面向多行业检测的激光拉曼光谱智能化辨识方法及系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种面向多行业检测的激光拉曼光谱智能化辨识方法及系统。本方法为：1)将待检物质样品置于激光拉曼光谱仪的检测池中，采集的光谱数据发送至行业检测软件客户端；2)根据选择在客户端或云端辨识并保存检测结果；其中，对该光谱数据检测识别的方法为：建立一行业物质的拉曼光谱数据库，对该光谱数据进行拉曼特征峰提取；如果从该光谱数据选取出增强效果显著的拉曼特征峰，对于设置的辨识方法为特征峰辨识方法的物质，将其辨识信息与所选取出的拉曼特征峰的阈值信息进行对比，检测是否存在此物质；否则利用小波分析方法对该光谱数据处理；对于辨识方法为模式识别方法的物质，利用分类器对该光谱数据进行分类检测是否存在对应的物质。
【专利说明】面向多行业检测的激光拉曼光谱智能化辨识方法及系统
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种面向多行业检测的激光拉曼光谱智能化自动辨识方法及系统，属 于食品、药品、保健品和化妆品等检测应用领域。
【背景技术】
[0002] 自古以来，中国就有食疗保健的传统习俗。随着社会经济的快速发展，人们的生活 条件有了显著的改善和提高，人们越来越关注自己的身体健康状况，讲究"有病治病，无病 保健"，对保健食品的需求也日益增大。保健食品是指声称具有特定保健功能或者以补充维 生素、矿物质为目的的食品。但保健食品不等同于药品，保健食品必须具有食品相当的安全 性，长期服用对人体不产生危害，药品通常都有一定毒副作用。保健食品通过调节身体机能 维持平衡健康状态，药品则是直接针对疾病机理产生药理作用。保健食品没有严格的服用 剂量，但药品必须严格按照规定的剂量服用。
[0003] 由于保健食品只是通过调节人体自身机能平衡而起作用，所以效果显现通常较为 缓慢，但其又需具有特定保健功能，因此很容易成为非法添加药物的对象。不法分子常把可 产生与处方药物具有类似感觉作用的化学药物违法添加到保健药品和食品中，从而产生立 竿见影的功效来蒙骗使用者，以不法牟利。如在减肥类保健品中添加禁用药物西布曲明，在 抗疲劳类男性功能保健品中添加处方药物西地那非等。多年临床研究结果显示，使用西布 曲明可能增加受试者的严重心血管风险，包括心梗、心脏骤停、心血管死亡等，已有多例死 亡报告，因此该药物已于2010年10月在包括中国、美国、欧盟等国家和地区停止生产、销 售和使用。而像西地那非等TOE-5抑制剂属于处方药，有明确的适应症、禁忌症和副作用， 某些人群不能服用，若患者在不知情的情况下摄入，容易引起严重的不良反应，甚至导致死 亡。因此，这些掺假保健食品严重的危害了公众健康，扰乱了市场秩序，给社会及消费者带 来严重后果。在保健品中可能添加的非法添加物包括（但不限于表1):
[0004] 表1保健品中可能添加的非法添加物
[0005]
【权利要求】
1. 一种面向多行业检测的激光拉曼光谱智能化辨识方法，其步骤为： 1) 将待检物质样品置于激光拉曼光谱仪的检测池中进行光谱数据采集，然后将采集的 光谱数据发送至行业检测软件客户端； 2) 选择客户端辨识或云端辨识；若选择客户端辨识，检测软件客户端对该光谱数据进 行检测识别，在客户端保存结果，同时将检测结果传送到云端保存；若选择云端辨识，检测 软件客户端将该光谱数据发送到云端进行检测识别并保存检测结果；其中，对该光谱数据 进行检测识别的方法为： 21) 