基于局部保持投影的紅外光譜儀校準方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種基于局部保持投影的紅外光譜儀校準方法，包括：采集主、從儀器標樣集的紅外光譜圖；采集到的主、從儀器標樣集的紅外光譜圖建立反映主、從儀器紅外光譜圖差異的子空間局部保持投影變換矩陣；利用子空間局部保持投影變換矩陣，得到主、從儀器標樣集的紅外光譜圖之間的對應變換關系，并將從儀器上的紅外光譜圖變換到主儀器上；利用主儀器校正集上建立的多元校正模型對變換后的紅外光譜圖進行預測，使得主儀器模型能夠成功應用于從儀器紅外光譜圖，即實現(xiàn)模型轉(zhuǎn)移。本發(fā)明專利技術(shù)所設計的基于局部保持投影的紅外光譜儀校準方法操作簡單，校正預測準確度高，并且具有相當?shù)目煽啃裕軌蛴行У叵V圖中的非線性因素、噪聲等冗余特征的影響。

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)涉及紅外光譜模型轉(zhuǎn)移
，特別是涉及一種。
技術(shù)介紹
紅外光譜技術(shù)因其快速、準確和無損而被廣泛應用于工業(yè)領域。光譜多元校正技術(shù)能夠有效地用于物質(zhì)成分含量檢測和在線過程監(jiān)測。但是多元校正模型在實際應用中常常會受到局限，這主要是由于已經(jīng)建立的多元校正模型無法有效地應用于新的環(huán)境條件下觀測的譜圖或不同儀器采集的譜圖。重新校正方法可以克服這個局限，但是它每次都需要重新建立模型，這種方法的代價相當大，并且費時費力。模型轉(zhuǎn)移(model transfer)[1]是解決上述模型推廣問題的一種有效方法,它將在一臺儀器上建立的定性或定量校正模型可靠地移植到其它相同或類似的儀器上使用，或?qū)⒃谀骋粭l件下建立的模型用于同一臺儀器另一條件下采集的譜圖，其本質(zhì)就是消除量測信號之間的不一致性使得其適合于同一個模型。模型轉(zhuǎn)移在實際應用中起到很重要的作用，它提供了一種可能，使得人們可以根據(jù)已有模型分析未來的樣本，而不需要重新建立模型O目前，模型轉(zhuǎn)移主要有兩種途徑。從預處理的角度來看，對主、從儀器的譜圖進行預處理，消除與所測樣品無關的信息，使得主、從儀器的差異變小或消除，從而使得主儀器的模型能夠直接應用于從儀器，這類方法包括基線校正、導數(shù)變換、正態(tài)變量變換、多元散射校正、有限脈沖響應濾波、正交信號校正[3]、小波變換[4]和廣義最小二乘M等。從光譜變換的角度來看，尋找一個變換矩陣將從儀器光譜響應映射到主儀器，實現(xiàn)模型共享，代表性的方法有直接標準化和分段直接標準化[6]。但是，預處理方法可能導致譜圖信息損失，從而無法完全消除不同儀器譜圖間差異。光譜變換方法如分段直接標準化方法可能會受到正態(tài)噪聲的干擾。基于局部保持投影的模型轉(zhuǎn)移方法能夠有效克服噪聲的影響，目前還未見成熟的技術(shù)與文獻。此外，儀器型號的不同，以及采集環(huán)境的變化，會導致不同儀器采集的譜圖之間出現(xiàn)各種復雜的差異，如何通過變換手段有效消除這些差異是模型轉(zhuǎn)移技術(shù)的一個難題。[l]Feudale R N, Woody N AjTan H，et al. Transfer ofmultivariatecalibration models : a review. Chemometrics and IntelligentLaboratorySystems,2002，64(2)，181-192[2]Bouveresse E，Hartmann C，Massart D L. Standardization ofNear-1nfraredSpectrometric Instruments. Analytical Chemistry，1996，68，982—990[3]Wold S，Antti H，Lindgren F，et al. Orthogonal signalcorrect ionof near-1nfrared spectra. Chemometrics and IntelIigentLaboratorySystems,1998,44(1-2)，175-185[4] Tan H Wj Brown S D. Wavelet hybrid direct standardizationofnear — infrared multivariate calibrations. Journal of Chemometrics，2001，15(8),647-663[5] Martens H，Hgfy Mj Wise B M，et al. Prewhitening of databycovariance-weighted pre-processing.Journal of Chemometrics，2003，17(3)，153-165[ 6 ] W a n g Y，Veltkamp D Jj Kowalski B R. MultivariateInstrumentStandardization. Analytical Chemistry,1991，63(23)，2750 - 275
技術(shù)實現(xiàn)思路
