据X的协方差矩阵V[x]由下 面的公式计算：
[0233] 公式 23
[0234]
[0235] 在此，Σ为噪声p的协方差矩阵。
[0236] 这样，协方差矩阵V[x]能够用混合矩阵A和噪声的协方差矩阵Σ表不。此时，对 数似然函数L(A，Σ)由下面的公式给出：
[0237] 公式 24
[0238]
[0239] 在此，η为数据X的数据个数、m为独立成分的个数、运算符tr表示矩阵的迹（卜 b -只）（对角成分之和），运算符det表示行列式。另外，C是通过样本计算而由数据X求 出的样本协方差矩阵，由下面的公式计算：
[0240] 公式 25
[0241]
[0242] 通过使用了上述式（24)的对数似然函数L(A，Σ)的最大似然法，能够求出混合矩 阵A和噪声的协方差矩阵Σ。作为该混合矩阵A，可以得到几乎没有上述式（22)的随机噪 声P的影响的矩阵。这是FA的基本原理。此外，作为FA的算法，存在利用了最大似然法 以外的算法的各种算法。在本实施方式中，也可以利用这样的各种FA。
[0243] 可是，通过FA得到的估计值终归只是AAT的值，虽然在决定了适合于该值的混合 矩阵A的情况下能降低随机噪声的影响并使数据去相关化，但为了保留旋转的自由度而不 能够唯一地决定多个构成成分 Sl。另一方面，ICA是以多个构成成分Sl彼此正交的方式减 少多个构成成分Si的旋转的自由度的处理。因此，在本实施方式中，将通过FA求出的混合 矩阵A的值用作为白化矩阵（已白化的矩阵），由ICA指定任意保持旋转。由此，能够通过 在进行了针对随机噪声的鲁棒性的白化处理之后执行ICA而决定彼此正交的、独立的构成 成分 Sl。另外，这种处理的结果能够降低随机噪声的影响，使有关构成成分Sl的校准精度 提尚。
[0244] E - 3. ICA (作为独立性指标的峰度和β散度）：
[0245] 作为用于独立成分的分离的指标，ICA(独立成分分析）一般将表示分离后的 数据之间的独立性的高阶统计量用作为独立性指标。峰度是典型的独立性指标。有 关使用了峰度作为独立性指标的ICA，例如在Aapo Hyvarinen, Juha Karhumen, Erkki Oja,''Independent Comonent Analysis"，2001，John Wiley &Sons, Inc.("独立成分分析"， 2005年2月，东京电气大学出版部发行）的第8章中已有详述。
[0246] 但是，在处理对象数据中混入有尖峰噪声这样的离群值的情况下，导致将该离群 值也包括在内的统计量计算作为独立性指标。因此，有时在有关处理对象数据的原本的统 计量与已计算的统计量之间产生误差，引起分离精度的下降。因此，优选使用难以受到来自 处理对象数据中的离群值的影响的独立性指标。作为具有这种特性的独立性指标，能使用 β散度。在以下，说明作为ICA中的独立性指标的β散度的原理。
[0247] 如上所述，一般而言，在ICA中，假设将处理对象数据X表示为构成成分Sl的线性 和的线性混合模型（上述公式（19))，求出混合比例 Cl和构成成分Sl。通过ICA求出的构 成成分s的估计值y使用分离矩阵W而表达为y = W · y。此时，分离矩阵W优选为混合矩 阵A的逆矩阵。
[0248] 在此，分离矩阵W的估计值~W的对数似然函数L(~W)能够由下面的公式表示：
[0249] 公式 26
[0250]
[0251] 在此，累加符号Σ的元素是各数据点x(t)上的对数似然。能够将该对数似然函 数L(~W)用作为ICA中的独立性指标。β散度的方法是通过使适当的函数与该对数似然函 数L(~W)作用而试图变换对数似然函数L(~W)，以便抑制数据中的尖峰噪声这样的离群值 的影响的方法。