建立一行业物质的拉曼光谱数据库，其中每一物质设有一辨识方法； 22) 对该光谱数据进行拉曼特征峰提取；如果从该光谱数据选取出增强效果显著的拉 曼特征峰，对于设置的辨识方法为特征峰辨识方法的物质，将其辨识信息与所选取出的拉 曼特征峰的阈值信息进行对比，如果存在符合条件的拉曼特征峰，则检测为存在此物质；如 果从该光谱数据未选取出增强效果显著的拉曼特征峰，对于设置的辨识方法为特征辨识峰 方法的物质，利用小波分析方法对该光谱数据处理并提取特征峰，如果与该物质的特征峰 匹配，则检测为存在此物质； 23) 对于设置的辨识方法为模式识别中有监督学习方法的物质，根据每一物质已标注 样本数据利用有监督学习分类器对该光谱数据进行分类，检测是否存在对应的物质； 24) 对于设置的辨识方法为模式识别中无监督学习方法的物质，计算每一物质的样本 数据的微分值作为该物质的特征向量，计算该光谱数据的微分值作为特征向量，然后计算 两特征向量的相似度，如果大于设定阈值，则检测为存在对应的物质。
2. 如权利要求1所述的方法，其特征在于该光谱数据进行检测识别之前，对该光谱数 据进行预处理，其方法为： 1) 对采集的光谱数据进行微分，确定光谱数据中的热像素点位置，如果光谱数据中存 在热像素则采用临近点均值方法对热像素点进行均值补偿；对于光谱数据中出现连续多 个热像素点，首先对光谱数据从左向右判定一次热像素值的大小，然后做均值计算，再对光 谱数据从右向左判定一次热像素值的大小，然后做均值计算，得到热像素移除后的光谱数 据； 2) 对热像素移除后的光谱数据采用Boxcar滤波器进行滤波平滑处理； 3) 采用三次均匀有理B样条曲线对滤波平滑后的光谱数据进行建模，得到建模后的像 素模式下的光谱数据； 4) 选取若干标准物质，并对每一标准物质建立一拟合方程，通过拟合方程将像素模式 下的光谱数据转换为波数模式下的光谱数据； 5) 采用极值算法找到波数模式下的光谱数据的光谱基点位置，然后将所有基点做成基 线，以基线对应的光谱强度为参考"0"值，移除步骤4)所得波数模式下的光谱数据的拉曼 光谱背底突光。
3. 如权利要求1或2所述的方法，其特征在于所述辨识信息包括：特征峰所在光谱的 区间范围、峰值强度和面积。
4. 如权利要求1或2所述的方法，其特征在于所述检测软件客户端设置一查询接口，检 测软件客户端模块根据登录用户的权限和查询请求向云端进行查询，并返回对应的查询信 息。
5. 如权利要求1或2所述的方法，其特征在于所述检测软件客户端包括：光谱处理模 块，配置管理模块，加密模块，物质类别管理模块，用户管理模块，报表管理模块，谱图操作 模块，谱图显示模块，SOP帮助模块，检测结果显示模块。
6. 如权利要求1所述的方法，其特征在于对检测出的物质，采用固定层次进行分类， 即通过文件夹名称加同名配置文件的方式来组织类别结构进行分类；或者采用自由层次进 行分类，即通过数据库按检材、按物质来自由组合类别结构进行分类；或者根据用户购买的 检测项目来对检测进行分类，即按照不同用户购买的检测项目来组织检测类别结构进行分 类。
7. 如权利要求1所述的方法，其特征在于对检测出的物质，采用层次化方式进行显示： 通过大的圆角图形图标加上底部的描述字来显示一级目录，通过不同颜色的背景结合背景 图片上的汉字来显示二级目录，通过将类别项的图标灰色处理或将描述灰色处理来区分用 户是否购买了该检测项目。
8. 如权利要求1或2所述的方法，其特征在于按照标准作业程序SOP制备出所述待检 物质样品。
