CN103512877A - 一种拉曼光谱物质检测快速样本查找方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种拉曼光谱物质检测快速样本查找方法，包括以下步骤：建立特征库；在光谱仪测试区域，放入待检测物质样本，并进行拉曼光谱采集；遍历这组数据序列，得到待检测物质样本的最高峰数值Q_max，根据

得到最低峰数值；在范围[Q_min，Q_max]内，得到各峰的位置与峰值，同时记录下峰的总数量M_all，进行峰的总数量匹配；对范围[Q_min，Q_max]内平均分的3个高度区间内的峰的数量进行匹配；在保留下来的指定物质样本中查找待检测物质样本。采用本发明的拉曼光谱物质检测快速样本查找方法，将加快样本查找速度，提高测量实时性，拓展了拉曼测量的应用领域。

Description

一种拉曼光谱物质检测快速样本查找方法

技术领域

本发明涉及拉曼光谱物质检测技术领域，特别涉及一种拉曼光谱物质检测快速样本查找方法。 

背景技术

拉曼光谱（Raman Spectra），是一种散射光谱。拉曼光谱分析法是基于印度科学家C.V.拉曼（Raman）所发现的拉曼散射效应，对与入射光频率不同的散射光谱进行分析以得到分子振动、转动方面信息，并应用于分子结构研究的一种分析方法。通过对拉曼光谱的分析可以知道物质的振动转动能级情况，从而可以鉴别物质，分析物质的性质。在拉曼光谱物质检测应用中，需要实现对各种物质进行特征信息存储，建立特征库。在进行样品测试时，需要根据特征库的信息，对当前样品进行分析与查找。 

目前的拉曼光谱物质检测普遍存在一个问题：随着特征库所包含的样本数量增加，在进行样品测试时，需要进行的特征库搜索时间将相应的增加。当样本数量增加到几千个以上时，搜索时间将长达30秒以上。过长的搜索时间将严重影响拉曼光谱检测的测试效率。在某些实时性要求高的应用领域，搜索时间过长将不可接受。 

发明内容

本发明要解决现有技术中拉曼光谱检测的测试效率低下的技术问题，提供一种可以缩短通过拉曼光谱检测样本物质检测时间的，拉曼光谱物质检测快速样本查找方法。 

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案具体如下： 

一种拉曼光谱物质检测快速样本查找方法，包括以下步骤： 

步骤i：建立特征库，特征库中的信息包括指定物质样本的：特征曲线的峰的总数量N_all；根据特征曲线的最高峰数值为P_max，最低峰数值为

记录 $[P_{\min },\frac{1}{3}(P_{\max }-P_{\min })],[\frac{1}{3}(P_{\max }-P_{\min }),\frac{2}{3}(P_{\max }-P_{\min })]$ 以及 $\left[\frac{2}{3}(P_{\max }-P_{\min })\right],$ $(P_{\max }-P_{\min })]$ 这3个高度区间内的特征曲线的峰的横坐标与数量； 

步骤ii：在光谱仪测试区域，放入待检测物质样本，并进行拉曼光谱采集，得到代表待检测物质样本的特征曲线的数据序列，并进行保存； 

步骤iii：遍历这组数据序列，采用常用的最大值算法，得到待检测物质样本的最高峰数值Q_max，根据

得到最低峰数值； 

步骤iv：在范围[Q_min，Q_max]内，利用微分方法，得到各峰的位置与峰值，同时记录下峰的总数量M_all；遍历特征库，进行峰的总数量匹配，将数量不符合的指定物质样本剔除； 

步骤v：对 $[Q_{\min },\frac{1}{3}(Q_{\max }-Q_{\min })],[\frac{1}{3}(Q_{\max }-Q_{\min }),\frac{2}{3}(Q_{\max }-Q_{\min })]$ 以及 

这3个高度区间内的特征曲线的峰的数量进行匹配，将数量不符合的指定物质样本剔除； 

步骤vi：在保留下来的指定物质样本中查找待检测物质样本。 

本发明具有以下的有益效果： 

采用本发明的拉曼光谱物质检测快速样本查找方法，将加快样本查找速度，提高测量实时性，解决了现有技术中的特征库搜索时间长，导致无法实现的高实时性测量的问题，拓展了拉曼测量的应用领域。 

