CN105510253A - 用空间频域成像检测农产品组织光学特性的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用空间频域成像检测农产品组织光学特性的装置及方法。包括置于暗箱中的光源系统、成像系统及样品固定调节装置；在暗箱环境下，先后用参比白板和检测对象在不同波长下采集图像，并获得暗场图像，从中选取图像ROI，通过解调处理得到不同空间频率下检测对象的漫反射图像，通过非线性拟合方法处理得到图像ROI每一个像素点的吸收系数和约化散射系数。本发明能以非接触、单次测量的方式定量获取描述ROI内组织的光学特性变化情况，具有覆盖检测范围广、操作简单、成本低的优势，避免因单次点光源照射而只能获取极小部位光学特性带来的不足，解决了农产品组织光学特性的空间表征问题。

Description

用空间频域成像检测农产品组织光学特性的装置及方法

技术领域

本发明涉及了一种农产品组织的检测装置及方法，尤其是涉及了一种用空间频域成像检测农产品组织光学特性的装置及方法。

背景技术

可见近红外光谱(Vis-NIR)技术，作为农产品品质与安全的无损检测手段，已存在大量的研究和报导。这类技术通常获取光与生物组织作用后的吸收、反射或透射信号，通过后期的化学计量学和统计学方法分析，与糖酸度、硬度等指标进行建模，从而达到品质检测的目的；但是，建立的模型通用性不足。这是因为光谱技术未能正确分析光在生物组织中的传输机理，无法将光与组织相互作用后的吸收效应与散射效应进行分离，而只是笼统地将获得的信号进行建模。因此，正确理解光与生物组织的相互作用，分析其传输机理，对于提高农产品品质与安全的无损检测意义重大。

光与生物组织的相互作用主要包括吸收和散射，分别用吸收系数μ_a和约化散射系数μ_s′进行表征。有关生物组织的光学特性检测最早出现在生物医学领域，目前已有较为深入的研究和广泛的应用，主要集中在疾病的诊断与治疗方面。近年来，关于农产品组织光学特性的检测研究也有所增加。农产品组织是一种高散射的生物组织(μ_s′>>μ_a)，光在组织中的传输受固有光学特性的影响。研究表明，吸收系数μ_a与组织化学组成(叶绿素、糖度、水分)相关，约化散射系数μ_s′与组织物理结构(硬度、细胞结构)相关。在过去的几十年内已经开发出了多种方法以测量组织的光学特性参数，用来区分光在组织中的吸收效应和散射效应，主要有积分球方法、时域方法、频域方法和稳态空间分辨方法。这些方法能实现组织吸收和散射特性的定量测量，但是大多数局限于点光源照射——只能实现样品极小部位光学特性参数的获取，无法准确得到较大区域甚至整个样品的光学特性。这对于我们评价农产品组织的光学特性，并将它用于农产品的品质与安全检测是不利的。因此，通过单次测量定量获取农产品组织ROI内每个像素点的光学特性参数，就显得尤为重要。

发明内容

本发明的目的在于在农业工程领域，提供了一种用空间频域成像检测农产品组织光学特性的装置及方法，利用空间频域成像的光学成像技术，以非接触、单次测量的方式定量获取农产品组织ROI内每一个像素点的吸收系数μ_a和约化散射系数μ_s′，解决传统农产品光学特性检测方法无法准确获取组织ROI内甚至整个样品的光学特性的问题。

本发明采用的技术方案是：

一、一种基于空间频域成像的农产品组织光学特性的检测装置：

包括置于暗箱中的光源系统、成像系统及样品固定调节装置，光源系统固定安装在光学平板上，成像系统和样品固定调节装置均通过导轨安装在光学平板上。

所述的光源系统包括播放电脑、DLP投影仪、中性密度滤光片和入射线性偏振片；所述的成像系统包括控制电脑、数字信号产生器、CCD相机、滤波片转轮和接收线性偏振片；所述的样品固定调节装置包括高度可调的样品台、前样品夹和后样品夹。

