光子在苹果中传输的蒙特卡洛仿真开题报告

 2022-01-23 08:01

1. 研究目的与意义、国内外研究现状(文献综述)

1、课题的意义

水果组织中光能量的分布对水果质量检测和品质分级具有重要意义,我国是水果生产大国,早期的品质分级主要依靠人工分拣,依据水果的外观(大小、颜色、形状等)存在效率低下和无法鉴定水果内部信息的问题。近年来,依据声学、光学、计算机技术和自动化控制理论,对生物组织进行无损检测的技术的迅速发展,水果品质检测技术由人工分拣逐渐转化为自动化检测。其中应用最广、效果最好的技术是光谱分析技术,其原理是用选定波长的光照射水果表面,光照射到水果后一系列的反射、散射和吸收。由于水果的特性和成分差异,对不同波段的光的吸收和散射作用各不相同,根据水果表面的反透射光谱以及水果组织内部的光能量分布,可分析出水果的品质差异。

2、国内外研究概况

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2. 研究的基本内容和问题

1、研究目标和内容

在本次的设计中,主要是基于蒙特卡洛方法对苹果模型的光子传输过程进行仿真。具体内容如下:

(1)查阅相关资料,学习光子传输理论,主要关注输运理论。

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3. 研究的方法与方案

本设计通过阅读文献,决定基于matlab来完成预定的目标,具体研究方法和技术路线如下:

(1)通过阅读文献,分析光线追踪方法,设计程序实现蒙特卡洛模拟;

(2)通过文献资料首先实现单层平板模型光线追踪算法,验证实验数据,进一步对曲面进行研究;

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4. 研究创新点

1、采用蒙特卡洛方法模拟光子在生物组织中的传输过程,避免了求解辐射传输方程难度大和漫射近似理论适用范围有限等缺陷,从而使得计算机模拟光子传输达到计算速度快,适用范围广的效果;

2、通过建立真实的苹果模型,弥补了传统研究方法只停留在多层平板模型的不足,解决了复杂曲面下模拟光子传输的问题;

3、程序可视化展示不同参数的苹果模型的光能量分布,分析得到各个参数对苹果表面光亮度分布的影响。

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5. 研究计划与进展

2015.12-2016.01 完成开题工作。

2016.01-2016.02 查阅并分析文献,学习光子传输理论,设计程序模拟光子传输过程,得到在单束无限窄光照射下单层平板中光能量分布,和已有的mcml非实验标准比对,分析误差优化程序;学习常见的概率抽样方法,掌握常用的概率分布函数的编程实现;学习matlab图像处理相关知识与编程。

2016.2-2016.3 学习曲面建模,基于matlab运用蒙特卡洛方法对曲面模型进行光子追踪模拟,可视化分析曲面内光能量分布。

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