[發明專利]一種近紅外光譜的S-G平滑插值、模型轉移方法及裝置

在審

• 申請號: 202211041256.8
• 申請日: 2022-08-29
• 公開（公告）號: CN115586161A
• 公開（公告）日: 2023-01-10
• 發明（設計）人: 王迪;馮偉華;趙樂;劉惠民;王銳;郭軍偉;宗國浩;劉紹鋒;王永勝
• 申請（專利權）人: 中國煙草總公司鄭州煙草研究院
• 主分類號: G01N21/359
• 分類號: G01N21/359;G01N21/01;G06F17/16;G06F17/17;G06F17/18
• 代理公司: 鄭州睿信知識產權代理有限公司 41119
• 代理人: 李清凡

本發明涉及一種近紅外光譜的S?G平滑插值、模型轉移方法及裝置，屬于數據處理技術領域。插值方法為：獲取主機及子機光譜數據；以設定的窗口大小、步長和多項式階次，對子機光譜數據進行S?G平滑處理，獲得關于光譜點位置與吸光度關系的平滑多項式；每平滑一個步長，尋找與窗口內中心點最鄰近的主機光譜點及其在子機光譜上的插值位置，將插值位置帶入對應的平滑多項式中，得到對齊的子機光譜數據。模型轉移方法為：利用上述插值方法獲得與主機光譜數據對齊的子機光譜數據，然后進行模型轉移。插值裝置和模型轉移裝置均包括處理器及存儲器，處理器分別對應實現上述插值方法和模型轉移方法。本發明的插值結果及預測結果誤差小，模型轉移效率高。

技術領域

本發明屬于光譜數據處理技術領域，具體涉及一種近紅外光譜的S-G平滑插值、模型轉移方法及裝置。

背景技術

近紅外光譜分析技術是一種結合儀器科學、化學計量學等學科對樣品定性或定量的二次分析技術，以無損、快速、無污染等優點而受到越來越多研究人員的青睞，已經在食品、藥物、石油、農業及煙草等領域得到了廣泛的應用。

為了提高近紅外預測模型的適用性，往往通過模型轉移方法將主機模型應用到子機儀器上以避免重復建模，常用的模型轉移算法如截距/斜率校正(S/B)、光譜空間變換(SST)、直接標準化(DS)等均需要主機光譜與子機光譜對齊才能夠計算。在日常分析過程中發現，即使是相同品牌的傅里葉近紅外光譜儀，在更新換代之后，由于激光器的變化，導致其光譜成像波數不一致，造成模型轉移算法失效，而插值方法作為有效解決這一類似問題的方法之一，常被用在模型轉移前處理過程中，使得子機光譜與主機光譜變換一致后再進行模型轉移。

插值是離散函數逼近的重要方法，利用它可通過函數在已知的有限點處取值，估算出函數在其他點處的近似值。已有研究中常用Zero、Slinear、Quadratic、Cubic、Nearest等插值方式對殘缺數據進行補齊，這些插值方式都是以相應的插值函數求解原則求得插值多項式，從而可以代入插值點對數據進行處理。但是，這些方法并不能很好的考慮在求解插值多項式的過程中數據變化趨勢對插值點的影響，導致插值點與原始點的平滑度不夠，而光譜的插值對數據整體平滑性要求較高，大多數現有的插值方法往往忽略了這一點，因此在實際系統中表現一般。

雖然現有技術中采用了Savitzky-Golay(簡稱S-G)平滑方法對光譜數據進行平滑處理，但是均是對光譜數據先插值再平滑處理，基于該處理方式得到的光譜數據與原始光譜數據差異顯著，且模型轉移預測結果誤差較大。

發明內容

本發明的目的是提供一種近紅外光譜的S-G平滑插值、模型轉移方法及裝置，以解決現有的近紅外光譜插值結果與原始光譜數據差異顯著，且模型轉移預測結果誤差較大的問題。

本發明為解決上述技術問題而提供的近紅外光譜的S-G平滑插值方法的技術方案為：該方法包括以下步驟：

1)獲取樣品的主機光譜數據以及子機光譜數據；

2)按照設定的滑動窗口大小、平滑步長和多項式的階次，對滑動窗口內的子機光譜數據進行Savitzky-Golay平滑處理，獲得滑動窗口內子機光譜數據對應的平滑多項式；所述平滑多項式為光譜波長點的位置與吸光度的關系式；

3)每平滑一個步長，根據滑動窗口內中心位置的光譜波長點的對應數值、各主機光譜波長點的對應數值，尋找與滑動窗口內中心位置的光譜波長點最鄰近的主機光譜波長點；

4)根據滑動窗口內中心位置的光譜波長點的對應數值及其位置、最鄰近的主機光譜波長點的對應數值，獲得最鄰近的主機光譜波長點在子機光譜上的插值位置，將所述插值位置帶入滑動窗口內子機光譜數據對應的平滑多項式中，從而得到與主機光譜數據對齊的子機光譜數據。