随着人类生活水平的提高,人们对水果的品质要求更加严格,水果品质的无损检测与分级也越来越受到重视。常用的无损检测技术有近红外光谱法,高光谱成像法,介电特性法等,这些方法虽然已经取得了较好的成果,但是基于这些方法的无损检测装置还处于研究的初级阶段,很多地方不太成熟,光学检测技术以其快速、高效的特点倍受青睐。因此,本文以苹果为例,测量水果的果皮和果肉的吸收系数,约散射系数,折射率等基本光学参数,建立逼真的双层(果皮-果肉)水果组织三维模型,利用蒙特卡罗法模拟了808 nm波长下光在水果组织中传输的光学特性,揭示了光子入射方向、水果果皮厚度对光在水果组织中的传输特性如光子分布情况、光子到达深度、光子的漫反射漫透射率以及检测灵敏度等,建立了水果组织穿透深度,检测灵敏度与果皮厚度之间的数学模型。为水果的品质检测与分级,不同类型水果的分类设计更有效的光学检测装置(如光源的强度、检测器的大小以及位置等)提供了理论基础。下面就对本文的主要内容和实验结论做简要总结。研究内容:(1)水果组织参数的测量。用自动阿贝折射仪测量水果组织折射率,根据单积分球法(Single-Integrating-Sphere method,简称SISD)加反向倍增法(inverse-adding-double method,简称IAD法)的原理搭建测量水果果皮组织和果肉组织的吸收系数和约散射系数的测量系统,对实验中获得的水果果皮组织、果肉组织的漫反射和漫透射各100组数据进行处理,计算出水果果皮组织、果肉组织的吸收系数和约散射系数。(2)介绍蒙特卡罗模拟的全过程,包括光子的发射,步长的生成,散射方向的确定,边界的分析以及终止的处理等方法。建立双层(果皮-果肉)三维水果组织模型,分析蒙特卡罗模拟代码的实现过程,编码中需要解决的主要技术,介绍蒙特卡罗模拟软件主要功能。(3)模拟光在水果组织中传播的过程,深入研究光子入射方向和水果果皮厚度对光子在组织内的分布情况,光子到达的深度,光子的漫反射漫透射率,检测灵敏度的影响,建立光子的穿透深度,检测灵敏度与水果果皮厚度之间关系的数学模型。研究表明,测量水果组织光学特性基本参数时,2mm是水果果肉组织样品的理想厚度,太薄时,光子在组织中散射的次数过少,不能反映光子在水果组织中传输的真实情况,过厚时能透过样品的光子数太少,测量结果不准确。在研究光子入射方向对光在水果组织中传输特性的研究时表明,45度的入射角为最佳入射角;果皮厚度对光子在水果组织中传输特性的影响表明,水果果皮组织越厚,漫反射漫透射率越低,光子的深度和检测灵敏度也随着果皮厚度的增加而线性减少。