混合物光譜一致性判定方法
【專利摘要】一種混合物光譜一致性判定方法，涉及一種光譜一致性判定方法，該方法是建立移動窗口，將被測樣本光譜和樣本庫內(nèi)的已知系列樣本光譜在移動窗口內(nèi)分段考察，計(jì)算移動窗口內(nèi)的被測樣本光譜構(gòu)成的向量與已知系列樣本光譜構(gòu)成的矩陣之間的空間夾角值，通過移動窗口，得到系列夾角值；再通過調(diào)整移動窗口的大小，得到被測樣本光譜與已知系列樣本光譜在不同位置和尺度下的差異分布，由差異分布判斷被測光譜與已知系列樣本光譜的一致性，從而判斷被測樣本與已知系列樣本是否具有相同屬性。本發(fā)明可準(zhǔn)確判定被測樣本是否確定地屬于已知系列樣本，其成本低，效率高，方法簡便直觀，便于理解，易于推廣應(yīng)用。
【專利說明】
混合物光譜一致性判定方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明涉及一種光譜一致性判定方法，特別是一種混合物光譜一致性判定方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 近紅外光譜可采用透射、漫反射等靈活測量方式，適合于完成現(xiàn)場測量任務(wù)。但 是，其光譜特征顯著性不足，往往需要較復(fù)雜的化學(xué)計(jì)量學(xué)方法配合，降低了方法的實(shí)用 性，也提高了方法的實(shí)施成本。
[0003] 許多實(shí)際的分析任務(wù)如:對象的歸類、真?zhèn)舞b定、摻雜判別等，可以通過光譜比對， 完成無損、快速測試，工作內(nèi)容都可歸結(jié)為判定光譜的一致性。然而，實(shí)際測量所面向的對 象通常不是純凈物，例如糧食、油料、纖維等，無法采用純物質(zhì)光譜進(jìn)行比對。在近紅外光譜 以及其他光譜分析中，都普遍需求更好、更確定的解決方法。目前較多采用的模型聚類方 法，需要大量的訓(xùn)練樣本和人工干預(yù)，成本高、效率低。
[0004] 通常的光譜分析面對的是純凈物或者組成含量確定體系的光譜，其特點(diǎn)是待測物 具有確定的標(biāo)準(zhǔn)光譜;混合物體系由多種成分組成，含有相同成分的混合物，由于各成分的 含量差異，導(dǎo)致譜圖也會出現(xiàn)差異。
[0005] 以食用植物油為例，花生油含有軟脂酸、硬脂酸、油酸、亞油酸等系列成分，產(chǎn)地和 出產(chǎn)時(shí)間都會導(dǎo)致組分含量出現(xiàn)差異，因而導(dǎo)致光譜差異;測量任一種的花生油樣品，都可 能出現(xiàn)不同的圖譜，無法建立像純凈物那樣單一的標(biāo)準(zhǔn)圖譜。尤其近紅外光譜缺乏容易辨 識的特征峰，無法采用譜圖比對的方法判定被測樣本是否確定地屬于花生油。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是：提供一種混合物光譜一致性判定方法，以解決現(xiàn)有 技術(shù)存在的上述成本高、效率低、無法判定被測樣本是否確定地屬于已知系列樣本的不足 之處。
[0007] 解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案是:一種混合物光譜一致性判定方法，該方法是建 立移動窗口，將被測樣本光譜和樣本庫內(nèi)的已知系列樣本光譜在移動窗口內(nèi)分段考察，計(jì) 算移動窗口內(nèi)的被測樣本光譜構(gòu)成的向量與已知系列樣本光譜構(gòu)成的矩陣之間的空間夾 角值，通過移動窗口，得到系列夾角值;再通過調(diào)整移動窗口的大小，得到被測樣本光譜與 已知系列樣本光譜在不同位置和尺度下的差異分布，由差異分布判斷被測光譜與已知系列 樣本光譜的一致性，從而判斷被測樣本與已知系列樣本是否具有相同屬性。
[0008] 本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)方案是:該方法包括以下步驟： Al.選擇被測樣本光譜和進(jìn)行對比的樣本庫所含的已知系列樣本光譜，被測樣本光譜 構(gòu)成向量v，樣本庫中所含的已知系列樣本光譜，每個(gè)光譜一列，構(gòu)成矩陣M; A2.根據(jù)譜圖所包含的波長點(diǎn)數(shù)，分別以總波長點(diǎn)數(shù)的1/2、1/4、1/8、……、l/2n分割， 最小窗口內(nèi)包含10至20個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)，定義不同尺度下的移動窗口大?。?A3.以最小尺度的移動窗口開始從矩陣上端向下移動，計(jì)算移動窗口內(nèi)向量和矩陣的 空間夾角； A 4.移動窗口移動至下一點(diǎn)，繼續(xù)計(jì)算空間夾角，直至移動窗口移至矩陣底端； A 5.將移動窗口移動計(jì)算得到的夾角值保存至數(shù)據(jù)序列Ste3mp; A6.選擇下一尺度的移動窗口，重復(fù)步驟A3開始，直至所有大小的移動窗口都完成計(jì) 算;得到空間夾角的數(shù)據(jù)序列Sall; A 7.計(jì)算數(shù)據(jù)序列Saii的方差值D; A 8.計(jì)算I-2D/JT的值，即光譜的歸屬系數(shù)φ; A 9.歸屬系數(shù)Φ的值介于O和1之間，歸屬系數(shù)Φ的值越趨近于1，代表被測樣本與已知 系列樣本越接近;歸屬系數(shù)Φ的值越小，表明差異越大，從而判斷出被測樣本與已知系列樣 本是否具有相同屬性。
