1 中国农业大学信息与电气工程学院, 北京 100083
2 北京市农林科学院智能装备技术研究中心, 北京 100097
光谱质量、 样本个体差异、 检测系统和建模算法等多种因素共同决定水果糖度检测模型的预测精度和稳定性。 采用自主研发的短积分全透射近红外在线检测系统以5 ms积分时间和0.5 m·s-1运行速度在线获取了“富士”苹果全透射光谱信号。 不同姿态获取的透射光谱强度差异明显, 但曲线走势相近, 均在920 nm波段具有最大的光谱强度, 在850 nm波段存在波谷。 采用移动平均平滑、 标准正态变量变换和多元散射校正等预处理方法有效去除原始光谱的随机噪声和基线偏差, 减小了样本检测姿态引起的光谱差异。 为分析不同检测姿态对苹果整果糖度预测模型的影响, 构建了单一姿态局限模型和多姿态通用模型, 结果表明基于全位点平均透射光谱构建的单一姿态局限模型对检测姿态具有很大的局限性, 而多姿态通用模型预测能力较单一检测姿态相当, 但却对不同的检测姿态具有更强的适用能力。 为进一步提高光谱信号质量, 优化模型预测能力, 采用信号强度阈值优选方法实现了苹果整果糖度预测模型优化, 发现移除中央位点获取的透射光谱信号, 有利于提高苹果整果糖度预测模型精度。 多姿态通用信号强度优化模型综合考虑不同姿态获取的光谱信息有效性, 有效提升了通用信号强度优化模型的预测能力和稳定性, 当多姿态通用模型中信号强度阈值为5 000时, 模型预测性能最佳, 其预测参数Rp, RMSEP和RPD分别为0.79, 0.84%和1.58。 表明短积分全透射近红外在线检测系统用于不同姿态苹果糖度预测是可行的, 多姿态通用模型的建立, 扩大了模型在不同姿态的预测稳健性, 短积分光谱采集方式结合信号强度阈值优选方法提升了光谱信号的质量和模型的预测能力。
在线检测 全透射光谱 通用模型 苹果 糖度 Online detection Full transmittance spectrum Universal prediction model Apple Sugar content 光谱学与光谱分析
2022, 42(6): 1907
中国工程物理研究院 激光聚变研究中心, 四川 绵阳 621900
球面透镜的透射波前畸变是影响激光驱动器光束质量的重要参数。采用移相干涉仪检测球面透镜波前畸变时，测量结果的精度受限于标准球面镜头和后置平面反射镜的精度。然而，现有的绝对检测技术仅适用于反射元件。为了满足球面透镜波前畸变的高精度检测需求，提出了一种适用于球面透镜透射波前的绝对检测方法: 三位置-平移相减法。详细介绍了三位置-平移相减法的原理，对其进行了模拟仿真和实验验证。仿真结果显示: 三位置-平移相减法的仿真误差为10 nm~13 nm，达到高精度测量的理论要求; 实验结果表明: 三位置-平移相减法可以有效地减小前标准球面镜头和后置平面反射镜对测量结果的影响，该方法对球面透镜的加工和装调具有很好的指导意义。
光学检测 绝对测量 仿真分析 球面透镜 optical detection absolute testing simulation analysis spherical lens
1 山西农业大学工学院, 山西 太谷 030801
2 浙江大学生物系统工程和食品科学学院, 浙江 杭州 310058
枣营养丰富且品种繁多,不同品种的内外部品质与市场价格均存在差异,为了实现鲜枣品种分类的快速无损检测,以产自同一地区的板枣、鸡心枣和相枣为研究对象,动态采集光谱数据.采用移动平滑(moving smoothing)与多元散射校正(multiplicative scatter correction,MSC)相结合的方法预处理光谱数据,对预处理后的光谱数据采用连续投影算法(successive projections algorithm,SPA)提取出11个特征波长分别为:980,1 860,1 341,1 386,2 096,1 831,1 910,1 628,441,768,601 nm,其重要程度依次递减.以所提取的特征波长作为输入变量,建立极限学习机(extreme learning machine,ELM)分类模型,进行预测判别,并与偏最小二乘判别分析(partial least squares discriminant analysis,PLS-DA)和最小二乘支持向量机(least squares support vector machines,LS-SVM)方法进行比较.结果表明:SPA-ELM方法所建校正模型的决定系数R2=0.972 38,校正均方根误差RMESC=0.018 724,SPA-ELM方法与SPA-PLS-DA和SPA-LS-SVM方法判别准确率均为100%,说明ELM是一种有效的分类判别方法.该研究为鲜枣品种分类检测提供了新的理论基础。
鲜枣 分类检测 连续投影算法 极限学习机 Fresh jujube Detection SPA ELM PLS-DA LS-SVM 光谱学与光谱分析
2015, 35(7): 1870
中国工程物理研究院激光聚变研究中心, 四川 绵阳 621900
在平行平板类元件透射波前的测量过程中, 在干涉强度图上有时会产生寄生条纹, 会给透射波前的测量引入较大的误差。阐述了寄生条纹的产生机理, 仿真分析了寄生条纹对透射波前测量误差的影响, 介绍了调节移除寄生条纹的方法。对一平板类透射元件进行了实验对比, 分别测量了在具有寄生条纹时和移除寄生条纹后的透射波前。根据对比结果可以看出, 该调节方法能有效地消除寄生条纹对透射波前测量的影响, 使测量结果能更真实地反应出元件透射波前的分布。
