CN103542936B - 基于主元分析法的校准分光光度计仪器间误差的方法 - Google Patents

基于主元分析法的校准分光光度计仪器间误差的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于主元分析法的校准分光光度计仪器间误差的方法。该方法通过标准分光光度计和测试分光光度计对校准样本的测量分别得到标准光谱和测试光谱，然后利用主元分析法将标准光谱和测试光谱分别转换到标准系数矩阵和测试系数矩阵，接着采用最小二乘法拟合标准系数矩阵和测试系数矩阵计算得校准矩阵，最后根据校准矩阵实现对任一经测试分光光度计测得的光谱数据的校准。该发明应用简单、效率高、具有很高的实用价值。

Description

基于主元分析法的校准分光光度计仪器间误差的方法
技术领域
本发明涉及一种校准仪器间误差的方法，具体是涉及一种基于主元分析法的校准分光光度计仪器间误差的方法。
背景技术
随着工业技术的发展以及全球化的趋势，越来越多的工业领域需要准确的颜色测量数据作为颜色复现的目标传递给不同的生产设计部门。颜色测量数据的传递免除了不同生产设计部门之间分发样本的步骤，减少了生产周期同时提高了企业的竞争能力。例如，某一厂商需要生产一批某种颜色的布料，该厂商旗下有多个在不同地区的生产工厂，该厂商只需要将准确的颜色测量数据传递给生产工厂，然后生产工厂就以传递过来的颜色测量数据作为目标去进行生产和品质管理，从而免除了寄送实物样本的步骤，大大缩短了生产周期，提高了企业的市场竞争能力。
分光光度计作为国际上常用的颜色测量设备广泛地应用于生产制造和品质管理，其可以测量颜色样本在可见光范围内的光谱数据，包含了该样本的所有的颜色数据。因此，分光光度计测量得到的光谱数据经常作为不同厂商间传递的颜色测量数据。
然而，经调查研究发现不同分光光度计对同一样本的颜色测量是存在一定的误差的，该误差称为仪器间误差。即使是同一生产厂商生产的同一款式的分光光度计之间也存在仪器间误差。仪器间误差严重地影响了颜色测量数据传递的准确性，甚至可能导致生产的商品不符合原先设定的标准。目前还没有很好的方法校准仪器间误差。
发明内容
本发明为了解决背景技术中所述的问题，公开了一种高效、简洁的基于主元分析法的校准分光光度计仪器间误差的方法。通过不同分光光度计对相同校准样本的测量光谱数据之间的拟合实现校准分光光度计仪器间误差，其具体步骤如下：
1)选取n个(n一般为20-50个)基本覆盖各个色区的校准样本，可采用国际标准色卡或色样，如X-Rite公司的24色经典色卡。
2)选取两台分光光度计，其中一台作为标准分光光度计，测量校准样本得到标准光谱，记为矩阵RS；将另外一台作为测试分光光度计，测量校准样本得到测试光谱，记为矩阵RT；
3)将所有测得标准光谱进行主元分析，取前m个主元组成主元矩阵V；
4)根据主元矩阵V，将标准光谱矩阵RS和测试光谱矩阵RT分别转换为标准系数矩阵CS和测试系数矩阵CT；
CS＝RS×V
CT＝RT×V
5)假定标准系数矩阵CS和测试系数矩阵CT满足等式CS＝CT×K，采用最小二乘法计算校准矩阵K；
6)对任一经测试分光光度计测量得到的光谱数据R，首先根据主元矩阵V转化为系数矩阵C，再利用矩阵校准K计算得校准后的系数矩阵C’，最后计算得到校准后的光谱数据R’；
C＝R×V
C’＝C×K
R’＝C’×VT
其中VT表示主元矩阵V的转置。
本发明通过对校准样本的标准光谱和测试光谱之间的拟合，校准了分光光度计仪器间的误差，即将测试分光光度计测得的光谱数据校准到标准分光光度计测得的光谱数据。该发明应用简单、效率高、具有很高的实用价值。
附图说明
图1是基于主元分析法的校准分光光度计仪器间误差的方法流程图；
图2是X-Rite CE7000A分光光度计测得的24个校准样本的标准光谱；
图3是Datacolor 650分光光度计测得的24个校准样本的测试光谱；
图4是某一样本的测试光谱、标准光谱以及校准后的测试光谱。
具体实施方式
以一台X-Rite CE7000A分光光度计和另一台Datacolor 650分光光度计为例，对上述基于主元分析法的校准分光光度计仪器间误差的方法的具体实施方式进行阐述。如图1所示，其具体步骤如下：
1)选取X-Rite公司的24色经典色卡作为校准样本，该色卡包含多种不同的颜色以及不同灰度色，
2)将X-Rite CE7000A分光光度计作为标准分光光度计，Datacolor 650分光光度计作为测试分光光度计。将这两台分光光度计的测量条件设为相同，测量范围设定为400nm到700nm以10nm为间隔，故每个测得光谱数据有31个数值，记为一个1×31的矩阵。标准分光光度计测量所选取的24个校准样本得到标准光谱，如图2所示，记为矩阵RS，其大小为24×31；测试分光光度计测量所选取的24个校准样本得到测试光谱，如图3所示，记为矩阵RT，其大小为24×31；
3)将所有测得标准光谱RS进行主元分析，取前10个主元组成主元矩阵V，其大小为31×10；
4)根据主元矩阵V，将标准光谱矩阵RS和测试光谱矩阵RT分别转换为标准系数矩阵CS(其大小为24×10)和测试系数矩阵CT(其大小为24×10)；
CS＝RS×V
CT＝RT×V
5)假定标准系数矩阵CS和测试系数矩阵CT满足等式CS＝CT×K，采用最小二乘法计算校准矩阵K，其大小为10×10；
6)对任一经测试分光光度计测量得到的光谱数据R，首先根据主元矩阵V转化为系数矩阵C，再利用校准矩阵K计算得校准后的系数矩阵C’，最后计算得到校准后的光谱数据R’，见图4所示；
C＝R×V
C’＝C×K
R’＝C’×VT
其中VT表示主元矩阵V的转置。