[0252] 在利用β散度作为独立性指标的情况下，首先，使用预先已选择的函数Φρ而用 下面的公式对对数似然函数L(~W)进行变换。
[0253] 公式 27
[0254
[0255] 然后，将该函数U (~W)认为是新的似然函数。
[0256] 作为用于使尖峰噪声这样的离群值的影响变小的函数Φ β，可以考虑对数似然值 (函数Φρ的括弧内的值）越小函数φ ρ的值越呈指数函数衰减这样的函数。作为这样的 函数φ β，能够使用例如以下。
[0257] 公式 28
[0258]
[0259] 在该函数中，β值越大，相对于各数据点ζ(在上述的公式（27)中对数似然）的 函数值越小。该β值能够凭经验决定，例如能设定为大约0.1。此外，作为该函数Φ Ρ，不 局限于式（28)的函数，也能利用β值越大相对于各数据点ζ的函数值越小这样的其他函 数。
[0260] 如果使用这种β散度作为独立性指标，则就能够恰当地抑制尖峰噪声这样的离 群值的影响。在考虑上述公式（27)这样的似然函数1^(1)的情况下，对应于该似然的最 大化而被最小化的概率分布间的疑似距离为β散度。如果执行使用了这种β散度作为独 立性指标的ICA，则就能够降低尖峰噪声这样的离群值的影响而使有关构成成分 Sl的校准 精度提尚。
[0261] 此外，有关使用了 β 散度的 ICA，例如在 Minami Mihoko, Shinto Eguchi, "Robust Blind Source Separation byP-Divergence"，2002 中已有说明。
[0262] F.变形例
[0263] 本发明并不限于上述实施例及其变形例，能够在不脱离其主旨的范围内以各种方 式实施，例如能够进行以下那样的变形。
[0264] ?变形例1 :
[0265] 在上述实施方式中，虽然未知成分的光谱S的元素数m预先凭经验或通过实验决 定，但是未知成分的光谱S的元素数m也可以通过作为MDL(Minimum Description Length: 最小描述长度）、AIC(Akaike Information Criteria:赤池信息量准则）而为人所知的信 息量基准等来决定。在采用MDL等的情况下，未知成分的光谱S的元素数m通过运算而由样 品的观测数据自动地决定。此外，有关MDL，在例如Independent component analysis for noisy data? MEG data analysis, 2000" 中已有说明。
[0266] ?变形例2 :
[0267] 在上述实施方式中，虽然成为校准处理对象的被检测体由与在创建校准曲线时已 使用的样品相同的成分构成，但是也可以在被检测体中含有与在创建校准曲线时已使用的 样品相同的成分以外的未知成分。这是因为，由于假设独立成分彼此的内积为〇,因此与对 应于未知成分的独立成分的内积也认为是0,在用内积求出混合系数的情况下，未知成分的 影响能够忽略。
[0268] ?变形例3 :
[0269] 在上述实施方式中所使用的计算机可以构成为专用的装置。例如，可以只由硬件 电路实现图7和图13中示出的装置。或者，也可以是由硬件电路实现图7和图13中示出 的装置的功能的一部分，由软件实现其他部分。
[0270] ?变形例4 :
[0271] 在上述实施方式中，虽然通过输入由分光测量仪测量的光谱而进行了有关样品和 被检测体的分光反射率光谱的输入，但本发明不局限于此。例如，也可以采用根据波长频带 不同的多个波段图像估计分光光谱并输入该分光光谱的构成。上述波段图像通过例如由具 备能改变透过波长频带的滤波器的多波段照相机拍摄样品和被检测体来得到。
[0272] ?变形例5 :
