利用改进蒙特卡罗模拟和光密度算法评估线扫描成像系统对组织内部缺陷的检测能力

摘要

利用蒙特卡罗模拟和光密度算法评估线扫描成像系统对被测样品内部缺陷的检测性能。首先,引入三维体素分割方法,实现对内部缺陷不规则组织边界的精细划分,以改善传统蒙特卡罗方法难以准确模拟复杂组织的光学传输问题;分析了仪器参数对光子在组织内部的穿透深度、探测器的探测深度和表面漫反射率的影响,确定了最佳的参数配置;最后,利用光密度算法评估了系统对不同大小和深度缺陷的检测性能。仿真结果表明,在光源入射角为15°、光源-探测器距离为1 mm的条件下,线扫描成像检测系统能够兼顾光子探测深度和表面反射率;对于大(a=2 mm,b=3 mm,c=1 mm)、中(a=2 mm,b=2 mm,c=1 mm)、小(a=2 mm,b=1.5 mm,c=1 mm)三种尺度的椭球体缺陷,系统的缺陷深度检测限分别为3.5 mm、3 mm、2.7 mm。本研究结果为面向水果等农产品内部缺陷检测的线扫描成像系统的参数优化和性能评估提供了理论依据。