具体实施方式

本发明的发明思想为： 

本发明的拉曼光谱物质检测快速样本查找方法通过将拉曼曲线的信息进行了信息压缩，将几千个数据点的信息，统计为不同强度上的峰分布，从而降低了曲线的信息搜索计算量，同时又保留了拉曼曲线的主要特征。从而，实现了拉曼光谱物质检测快速样本查找。 

采用本发明的拉曼光谱物质检测快速样本查找方法，在进行特征库建立时，除了保存传统的曲线数据，还要保存以下信息： 

【1】此样品的特征曲线的峰的总数量。 

【2】此样品的特征曲线的峰的最高峰为参考最高数值P，将此数值平均分为3个高度，分别是记录下这三个高度区间的峰的数量。 

【3】记录下在每个高度区间的峰的横坐标间距。 

在进行样品的特征曲线的搜索时，按照以下方法进行： 

【1】峰的总数量匹配，进行第一层次初级匹配，数量不符合的样本被剔除。 

【2】将样品曲线的最高峰设置为参考最高数值Q，并按照

进行分类。 

【3】对各高度区间的峰的数量进行匹配，进行第二层次初级匹配，数量不符合的样本被剔除。 

【4】对于保留下来的样本特征，数量已经很小，采用传统方法进行查找，时间将会极大缩短，达到目的。 

本发明的拉曼光谱物质检测快速样本查找方法，包括以下步骤： 

在光谱仪测试区域，放入指定的物质样本，并进行拉曼光谱采集。 

得到此物质的拉曼曲线，是一组数据序列，并进行保存。 

遍历这组数据，采用常用的最大值算法，得到最高峰，记录其数值，设为 P_max。 

设 $P_{\min }=\frac{1}{10}{P}_{\max .}$

遍历采集数据，在范围[P_min，P_max]内，利用微分方法，得到各峰的位置与峰值，同时记录下峰的数量N_all。 

在范围[P_min，P_max]内，平均分为3个高度，分别是 $[P_{\min },\frac{1}{3}(P_{\max }-P_{\min })],$ $[\frac{1}{3}(P_{\max }-P_{\min }),\frac{2}{3}(P_{\max }-P_{\min })],[\frac{2}{3}(P_{\max }-P_{\min }),(P_{\max }-P_{\min })].$

根据前面的信息，本发明的拉曼光谱物质检测快速样本查找方法在进行特征库建立时，记录以下四个信息： 

1）此样品的特征曲线的峰的总数量； 

2）此样品的特征曲线的峰的最高峰为参考最高数值P； 

3）记录下在每个高度区间的峰的横坐标与数量； 

4）原始采集数据。 

本发明的拉曼光谱物质检测快速样本查找方法，在进行样品的特征曲线的搜索时，按照以下方法进行： 

在光谱仪测试区域，放入待检测物质样本，并进行拉曼光谱采集。 

得到此物质的拉曼曲线，是一组数据序列，并进行保存。 

遍历这组数据，采用常用的最大值算法，得到最高峰，记录其数值，设为Q_max。同时，得到

遍历采集数据，在范围[Q_min，Q_max]内，利用微分方法，得到各峰的位置与峰值，同时记录下峰的数量M_all。 

遍历特征库，进行第一层次初级匹配——峰的总数量匹配，数量不符合的样本被剔除。 

在范围[Q_min，Q_max]内，平均分为3个高度，分别是 $[\frac{1}{3}(Q_{\max }-Q_{\min }),\frac{2}{3}(Q_{\max }-Q_{\min })],[\frac{2}{3}(Q_{\max }-Q_{\min }),(Q_{\max }-Q_{\min })].$

进行第二层次初级匹配——对各高度区间的峰的数量进行匹配，数量不符合的样本被剔除 

对于保留下来的样本特征，数量已经很小，采用传统方法进行查找，时间将会极大缩短，达到目的。 

下面对本发明做以详细说明。 

在光谱仪测试区域，放入指定的物质样本，并进行拉曼光谱采集。 

得到此物质的拉曼曲线，是一组数据序列，并进行保存。 

其数值为：2363 2365 2899 3784 3563 3103 3290 3901 4013 4582 4621 4210 3700 3201 2700 2307。 