[0009] 本發(fā)明的再進(jìn)一步技術(shù)方案是:在步驟Al中，向量V與矩陣M對應(yīng)的數(shù)據(jù)點(diǎn)處于相 同波長。
[0010] 由于采用上述結(jié)構(gòu)，本發(fā)明之混合物光譜一致性判定方法與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有 以下有益效果： 1.可準(zhǔn)確判定被測樣本是否確定地屬于已知系列樣本： 由于本方法是建立移動窗口，將被測樣本光譜和樣本庫內(nèi)的已知系列樣本光譜在移動 窗口內(nèi)分段考察，計(jì)算移動窗口內(nèi)的被測樣本光譜構(gòu)成的向量與已知系列樣本光譜構(gòu)成的 矩陣之間的空間夾角值，通過移動窗口，得到系列夾角值;再通過調(diào)整移動窗口的大小，得 到被測樣本光譜與已知系列樣本光譜在不同位置和尺度下的差異分布，由差異分布判斷被 測光譜與已知系列樣本光譜的一致性，從而判斷被測樣本與已知系列樣本是否具有相同屬 性。因此，本發(fā)明是將多個(gè)已知的同類混合物光譜構(gòu)建混合物樣本庫，只要被測物光譜與樣 本庫的空間角序列方差值小于定義值，即可準(zhǔn)確判定被測樣本是否確定地屬于已知系列樣 本。
[0011] 2.成本低，效率高： 本發(fā)明所用的設(shè)備比較簡單，成本較低;而且步驟簡便，無需復(fù)雜的計(jì)算過程，效率較 尚。
[0012] 3.方法簡便直觀，便于理解： 本發(fā)明提出光譜的歸屬系數(shù)Φ，可以確定反映出樣本間的差異，準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)混合物光譜的 分類判斷；歸屬系數(shù)Φ的值介于〇和1之間，歸屬系數(shù)Φ的值越趨近于1，代表被測樣本與已知 系列樣本越接近;歸屬系數(shù)Φ的值越小，表明差異越大。該方法簡便直觀，也便于理解，易于 推廣應(yīng)用。
[0013] 下面，結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明之混合物光譜一致性判定方法的技術(shù)特征作進(jìn) 一步的說明。
【附圖說明】
[0014] 圖1:實(shí)施例一所述6個(gè)同類樣本Al~A6和1個(gè)異類樣本Bi的近紅外光譜圖； 圖2:實(shí)施例一所述樣本A6與樣本Ai~A5的Sa 11序列， 圖3:實(shí)施例一所述樣本Bi與樣本Ai~A5的Sail序列。
【具體實(shí)施方式】
[0015] -種混合物光譜一致性判定方法，該方法是建立移動窗口，將被測樣本光譜和樣 本庫內(nèi)的已知系列樣本光譜在移動窗口內(nèi)分段考察，計(jì)算移動窗口內(nèi)的被測樣本光譜構(gòu)成 的向量與已知系列樣本光譜構(gòu)成的矩陣之間的空間夾角值，通過移動窗口，得到系列夾角 值;再通過調(diào)整移動窗口的大小，得到被測樣本光譜與已知系列樣本光譜在不同位置和尺 度下的差異分布，由差異分布判斷被測光譜與已知系列樣本光譜的一致性，從而判斷被測 樣本與已知系列樣本是否具有相同屬性。
[0016] 該方法包括以下步驟： Al.選擇被測樣本光譜和進(jìn)行對比的樣本庫所含的已知系列樣本光譜，被測樣本光譜 構(gòu)成向量v，樣本庫中所含的已知系列樣本光譜，每個(gè)光譜一列，構(gòu)成矩陣M，向量V與矩陣M 對應(yīng)的數(shù)據(jù)點(diǎn)處于相同波長； A2.根據(jù)譜圖所包含的波長點(diǎn)數(shù)，分別以總波長點(diǎn)數(shù)的1/2、1/4、1/8、……、l/2n分割， 最小窗口內(nèi)包含10至20個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)，定義不同尺度下的移動窗口大??； A3.以最小尺度的移動窗口開始從矩陣上端向下移動，計(jì)算移動窗口內(nèi)向量和矩陣的 空間夾角； A 4.移動窗口移動至下一點(diǎn)，繼續(xù)計(jì)算空間夾角，直至移動窗口移至矩陣底端； A 5.將移動窗口移動計(jì)算得到的夾角值保存至數(shù)據(jù)序列Ste3mp; A6.選擇下一尺度的移動窗口，重復(fù)步驟A3開始，直至所有大小的移動窗口都完成計(jì) 算;得到空間夾角的數(shù)據(jù)序列Sall; A 7.計(jì)算數(shù)據(jù)序列Saii的方差值D; A 8.計(jì)算I-2D/JT的值，即光譜的歸屬系數(shù)φ; A 9.歸屬系數(shù)Φ的值介于0和1之間，歸屬系數(shù)Φ的值越趨近于1，代表被測樣本與已知 系列樣本越接近;歸屬系數(shù)Φ的值越小，表明差異越大，從而判斷出被測樣本與已知系列樣 本是否具有相同屬性。
