CN108362667A - 一种介质光学参数估计装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种介质光学参数估计装置及方法，属于光学参数识别领域。该装置包括单色光发生器、电机驱动器、PLC控制器、单色光反光镜、CMOS相机、手动升降台、手动平移轴、驱动电机以及主控计算机。该装置能够通检测采集离样品表面不同高度、不同反射角度下的多幅光谱图像信息，并通过手动升降台来调整检测样品的位置以获取最佳光谱图像。主控计算机中的参数识别模块对光谱仪得到的大量不同距离下的光子强度分布图像进行深度学习，从而得到样品材料的光学特性参数，如吸收系数、散射系数、异向性系数和同向性系数等。本发明为各种样品的材料的光学特性、污损的检测提供了全面准确的数据，在样品的检测研究中具备更可靠的功能。
Description
技术领域
本发明属于光学参数识别领域，涉及一种介质光学参数估计装置及方法。
背景技术
光学检测方法凭借其快速无损特性以及易于实时监控的优点而广泛应用于食品生产及质量监管部门，对于光学检测仪器的创新发明十分具有实用价值。光谱仪可以对样品进行光谱检测，从而对其元素组成、能带结构等各种性质进行研究。现今使用的大多数光谱仪都是基于19世纪的原始设计，仅能测量固定距离下样品某一平面的反射光线光谱，通过该光谱计算出组织的吸收系数以实现样品化学组成的研究。图像数据少，信息不全面是现有光谱仪存在的主要问题。根据光线在生物组织中的作用，光子有被反射、被吸收和被散射三种作用模式，在现有光谱测量技术中不可避免地会漏掉以一定出射角散射出来的光子，因而设计者们也就忽略了受组织物理结构影响的散射系数。
本发明是一种介质光学参数估计方法及装置，根据不同距离下的多幅图像信息进行吸收系数和散射系数的反演，同时考虑组织吸收和散射的共同作用，不但能够了解被检测物质的化学组成还可以了解其内部分子物理结构，提高了光学参数估计仪器的检测精度并为样品的研究分析提供充分的检测信息。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术中光学参数估计装置只能采集离样品表面固定距离、固定角度的光谱信息、检测过程中忽略了样品组织里散射系数的影响这两个缺点，提供了一种介质光学参数估计方法及装置，并且根据光子在样品中的传输模型同时进行散射系数和吸收系数的反演计算。该光学参数估计装置可广泛用于食品生产及食品的监管检测中。
为了解决上述技术问题，本发明是通过以下的技术方案实现自动采集光束不同出射角度和离样品表面不同距离的多幅光子强度分布图像的光学参数识别仪器的设计。
本发明的技术方案：
一种介质光学参数估计装置，该装置包括单色光发生器、电机驱动器、PLC控制器、单色光反光镜、CMOS相机、手动升降台、手动平移轴、驱动电机、主控计算机、图像获取模块、参数识别模块及机箱面板；
所述主控计算机作为输入输出端口，用于产生控制命令以及显示和存储结果图像；
所述单色光发生器和手动升降台分别通过电机驱动器和驱动电机与PLC控制器相连，PLC控制器接收主控计算机发出的指令来切换单色光发生器的位置并控制单色光发生器的开启；
所述单色光反光镜设置于单色光发生器与待测样品之间，位于光源的出射光路上，单色光发生器发出的固定波长的单色光先传递到单色光反光镜上，再反射到待测样品上；
所述CMOS相机位于待测样品反射光线的光路上，分别与手动平移轴和主控计算机相连，CMOS相机通过手动平移轴并根据被测物体位置进行自身位置的调整，采集到图像信息后传输给主控计算机；
所述图像获取模块和参数识别模块加载在主控计算机上，在获取到图像信息后经过深度学习算法实现样品光学参数的反演。
所述单色光发生器包括红、绿、蓝、紫四支单色光发生器，单色光的切换由主控计算机控制。
一种介质光学参数估计方法，步骤如下：
步骤一，将待测样品放置在手动升降台上，根据待测样品的高度及大小调整好待测样品的位置；
步骤二，在主控计算机上设定单色光发生器的波长，通过调节手动升降台改变待测样品与CMOS相机间的距离，同时利用CMOS相机采集不同距离下的光子强度分布图像，并传输给主控计算机；
步骤三，主控计算机将CMOS相机传来的光子强度分布图像输入图像获取模块，图像获取模块自动将同一介质不同高度下的多幅图片保存在同一文件夹下；
步骤四，参数识别模块利用深度学习算法对多幅图片进行测试，对待测样品的散射系数、吸收系数、异向性系数和同向性系数进行反演，进而得到待测样品的光学特性。
进一步的，当需要调整入射角度时，在手动调节单色光反光镜的同时，需调节CMOS相机和待测样品的位置。
本发明的有益效果：本发明与现有技术相比，采用了一个调距电机实现了自动采集距离的调节，并通过建立光子在检测样品中的运动模型进行样品组织中吸收系数和散射系数的反演(或是利用深度学习算法识别材料的光学特性参数)。通过自动采集离样品表面不同距离光子强度克服了传统光谱仪采集距离固定，检测数据单一、不可靠的特点，大幅提升了光谱仪的实用性和准确度，可快速识别介质中各个光学参数。
附图说明
图1为光子在组织中传输的原理图。
图2为介质光学参数估计装置示意图。
具体实施方式
以下结合技术方案和附图详细叙述本发明的实施例。
实施例1：一种介质光学参数估计方法及装置