光学测量 透射波前 寄生条纹 干涉 optical measurement transmit wavefront spurious fringes interference
1 南京理工大学 电子工程与光电技术学院, 南京 210094
2 中国工程物理研究院 激光聚变研究中心, 四川 绵阳 621900
为了研究高功率激光系统中划痕型缺陷对光场质量的影响，采用分步傅里叶算法对非线性近轴波动方程进行求解，模拟分析了不同划痕参数(长度、宽度、深度)下，元件内部、光束近场、元件后传输光场以及光束远场的光强分布情况。数值模拟结果表明: 随着划痕长度、宽度或深度的增加，元件内部以及元件后传输光场的峰值强度和对比度均会相应增强;光束近场的光强对比度也会略微增大;对于光束远场的强度分布，与划痕宽度方向所对应的频谱能量会不断增强。该项研究工作可以为划痕检验标准的制定提供一定的定量分析依据。
光学元件 划痕型缺陷 高功率激光系统 分步傅里叶算法 光束近场 光束远场 optics elements scratch defect high power laser system split-step-Fourier-transform near field far field 强激光与粒子束
2014, 26(9): 092011
中国工程物理研究院激光聚变研究中心, 四川 绵阳 621900
为解决移相干涉仪(PSI)测量平板类光学元件面形过程中产生多表面干涉条纹混叠的问题，介绍了基于波长移相的多表面干涉条纹分析方法的基本原理。对三表面干涉测量进行仿真分析，通过对随时间变化的干涉图进行傅里叶变换，提取相应频谱级次的相位，可求得前后表面面形分布。比较了不同取样帧数及不同干涉光频谱变化范围下的误差最大值与方差的变化。与原始仿真面形比较，在理想情况下，该方法测得面形误差优于10－4λ。采用该方法对一实验元件的三表面干涉图进行分析计算，并与Zygo干涉仪测量值比较，结果表明，元件面形峰谷值（PV）与均方根值(RMS)相对误差均低于1%。
测量 波长移相 多表面干涉 中国激光
2013, 40(10): 1008007
中国工程物理研究院激光聚变研究中心, 四川 绵阳 621900
为了解决神光系列装置所需长焦透镜焦距的检测问题,在现有斐索干涉仪的基础上,对常规组合透镜方法进行了拓展,提出了双探头光栅尺法。对两种方法的工作原理及检测方法进行了分析,同时计算分析了测量数据误差对测量结果的影响,得出测量数据测量误差的上限要求。这两种方法具有测量精度高、重复性好、测量过程简单的优点,对于各类透镜焦距的检测具有重要的实用价值。
光学测量 焦距 组合透镜 双探头光栅尺 optics measurement focal length combined lens double detectors grating ruler
中国工程物理研究院激光聚变研究中心, 四川 绵阳 621900
为实现在高功率激光装置中对平面反射镜反射率的高精度测量, 提出了将双光束分光光度法与VW测量法相结合, 利用扩束后的测量光束测量被测元件的反射率。推导了计算公式, 搭建了测量光束口径为50mm的检测系统, 通过对标准吸收玻璃吸收值的测试验证了系统对光束能量测试的准确性。利用该系统对高功率激光装置使用的反射镜的反射率进行了测量, 并将其测量结果与用lambda900分光光度计测量的结果进行了比对。结果表明: 该方法的测量精度优于0.1%。
光学测量 反射率 高功率激光系统 大口径光学元件 双光束分光光度法 optical measurement reflective high-powered laser system large aperture optics double-beam principle
中国工程物理研究院 激光聚变研究中心, 绵阳 621900
为了实现光学材料光学非均匀性的高精度检测, 采用将光学材料制成一小楔角(小于0-117°)光学元件并利用菲索干涉法检测其光学非均匀性的方法, 对测量过程进行了理论仿真分析和熔石英材料光学非均匀性的实验验证, 取得了熔石英材料的光学非均匀性数据, 峰谷值为4-33×10-6, 均方根值为0-862×10-6, 测量准确度优于4-8×10-7。结果表明, 该测量方法能有效避免目前检测方法中将光学材料制成平板元件而引起干涉混叠的现象。
测量与计量 干涉测量 光学非均匀性 计算机仿真 高功率激光系统 measurement and metrology interferometer measurement optical inhomogeneity computer simulation high power laser system
1 中国工程物理研究院激光聚变研究中心, 四川 绵阳 621900
2 浙江大学现代光学仪器国家重点实验室, 浙江 杭州 310027
图像拼接是大口径光学元件表面疵病检测的关键环节之一。通过分析各种图像拼接的方法, 结合大口径光学元件表面疵病检测的需要, 采用基于模板匹配的方法实现大口径光学元件表面疵病检测的图像拼接。实验证明, 块匹配的拼接方法能取得非常好的拼接效果, 为实现大口径光学元件表面疵病的高精度、高效率、自动化检测提供了一定的指导。
光学测量 表面疵病 显微散射成像 图像拼接 大口径光学元件
