CN103955518B - 一种检测物谱图与数据库谱图的匹配方法 - Google Patents
一种检测物谱图与数据库谱图的匹配方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了检测物谱图与数据库谱图方法的匹配方法，包括以下步骤：一、针对检测物谱图中的特征峰中的主峰与数据库标准谱图中的参照峰进行匹配，从中筛选出多个一级候选谱图；二、在多个一级候选谱图中，针对检测物谱图中的特征峰中除去主峰外的任意n个特征峰中的至少一个特征峰的峰值与参照峰进行匹配，从中筛选出多个二级候选谱图；三、逐个选取检测物谱图中的m个特征峰在一个二级候选谱图中进行查找，当二级候选谱图中存在m个参照峰分别与m个特征峰的峰值和横坐标匹配，则该二级候选标准谱图作为三级候选标准谱图；四、利用后续操作在多个三级候选标准谱图中筛选出一个与检测物谱图匹配成功的谱图，本方法精度高。
Description
技术领域
本发明涉及一种检测物谱图与数据库谱图的匹配方法。
背景技术
将检测物的谱图与数据库中的谱图进行匹配，可以得知检测物为哪种物质，这种检测方法应用于拉曼光谱、红外光谱等多种光谱中。目前的检测物的谱图与数据库中的谱图进行匹配的主要方式为将检测物谱图中的主峰的峰值与数据库中的谱图中的特征峰的峰值相匹配，这种匹配方式，运算过程简单，但是，精确度很低，而且无法区别在检测物的谱图中出现异常峰的情况。
发明内容
本发明提出了一种检测物谱图与数据库谱图的匹配方法，不仅匹配精度高，而且可以识别检测物的谱图中出现异常峰的情况。
本发明提供的技术方案为：
一种检测物谱图与数据库谱图的匹配方法，包括以下步骤：
步骤一、数据库内存储有多个标准谱图，每个标准谱图上均选取多个参照峰，从检测物谱图上选取m个特征峰，并以其中一个峰值最高的特征峰为主峰，并在所有的标准谱图中进行查找，当一个标准谱图存在一个参照峰与所述主峰的峰值匹配，则将该标准谱图作为一级候选标准谱图，进而确定出多个一级候选标准谱图；
步骤二、在除主峰外剩下的m-1个特征峰中选取n个特征峰构成一特征峰序列；对多个一级候选标准谱图依次执行以下步骤，进而确定出多个二级候选标准谱图：在所述特征峰序列中逐个选取特征峰在一个一级候选标准谱图中查找，当一级候选标准谱图存在至少一个参照峰与所述特征峰序列的至少一个特征峰的峰值匹配，则该一级候选标准谱图作为二级候选标准谱图；
步骤三、对多个二级候选标准谱图依次执行以下步骤，进而确定出至少一个三级候选标准谱图：逐个选取检测物谱图中的m个特征峰在一个二级候选标准谱图中进行查找，当该二级候选标准谱图中存在m个参照峰分别与m个特征峰的峰值和横坐标匹配，则该二级候选标准谱图作为三级候选标准谱图；
步骤四、当三级候选标准谱图为一个时，则该三级候选标准谱图为与检测物谱图匹配成功的谱图，否则利用后续操作在多个三级候选标准谱图中筛选出一个与检测物谱图匹配成功的谱图。
优选的是，所述的检测物谱图与数据库谱图的匹配方法中，所述步骤二中，在所述特征峰序列中逐个选取特征峰在一个一级候选标准谱图中查找，当一级候选标准谱图找到一个参照峰与所述特征峰序列的一个特征峰的峰值匹配，就放弃选取下一个特征峰，而直接将该一级候选标准谱图作为二级候选标准谱图。
优选的是，所述的检测物谱图与数据库谱图的匹配方法中，所述步骤一中，将多个参照峰依照峰值由大到小进行排序，并将检测物谱图上的m个特征峰也依照峰值由大到小进行排序；
