一种近红外分析模型的转移方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及模型转移领域，具体地，设及一种近红外光谱的转移方法。
【背景技术】
[0002] 近红外光谱分析技术是一种具有高效、无损、无污染、可同时进行多组分定性或定 量分析的快检技术，在各个行业得到了广泛应用，例如农产品、石油、饲料、烟草、医药等领 域。近红外光谱分析技术作为一种检测分析技术手段依据的是近红外光谱中包含了样品特 征的重要光谱信息，通过化学计量学的偏最小二乘多变量校正方法（partial least squares, PLS)可W建立样本光谱信息和其成分含量之间的关系模型，用于预测未知待测样 本成分含量。
[0003] 但是，近红外光谱分析技术是一种间接的分析方法，在建立校正模型时，往往需要 测定分析大量样品的化学值或基础性质数据作为建立校正模型的基础，运个过程不仅费时 费力，且投入较大，所W对所建立的模型在动态适应性方面提出了较高的要求。其不仅要求 模型的预测范围广，而且要求在一台仪器上建立的模型能够在其它仪器上应用，方便大范 围应用和网络化集成，即要求进行近红外光谱分析模型的转移。
[0004] 激光波数漂移是同品牌仪器间模型不能通用的主要原因，而不同种类仪器则在吸 光度上也有较大差异。在大范围的应用中，为了使得子机光谱向主机对齐，出现了针对预测 值校正的斜率/截距法，和对光谱进行标准化的化enk's算法和PDS算法。就技术而言，对光 谱进行标准化是从根本上解决仪器间光谱差异的方法。Shenk算法被应用于模型转移，其步 骤如下:在子机中选取窗口范围内相关系数最大的点作为主机对应点校正激光波数，通过 一次方程回归出吸光度校正系数。
[0005] 然而，在窗口的波数校正中，往往有相关系数随激光波数单调变化的区域，对于该 区域处理不当可能造成波数校正的混乱，尤其吸光度变化趋势平稳的区段更容易出现此类 情况。另一个重要的缺陷是该算法对窗口大小选择极其敏感，选择不同窗口宽度对结构影 响很大，窗口宽度的选择很难有统一、简单的判定标准，依靠结果选取的窗口宽度往往对其 他类物质的测量并非是最优窗口宽度。另外由于仪器的噪音、样品差异、环境变化等原因， 光谱噪音和背景也是对模型转移算法的一个挑战，因此合适的光谱预处理与还原方法也是 模型转移成功的必要条件之一。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的是提供一种近红外分析模型的转移方法。所述方法基于窗口极大值 寻优的近红外光谱波数校正和近红外光谱吸光度校正，能够准确计算激光波数漂移和吸光 度漂移，保证近红外分析模型能够更方便地被推广。
[0007] 为了实现上述目的，本发明提供一种近红外分析模型的转移方法。所述方法包括： 获取标准物质在主机的第一标准谱和标准物质在子机的第二标准谱;计算所述第一标准谱 全段光谱中每个波数在一个有限的窗口范围内与所述第二标准谱的相关系数;根据所述相 关系数查找与主机波数相近的极大值点，并将所述极大值点作为子机与主机相关联的点， 及计算主机与子机任意两点的差值，从而得到子机在该点的激光波数校正参数;根据所述 激光波数校正参数和所述第一标准谱的激光波数重构所述第二标准谱，得到重构后的第二 标准谱;拟合重构后的第二标准谱与所述第一标准谱在吸光度上的差异，得到吸光度校正 参数；W及根据所述激光波数校正参数和所述吸光度校正参数将子机采集的光谱转移至主 机。
[000引其中，所述主机为吸光度、信噪比W及特征峰等指标符合相关标准的近红外仪器。
[0009] 其中，所述子机为与主机光谱有差异的待用仪器。
[0010] 其中，所述标准物质为在近红外区间内有均匀吸收，理化性质稳定的物质;或待测 组分浓度均匀分布在模型预测范围内的待测物质。
[0011] 其中，所述第一标准谱和所述第二标准谱均为近红外光谱。
[0012] 其中，所述计算所述第一标准谱全段光谱中每个波数在一个有限的窗口范围内与 所述第二标准谱的相关系数之前，所述方法还包括:对所述第一标准谱和所述第二标准谱 分别进行求导、平滑和降噪操作，得到预处理后的第一标准谱和第二标准谱。
[0013] 其中，所述方法还包括:若在有限的窗口范围内相关系数随波数单调变化，则查找 极大值点失败，为该点的激光波数校正系数赋缺省值。