DLP投影仪安装在光学平板上，DLP投影仪镜头的正前方设有样品台，样品台上安装有用于装夹检测对象的前样品夹和后样品夹，DLP投影仪与样品台之间安装有中性密度滤光片和入射线性偏振片，样品台、中性密度滤光片和入射线性偏振片均安装在导轨上并沿导轨移动调整位置；DLP投影仪侧方设有朝向检测对象的CCD相机，CCD相机镜头的正前方依次设有滤波片转轮和接收线性偏振片；播放电脑与DLP投影仪连接；控制电脑与数字信号产生器连接，数字信号产生器与CCD相机连接用以控制CCD相机周期性地采集检测对象反射过来的图像，CCD相机与控制电脑连接用来传输图像采集数据并存储。除了DLP投影仪是直接安装在17上，其他光学元件均是通过导轨安装在17上的。

所述的入射线性偏振片与接收线性偏振片的偏振方向相垂直，用来减弱检测对象表面的镜面反射，有助于反射光被CCD相机接收。

所述的滤波片转轮的端面沿圆周间隔均布设有多个通孔，其中一通孔正对CCD相机的镜头，各个通孔安装不同波长的滤波片，通过旋转滤波片转轮更换检测波长。

所述的前样品夹和后样品夹底部设有条形槽，条形槽通过螺栓与样品台固定，由此前样品夹和后样品夹用来调节夹持的检测对象的安装厚度，移动两个样品夹的位置可以达到改变夹持样品厚度的目的，可调节的样品厚度范围为0-118mm。

所述的CCD相机、滤波片转轮、中性密度滤光片和入射线性偏振片、接收线性偏振片均通过支杆连接滑块座，滑块座安装到导轨上，通过调节支杆的长度调节上述光学元件的中心高度。

所述的样品台能调节检测对象的检测高度。

所述的DLP投影仪安放在光学平板上，通过支杆与底面光学平板连接固定，通过调节支杆的长度可以调节DLP投影仪的安放高度。

所述的导轨带有数字刻度。

所述的检测装置置于一个暗箱中。

二、一种基于空间频域成像的农产品组织光学特性的检测方法：

1)在暗箱环境下，先将通过前、后样品夹将参比白板固定在样品台上，通过转动滤波片转轮分别更换不同波长的滤波片通过CCD相机重复采集得到参比白板的图像；

2)取下参比白板，将检测对象固定在样品台上，通过转动滤波片转轮分别更换不同波长的滤波片通过CCD相机重复采集得到检测对象的图像；

3)取下检测对象，关闭DLP投影仪，通过CCD相机获得暗场图像；

4)从参比白板的图像、检测对象的图像和暗场图像中选取图像ROI(感兴趣区域)，通过解调处理得到不同空间频率不同空间相位下检测对象的漫反射图像；

原始图像是对应不同空间频率不同空位相位下的，解调过程将一个频率3个相位下的图像处理成一幅图，所以解调后得到的不同空间频率下的漫反射图像。

5)通过非线性拟合方法处理得到图像ROI每一个像素点的吸收系数μ_a和约化散射系数μ_s′，作为检测对象的光学特性。

所述步骤1)～3)中通过CCD相机重复采集得到图像具体采用以下方式：在暗箱环境下，播放电脑通过PowerPoint软件依次播放具有多个不同空间频率不同空间相位的正弦灰度图案，带有图案的光源经DLP投影仪投射出依次经中性密度滤光片减弱光强、入射线性偏振片进行偏振处理后入射到前样品夹和后样品夹之间的检测对象上，然后经接收线性偏振片偏振处理，穿过滤波片转轮通孔处的滤波片后被CCD相机接收采集。

所述的CCD相机采集图像的周期与DLP投影仪投射图案的周期相同。

所述步骤4)中检测对象的漫反射图像采用以下公式解调处理获得：

$R_d(x,f_x)=\frac{M_{AC}(x,f_x)}{M_{AC,ref}(x,f_x)}\·R_{d,ref}(x,f_x)$

其中，M_AC(x,f_x)是检测对象漫反射强度的振幅包络，M_AC,ref(x,f_x)是参比白板漫反射强度的振幅包络，R_d,ref(x,f_x)是已知的参比白板的漫反射值，R_d(x,f_x)是检测对象的漫反射值；