所述步骤一中，将所述主峰在任一标准谱图中进行查找时，均依照该标准谱图上的多个参照峰的峰值由大到小顺序进行；
所述步骤三中，m个特征峰中任一个特征峰在一个二级候选标准谱图中进行查找时，均依照该二级候选标准谱图上的多个参照峰的峰值由大到小顺序进行。
优选的是，所述的检测物谱图与数据库谱图的匹配方法中，所述步骤三中，当一个参照峰和一个特征峰的横坐标之差的绝对值小于等于0～4时，且峰值之差的绝对值小于等于0～0.3时，则该参照峰和该特征峰匹配。
优选的是，所述的检测物谱图与数据库谱图方法的匹配方法中，所述步骤一中，当一个参照峰和所述主峰的峰值之差的绝对值小于等于0～0.3时，则该参照峰和所述主峰匹配；
所述步骤二中，当一个参照峰和所述特征峰序列中的一个特征峰的峰值之差的绝对值小于等于0～0.3时，则该参照峰和该特征峰匹配。
优选的是，所述的检测物谱图与数据库谱图的匹配方法中，所述后续操作包括面积差分法，或导数面积差分法。
优选的是，所述的检测物谱图与数据库谱图的匹配方法中，从检测物谱图上选取m个特征峰，具体通过以下步骤实现：当一个峰的峰值与检测物谱图上的最大峰值的比例大于一设定比例时，将该峰作为特征峰，所述设定比例由光谱检测设备的分辨率决定。
优选的是，所述的检测物谱图与数据库谱图方法的匹配方法中，所述步骤二中，n取值为3。
本发明提出了一种检测物谱图与数据库谱图方法的匹配方法，针对检测物谱图中特征峰的峰值在数据库谱图中的匹配，不仅对检测物谱图中的最大峰值进行匹配，而且对检测物谱图中随机抽取的峰值进行匹配，增加了匹配的精度，可以识别检测物谱图中出现异常峰的情况，因为一般异常峰为最高峰。而且，在对检测物谱图与数据库谱图的匹配中，提取检测物谱图的特征峰，可去掉谱图中的噪声干扰，提取数据库谱图的参照峰，可增加硬件运行的速度。此外，对匹配成功的数据库中的谱图进行特征峰匹配和面积差分法计算，使检测物谱图与数据库谱图匹配的精度更高。
附图说明
图1为本发明中的检测物谱图与数据库谱图的匹配方法的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
实施例1，以基于拉曼光谱的检测物谱图和数据库谱图进行匹配，如图1所示，基于拉曼光谱的检测物谱图与数据库谱图的匹配方法，包括以下步骤：
步骤一、拉曼光谱数据库内存储有多个标准谱图，每个标准谱图上均选取多个参照峰，从检测物谱图上选取m个特征峰，并以其中一个峰值最高的特征峰为主峰，并在所有的标准谱图中进行查找，当一个标准谱图存在一个参照峰与主峰的峰值匹配，则将该标准谱图作为一级候选标准谱图，进而确定出多个一级候选标准谱图；
步骤二、在除主峰外剩下的m-1个特征峰中选取n个特征峰构成一特征峰序列；对多个一级候选标准谱图依次执行以下步骤，进而确定出多个二级候选标准谱图：在特征峰序列中逐个选取特征峰在一个一级候选标准谱图中查找，当一级候选标准谱图存在至少一个参照峰与特征峰序列的至少一个特征峰的峰值匹配，则该一级候选标准谱图作为二级候选标准谱图；
步骤三、对多个二级候选标准谱图依次执行以下步骤，进而确定出至少一个三级候选标准谱图：逐个选取检测物谱图中的m个特征峰在一个二级候选标准谱图中进行查找，当该二级候选标准谱图中存在m个参照峰分别与m个特征峰的峰值和拉曼偏移匹配，则该二级候选标准谱图作为三级候选标准谱图；
步骤四、当三级候选标准谱图为一个时，则该三级候选标准谱图为与检测物谱图匹配成功的谱图，否则利用后续操作在多个三级候选标准谱图中筛选出一个与检测物谱图匹配成功的谱图。
