基于ZEMAX的柚果内部品质光谱无损检测光路仿真与试验

摘要

【目的】解决柚果Citrus maxima在无损检测中采集的光谱信息较弱、柚果内部品质检测不准确的问题。【方法】采用ZEMAX软件对光谱无损检测光路进行光学仿真，并搭建实物装置进行测试与验证。为进一步验证该光路对柚果内部品质的无损检测效果，采集400～1 100 nm波段132个柚果光谱数据，理化测定其可溶性固形物含量并进行训练建模和测试验证。【结果】最优光路参数为：灯珠数量为7、柚果与光源间距为2 cm，探测器与柚果间距为0.5 cm。通过Savitzky-Golay （SG）平滑和标准正态变换（Standard normal variate,SNV）预处理，竞争自适应重加权采样（Competitive adaptive reweighted sampling,CARS）特征选择，建立柚果糖度偏最小二乘回归（Partial least squares regression,PLSR）预测模型，训练集R²和RMSE分别为0.81和0.85，测试集R²和RMSE分别为0.81和0.89。【结论】本研究得到的柚果光谱无损检测光路参数可用于柚果内部品质的无损检测，检测效果较好，也为其他大尺寸水果内部无损检测提供了参考。

关键词

柚果 / ZEMAX / 光路优化 / 光学仿真 / 无损检测 / 建模识别