一种介质光学参数估计装置，其特征在于，该装置包括单色光发生器、电机驱动器、PLC控制器、单色光反光镜、CMOS相机、手动升降台、手动平移轴、驱动电机、主控计算机、图像获取模块、参数识别模块及机箱面板；
所述主控计算机作为输入输出端口，用于产生控制命令以及显示和存储结果图像；
所述单色光发生器和手动升降台分别通过电机驱动器和驱动电机与PLC控制器相连，PLC控制器接收主控计算机发出的指令来切换单色光发生器的位置并控制单色光发生器的开启；
所述单色光反光镜设置于单色光发生器与待测样品之间，位于光源的出射光路上，单色光发生器发出的固定波长的单色光先传递到单色光反光镜上，再反射到待测样品上；
所述CMOS相机位于待测样品反射光线的光路上，分别与手动平移轴和主控计算机相连，CMOS相机通过手动平移轴并根据被测物体位置进行自身位置的调整，采集到图像信息后传输给主控计算机；
所述图像获取模块和参数识别模块加载在主控计算机上，在获取到图像信息后经过深度学习算法实现样品光学参数的反演。
所述单色光发生器包括红、绿、蓝、紫四支单色光发生器，单色光的切换由主控计算机控制。
一种介质光学参数估计方法，步骤如下：
步骤一，将待测样品放置在手动升降台上，根据待测样品的高度及大小调整好待测样品的位置；
步骤二，在主控计算机上设定单色光发生器的波长，通过调节手动升降台改变待测样品与CMOS相机间的距离，同时利用CMOS相机采集不同距离下的光子强度分布图像，并传输给主控计算机；
步骤三，主控计算机将CMOS相机传来的光子强度分布图像输入图像获取模块，图像获取模块自动将同一介质不同高度下的多幅图片保存在同一文件夹下；
步骤四，参数识别模块利用深度学习算法对多幅图片进行测试，对待测样品的散射系数、吸收系数、异向性系数和同向性系数进行反演，进而得到待测样品的光学特性。
当需要调整入射角度时，在手动调节单色光反光镜的同时，需调节CMOS相机和待测样品的位置。
Claims (4)
1.一种介质光学参数估计装置，其特征在于，该装置包括单色光发生器、电机驱动器、PLC控制器、单色光反光镜、CMOS相机、手动升降台、手动平移轴、驱动电机、主控计算机、图像获取模块、参数识别模块及机箱面板；
所述主控计算机作为输入输出端口，用于产生控制命令以及显示和存储结果图像；
所述单色光发生器和手动升降台分别通过电机驱动器和驱动电机与PLC控制器相连，PLC控制器接收主控计算机发出的指令来切换单色光发生器的位置并控制单色光发生器的开启；
所述单色光反光镜设置于单色光发生器与待测样品之间，位于光源的出射光路上，单色光发生器发出的固定波长的单色光先传递到单色光反光镜上，再反射到待测样品上；
所述CMOS相机位于待测样品反射光线的光路上，分别与手动平移轴和主控计算机相连，CMOS相机通过手动平移轴并根据被测物体位置进行自身位置的调整，采集到图像信息后传输给主控计算机；
所述图像获取模块和参数识别模块加载在主控计算机上，在获取到图像信息后经过深度学习算法实现样品光学参数的反演。
2.根据权利要求1所述的一种介质光学参数估计装置，其特征在于，所述单色光发生器包括红、绿、蓝、紫四支单色光发生器，单色光的切换由主控计算机控制。
3.利用权利要求1所述介质光学参数估计装置的方法，其特征在于，步骤如下：
步骤一，将待测样品放置在手动升降台上，根据待测样品的高度及大小调整好待测样品的位置；
步骤二，在主控计算机上设定单色光发生器的波长，通过调节手动升降台改变待测样品与CMOS相机间的距离，同时利用CMOS相机采集不同距离下的光子强度分布图像，并传输给主控计算机；
步骤三，主控计算机将CMOS相机传来的光子强度分布图像输入图像获取模块，图像获取模块自动将同一介质不同高度下的多幅图片保存在同一文件夹下；
步骤四，参数识别模块利用深度学习算法对多幅图片进行测试，对待测样品的散射系数、吸收系数、异向性系数和同向性系数进行反演，进而得到待测样品的光学特性。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，当需要调整入射角度时，在手动调节单色光反光镜的同时，需调节CMOS相机和待测样品的位置。
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| CN201810440817.9A CN108362667A (zh) | 2018-05-10 | 2018-05-10 | 一种介质光学参数估计装置及方法 |
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109655412A (zh) * | 2018-12-28 | 2019-04-19 | 湖北航天技术研究院总体设计所 | 一种激光水体衰减系数现场测量装置及方法 |
| CN112345452A (zh) * | 2020-11-06 | 2021-02-09 | 罗建华 | 一种灯光调整方法、存储介质及系统 |
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2018
- 2018-05-10 CN CN201810440817.9A patent/CN108362667A/zh not_active Withdrawn
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