Claims (3)

1.一种基于主元分析法的校准分光光度计仪器间误差的方法，其特征在于包括以下步骤：
1)选取n个基本覆盖各个色区的校准样本，采用国际标准色卡或色样；
2)选取两台分光光度计，其中一台作为标准分光光度计，测量校准样本得到标准光谱，记为矩阵RS；将另外一台作为测试分光光度计，测量校准样本得到测试光谱，记为矩阵RT；
3)将所有测得标准光谱进行主元分析，取前m个主元组成主元矩阵V；
4)根据主元矩阵V，将标准光谱矩阵RS和测试光谱矩阵RT分别转换为标准系数矩阵CS和测试系数矩阵CT；
CS＝RS×V
CT＝RT×V
5)假定标准系数矩阵CS和测试系数矩阵CT满足等式CS＝CT×K，采用最小二乘法计算校准矩阵K；
6)对任一经测试分光光度计测量得到的光谱数据R，首先根据主元矩阵V转化为系数矩阵C，再利用校准矩阵K计算得校准后的系数矩阵C’，最后计算得到校准后的光谱数据R’；
C＝R×V
C’＝C×K
R’＝C’×VT
其中VT表示主元矩阵V的转置。
2.根据权利要求1所述的基于主元分析法的校准分光光度计仪器间误差的方法，其特征在于所述步骤1)中选取n个基本覆盖各个色区的校准样本，n为20-50个。
3.根据权利要求1所述的基于主元分析法的校准分光光度计仪器间误差的方法，其特征在于所述步骤3)中选取前m个主元组成主元矩阵V，m设为10。
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