在上述步骤二中，在特征峰序列中逐个选取特征峰在一个一级候选标准谱图中查找，当一级候选标准谱图找到一个参照峰与特征峰序列的一个特征峰的峰值匹配，就放弃选取下一个特征峰，而直接将该一级候选标准谱图作为二级候选标准谱图。
若有一个以上的特征峰的峰值与一个一级候选谱图中的参照峰匹配成功，那么检测物谱图中的特征峰匹配的精度更高，但是，此时需要将n个特征峰中的每个特征峰在每个一级候选谱图中筛选一遍，加大了运算的复杂度，而检测物谱图与数据库谱图的匹配精度也可以通过步骤三和步骤四来实现。
在上述步骤一中，将多个参照峰依照峰值由大到小进行排序，并将检测物谱图上的m个特征峰也依照峰值由大到小进行排序；在步骤一中，将主峰在任一标准谱图中进行查找时，均依照该标准谱图上的多个参照峰的峰值由大到小顺序进行；在步骤三中，m个特征峰中任一个特征峰在一个二级候选标准谱图中进行查找时，均依照该二级候选标准谱图上的多个参照峰的峰值由大到小顺序进行。
在上述步骤三中，当一个参照峰和一个特征峰的拉曼偏移之差的绝对值小于等于0～4时，且峰值之差的绝对值小于等于0～0.3时，则该参照峰和该特征峰匹配。在上述步骤一中，当一个参照峰和主峰的峰值之差的绝对值小于等于0～0.3时，则该参照峰和该主峰匹配；在上述步骤二中，当一个参照峰和特征峰序列中的一个特征峰的峰值之差的绝对值小于等于0～0.3时，则该参照峰和该特征峰匹配。
在检测物谱图与数据库谱图方法的匹配方法中，后续操作包括面积差分法，或导数面积差分法。
在检测物谱图与数据库谱图方法的匹配方法中，从检测物谱图上检测物谱图上选取m个特征峰，具体通过以下步骤实现：当一个峰的峰值与检测物谱图上的最大峰值的比例大于一设定比例时，将该峰作为特征峰，所述设定比例由拉曼光谱检测设备的分辨率决定。
在上述步骤二中，n取值为3。当n小于3时，复杂度小，易于实现，但精度低，n等于3满足大多数拉曼谱图的匹配，当n大于3时，匹配精度高，但是复杂度大，计算机运行时间长。
在检测物谱图与数据库谱图的匹配方法中，针对检测物的谱图，在数据库中的标准谱图中进行一级一级筛选，直至最后筛选成功。
步骤一是针对检测物谱图中的特征峰中的主峰与数据库的标准谱图中的参照峰进行匹配，从中在数据库中筛选出多个一级候选谱图；步骤二是在多个一级候选谱图中，针对检测物谱图中的特征峰中除去主峰外的任意n个特征峰中的至少一个特征峰的峰值与参照峰进行匹配，从中在多个一级候选谱图中筛选出多个二级候选谱图，增加了检测物谱图中特征峰匹配的精度，有助于识别检测物谱图中出现的异常峰的情况。通常异常峰往往是最高峰，只进行检测物谱图中的特征峰中的主峰的匹配，很难识别异常峰，不利于检测物谱图与数据库谱图的匹配。在除主峰外剩下的m-1个特征峰中选取n个特征峰构成一特征峰序列，有利于加快计算机的运算速度，缩短了对检测物谱图与数据库谱图匹配的时间。在步骤二中，在特征峰序列中逐个选取特征峰在一个一级候选标准谱图中查找，当一级候选标准谱图存在至少一个参照峰与特征峰序列的至少一个特征峰的峰值匹配，则该一级候选标准谱图作为二级候选标准谱图，一个检测物谱图在多个一级候选谱图中进行匹配，需要每个一级候选谱图都筛选一遍，匹配成功的一级候选谱图作为二级候选谱图，在n个特征峰中，只要有一个特征峰的峰值与一个一级候选谱图中的参照峰匹配成功，则该一级候选谱图即可作为二级候选谱图。
本发明提供的一种检测物谱图与数据库谱图的匹配方法，除了应用在拉曼光谱中，还可以应用于红外光谱、紫外光谱、可见光光谱等光谱中。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。