上述检测对象漫反射强度的振幅包络M_AC(x,f_x)和参比白板漫反射强度的振幅包络M_AC,ref(x,f_x)均采用以下公式计算：

$M_{AC}(x,f_x)=\frac{\sqrt{2}}{3}{\[{\left(I_1\right(x,f_x)-I_2(x,f_x\left)\right)}^2+{\left(I_2\right(x,f_x)-I_3(x,f_x\left)\right)}^2+{\left(I_3\right(x,f_x)-I_1(x,f_x\left)\right)}^2\]}^{1/2}$

其中，I₁(x,f_x)、I₂(x,f_x)、I₃(x,f_x)分别表示采集得到的检测对象同一空间频率三个不同空间相位下的漫反射强度，x是空间位置，f_x是空间频率。

所述步骤5)中采用以下公式表示的非线性拟合方法求解得到吸收系数μ_a和约化散射系数μ_s′：

$R_d(x,f_x)=\frac{3{\mathrm{Aa}}^{\′}}{({\mathrm{\μ}}_{eff}^{\′}/{\mathrm{\μ}}_{tr}+1)({\mathrm{\μ}}_{eff}^{\′}/{\mathrm{\μ}}_{tr}+3A)}$

其中， $A=\frac{1-R_{eff}}{2(1+R_{eff})}$ 是比例常数， $R_{eff}=0.636n+0.668+\frac{0.710}{n}-\frac{1.440}{n^2}$ 是有效反射系数，n是检测对象的折射率，a'＝μ'_s/μ_tr是约化反射系数，μ_tr＝(μ_a+μ'_s)是传输系数，是约化衰减系数，μ_eff＝(3μ_aμ_tr)^1/2是有效衰减系数。

不同空间频率和不同空间相位的正弦灰度图案为黑条纹和白条纹交替间隔竖直平行排布的图案，各个空间频率具有三个不同空间相位的正弦灰度图案，其中两个正弦灰度图案的空间相位与另一个正弦灰度图案的空间相位分别相差2π/3和4π/3。所述的黑条纹和白条纹的宽度均相同，不同的宽度对应不同的空间频率，调整宽度来调整正弦灰度图案的空间频率，条纹的不同水平位置对应不同的空间相位，调整黑条纹和白条纹的不同水平位置调整正弦灰度图案的不同空间相位的。

原始图像是对应不同空间频率不同空位相位下的，解调过程将一个频率三个相位下的图像处理成一幅图，所以解调后得到的不同空间频率下的漫反射图像。

所述的图像解调方法具体由以下原理过程推导获得：

检测对象的漫反射强度I(x,f_x)是空间变化分量I_AC(x,f_x)和空间恒定分量I_DC(x)之和，记作：

I(x,f_x)＝I_AC(x,f_x)+I_DC(x)(1)

其中，x是空间位置，f_x是空间频率，漫反射强度的空间变化分量I_AC(x,f_x)可以记作：

I_AC(x,f_x)＝M_AC(x,f_x)·cos(2πf_xx+α)(2)

其中，M_AC(x,f_x)是漫反射强度的振幅包络，α是空间相位。对于不同空间频率的正弦灰度图案，在相同的空间频率下变换相位，分别取α＝0,2π/3,4π/3，M_AC(x,f_x)可以通过下面的解调表达式计算得到：

$M_{AC}(x,f_x)=\frac{\sqrt{2}}{3}\[{(I_{AC1}-I_{AC2})}^2+{(I_{AC2}-I_{AC3})}^2+{(I_{AC3}-I_{AC1})}^2\]---\left(3\right)$

