本發(fā)明涉及光譜分析，特別涉及一種光源光熱效應(yīng)對樣品光譜影響的矯正方法、裝置、設(shè)備及介質(zhì)。
背景技術(shù)：
1、光譜分析技術(shù)是一種可以實現(xiàn)物質(zhì)組分或性質(zhì)快速、無損檢測的先進手段，被廣泛用于農(nóng)業(yè)、食品、藥品及石油化工等多個行業(yè)。光譜分析技術(shù)利用所采集的物質(zhì)光譜，如拉曼光譜、近紅外光譜等，結(jié)合預(yù)先建立的化學(xué)計量學(xué)模型來定性或定量評估物質(zhì)的組分和性質(zhì)，在化學(xué)計量學(xué)數(shù)據(jù)庫建立和光譜測試過程中，對于樣品光譜采集的質(zhì)量要求較高。
2、目前，一些表面均一且非透明的固體材料（本發(fā)明稱為“樣品”）往往采用漫反射測試的形式進行光譜采集。漫反射光源普遍具有較大的功率，在持續(xù)照射樣品時，光源的光熱效應(yīng)會使樣品溫度顯著升高，伴隨著包含水分在內(nèi)的吸附性物質(zhì)的快速蒸發(fā)，導(dǎo)致樣品光譜發(fā)生較大變化，這種光譜變化會對化學(xué)計量學(xué)模型的準(zhǔn)確性產(chǎn)生影響，導(dǎo)致樣品組分或性質(zhì)的評估精度降低。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、本發(fā)明的目的在于提供一種光源光熱效應(yīng)對樣品光譜影響的矯正方法、系統(tǒng)、設(shè)備及介質(zhì)，可以解決因光源光熱效應(yīng)使樣品光譜發(fā)生較大變化，導(dǎo)致樣品組分或性質(zhì)的評估精度降低的技術(shù)問題。
2、為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的實施例提供了一種光源光熱效應(yīng)對樣品光譜影響的矯正方法，包括以下步驟：
3、采集目標(biāo)樣品在光源光熱效應(yīng)影響下的多條樣品光譜，所述樣品光譜中的光譜信息包括與樣品待測組分/性質(zhì)相關(guān)的第一光譜信息，以及受光源光熱效應(yīng)影響產(chǎn)生的第二光譜信息；
4、根據(jù)第一光譜信息以及第二光譜信息，采用正交投影法，分別獲取與樣品待測組分/性質(zhì)相關(guān)的光譜的第一投影矩陣以及受光源光熱效應(yīng)影響的光譜的第二投影矩陣；其中，第一投影矩陣與第二投影矩陣正交；
5、獲取由多條樣品光譜之間的差異形成的差異矩陣，并通過對差異矩陣進行稀疏主成分分析，獲取能夠?qū)悠饭庾V中的光譜信息映射到僅受光源光熱效應(yīng)影響的子空間中的載荷矩陣；
6、根據(jù)載荷矩陣確定第二投影矩陣，并根據(jù)第二投影矩陣確定第一投影矩陣，以采用第一投影矩陣對在光源光熱效應(yīng)影響下的樣品光譜進行矯正。
7、進一步的，通過以下公式對差異矩陣進行稀疏主成分分析：
8、；
9、式中，表示第 j個載荷向量， α表示載荷向量的過程值，表示差異矩陣，表示差異矩陣的協(xié)方差矩陣，表示彈性網(wǎng)正則化，和為控制正則化強度的預(yù)設(shè)參數(shù)；
10、載荷矩陣為：l={ l1, l2,… l m}；
11、式中， m為大于1的整數(shù)。
12、進一步的，所述第二投影矩陣通過以下公式獲?。?/p>
13、；
14、式中，q表示第二投影矩陣。
15、進一步的，通過以下公式對在光源光熱效應(yīng)影響下的樣品光譜進行矯正：
16、；
17、式中，表示矯正后的樣品光譜，表示矯正前的樣品光譜，p表示第一投影矩陣。
18、進一步的，在所述根據(jù)第一光譜信息以及第二光譜信息，采用正交投影法，分別獲取與樣品待測組分/性質(zhì)相關(guān)的光譜的第一投影矩陣以及受光源光熱效應(yīng)影響的光譜的第二投影矩陣之前，還包括：
19、采用savitzky-golay平滑方法，在預(yù)設(shè)窗口內(nèi)通過多項式擬合的形式將樣品光譜中跳動的噪聲數(shù)據(jù)擬合成平滑的多項式數(shù)據(jù)。
20、本發(fā)明的實施例還提供了一種光源光熱效應(yīng)對樣品光譜影響的矯正裝置，包括：
21、光譜采集模塊，用于采集目標(biāo)樣品在光源光熱效應(yīng)影響下的多條樣品光譜，所述樣品光譜中的光譜信息包括與樣品待測組分/性質(zhì)相關(guān)的第一光譜信息，以及受光源光熱效應(yīng)影響產(chǎn)生的第二光譜信息；
22、矩陣變換模塊，用于根據(jù)第一光譜信息以及第二光譜信息，采用正交投影法，分別獲取與樣品待測組分/性質(zhì)相關(guān)的光譜的第一投影矩陣以及受光源光熱效應(yīng)影響的光譜的第二投影矩陣；其中，第一投影矩陣與第二投影矩陣正交；