本專利技術(shù)所要解決的技術(shù)問題是提供一種快速有效、方便便捷、重復性好的。本專利技術(shù)為了解決上述技術(shù)問題設計了如下技術(shù)方案本專利技術(shù)設計了一種，包括如下具體步驟步驟(I):采集主、從儀器標樣集的紅外光譜圖；步驟(2):利用步驟(I)中采集到的主、從儀器標樣集的紅外光譜圖建立反映主、從儀器紅外光譜圖差異的子空間局部保持投影變換矩陣；步驟(3):利用步驟(2)中建立的子空間局部保持投影變換矩陣，得到主、從儀器標樣集的紅外光譜圖之間的對應變換關系；利用該對應變換關系將從儀器上的紅外光譜圖變換到主儀器上；步驟(4):在主儀器校正集上建立光譜與濃度間的多元校正模型，利用該多元校正模型對步驟(3)中變換后的紅外光譜圖進行預測，使得主儀器模型能夠成功應用于從儀器紅外光譜圖，即實現(xiàn)模型轉(zhuǎn)移。作為本專利技術(shù)的一種優(yōu)化方法所述步驟(2)包括如下具體處理步驟(21):將主、從儀器標樣集的紅外光譜圖分別構(gòu)成矩陣Xms和Xss，將紅外光譜圖矩陣Xms和Xss分別進行子空間局部保持投影變換，利用公式Lm=XmsU和Ls=XssV得到子空間變量Lm和Ls，其中U和V定義為局部保持投影矩陣；步驟(22):建立子空間變量Lm和Ls之間的變換關系Lm=LsF1,并建立主儀器子空間變量Lm與主儀器標樣集Xms之間的變換關系Xms=LmF2，將上述關系代入得，Xms=XssVF1F2,從而得到子空間局部保持投影變換矩陣為F=VF1Fy作為本專利技術(shù)的一種優(yōu)化方法所述步驟(3)包括如下具體處理步驟(31):利用公式Xms=XssVF1F2與局部保持投影方法計算得到局部保持投影矩陣U和V，并得到子空間變量Lm和Ls，利用最小二乘回歸或奇異值分解方法求解子空間變量Lm和Ls之間的變換關系Lm=LsF1和主儀器子空間變量Lm與主儀器標樣集Xms之間的變換關系Xms=LmF2，得到矩陣F1和F2,從而得到變換矩陣F=VF1F2,即為主、從儀器標樣集的紅外光譜圖之間的對應變換關系；步驟(32):進行子空間投影得到子空間投影后矩陣Ls,m=Xs,mV ；步驟(33):將步驟(32)中的子空間投影后矩陣變換到對應的主儀器子空間變量得到矩陣 Lnbun=LsiunF1 ；步驟(33):將步驟(32)中的矩陣變換到主儀器上得到= LmjmF1。本專利技術(shù)與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點1.本專利技術(shù)所設計的完全基于選定的標樣數(shù)據(jù)，算法求解過程中僅涉及權(quán)重參數(shù)，該參數(shù)取值穩(wěn)定，無需人工調(diào)節(jié)，操作簡單；2.本專利技術(shù)所設計的能夠揭示高維光譜數(shù)據(jù)的內(nèi)在結(jié)構(gòu)，將其嵌入到一個低維流形，有效地保持了光譜數(shù)據(jù)的局部結(jié)構(gòu)，消除了噪聲等干擾因素的影響，提高了模型轉(zhuǎn)移的穩(wěn)健性；3.本專利技術(shù)所設計的易于推廣到非線性核空間，因而基于局部保持投影的模型轉(zhuǎn)移方法能夠有效地消除譜圖之間的非線性干擾。附圖說明圖1是本專利技術(shù)所設計的的流程圖。具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本專利技術(shù)做進一步的詳細說明下面首先給出局部保持投影模型給定觀測數(shù)據(jù)Xl，X2,…Xm e Rn,局部保持投影變換尋求一個投影矩陣A，將這m個點映射為y1,y2,…，ym e R1 (l《n),使得Yi能夠表示Xi, Yi=ATXi局部保持投影算法分為如下幾步1.構(gòu)造鄰接圖本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護點】
一種基于局部保持投影的紅外光譜儀校準方法，其特征在于，包括如下具體步驟：步驟（1）：采集主、從儀器標樣集的紅外光譜圖；步驟（2）：利用步驟（1）中采集到的主、從儀器標樣集的紅外光譜圖建立反映主、從儀器紅外光譜圖差異的子空間局部保持投影變換矩陣；步驟（3）：利用步驟（2）中建立的子空間局部保持投影變換矩陣，得到主、從儀器標樣集的紅外光譜圖之間的對應變換關系；利用該對應變換關系將從儀器上的紅外光譜圖變換到主儀器上；步驟（4）：在主儀器校正集上建立光譜與濃度間的多元校正模型，利用該多元校正模型對步驟（3）中變換后的紅外光譜圖進行預測，使得主儀器模型能夠成功應用于從儀器紅外光譜圖，即實現(xiàn)模型轉(zhuǎn)移。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種基于局部保持投影的紅外光譜儀校準方法，其特征在于，包括如下具體步驟 步驟(I):采集主、從儀器標樣集的紅外光譜圖； 步驟(2):利用步驟(I)中采集到的主、從儀器標樣集的紅外光譜圖建立反映主、從儀器紅外光譜圖差異的子空間局部保持投影變換矩陣； 步驟(3):利用步驟(2)中建立的子空間局部保持投影變換矩陣，得到主、從儀器標樣集的紅外光譜圖之間的對應變換關系；利用該對應變換關系將從儀器上的紅外光譜圖變換到主儀器上； 步驟(4):在主儀器校正集上建立光譜與濃度間的多元校正模型，利用該多元校正模型對步驟(3)中變換后的紅外光譜圖進行預測，使得主儀器模型能夠成功應用于從儀器紅外光譜圖，即實現(xiàn)模型轉(zhuǎn)移。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于局部保持投影的紅外光譜儀校準方法，其特征在于，所述步驟(2)包括如下具體處理 步驟(21):將主、從儀器標樣集的紅外光譜圖分別構(gòu)成矩陣Xms和Xss，將紅外光譜圖矩陣Xms和Xss分別進行子空間局部保持投影變換，利用公式Lm=XmsU和Ls=XssV得到子空間變量Lm和Ls，其中U和V定義為局部保持投影矩陣； 步驟(22):建立子空...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：劉軍，王海燕，姜久英，
申請(專利權(quán))人：江蘇省質(zhì)量安全工程研究院，
類型：發(fā)明
國別省市：