其中，I_AC1,I_AC2,I_AC3表示同一空间频率不同空间相位下(α＝0,2π/3,4π/3)的I_AC图像值。

由公式(1)可得I_AC(x,f_x)＝I(x,f_x)-I_DC(x)，代入公式(3)得到：

$M_{AC}(x,f_x)=\frac{\sqrt{2}}{3}{\[{\left(I_1\right(x,f_x)-I_2(x,f_x\left)\right)}^2+{\left(I_2\right(x,f_x)-I_3(x,f_x\left)\right)}^2+{\left(I_3\right(x,f_x)-I_1(x,f_x\left)\right)}^2\]}^{1/2}---\left(4\right)$

通过公式(4)得到M_AC(x,f_x)后，漫反射值可以通过下式得到：

$R_d(x,f_x)=\frac{M_{AC}(x,f_x)}{M_{AC,ref}(x,f_x)}\·R_{d,ref}(x,f_x)---\left(5\right)$

其中，M_AC,ref(x,f_x)是参比白板漫反射强度的振幅包络，R_d,ref(x,f_x)是已知的参比白板的漫反射值。R_d,ref(x,f_x)是已知的参比白板的漫反射值。

所述CCD相机的周期性图像先进行以下调试：

2a)打开图像采集软件中的相机直播，确认CCD相机能正常采集图像；

2b)设置CCD相机周期性图像采集的存储路径和数目；

2c)打开数字信号产生器，设置图像采集周期，使其与PowerPoint的切换周期同步。

检测对象7可采用标准Phantom，苹果、梨等农产品组织。

本发明的有益效果是：

本发明能以非接触、单次测量的方式定量获取农产品组织感兴趣区域ROI(regionofinterest)内每一个像素点的吸收系数μ_a和约化散射系数μ_s′，用来描述ROI内组织的光学特性变化情况。

并且本发明方法和装置通过光学固体Phantom进行验证，此Phantom由加拿大INO公司研制生产，且光学特性已知，得到ROI内每一个像素点的吸收系数μ_a和约化散射系数μ_s′，结果与Phantom的参考值吻合。

与已有的光学特性检测方法及装置相比，本发明具有覆盖检测范围广、操作简单、成本低的优势，避免因单次点光源照射而只能获取极小部位光学特性带来的不足，解决了农产品组织光学特性的空间表征问题。

附图说明

图1是本发明的总体结构图。

图2是外部数字信号产生器和两台电脑与检测装置的连接图。

图3是本发明的检测方法流程图。

图4是运用本发明检测光学固体Phantom在460nm下的实验结果图。

图5是运用本发明检测光学固体Phantom在527nm下的实验结果图。

图6是运用本发明检测光学固体Phantom在630nm下的实验结果图。

图7是运用本发明检测红富士苹果组织在460nm下的实验结果图。

图8是运用本发明检测红富士苹果组织在527nm下的实验结果图。

图9是运用本发明检测红富士苹果组织在630nm下的实验结果图。

表1是10次光学固体Phantom实验的统计结果。

图中：1.DLP投影仪，2.CCD相机，3.滤波片转轮，4.滤波片，5.接收线性偏振片，6.前样品夹，7.检测对象，8.后样品夹，9.螺栓，10.样品台，11.导轨，12.底面光学平板，13.滑块座，14.入射线性偏振片，15.支杆，16.中性密度滤光片，17.光学平板，18.播放电脑，19.数字信号产生器，20.控制电脑。

具体实施方式

下面结合说明书附图，对本发明作进一步说明，但本发明并不局限于以下实施例。

如图1所示，本发明包括置于暗箱中的光源系统、成像系统及样品固定调节装置，光源系统固定安装在光学平板17上，成像系统和样品固定调节装置均通过导轨安装在光学平板17上。

光源系统包括播放电脑18、DLP投影仪1、中性密度滤光片16和入射线性偏振片14；成像系统包括控制电脑20、数字信号产生器19、CCD相机2、滤波片转轮3和接收线性偏振片5；样品固定调节装置包括高度可调的样品台10、前样品夹6和后样品夹8。