23、矩陣分析模塊，用于獲取由多條樣品光譜之間的差異形成的差異矩陣，并通過對差異矩陣進行稀疏主成分分析，獲取能夠?qū)悠饭庾V中的光譜信息映射到僅受光源光熱效應(yīng)影響的子空間中的載荷矩陣；
24、光譜矯正模塊，用于根據(jù)載荷矩陣確定第二投影矩陣，并根據(jù)第二投影矩陣確定第一投影矩陣，以采用第一投影矩陣對在光源光熱效應(yīng)影響下的樣品光譜進行矯正。
25、本發(fā)明的實施例還提供了一種計算機設(shè)備，包括：至少一個處理器；以及，與所述至少一個處理器通信連接的存儲器；其中，所述存儲器中存儲有可被所述至少一個處理器執(zhí)行的指令，所述指令被所述至少一個處理器執(zhí)行，以使所述至少一個處理器能夠執(zhí)行上述光源光熱效應(yīng)對樣品光譜影響的矯正方法。
26、本發(fā)明的實施例還提供了一種計算機可讀存儲介質(zhì)，存儲有計算機程序，所述計算機程序被處理器執(zhí)行時實現(xiàn)上述光源光熱效應(yīng)對樣品光譜影響的矯正方法。
27、本發(fā)明所提供的光源光熱效應(yīng)對樣品光譜影響的矯正方法，至少具有以下有益效果：
28、由于樣品光譜中的光譜信息包括與樣品待測組分/性質(zhì)相關(guān)的第一光譜信息，以及受光源光熱效應(yīng)影響產(chǎn)生的第二光譜信息，本發(fā)明以矩陣形式來表示這幾者之間的關(guān)系，得到與樣品待測組分/性質(zhì)相關(guān)的光譜的第一投影矩陣以及受光源光熱效應(yīng)影響的光譜的第二投影矩陣。若要實現(xiàn)在光源光熱效應(yīng)影響下的樣品光譜的矯正，則需要求得與光熱效應(yīng)無關(guān)的光譜投影矩陣，即與樣品待測組分/性質(zhì)相關(guān)的光譜的第一投影矩陣，而第一投影矩陣與第二投影矩陣正交，則需要先求得受光源光熱效應(yīng)影響的光譜的第二投影矩陣。
29、此時，獲取多條樣品光譜之間的差異形成放入差異矩陣，并通過對差異矩陣進行稀疏主成分分析，能夠?qū)悠饭庾V中的光譜信息映射到僅受光源光熱效應(yīng)影響的子空間中的載荷矩陣，以獲得多條光譜中規(guī)律變化的稀疏特征信息，其表示了樣品光譜中僅受光源光熱效應(yīng)影響的特征信息，基于此可以確定第二投影矩陣，進而確定第一投影矩陣，得到與光熱效應(yīng)影響正交的投影矩陣，從而通過該投影矩陣實現(xiàn)光源光熱效應(yīng)影響的樣品光譜進行校正，提升樣品組分或性質(zhì)的評估精度。
1.一種光源光熱效應(yīng)對樣品光譜影響的矯正方法，其特征在于，包括：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光源光熱效應(yīng)對樣品光譜影響的矯正方法，其特征在于，通過以下公式對差異矩陣進行稀疏主成分分析：
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光源光熱效應(yīng)對樣品光譜影響的矯正方法，其特征在于，所述第二投影矩陣通過以下公式獲?。?/p>
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的光源光熱效應(yīng)對樣品光譜影響的矯正方法，其特征在于，通過以下公式對在光源光熱效應(yīng)影響下的樣品光譜進行矯正：
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光源光熱效應(yīng)對樣品光譜影響的矯正方法，其特征在于，在所述根據(jù)第一光譜信息以及第二光譜信息，采用正交投影法，分別獲取與樣品待測組分/性質(zhì)相關(guān)的光譜的第一投影矩陣以及受光源光熱效應(yīng)影響的光譜的第二投影矩陣之前，還包括：
6.一種光源光熱效應(yīng)對樣品光譜影響的矯正裝置，其特征在于，包括：
7.一種計算機設(shè)備，其特征在于，包括：至少一個處理器；以及，與所述至少一個處理器通信連接的存儲器；其中，所述存儲器存儲有可被所述至少一個處理器執(zhí)行的指令，所述指令被所述至少一個處理器執(zhí)行，以使所述至少一個處理器能夠執(zhí)行如權(quán)利要求1至5中任一項所述的光源光熱效應(yīng)對樣品光譜影響的矯正方法。
8.一種計算機可讀存儲介質(zhì)，存儲有計算機程序，其特征在于，所述計算機程序被處理器執(zhí)行時，實現(xiàn)如權(quán)利要求1至5中任一項所述的光源光熱效應(yīng)對樣品光譜影響的矯正方法。