Claims (7)
1.一种检测物谱图与数据库谱图的匹配方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、数据库内存储有多个标准谱图，每个标准谱图上均选取多个参照峰，从检测物谱图上选取m个特征峰，并以其中一个峰值最高的特征峰为主峰，并在所有的标准谱图中进行查找，当一个标准谱图存在一个参照峰与所述主峰的峰值匹配，则将该标准谱图作为一级候选标准谱图，进而确定出多个一级候选标准谱图；
步骤二、在除主峰外剩下的m-1个特征峰中选取n个特征峰构成一特征峰序列；对多个一级候选标准谱图依次执行以下步骤，进而确定出多个二级候选标准谱图：在所述特征峰序列中逐个选取特征峰在一个一级候选标准谱图中查找，当一级候选标准谱图存在至少一个参照峰与所述特征峰序列的至少一个特征峰的峰值匹配，则该一级候选标准谱图作为二级候选标准谱图；
步骤三、对多个二级候选标准谱图依次执行以下步骤，进而确定出至少一个三级候选标准谱图：逐个选取检测物谱图中的m个特征峰在一个二级候选标准谱图中进行查找，当该二级候选标准谱图中存在m个参照峰分别与m个特征峰的峰值和横坐标匹配，则该二级候选标准谱图作为三级候选标准谱图；
步骤四、当三级候选标准谱图为一个时，则该三级候选标准谱图为与检测物谱图匹配成功的谱图，否则利用后续操作在多个三级候选标准谱图中筛选出一个与检测物谱图匹配成功的谱图；
其中，所述步骤二中，在所述特征峰序列中逐个选取特征峰在一个一级候选标准谱图中查找，当一级候选标准谱图找到一个参照峰与所述特征峰序列的一个特征峰的峰值匹配，就放弃选取下一个特征峰，而直接将该一级候选标准谱图作为二级候选标准谱图。
2.如权利要求1所述的检测物谱图与数据库谱图的匹配方法，其特征在于，
所述步骤一中，将多个参照峰依照峰值由大到小进行排序，并将检测物谱图上的m个特征峰也依照峰值由大到小进行排序；
所述步骤一中，将所述主峰在任一标准谱图中进行查找时，均依照该标准谱图上的多个参照峰的峰值由大到小顺序进行；
所述步骤三中，m个特征峰中任一个特征峰在一个二级候选标准谱图中进行查找时，均依照该二级候选标准谱图上的多个参照峰的峰值由大到小顺序进行。
3.如权利要求1或2所述的检测物谱图与数据库谱图的匹配方法，其特征在于，所述步骤三中，当一个参照峰和一个特征峰的横坐标之差的绝对值小于等于4时，且峰值之差的绝对值小于等于0.3时，则该参照峰和该特征峰匹配。
4.如权利要求3所述的检测物谱图与数据库谱图的匹配方法，其特征在于，
所述步骤一中，当一个参照峰和所述主峰的峰值之差的绝对值小于等于0.3时，则该参照峰和所述主峰匹配；
所述步骤二中，当一个参照峰和所述特征峰序列中的一个特征峰的峰值之差的绝对值小于等于0.3时，则该参照峰和该特征峰匹配。
5.如权利要求1所述的检测物谱图与数据库谱图的匹配方法，其特征在于，所述后续操作包括面积差分法，或导数面积差分法。
6.如权利要求1所述的检测物谱图与数据库谱图的匹配方法，其特征在于，从检测物谱图上选取m个特征峰，具体通过以下步骤实现：当一个峰的峰值与检测物谱图上的最大峰值的比例大于一设定比例时，将该峰作为特征峰，所述设定比例由光谱检测设备的分辨率决定。
7.如权利要求1或2所述的检测物谱图与数据库谱图的匹配方法，其特征在于，所述步骤二中，n取值为3。
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