遍历这组数据，采用常用的最大值算法，得到最高峰，记录其数值P_max=4621。 

$P_{\min }=\frac{1}{10}{P}_{\max }=462.$

遍历采集数据，在范围[P_min，P_max]内，利用微分方法，得到各峰的位置与峰值，分别是3784和4621，同时记录下峰的数量N_all=2。 

在范围[P_min，P_max]内，平均分为3个高度，分别是 $[P_{\min },\frac{1}{3}(P_{\max }-$ $P_{\min }\left)\right]=\left[\mathrm{462,1333}\right],[\frac{1}{3}(P_{\max }-P_{\min }),\frac{2}{3}(P_{\max }-P_{\min })]=\left[\mathrm{1334,2666}\right],[\frac{2}{3}(P_{\max }-P_{\min }),$ $(P_{\max }-P_{\min })]=[\mathrm{2666,4000}].$

根据前面的信息，在进行特征库建立时，记录以下四个信息： 

1）此样品的特征曲线的峰的总数量=2。 

2）此样品的特征曲线的峰的最高峰为参考最高数值P=11。 

3）记录下在每个高度区间的峰的横坐标与数量，分别为0,3,13。 

4）原始采集数据。 

在进行样品的特征曲线的搜索时，按照以下方法进行： 

在光谱仪测试区域，放入待检测物质样本，并进行拉曼光谱采集。 

得到此物质的拉曼曲线，是一组数据序列，并进行保存。如2363 2365 2899 3784 3563 3103 3290 3901 4013 4582 4621 4210 3700 3201 2700 2307。 

遍历这组数据，采用常用的最大值算法，得到最高峰，记录其数值，设为Q_max=4621。同时，得到

遍历采集数据，在范围[Q_min，Q_max]=[462,4621]内，利用微分方法，得到各峰的位置与峰值，同时记录下峰的数量M_all=2。 

遍历特征库，进行第一层次初级匹配——峰的总数量匹配，数量不符合的样本被剔除。 

在范围[Q_min，Q_max]内，平均分为3个高度，分别是 $[Q_{\min },\frac{1}{3}(Q_{\max }-$ $Q_{\min }\left)\right]=\left[\mathrm{462,1333}\right],[\frac{1}{3}(Q_{\max }-Q_{\min }),\frac{2}{3}(Q_{\max }-Q_{\min })]=\left[\mathrm{1334,2666}\right],[\frac{2}{3}(Q_{\max }-$ $Q_{\min }),(Q_{\max }-Q_{\min })]=[\mathrm{2666,4000}].$

进行第二层次初级匹配——对各高度区间的峰的数量进行匹配，数量不符合的样本被剔除 

对于保留下来的样本特征，数量已经很小，采用传统方法进行查找，时间将会极大缩短，达到目的。 

采用本发明的拉曼光谱物质检测快速样本查找方法，将加快样本查找速度，提高测量实时性，解决了现有技术中的特征库搜索时间长，导致无法实现的高实时性测量的问题，拓展了拉曼测量的应用领域。 

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其 它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。 

Claims (1)

1.一种拉曼光谱物质检测快速样本查找方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤i：建立特征库，特征库中的信息包括指定物质样本的：特征曲线的峰的总数量N_all；根据特征曲线的最高峰数值为P_max，最低峰数值为

记录 $[P_{\min },\frac{1}{3}(P_{\max }-P_{\min })],[\frac{1}{3}(P_{\max }-P_{\min }),\frac{2}{3}(P_{\max }-P_{\min })]$ 以及 $\left[\frac{2}{3}(P_{\max }-P_{\min })\right],$ $(P_{\max }-P_{\min })]$ 这3个高度区间内的特征曲线的峰的横坐标与数量；

步骤ii：在光谱仪测试区域，放入待检测物质样本，并进行拉曼光谱采集，得到代表待检测物质样本的特征曲线的数据序列，并进行保存；

步骤iii：遍历这组数据序列，采用常用的最大值算法，得到待检测物质样本的最高峰数值Q_max，根据

得到最低峰数值；

步骤iv：在范围[Q_min，Q_max]内，利用微分方法，得到各峰的位置与峰值，同时记录下峰的总数量M_all；遍历特征库，进行峰的总数量匹配，将数量不符合的指定物质样本剔除；

步骤v：对 $[Q_{\min },\frac{1}{3}(Q_{\max }-Q_{\min })],[\frac{1}{3}(Q_{\max }-Q_{\min }),\frac{2}{3}(Q_{\max }-Q_{\min })]$ 以及

这3个高度区间内的特征曲线的峰的数量进行匹配，将数量不符合的指定物质样本剔除；

步骤vi：在保留下来的指定物质样本中查找待检测物质样本。