如图1所示，DLP投影仪1安装在光学平板17上，DLP投影仪1镜头的正前方设有样品台10，样品台10上安装有用于装夹检测对象7的前样品夹6和后样品夹8，DLP投影仪1与样品台10之间安装有中性密度滤光片16和入射线性偏振片14，样品台10、中性密度滤光片16和入射线性偏振片14均安装在导轨11上并沿导轨移动调整位置，DLP投影仪1镜头的光源依次经中性密度滤光片16和入射线性偏振片14入射到前样品夹6和后样品夹8之间的检测对象7，中性密度滤光片16用来均匀地减弱光强。

如图1所示，DLP投影仪1侧方设有朝向检测对象7的CCD相机2，CCD相机2镜头的正前方依次设有滤波片转轮3和接收线性偏振片5，经检测对象7反射的反射光依次经接收线性偏振片5后穿过滤波片转轮3上的孔被CCD相机2接收采集。

如图2所示，播放电脑18与DLP投影仪1连接，用来生成并投影出不同空间频率不同空间相位的正弦灰度图案；控制电脑20与数字信号产生器19连接，数字信号产生器19与CCD相机2连接用以控制CCD相机2周期性地采集检测对象7反射过来的图像，CCD相机2与控制电脑20连接用来传输图像采集数据并存储。

入射线性偏振片14与接收线性偏振片5的偏振方向相垂直，用来减弱检测对象7表面的镜面反射，有助于反射光被CCD相机2接收。

滤波片转轮3的端面沿圆周间隔均布设有多个通孔，其中一通孔正对CCD相机2的镜头，各个通孔安装不同波长的滤波片4，通过旋转滤波片转轮3更换检测波长。

播放电脑18通过PowerPoint软件播放图案，图案经DLP投影仪1投影到检测对象7上，图像采集过程与光源系统中的PowerPoint软件的切换周期同步，滤波片转轮3安装有六个不同波长的滤波片4，每次旋转固定角度60°即可更换检测波长。

前样品夹6和后样品夹8底部设有条形槽，条形槽通过螺栓9与样品台10固定，由此前样品夹6和后样品夹8用来调节夹持的检测对象的安装厚度，移动两个样品夹6、8的位置可以达到改变夹持样品厚度的目的，可调节的样品厚度范围为0-118mm。

CCD相机2、滤波片转轮3、中性密度滤光片16和入射线性偏振片14、接收线性偏振片5均通过支杆15连接滑块座13，滑块座13安装到导轨11上，通过调节支杆15的长度调节上述光学元件的中心高度。

样品台10能调节检测对象7的检测高度。

DLP投影仪1安放在光学平板17上，通过支杆15与底面光学平板12连接固定，通过调节支杆15的长度可以调节DLP投影仪1的安放高度。

导轨11带有数字刻度，用以精确地调节各个光学元件之间的水平距离。

检测装置置于一个600×800×1200mm³的暗箱中，可以有效减弱外界杂散光的影响。

如图3所示，本发明的实施工作过程如下：

1)在暗箱环境下，打开DLP投影仪预热后，先将通过前、后样品夹将参比白板固定在样品台上，通过转动滤波片转轮3分别更换不同波长的滤波片4通过CCD相机2重复采集得到参比白板的图像；

在暗箱环境下，播放电脑18通过PowerPoint软件依次播放具有多个不同空间频率不同空间相位的正弦灰度图案，带有图案的光源经DLP投影仪1投射出依次经中性密度滤光片16减弱光强、入射线性偏振片14进行偏振处理后入射到前样品夹6和后样品夹8之间的参比白板上，然后经接收线性偏振片5偏振处理，穿过滤波片转轮3通孔处的滤波片4后被CCD相机2接收采集。

CCD相机2采集图像的周期与DLP投影仪1投射图案的周期相同。多个不同空间频率不同空间相位的正弦灰度图案通过MATLAB软件工具生成空间频率的大小和数量可以根据具体要求而定，图案按顺序如空间频率从小到大被编辑在电脑的PowerPoint文件中，按需求设置切换时间，图案周期性地播放。

不同空间频率和不同空间相位的正弦灰度图案为黑条纹和白条纹交替间隔竖直平行排布的图案，各个空间频率具有三个不同空间相位的正弦灰度图案，其中两个正弦灰度图案的空间相位与另一个正弦灰度图案的空间相位分别相差2π/3和4π/3。具体实施中，采用的黑条纹为由中部的纯黑色向两侧灰度逐渐渐变的条纹，白条纹为由中部的纯白色向两侧灰度逐渐渐变的条纹。

