一種近紅外分析模型的轉移方法
【技術領域】
[0001] 本發明設及模型轉移領域，具體地，設及一種近紅外光譜的轉移方法。
【背景技術】
[0002] 近紅外光譜分析技術是一種具有高效、無損、無污染、可同時進行多組分定性或定 量分析的快檢技術，在各個行業得到了廣泛應用，例如農產品、石油、飼料、煙草、醫藥等領 域。近紅外光譜分析技術作為一種檢測分析技術手段依據的是近紅外光譜中包含了樣品特 征的重要光譜信息，通過化學計量學的偏最小二乘多變量校正方法（partial least squares, PLS)可W建立樣本光譜信息和其成分含量之間的關系模型，用于預測未知待測樣 本成分含量。
[0003] 但是，近紅外光譜分析技術是一種間接的分析方法，在建立校正模型時，往往需要 測定分析大量樣品的化學值或基礎性質數據作為建立校正模型的基礎，運個過程不僅費時 費力，且投入較大，所W對所建立的模型在動態適應性方面提出了較高的要求。其不僅要求 模型的預測范圍廣，而且要求在一臺儀器上建立的模型能夠在其它儀器上應用，方便大范 圍應用和網絡化集成，即要求進行近紅外光譜分析模型的轉移。
[0004] 激光波數漂移是同品牌儀器間模型不能通用的主要原因，而不同種類儀器則在吸 光度上也有較大差異。在大范圍的應用中，為了使得子機光譜向主機對齊，出現了針對預測 值校正的斜率/截距法，和對光譜進行標準化的化enk's算法和PDS算法。就技術而言，對光 譜進行標準化是從根本上解決儀器間光譜差異的方法。Shenk算法被應用于模型轉移，其步 驟如下:在子機中選取窗口范圍內相關系數最大的點作為主機對應點校正激光波數，通過 一次方程回歸出吸光度校正系數。
[0005] 然而，在窗口的波數校正中，往往有相關系數隨激光波數單調變化的區域，對于該 區域處理不當可能造成波數校正的混亂，尤其吸光度變化趨勢平穩的區段更容易出現此類 情況。另一個重要的缺陷是該算法對窗口大小選擇極其敏感，選擇不同窗口寬度對結構影 響很大，窗口寬度的選擇很難有統一、簡單的判定標準，依靠結果選取的窗口寬度往往對其 他類物質的測量并非是最優窗口寬度。另外由于儀器的噪音、樣品差異、環境變化等原因， 光譜噪音和背景也是對模型轉移算法的一個挑戰，因此合適的光譜預處理與還原方法也是 模型轉移成功的必要條件之一。

【發明內容】

[0006] 本發明的目的是提供一種近紅外分析模型的轉移方法。所述方法基于窗口極大值 尋優的近紅外光譜波數校正和近紅外光譜吸光度校正，能夠準確計算激光波數漂移和吸光 度漂移，保證近紅外分析模型能夠更方便地被推廣。
[0007] 為了實現上述目的，本發明提供一種近紅外分析模型的轉移方法。所述方法包括： 獲取標準物質在主機的第一標準譜和標準物質在子機的第二標準譜;計算所述第一標準譜 全段光譜中每個波數在一個有限的窗口范圍內與所述第二標準譜的相關系數;根據所述相 關系數查找與主機波數相近的極大值點，并將所述極大值點作為子機與主機相關聯的點， 及計算主機與子機任意兩點的差值，從而得到子機在該點的激光波數校正參數;根據所述 激光波數校正參數和所述第一標準譜的激光波數重構所述第二標準譜，得到重構后的第二 標準譜;擬合重構后的第二標準譜與所述第一標準譜在吸光度上的差異，得到吸光度校正 參數；W及根據所述激光波數校正參數和所述吸光度校正參數將子機采集的光譜轉移至主 機。
[000引其中，所述主機為吸光度、信噪比W及特征峰等指標符合相關標準的近紅外儀器。
[0009] 其中，所述子機為與主機光譜有差異的待用儀器。
[0010] 其中，所述標準物質為在近紅外區間內有均勻吸收，理化性質穩定的物質;或待測 組分濃度均勻分布在模型預測范圍內的待測物質。
[0011] 其中，所述第一標準譜和所述第二標準譜均為近紅外光譜。
[0012] 其中，所述計算所述第一標準譜全段光譜中每個波數在一個有限的窗口范圍內與 所述第二標準譜的相關系數之前，所述方法還包括:對所述第一標準譜和所述第二標準譜 分別進行求導、平滑和降噪操作，得到預處理后的第一標準譜和第二標準譜。
[0013] 其中，所述方法還包括:若在有限的窗口范圍內相關系數隨波數單調變化，則查找 極大值點失敗，為該點的激光波數校正系數賦缺省值。
