[發明專利]基于光譜曲線波形相似度的光譜匹配方法

有效

• 申請號: 201310437964.8
• 申請日: 2013-09-24
• 公開（公告）號: CN103488751A
• 公開（公告）日: 2014-01-01
• 發明（設計）人: 應義斌;周萬懷;謝麗娟
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G06F17/30
• 分類號: G06F17/30
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 林懷禹

技術領域

本發明涉及一種光譜匹配方法，尤其是涉及一種基于光譜曲線波形相似度的光譜匹配方法。

背景技術

光譜分析法具有快速、無損、樣本制作簡單、多指標同時檢測的優勢。目前，光譜技術在眾多的領域得以應用，如：使用紅外分析法分析農副產品水分、蛋白質、糖類和脂肪的含量，轉基因鑒別，對石油的成分進行測定等；使用中紅外和拉曼光譜進行物質成分鑒定，農藥殘留，轉基因鑒別等。隨著光譜分析技術應用范圍的不斷拓展，大量的光譜數據需要管理和維護，分析結果和結論希望被共享。因此，光譜數據庫管理系統應運而生。光譜匹配技術是支撐光譜數據庫系統運行的最為重要的技術之一，它的精確與否關系到從數據庫中所取得信息是否可用。因此，一個高精確度的光譜匹配方法是光譜數據庫系統成敗的關鍵。傳統的全光譜匹配方法均直接采用光譜的吸光度（或反射率，或能量值）作為光譜匹配源數據。這些方法由于對光譜的絕對強度要求過于苛刻，往往無法正確匹配。因此，一種不直接依賴光譜吸光度值（或反射率值，或能量值）的光譜匹配方法是十分必要的。

發明內容

為了克服上述背景技術中存在的問題，本發明的目的在于提供一種基于光譜曲線波形相似度的光譜匹配方法，通過光譜曲線的線型相似度，降低了光譜匹配方法對光譜絕對強度的依賴。

本發明采用的技術方案的步驟如下：

1）制作實驗樣本；

2）采集實驗樣本光譜并將光譜各自獨立保存為xlsx格式的文件；

3）計算實驗樣本光譜曲線的一階導數：所述光譜的第i點的一階導數為第i、i+1點之間的線段斜率；

4）去除零值一階導數：采用緊鄰零值一階導數的非零一階導數替換零值一階導數值；

5）計算實驗樣本光譜與參照光譜之間的匹配度：計算并統計相比較的兩條光譜在相同波段的所有一階導數的比值的平均值，將該平均值作為相比較的兩條光譜之間的匹配度。

所述步驟4）中去除零值一階導數，具體方法是：

采用緊挨零值一階導數的非零一階導數值替換零值一階導數，轉換后光譜一階導數僅有負值和正值，負值一階導數表示光譜在對應的區域為單調遞減，正值一階導數表示光譜在對應的區域為單調遞增。

所述步驟5）中計算相比較的兩條光譜之間的匹配度，具體方法是：

在相同的波段，比較相比較的兩條光譜的一階導數大小，使用絕對值較小者與絕對值較大者的比值作為該標段范圍內兩條光譜的相似度，依次計算相比較的兩條光譜在所有波段范圍內的相似度，最后計算所有波段相似度的平均值。

所述單調遞減或單調遞增不包含光譜的絕對強度，因此，基于曲線波形相似度的光譜匹配方法是一種模糊匹配方法。

本發明具有的有益效果是：

本發明采用曲線波形相似度作為光譜匹配指標來判斷光譜之間的相似度，降低了光譜匹配方法對光譜絕對強度的依賴。采用該方法具有更高的分類識別精度，對于提高光譜數據庫查詢速度和光譜數據庫查詢精確度具有重要的意義，有助于實現光譜數據信息共享和研究結果的推廣。

附圖說明

圖1是原始光譜曲線。

圖2是一階導數光譜曲線。

圖3是基于曲線波形相似度的光譜匹配方法流程圖。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施方式對本發明做進一步的說明。

如圖3所示，本發明包括如下步驟：

1）制作實驗樣本；

2）采集實驗樣本光譜并將光譜各自獨立保存為xlsx格式的文件；

3）計算實驗樣本光譜曲線的一階導數：所述光譜的第i點的一階導數為第i、i+1點之間的線段斜率；

4）去除零值一階導數：采用緊鄰零值一階導數的非零一階導數替換零值一階導數值；

5）計算實驗樣本光譜與參照光譜之間的匹配度：計算并統計相比較的兩條光譜在相同波段的所有一階導數的比值的平均值，將該平均值作為相比較的兩條光譜之間的匹配度。

所述步驟4）中去除零值一階導數，具體方法是：

采用緊挨零值一階導數的非零一階導數值替換零值一階導數，轉換后光譜一階導數僅有負值和正值，負值一階導數表示光譜在對應的區域為單調遞減，正值一階導數表示光譜在對應的區域為單調遞增。

所述步驟5）中計算相比較的兩條光譜之間的匹配度，具體方法是：

在相同的波段，比較相比較的兩條光譜的一階導數大小，使用絕對值較小者與絕對值較大者的比值作為該標段范圍內兩條光譜的相似度，依次計算相比較的兩條光譜在所有波段范圍內的相似度，最后計算所有波段相似度的平均值。