2)取下参比白板，将检测对象固定在样品台上，通过转动滤波片转轮3分别更换不同波长的滤波片4通过CCD相机2重复采集得到检测对象的图像，方法与上述步骤1)中的过程相同。

3)取下检测对象，关闭DLP投影仪1，通过CCD相机2获得暗场图像；

4)从参比白板的图像、检测对象的图像和暗场图像中选取图像ROI感兴趣区域，通过解调处理得到不同空间频率下检测对象的漫反射图像；

5)通过非线性拟合方法处理得到图像ROI每一个像素点的吸收系数μ_a和约化散射系数μ_s′，作为检测对象7的光学特性。

下面结合图1～图9和表1，通过一个具体的实验说明本发明实施例1的工作过程：

本实验选用的检测对象为一块标准的光学固体Phantom，由加拿大INO公司研制生产，固定波长下的吸收系数μ_a和约化散射系数μ_s′已知，通过本发明的方法和装置对其进行光学特性检测，将结果与参考值进行比较。光学固体Phantom的外形尺寸为85×80×10mm³，12位CCD相机的分辨率为640×480，可以实现120帧/秒的采集速率，选取可见光波段3个波长(460、527和630nm)，CCD相机的增益设置为9.84dB，曝光时间分别为1/150秒、1/33秒、1/50秒，图像采集周期和PowerPoint的切换周期均为4秒，共选取16个空间频率，每个频率下有3个相位，再加上1幅参比图像，检测对象在同一个波长下总共要采集49幅(16×3+1)图像。实验重复10次，分2天完成，每天5次，时间间隔为2小时，具体的实验时间为11点，13点，15点，17点，19点。

实施例1的实验操作及数据处理步骤：

打开系统，预热DLP投影仪10分钟，同时调试图像周期性采集软件和数字信号产生器，设置图像采集周期，用样品夹固定参比白板；

预热完成后，同时开启PowerPoint自动播放和图像周期性采集软件，进行460nm下49幅图像的采集，完成后更换波长，依次进行527nm和630nm下的图像采集；

更换光学固体Phantom，依次进行3个波长下的图像采集；关闭DLP投影仪，采集暗场图像；关闭系统，选取图像ROI(50×40pixels)；

通过解调得到固体Phantom的漫反射图像；通过非线性拟合得到ROI内每一个像素点的吸收系数μ_a和约化散射系数μ_s′。

表1

如上表1所示，实施例1的光学固体Phantom重复10次的检测结果平均值与参考值接近，均处于可接受的范围之内(相对误差<15％)。总体而言，约化散射系数μ_s′的误差要小于吸收系数μ_a的误差，这是因为光学固体Phantom是强散射介质(μ_s′>>μ_a)，实验结果的波动更易引起吸收系数μ_a检测结果与参考值之间的偏差，这种现象与农产品组织光学特性的检测是吻合的。如图4～图6所示，3个波长下ROI内每一个像素点的吸收系数μ_a和约化散射系数μ_s′都可以得到。因此可见本发明能达到其技术效果。

实施例2

在上述光学固体Phantom实验的基础上，实施例2选用红富士苹果进一步实验，实验设置参数不变，具体操作及数据处理步骤如下：

打开系统，预热DLP投影仪10分钟，同时调试图像周期性采集软件和数字信号产生器，设置图像采集周期，用样品夹固定参比白板；

预热完成后，同时开启PowerPoint自动播放和图像周期性采集软件，进行460nm下49幅图像的采集，完成后更换波长，依次进行527nm和630nm下的图像采集；