[0014] 其中，所述擬合重構后的第二標準譜與所述第一標準譜在吸光度上的差異，得到 吸光度校正參數之前，所述方法還包括:采用求導方法或縱向平移的方法消除因標準譜基 線不一致引起的誤差，從而得到校正后的標準譜。
[0015] 其中，采用最小二乘法擬合重構后的第二標準譜與所述第一標準譜，得到吸光度 校正參數。
[0016] 其中，所述根據所述激光波數校正參數和所述吸光度校正參數將子機采集的光譜 轉移至主機之后，所述方法還包括:采用積分方法或縱向平移的方法還原檢測光譜。
[0017] 通過上述技術方案，獲取標準物質在主機的第一標準譜和標準物質在子機的第二 標準譜;計算第一標準譜全段光譜中每個波數在一個有限的窗口范圍內與第二標準譜的相 關系數;根據相關系數查找與主機波數相近的極大值點，并將極大值點作為子機與主機相 關聯的點，及計算主機與子機任意兩點的差值，從而得到子機在該點的激光波數校正參數； 根據激光波數校正參數和所述第一標準譜的激光波數重構所述第二標準譜，得到重構后的 第二標準譜;擬合重構后的第二標準譜與第一標準譜在吸光度上的差異，得到吸光度校正 參數；W及根據激光波數校正參數和吸光度校正參數將子機采集的光譜轉移至主機，能夠 準確計算激光波數漂移和吸光度漂移，保證近紅外分析模型能夠更方便地被推廣。
【附圖說明】
[0018] 圖1是本發明提供的近紅外分析模型的轉移方法的流程圖；
[0019] 圖2是本發明提供的近紅外分析模型的轉移方法在網絡集成分析系統中的應用模 式的示意圖；
[0020] 圖3是本發明提供的近紅外分析模型的轉移方法的操作流程圖；
[0021 ]圖4是本發明提供的方法在具體應用中波數校正的示意圖；
[0022]圖5是本發明提供的方法在具體應用中吸光度校正的示意圖；
[0023] 圖6是近紅外分析模型轉移之前主機光譜和子機光譜的示意圖；
[0024] 圖7是近紅外分析模型轉移之后主機光譜和子機光譜的示意圖；
[0025] 圖8是模型轉移軟件中模型轉移參數計算的軟件界面；
[0026] 圖9是模型轉移軟件中模型轉移應用的軟件界面。
【具體實施方式】
[0027] W下結合附圖對本發明的【具體實施方式】進行詳細說明。應當理解的是，此處所描 述的【具體實施方式】僅用于說明和解釋本發明，并不用于限制本發明。
[0028] 圖1是本發明提供的近紅外分析模型的轉移方法的流程圖。如圖1所示，本發明提 供的近紅外分析模型的轉移方法包括:在步驟S101中，獲取標準物質在主機的第一標準譜 和標準物質在子機的第二標準譜。具體地，選擇一臺通過儀器自帶的ValPro與標準輪校驗 (吸光度、信噪比、特征峰等符合標準)的近紅外儀器作為主機(master),-臺與主機光譜有 差異的待用儀器作為子機(slave),并選擇一批在近紅外區間內有均勻吸收，理化性質穩定 的物質；或待測組分濃度均勻分布在模型預測范圍內的待測物質作為模型轉移的標準物 質，分別在主機和子機中測量得到近紅外光譜作為主機標準譜(Xm)和子機標準譜(Xs)。其 中，標準物質普通易存放、性質穩定，且標準物質選取不宜少于3個，也不宜多于200個，優選 5~30個之間，抽1和Xs均為M*N的矩陣，Μ為離散的波數點，N為標準物質的種類。
[0029] 在步驟S102中，計算所述第一標準譜全段光譜中每個波數在一個有限的窗口范圍 內與所述第二標準譜的相關系數。具體地，在計算所述第一標準譜全段光譜中每個波數在 一個有限的窗口范圍內與所述第二標準譜的相關系數之前，所述方法還包括:對所述第一 標準譜和所述第二標準譜分別進行求導、平滑和降噪操作，得到預處理后的第一標準譜和 第二標準譜。藉此，提高了窗口內相似度的比對。緊接著，在步驟S103中，根據所述相關系數 查找與主機波數相近的極大值點，并將所述極大值點作為子機與主機相關聯的點，及計算 主機與子機任意兩點的差值，從而得到子機在該點的激光波數校正參數。具體地，根據W下 程序語句便可得到激光波數校正參數(para_wav_co;r):
[0030] para_wav_cor = near (i , f indpeak(cor (Xnu,Xsj)))
[0031] 其中，near(a，b)為求數列b中與數值a最接近的索引值，fimlpeak(a)為求數列a中 極大值符合給定條件的索引值，cor (a，b)為遍歷矩陣b中每一行與向量a的相關系數，Xnu為 主