[發明專利]一種基于零空間投影的近紅外光譜預處理方法

有效

• 申請號: 201610153879.2
• 申請日: 2016-03-17
• 公開（公告）號: CN105787518B
• 公開（公告）日: 2019-04-23
• 發明（設計）人: 吳繼忠;徐清泉;夏琛;畢一鳴;吳鍵;廖付;李石頭;夏駿;蘇燕;慕繼瑞;張立立;李永生;何文苗;郝賢偉
• 申請（專利權）人: 浙江中煙工業有限責任公司
• 主分類號: G06K9/62
• 分類號: G06K9/62;G01N21/359
• 代理公司: 杭州天勤知識產權代理有限公司 33224
• 代理人: 劉靜靜

本發明公開了一種基于零空間投影的近紅外光譜預處理方法，包括：步驟1，采集訓練樣本的近紅外光譜以及化學值；步驟2，對近紅外光譜進行排序；步驟3，利用相鄰兩個訓練樣本的化學值，計算擬合權重；步驟4，利用擬合權重生成虛擬近紅外光譜；步驟5，計算差譜矩陣；步驟6，對差譜矩陣進行主成分分析，選取投影向量P；步驟7，將訓練樣本矩陣在P的正交方向進行投影，得到X_p；步驟8，利用偏最小二乘算法建模；步驟9，對待測樣本X_new，在P的正交方向進行投影，將投影結果代入步驟8所建模型中，得到預測物質的含量。本發明在建模之前，對訓練樣本和后續預測樣本進行零空間的正交投影，消除干擾因素，提高建模結果的魯棒性，降低模型的維護頻率。

技術領域

本發明涉及近紅外光譜技術領域，具體涉及一種基于零空間投影的近紅外光譜預處理方法。

背景技術

近紅外光譜能夠表征待測物中的多種含氫基團信息，具有采樣方便、無損傷、無污染、能夠在線檢測等優點，非常適合用于各種復雜混合物的檢測。近紅外光譜檢測技術目前已廣泛應用于制藥、煙草、石油化工及農業等領域。

近年來，近紅外光譜技術結合多元校正技術，如偏最小二乘算法(Partial LeastSquares,PLS)等進行定量分析越來越普遍，然而，在實際應用中，在模型建立之后，由于時間間隔的原因，測試樣本與訓練樣本的狀態可能不一致。例如，測試溫度，濕度(水分)，光譜基線漂移等不一致。當測試樣本中的干擾程度不在訓練樣本包含的范圍之內時，其模型不能很好的應對這些新的干擾，導致預測精度降低。

常用的近紅外光譜預處理技術主要有求導(一階導數譜，二階導數譜)，多元散射校正(Multiplicative scatter correction,MSC)(參見文獻H.Martens,S.A.Jensen,andP.Geladi,“Multivariate linearity transformations for near infraredreflectance spectroscopy,”in Proc.Nordic Symp.Applied Statistics,1983,pp.205–234.)和標準正態變量校正(Standard normal variate,SNV)(參見文獻R.J.Barnes,M.S.Dhanoa,and S.J.Lister,“Standard normal variate transformation and de-trending of near-infrared diffuse reflectance spectra,”Applied spectroscopy,vol.43,no.5,pp.772–777,1989.)等。

這些方法都假設光譜干擾項可由一常數項a和一乘性項b組成，通過對兩種干擾項進行消除來達到校正目的。例如，一階導數譜可以消除常數性的基線漂移，二階導數譜在一階導數之上，還可以消除乘性項的基線漂移。MSC和SNV分別通過估計近紅外光譜中的干擾項a和b，從而對其進行校正。

現有的預處理方法的缺點主要是：在校正中沒有考慮實際的干擾因素及其幅度，當測試樣本的干擾項幅度超出訓練樣本范圍時，會導致模型對新樣本的預測精度降低。

現有的預處理方法只針對近紅外光譜，沒有考慮到建模對象的信息，預處理對建模對象的影響是未知的，可能出現由于預處理不當導致的預測效果不理想，甚至預測偏差超出設定閾值的現象。

發明內容

本發明提供了一種基于零空間投影的近紅外光譜預處理方法，在建模之前，對訓練樣本和后續預測樣本進行零空間的正交投影，消除干擾因素，提高建模結果的魯棒性，降低模型的維護頻率。

一種基于零空間投影的近紅外光譜預處理方法，包括：

步驟1，采集訓練樣本的近紅外光譜以及感興趣成分的化學值；

步驟2，依據訓練樣本化學值由小到大的順序，對近紅外光譜進行排序；