更换苹果组织切片，依次进行三个波长下的图像采集；关闭DLP投影仪，采集暗场图像；关闭系统，选取图像ROI(40×60pixels)；

通过解调得到苹果组织的漫反射图像；通过非线性拟合得到ROI内每一个像素点的吸收系数μ_a和约化散射系数μ_s′。如图7、图8、图9所示，3个波长下ROI内每一个像素点的吸收系数μ_a和约化散射系数μ_s′都可得到，将ROI内结果取平均得到：3个波长下μ_a分别为0.0522mm^-1，0.0143mm^-1，0.0062mm^-1，μ_s′分别为0.6509mm^-1，0.6776mm^-1，0.6692mm^-1。苹果组织是一种高散射的生物组织(μ_s′>>μ_a)，这与得到的实验结果一致。

最后，需要注意的是，以上列举的仅是本发明的具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有很多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容中直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种用空间频域成像检测农产品组织光学特性的装置，其特征在于：包括置于暗箱中的光源系统、成像系统及样品固定调节装置，光源系统固定安装在光学平板(17)上，成像系统和样品固定调节装置均通过导轨安装在光学平板(17)上。

2.根据权利要求1所述的一种用空间频域成像检测农产品组织光学特性的装置，其特征在于：所述的光源系统包括播放电脑(18)、DLP投影仪(1)、中性密度滤光片(16)和入射线性偏振片(14)；所述的成像系统包括控制电脑(20)、数字信号产生器(19)、CCD相机(2)、滤波片转轮(3)和接收线性偏振片(5)；所述的样品固定调节装置包括高度可调的样品台(10)、前样品夹(6)和后样品夹(8)；

DLP投影仪(1)安装在光学平板(17)上，DLP投影仪(1)镜头的正前方设有样品台(10)，样品台(10)上安装有用于装夹检测对象(7)的前样品夹(6)和后样品夹(8)，DLP投影仪(1)与样品台(10)之间安装有中性密度滤光片(16)和入射线性偏振片(14)，样品台(10)、中性密度滤光片(16)和入射线性偏振片(14)均安装在导轨(11)上并沿导轨移动调整位置；DLP投影仪(1)侧方设有朝向检测对象(7)的CCD相机(2)，CCD相机(2)镜头的正前方依次设有滤波片转轮(3)和接收线性偏振片(5)；

播放电脑(18)与DLP投影仪(1)连接；控制电脑(20)与数字信号产生器(19)连接，数字信号产生器(19)与CCD相机(2)连接用以控制CCD相机(2)周期性地采集检测对象(7)反射过来的图像，CCD相机(2)与控制电脑(20)连接用来传输图像采集数据并存储。

3.根据权利要求2所述的一种用空间频域成像检测农产品组织光学特性的装置，其特征在于：所述的入射线性偏振片(14)与接收线性偏振片(5)的偏振方向相垂直，用来减弱检测对象(7)表面的镜面反射，有助于反射光被CCD相机(2)接收。

4.根据权利要求2所述的一种用空间频域成像检测农产品组织光学特性的装置，其特征在于：所述的滤波片转轮(3)的端面沿圆周间隔均布设有多个通孔，其中一通孔正对CCD相机(2)的镜头，各个通孔安装不同波长的滤波片(4)，通过旋转滤波片转轮(3)更换检测波长。

5.根据权利要求2所述的一种用空间频域成像检测农产品组织光学特性的装置，其特征在于：所述的CCD相机(2)、滤波片转轮(3)、中性密度滤光片(16)和入射线性偏振片(14)、接收线性偏振片(5)均通过支杆(15)连接滑块座(13)，滑块座(13)安装到导轨(11)上，通过调节支杆(15)的长度调节上述光学元件的中心高度。

6.一种用空间频域成像检测农产品组织光学特性的方法，其特征在于采用权利要求1～5所述装置：

1)在暗箱环境下，先通过前、后样品夹将参比白板固定在样品台上，通过转动滤波片转轮(3)分别更换不同波长的滤波片(4)，通过CCD相机(2)重复采集得到参比白板的图像；

