WO2022112125A1 - Method for identifying a substance on a surface - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a method for identifying a substance on a surface using a light-based detection device and a computer program product, a data processing system and an evaluation unit for identifying a substance on a surface using such a method and a data processing system for such a method.
- the automatic identification of substances on surfaces based on the classification of their spectral signature can be carried out in real time with light-based methods for the detection and identification or classification of substances, mixtures of substances and microorganisms on surfaces. These methods are active, the signal is induced by a light source, usually a laser pulse, and can be carried out directly, i.e. without sampling and processing.
- the signal response of a substance is at best spectral, temporal or otherwise characteristic, so that the substance can be identified or at least classified based on these spectra.
- Classification is a grouping of objects into classes (or groups). This classification is part of the input during training of the predictive model. Identification is a special case here: in classification, each substance is assigned its own class. The predictive model is what is commonly referred to as the "classifier”. For an input, the model predicts a class according to the classification. This process of classifying objects in existing (trained) class systems is called classification
- a classifier is an instance that carries out the classification, but also a classification. In both cases, pre-processing of the data is usually necessary.
- the signal contribution of the surface may have changed due to interaction with the substance and, together with the signal from the substance, results in a mixed signal with different compositions.
- LIF laser-induced fluorescence
- the automatic identification or differentiation of substances based on their fluorescence spectra can be implemented with classification algorithms such as decision trees, support vector machines or neural networks. Regardless of the algorithm used, training a predictive model of a classifier follows the same pattern. Measurement data is linked to the desired output of the model. A set of such data from different substances on different surfaces forms a training data set. The prediction model is thus generated and can then be used to make a prediction about the substance on which the spectrum is based from a mixed spectrum measured during use.
- a further object is to provide an improved detection device for identifying a substance on a surface with such a
- a further object is to specify a computer program product for carrying out such an improved method.
- a further object is to specify a data processing system for such an improved method.
- a further object is to specify an evaluation unit for such a detection device.
- Proposed detection device wherein the detection device irradiates a light beam on the substance located on the surface at least partially covering and receives a response signal emanating from the substance and / or the surface in a receiving unit and the received response signal in a
- the method comprises at least the steps of training the classifier with training data sets of at least one substance located on different surfaces, the training data sets receiving response signals from the substance on the surfaces and receiving response signals from the pure
- the substance can be present directly on the surface. However, it can also be rubbed into or drawn into the surface.
- the substance can comprise one component, but it can also have a mixture of two or more different components. In this case, according to the method according to the invention, not the individual
- the light source can be in the form of a laser, for example, so that the incident light beam is a laser beam.
- a fluorescence signal for example, can be received as a response signal.
- the method can thus advantageously be based on laser-induced fluorescence spectroscopy.
- the response signal can be received with spectral resolution and processed with the classifier.
- Other measuring methods can also be advantageously used in the method according to the invention.
- mixed response signals i.e. response signals from the substance and the surface
- Substances on surfaces can be identified or classified, for example, by an artificial neural network.
- the mixed response signals are combined with the response signals from the clean surfaces to form an input for the classifier and linked to the desired classification result.
- This linking of mixed response signals is used both for the training phase of the classifier and for the classification of the measurement data set of the substance to be identified. This leads to a significant improvement in the quality of substance detection on both known and unknown surfaces. A clear improvement can also be achieved with a pronounced filter effect, such as partial absorption of the surface signal by the substance.
- the method for improving the detection of substances on surfaces can advantageously be used wherever desired or undesired substances have to be detected on known or unknown surfaces and there are also clean surface areas.
- Analogous to the substance detection of a pure substance on a surface for example, two pure substances can also be detected, with the second substance then being treated in the method according to the invention instead of the surface. In this case, separate recording signals of the pure substances must be available separately for identification, im
- the method can be used advantageously for different types of detection methods in which measurement data from the substance and background are superimposed.
- Fluorescence spectroscopy in which, for example, pulsed lasers with a wavelength of 266 nm and detection using a spectrometer and a photomultiplier array are used, represents an advantageous embodiment of the method.
- Some possible application examples are, for example, detection of hazardous substances by emergency services (police, fire brigade, military),
- a method of machine learning can be used as the algorithm of the classifier.
- Various classification algorithms such as decision trees, support vector machines or neural networks can be used to advantage in order to process combined training data sets from mixed response signals and response signals from the clean surfaces as well as combined measurement data sets of the substance to be identified from mixed response signals and response signals from the clean surfaces and the To predict the substance with great accuracy or at least to rule out other substances.
- a neural network can be used as the algorithm of the classifier.
- Neural networks can be used particularly advantageously to process combined training data sets from mixed response signals and response signals from the clean surfaces as well as combined measurement data sets of the substance to be identified from mixed response signals and response signals from the clean surfaces and to predict the substance accordingly with great quality.
- a fluorescence signal of the substance and the surface can be recorded as the outgoing response signal.
- fluorescence spectroscopy LIF is particularly suitable as an active and direct method without taking or preparing samples.
- Output receiving unit spectrally resolved response signals received.
- the receiving unit can be designed as a spectrometer.
- An optical spectrometer or a spectral analysis of the outgoing response signals are not absolutely necessary.