[0017]以下是具體的實(shí)施案例： 取6個(gè)同類樣本的Ai~A6和1個(gè)異類樣本Bi的近紅外光譜，如圖1。
[0018]依此從樣本A1-A6中任意一個(gè)選出作為被測樣本，其余樣本作樣本庫，分別計(jì)算得 到的歸屬系數(shù)Φ為： 0.9969,0.9967, 0.9934, 0.9939,0.9971,0.9970； 如將樣本Ai~A5作為樣本庫，按步驟計(jì)算樣本A6與樣本Ai~A5的一致性，圖2是其Sal 1 序列。
[0019] 計(jì)算樣本出對心~六5樣本庫的歸屬系數(shù)Φ為:0 · 9739，圖3是出與心~六5的3&11序列。
[0020] 計(jì)算結(jié)果表明樣本Bi對Ai~A5系列樣本的歸屬度小于同類樣本中的任何一個(gè)，可 判斷樣本Bi與樣本Ai~A 5不屬于同類。
[0021] 計(jì)算樣本Al~A6和樣本Bi相互的相關(guān)系數(shù)，如附表一所示。
[0022] 從相關(guān)系數(shù)看，樣本Bl與其他樣本并無確定差異，反而是其中樣本A4與其他樣本 的差異較大。
[0023]附表二的歸屬系數(shù)Φ則能夠正確反映出樣本與樣本庫的差異情況，清晰顯示樣本 Bi與樣本A類(A1-A5)差異顯著大于樣本A6與樣本A類(A1-A5)的差異。
[0024]因此采用本發(fā)明提出的歸屬系數(shù)Φ，可以確定反映出樣本間的差異，準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)混合 物光譜的分類判斷。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種混合物光譜一致性判定方法，其特征在于:該方法是建立移動窗口，將被測樣本 光譜和樣本庫內(nèi)的已知系列樣本光譜在移動窗口內(nèi)分段考察，計(jì)算移動窗口內(nèi)的被測樣本 光譜構(gòu)成的向量與已知系列樣本光譜構(gòu)成的矩陣之間的空間夾角值，通過移動窗口，得到 系列夾角值;再通過調(diào)整移動窗口的大小，得到被測樣本光譜與已知系列樣本光譜在不同 位置和尺度下的差異分布，由差異分布判斷被測光譜與已知系列樣本光譜的一致性，從而 判斷被測樣本與已知系列樣本是否具有相同屬性。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的混合物光譜一致性判定方法，其特征在于:該方法包括以下步 驟： A1.選擇被測樣本光譜和進(jìn)行對比的樣本庫所含的已知系列樣本光譜，被測樣本光譜 構(gòu)成向量v，樣本庫中所含的已知系列樣本光譜，每個(gè)光譜一列，構(gòu)成矩陣M; A2.根據(jù)譜圖所包含的波長點(diǎn)數(shù)，分別以總波長點(diǎn)數(shù)的1/2、1/4、1/8、……、l/2n分割，最 小窗口內(nèi)包含10至20個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)，定義不同尺度下的移動窗口大??； A3.以最小尺度的移動窗口開始從矩陣上端向下移動，計(jì)算移動窗口內(nèi)向量和矩陣的 空間夾角； A 4.移動窗口移動至下一點(diǎn)，繼續(xù)計(jì)算空間夾角，直至移動窗口移至矩陣底端； A 5.將移動窗口移動計(jì)算得到的夾角值保存至數(shù)據(jù)序列Ste?P; A6.選擇下一尺度的移動窗口，重復(fù)步驟A3開始，直至所有大小的移動窗口都完成計(jì) 算;得到空間夾角的數(shù)據(jù)序列Sall; A 7.計(jì)算數(shù)據(jù)序列Saii的方差值D; A 8.計(jì)算1-2D/JT的值，即光譜的歸屬系數(shù)φ; A 9.歸屬系數(shù)Φ的值介于0和1之間，歸屬系數(shù)Φ的值越趨近于1，代表被測樣本與已知 系列樣本越接近;歸屬系數(shù)Φ的值越小，表明差異越大，從而判斷出被測樣本與已知系列樣 本是否具有相同屬性。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的混合物光譜一致性判定方法，其特征在于:在步驟A1中，向量v 與矩陣Μ對應(yīng)的數(shù)據(jù)點(diǎn)處于相同波長。
【文檔編號】G06T7/00GK105844646SQ201610199936
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2016年4月1日
【發(fā)明人】姚志湘, 粟暉
【申請人】廣西科技大學(xué)