

介質(zhì)對光的折射作用

江南大學(xué)碩士學(xué)位論文10θ2θ1空氣n1介質(zhì)圖2-1介質(zhì)對光的折射作用2.2.2吸收系數(shù)和散射系數(shù)介質(zhì)對光的吸收程度在理解光與介質(zhì)中的粒子之間的相互作用方面很重要。光在介質(zhì)中傳播時有衰減，說明介質(zhì)對光有吸收作用，介質(zhì)對于光輻射的吸收能力可以用吸收系數(shù)μa進行量化描述。用透射法測定光在介質(zhì)中傳播的衰減情況時，發(fā)現(xiàn)介質(zhì)中光的衰減率與光的強度成正比，為了方便吸收現(xiàn)象的數(shù)學(xué)描述，由式(2.3)引入比例系數(shù)μa，積分后得到的光吸收強度為dI/dx=-μaI(2.3)I=I0e-μax(2.4)其中x是介質(zhì)的厚度，比例系數(shù)μa的大小和光的強度無關(guān)，稱為光的吸收系數(shù)。對上式積分反映出吸收系數(shù)μa的物理含義是：當(dāng)光在介質(zhì)中的傳播1/μa距離時，其能量減弱到原來的1/e。入射強度I0透射強度I厚度d吸收系數(shù)μa圖2-2介質(zhì)對光的吸收作用反射系數(shù)R和透射系數(shù)T與吸收系數(shù)密切相關(guān)，如圖2-2所示。當(dāng)光透過厚度為d，吸收系數(shù)為μa的介質(zhì)時R與T的關(guān)系為T=It/I0=(1-R)2e-μax(2.5)介質(zhì)中存在與光吸收有關(guān)的分子鍵，當(dāng)來自光源的能量量子等于鍵向更高振動能級激發(fā)所需的能量時，光被吸收。例如，在植物組織中，葉綠素、花青素、葉黃素等是主要吸收基團，在動物組織中，蛋白質(zhì)、糖類和脂肪會影響光的吸收。根據(jù)這種作用機制，吸收系數(shù)可以用于確定介質(zhì)材料的化學(xué)成分。同時吸收系數(shù)是光子能量（波長）的函數(shù)，其值取決于分子鍵吸收的基本類型、泛音類型和組合類型的位置和偏振。因此有關(guān)于吸收系數(shù)的先驗知識對于測量技術(shù)和統(tǒng)計方法的優(yōu)化非常重要，有助于減少金錢和時間方面的成本。n2

櫓識雜詮獯?ヂ肪兜母謀淇梢雜蒙⑸湎凳?é蘳）進行量化描述。光的散射是光與介質(zhì)中的粒子相互作用產(chǎn)生的一種物理現(xiàn)象，當(dāng)光以一種電磁輻射的形式在介質(zhì)中撞擊到一個粒子時，它會使粒子周圍的電子與入射光的能量同步振蕩。入射光在粒子中產(chǎn)生一個振蕩偶極子，偶極矩的強度與入射光的能量成正比。這種振蕩偶極子是一種能量源，它將光散射到與入射光波長相同的各個方向。影響光的散射現(xiàn)象的因素是介質(zhì)的物理性質(zhì)，主要有介質(zhì)中粒子的大孝濃度、分子量等。因此，散射系數(shù)對于了解介質(zhì)內(nèi)部分子結(jié)構(gòu)至關(guān)重要。透射強度I厚度d圖2-3介質(zhì)對光的散射作用吸收系數(shù)和散射系數(shù)主要用于朗伯比爾-布格定律中透射光強的計算。這個定律用于表示光波的光強度是如何沿光束穿過樣品的路徑指數(shù)衰減，散射過程如圖2-3所示。準直光束在厚度為d的薄組織中衰減為I(d)=(1-RF)I0exp(-μtd)(2.6)其中，I(d)是透射光強度（W/cm2）；RF是菲涅爾反射系數(shù)，在光束準直入射的情況下RF=[(n-1)/(n+1)]2；n是組織和周圍介質(zhì)的相對平均折射率；I0是入射光強（W/cm2），d是組織厚度，單位是mm或是cm；吸收系數(shù)和散射系數(shù)的單位則相應(yīng)為mm-1或是cm-1。其中μt是消光系數(shù)（相互作用或總衰減系數(shù)），表達式如下，μt=μa+μs(2.7)在很多報道中僅估計μt值以簡化參數(shù)估計過程，以粗略研究介質(zhì)的吸收和散射作用。2.2.3各向異性因子由電磁場理論可知，各向同性介質(zhì)與各向異性介質(zhì)中的電位移矢量的定義不同。進一步，由固體物理學(xué)知道，不同晶體的結(jié)構(gòu)具有不同的空間對稱性。自然界中存在的晶體按其空間對稱性的不同分為單、雙軸晶體和立方晶體，分別對應(yīng)光學(xué)中的各向異性和各向同性介質(zhì)，各向異性介質(zhì)僅在一個或兩個方向上擁有相同的介電常數(shù)，而各向同性介質(zhì)在各個方向上的介電常數(shù)都

【參考文獻】：
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本文編號：3536334