2)取下参比白板，将检测对象固定在样品台上，通过转动滤波片转轮(3)分别更换不同波长的滤波片(4)，通过CCD相机(2)重复采集得到检测对象的图像；

3)取下检测对象，关闭DLP投影仪(1)，通过CCD相机(2)获得暗场图像；

4)从参比白板的图像、检测对象的图像和暗场图像中选取图像ROI(感兴趣区域)，通过解调处理得到不同空间频率下检测对象的漫反射图像；

5)通过非线性拟合方法处理得到图像ROI每一个像素点的吸收系数μ_a和约化散射系数μ′_s，作为检测对象(7)的光学特性。

7.根据权利要求6所述的一种用空间频域成像检测农产品组织光学特性的方法，其特征在于：所述步骤1)～3)中通过CCD相机(2)重复采集得到图像具体采用以下方式：在暗箱环境下，播放电脑(18)通过PowerPoint软件依次播放具有多个不同空间频率不同空间相位的正弦灰度图案，带有图案的光源经DLP投影仪(1)投射出依次经中性密度滤光片(16)减弱光强、入射线性偏振片(14)进行偏振处理后入射到前样品夹(6)和后样品夹(8)之间的检测对象(7)上，然后经接收线性偏振片(5)偏振处理，穿过滤波片转轮(3)通孔处的滤波片(4)后被CCD相机(2)接收采集。

8.根据权利要求6所述的一种用空间频域成像检测农产品组织光学特性的方法，其特征在于：所述步骤4)中检测对象的漫反射图像采用以下公式解调处理获得：

$R_d(x,f_x)=\frac{M_{AC}(x,f_x)}{M_{AC,ref}(x,f_x)}\&CenterDot;R_{d,ref}(x,f_x)$

其中，M_AC(x,f_x)是检测对象漫反射强度的振幅包络，M_AC,ref(x,f_x)是参比白板漫反射强度的振幅包络，R_d,ref(x,f_x)是已知的参比白板的漫反射值，R_d(x,f_x)是检测对象的漫反射值；

上述检测对象漫反射强度的振幅包络M_AC(x,f_x)和参比白板漫反射强度的振幅包络M_AC,ref(x,f_x)均采用以下公式计算：

$M_{AC}(x,f_x)=\frac{\sqrt{2}}{3}{\&lsqb;{\left(I_1\right(x,f_x)-I_2(x,f_x\left)\right)}^2+{\left(I_2\right(x,f_x)-I_3(x,f_x\left)\right)}^2+{\left(I_3\right(x,f_x)-I_1(x,f_x\left)\right)}^2\&rsqb;}^{1/2}$

其中，I₁(x,f_x)、I₂(x,f_x)、I₃(x,f_x)分别表示采集得到的检测对象同一空间频率三个不同空间相位下的漫反射强度，x是空间位置，f_x是空间频率。

9.根据权利要求6所述的一种用空间频域成像检测农产品组织光学特性的方法，其特征在于：所述步骤5)中采用以下公式表示的非线性拟合方法求解得到吸收系数μ_a和约化散射系数μ′_s：

$R_d(x,f_x)=\frac{3{\mathrm{Aa}}^{\&prime;}}{({\mathrm{\&mu;}}_{eff}^{\&prime;}/{\mathrm{\&mu;}}_{tr}+1)({\mathrm{\&mu;}}_{eff}^{\&prime;}/{\mathrm{\&mu;}}_{tr}+3A)}$

其中，A是比例常数，R_eff是有效反射系数，n是检测对象的折射率，a'是约化反射系数，a'＝μ'_s/μ_tr，μ'_s是约化散射系数，μ_tr是传输系数，μ_a是吸收系数；μ'_eff是约化衰减系数，μ_eff是有效衰减系数， ${\mathrm{\&mu;}}_{eff}={\left(3{\mathrm{\&mu;}}_a{\mathrm{\&mu;}}_{tr}\right)}^{1/2}.$

10.根据权利要求6所述的一种用空间频域成像检测农产品组织光学特性的方法，其特征在于：不同空间频率和不同空间相位的正弦灰度图案为黑条纹和白条纹交替间隔竖直平行排布的图案，各个空间频率具有三个不同空间相位的正弦灰度图案，其中两个正弦灰度图案的空间相位与另一个正弦灰度图案的空间相位分别相差2π/3和4π/3。