[0014] 其中，所述拟合重构后的第二标准谱与所述第一标准谱在吸光度上的差异，得到 吸光度校正参数之前，所述方法还包括:采用求导方法或纵向平移的方法消除因标准谱基 线不一致引起的误差，从而得到校正后的标准谱。
[0015] 其中，采用最小二乘法拟合重构后的第二标准谱与所述第一标准谱，得到吸光度 校正参数。
[0016] 其中，所述根据所述激光波数校正参数和所述吸光度校正参数将子机采集的光谱 转移至主机之后，所述方法还包括:采用积分方法或纵向平移的方法还原检测光谱。
[0017] 通过上述技术方案，获取标准物质在主机的第一标准谱和标准物质在子机的第二 标准谱;计算第一标准谱全段光谱中每个波数在一个有限的窗口范围内与第二标准谱的相 关系数;根据相关系数查找与主机波数相近的极大值点，并将极大值点作为子机与主机相 关联的点，及计算主机与子机任意两点的差值，从而得到子机在该点的激光波数校正参数； 根据激光波数校正参数和所述第一标准谱的激光波数重构所述第二标准谱，得到重构后的 第二标准谱;拟合重构后的第二标准谱与第一标准谱在吸光度上的差异，得到吸光度校正 参数；W及根据激光波数校正参数和吸光度校正参数将子机采集的光谱转移至主机，能够 准确计算激光波数漂移和吸光度漂移，保证近红外分析模型能够更方便地被推广。
【附图说明】
[0018] 图1是本发明提供的近红外分析模型的转移方法的流程图；
[0019] 图2是本发明提供的近红外分析模型的转移方法在网络集成分析系统中的应用模 式的示意图；
[0020] 图3是本发明提供的近红外分析模型的转移方法的操作流程图；
[0021 ]图4是本发明提供的方法在具体应用中波数校正的示意图；
[0022]图5是本发明提供的方法在具体应用中吸光度校正的示意图；
[0023] 图6是近红外分析模型转移之前主机光谱和子机光谱的示意图；
[0024] 图7是近红外分析模型转移之后主机光谱和子机光谱的示意图；
[0025] 图8是模型转移软件中模型转移参数计算的软件界面；
[0026] 图9是模型转移软件中模型转移应用的软件界面。
【具体实施方式】
[0027] W下结合附图对本发明的【具体实施方式】进行详细说明。应当理解的是，此处所描 述的【具体实施方式】仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
[0028] 图1是本发明提供的近红外分析模型的转移方法的流程图。如图1所示，本发明提 供的近红外分析模型的转移方法包括:在步骤S101中，获取标准物质在主机的第一标准谱 和标准物质在子机的第二标准谱。具体地，选择一台通过仪器自带的ValPro与标准轮校验 (吸光度、信噪比、特征峰等符合标准)的近红外仪器作为主机(master),-台与主机光谱有 差异的待用仪器作为子机(slave),并选择一批在近红外区间内有均匀吸收，理化性质稳定 的物质；或待测组分浓度均匀分布在模型预测范围内的待测物质作为模型转移的标准物 质，分别在主机和子机中测量得到近红外光谱作为主机标准谱(Xm)和子机标准谱(Xs)。其 中，标准物质普通易存放、性质稳定，且标准物质选取不宜少于3个，也不宜多于200个，优选 5~30个之间，抽1和Xs均为M*N的矩阵，Μ为离散的波数点，N为标准物质的种类。
[0029] 在步骤S102中，计算所述第一标准谱全段光谱中每个波数在一个有限的窗口范围 内与所述第二标准谱的相关系数。具体地，在计算所述第一标准谱全段光谱中每个波数在 一个有限的窗口范围内与所述第二标准谱的相关系数之前，所述方法还包括:对所述第一 标准谱和所述第二标准谱分别进行求导、平滑和降噪操作，得到预处理后的第一标准谱和 第二标准谱。藉此，提高了窗口内相似度的比对。紧接着，在步骤S103中，根据所述相关系数 查找与主机波数相近的极大值点，并将所述极大值点作为子机与主机相关联的点，及计算 主机与子机任意两点的差值，从而得到子机在该点的激光波数校正参数。具体地，根据W下 程序语句便可得到激光波数校正参数(para_wav_co;r):
[0030] para_wav_cor = near (i , f indpeak(cor (Xnu,Xsj)))
[0031] 其中，near(a，b)为求数列b中与数值a最接近的索引值，fimlpeak(a)为求数列a中 极大值符合给定条件的索引值，cor (a，b)为遍历矩阵b中每一行与向量a的相关系数，Xnu为 主