[0273] 在上述实施方式中，虽然在使用独立成分分析而选择独立成分时选择了具有适合 葡萄糖的波长的峰值的独立成分，但是，也可以取而代之，在使用主成分分析和PLS回归分 析等方法来选择主成分时选择具有适合葡萄糖的波长的峰值的主成分。在这种情况下，也 能通过使用主成分以代替独立成分而执行葡萄糖浓度的校准曲线创建处理和校准处理来 提高校准精度。
[0274] 此外，上述的各实施例以及各变形例的构成成分中的、除权利要求书中所记载的 成分以外的成分是附加性的成分，可以适当省略。
【主权项】
1. 一种校准曲线创建装置，其特征在于，创建用于根据含有葡萄糖的被检测体的观测 分光数据导出所述被检测体的葡萄糖浓度的校准曲线，所述校准曲线创建装置包括： 样品观测数据取得部，取得有关所述被检测体的多个样品的所述观测分光数据； 葡萄糖浓度取得部，取得有关各所述样品的葡萄糖浓度； 估计部，估计在将每个所述样品的观测分光数据分离成多个独立成分或主成分时的多 个独立成分或主成分；以及 回归公式计算部，根据多个所述样品的葡萄糖浓度和每个所述样品的所述观测分光数 据中的所述独立成分或所述主成分的混合系数，求出所述校准曲线的回归公式， 所述估计部选择在预先选择的波长处具有峰值的成分波形信号作为所述独立成分或 主成分。2. 根据权利要求1所述的校准曲线创建装置，其特征在于， 所述预先选择的波长为（i)940±30nm和1025±30nm中的至少一个波长、或者 (ii) 1135±30nm和1210±30nm中的至少一个波长。3. 根据权利要求1或2所述的校准曲线创建装置，其特征在于， 所述估计部包括： 独立成分矩阵计算部，计算包含多个所述独立成分的独立成分矩阵；以及 独立成分选择部，从所述独立成分矩阵中选择在所述预先选择的波长处具有峰值的独 立成分。4. 一种目标成分校准装置，其特征在于，求出与含有作为目标成分的葡萄糖的被检测 体相关的葡萄糖浓度，所述目标成分校准装置包括： 被检测体观测数据取得部，取得有关所述被检测体的观测分光数据； 校准用数据取得部，取得包括与葡萄糖对应的独立成分或主成分、和校准用的一元回 归公式的校准用数据； 混合系数计算部，根据有关所述被检测体的观测分光数据和所述校准用数据，求出对 应于有关所述被检测体的葡萄糖的混合系数；以及 目标成分量计算部，根据表示与所述葡萄糖对应的混合系数与葡萄糖浓度的关系的所 述一元回归公式和通过所述混合系数计算部求出的混合系数而计算所述葡萄糖浓度， 所述混合系数计算部使用在预先选择的波长处具有峰值的成分作为对应于所述葡萄 糖的独立成分或主成分。5. 根据权利要求4所述的目标成分校准装置，其特征在于， 所述预先选择的波长为（i)940±30nm和1025±30nm中的至少一个波长、或者 (ii) 1135±30nm和1210±30nm中的至少一个波长。6. -种电子设备，其特征在于， 具备权利要求4或5所述的目标成分校准装置。
【专利摘要】本发明提供校准曲线创建装置、目标成分校准装置、及电子设备，用于高精度地进行有关葡萄糖的校准的技术。校准曲线创建装置包括：估计部，估计构成多个样品的观测分光数据的多个独立成分或主成分；以及回归公式计算部，根据多个样品的葡萄糖浓度和每个样品的观测分光数据中的独立成分或主成分的混合系数而求出校准曲线的回归公式。估计部选择在预先选择的波长处具有峰值的成分波形信号作为独立成分或主成分。
【IPC分类】G01N21/31, G01N21/3577
【公开号】CN105510249
【申请号】CN201510634747
【发明人】仓沢光, 荒井佳文
【申请人】精工爱普生株式会社
【公开日】2016年4月20日
【申请日】2015年9月29日
【公告号】EP3035206A1, US20160103063