9. 一种面向多行业检测的激光拉曼光谱智能化辨识系统，其特征在于包括激光拉曼光 谱仪模块，行业检测软件客户端，云端；其中， 所述激光拉曼光谱仪模块，用于在客户端控制下，对置于激光拉曼光谱仪的检测池中 的待检物质样品进行光谱数据的采集，并将其发送至行业检测软件客户端； 所述行业检测软件客户端，用于对收到的光谱数据进行检测识别，并将检测结果保存 到云端；或者将该光谱数据发送到云端进行检测识别； 所述云端，用于对光谱数据进行检测识别、存储和检测结果管理服务，以及对客户端软 件进行用户权限管理服务、软件模块升级服务和检测类别更新服务； 其中，所述行业检测软件客户端或云端设有一行业物质的拉曼光谱数据库，每一物质 设有一辨识方法；进行检测识别时，首先对该光谱数据进行拉曼特征峰提取；如果从该光 谱数据选取出增强效果显著的拉曼特征峰，对于设置的辨识方法为特征峰辨识方法的物 质，将其辨识信息与所选取出的拉曼特征峰的阈值信息进行对比，如果满足条件则检测为 存在此物质；如果从该光谱数据未选取出增强效果显著的拉曼特征峰，对于设置的辨识方 法为特征辨识峰方法的物质，利用小波分析方法对该光谱数据处理并提取特征峰，如果与 该物质的特征峰匹配，则检测为存在此物质；对于设置的辨识方法为模式识别中有监督学 习方法的物质，根据每一物质已标注样本数据利用有监督学习分类器对该光谱数据进行分 类，检测是否存在对应的物质；对于设置的辨识方法为模式识别中无监督学习方法的物质， 计算每一物质的样本数据的微分值作为该物质的特征向量，计算该光谱数据的微分值作为 特征向量，然后计算两特征向量的相似度，如果大于设定阈值，则检测为存在对应的物质。
10. 如权利要求9所述的系统，其特征在于所述检测软件客户端包括一光谱数据预处 理模块，用于对采集的光谱数据进行处理：对采集的光谱数据进行微分，确定光谱数据中的 热像素点位置，如果存在热像素则采用临近点均值方法对热像素点进行均值补偿；对于出 现连续多个热像素点，在先从左向右判定一次热像素值的大小，然后做均值计算后，再从右 向左判定一次热像素值的大小，然后做均值计算，得到热像素移除后的光谱数据；对热像素 移除后的光谱数据进行Boxcar滤波器进行滤波平滑处理；采用三次均匀有理B样条曲线对 滤波平滑后的光谱数据进行建模，得到建模后的像素模式下光谱数据；选取若干标准物质， 并对每一标准物质建立一拟合方程，通过拟合方程将像素模式下的光谱数据转换为波数下 的光谱数据；采用极值算法找到波数下的光谱数据的光谱基点位置，然后将所有基点做成 基线，以基线对应的光谱强度为参考"0"值，对所得光谱数据的背底荧光进行移除。
11. 如权利要求9所述的系统，其特征在于所述检测软件客户端包括：客户端监测模 块，客户端浏览模块，光谱处理模块，配置管理模块，加密模块，物质类别管理模块，用户管 理模块，报表管理模块，谱图操作模块，谱图显示模块，SOP帮助模块，检测结果显示模块； 所述检测软件客户端设置一查询接口，检测软件客户端模块根据登录用户的权限和查询请 求向云端进行查询，并返回对应的查询检测结果。
12. 如权利要求9或10或11所述的系统，其特征在于所述辨识信息包括：特征峰所在 光谱的区间范围、峰值强度和面积。
【文档编号】H04L29/08GK104215623SQ201410181459
【公开日】2014年12月17日 申请日期:2014年4月30日 优先权日:2013年5月31日
【发明者】范广明, 尧伟峰, 仲雪, 倪天瑞, 马宁, 王中卿, 汪春风, 李子剑, 郭浔, 刘春伟, 汪泓 申请人:欧普图斯(苏州)光学纳米科技有限公司