- the method can advantageously provide for the use of wavelength-selective input channels.
- a spectrometer with a detector supplies such spectrally resolved response signals.
- spectrally resolved response signals can also be implemented using photodiodes with filters.
- a laser in particular a pulsed laser, can be used as the at least one light source.
- a narrow-band light source such as an LED is sufficient.
- a laser has the advantage over an LED that the losses due to divergence on the way to the sample are low. Both lasers and LEDs can be operated in pulsed mode. This is not absolutely necessary for LIF, but with suitable detection it can improve the signal-to-noise ratio.
- a pulsed light source is required for time-resolved signals, since the decay of the response signal is recorded after a time-defined excitation.
- the light beam can be used with at least two wavelengths, in particular in the ultraviolet.
- information from different fluorophores can advantageously be included in the classification of the measured response signals.
- wavelengths in the UV-C range and in the UV-A range for example wavelengths of 266 nm and 355 nm, can advantageously be used.
- UV radiation in the UV-A range has a wavelength in the range from 315 nm to 380 nm.
- UV radiation in the UV-B range has a wavelength in the range from 280 nm to 315 nm.
- Radiation in the UV-C range has a wavelength of 100 nm to 280 nm.
- the excitation wavelength required for the method according to the invention depends on the substance. Many substances have absorption bands in the UV range, including those that also absorb in the visible range. In systems that are used in biological detection, the wavelengths of 266 nm (UV-C) and 355 nm (UV-A) that are frequently used in biology and are readily available can be used to advantage. Alternatively, 280 nm (UV-B / UV-C) and 355 nm can also be used. After a favorable embodiment of the method, at least one
- Part of the outgoing response signal can be recorded as a time signal. In this way, a temporal signature of the outgoing response signal can be recorded via the time signal. In this way, additional information can advantageously be included in the classification of the measured response signals.
- a detection device for identifying a substance on a surface comprising at least one light source which at least partially covers the substance
- an optical receiving unit which is designed to receive a response signal emanating from the substance and/or the surface, and a classification which is designed to process a received response signal of the outgoing response signal and which is designed for training with training data sets and for identifying a substance from measurement data sets.
- response signals from the non-contaminated surfaces are recorded.
- a light beam is radiated onto the substance located on the surface so that the light beam covers both the substance and the surface at least in certain areas.
- response signals from the clean surface are recorded.
- the mixed response signals are combined with the response signals of the clean surfaces to form an input for the classifier and linked to the desired classification result.
- the classifier is used for both the training phase and the
- Classification of the measurement data set of the substance to be identified is used.
- the combination of mixed response signals with response signals from the pure surface leads to a significant improvement in the quality of substance detection on both known and unknown surfaces.
- the algorithm of the classifier can be based on a machine learning method.
- Various classification algorithms such as so-called decision trees, usually referred to as decision trees, so-called support vector machines, usually referred to as support vector machines, or neural networks can be used to advantage to combine training data sets from mixed response signals and response signals of the pure surfaces as well as combined measurement data sets of the to process the substance to be identified from mixed response signals and response signals from the pure surfaces and to predict the substance accordingly with great accuracy or at least to exclude other substances.
- an algorithm of the classifier can be designed as a neural network.
- Neural networks can be used particularly advantageously to process combined training data sets from mixed response signals and response signals from the clean surfaces as well as combined measurement data sets of the substance to be identified from mixed response signals and response signals from the clean surfaces and to predict the substance accordingly with great quality.
- the receiving unit can be designed to receive fluorescence signals.
- LIF light-based methods for the detection and identification or classification of substances, mixtures of substances and microorganisms on surfaces in real time, LIF is particularly suitable as an active and direct method.
- a spectrometer with a PMT (photo multiplier tube) array for example, can be used as the receiving unit.
- a system of bandpass filters, a monochromator, a tunable optical filter, or the like can also be used.
- the detection device can comprise at least two light sources of different wavelengths, which are designed to radiate a light beam onto the substance located on the surface.
- the detection device can comprise at least two light sources of different wavelengths, which are designed to radiate a light beam onto the substance located on the surface.
- Light sources have wavelengths in the ultraviolet, in particular wavelengths of 266 nm and 355 nm. In this way, information from different fluorophores can advantageously be included in the classification of the measured response signals.
- a light source for example a laser, can also be used which emits at least two different wavelengths.
- Output mirror can be recorded as a beam splitter as a time signal. In this way, a temporal signature of the outgoing response signal can be recorded via the time signal. In this way, additional information can be advantageous in the
- the at least one light source can be designed as a laser, in particular as a pulsed laser.
- a narrow-band light source such as an LED is sufficient.
- a laser has the advantage over an LED that the losses due to divergence on the way to the sample are low. Both lasers and LEDs can be operated in pulsed mode. This is not absolutely necessary for LIF, but with suitable detection it can improve the signal-to-noise ratio.
- a pulsed light source is required for time-resolved signals, since the decay of the response signal is recorded after a time-defined excitation
- pulsed light sources increase the signal to ambient light quality, but are not absolutely necessary for spectral detection. Pulsed light beams are required to evaluate time signals.
- a computer program product for identifying a substance on a surface using a light-based detection device, the computer program product comprising at least one computer-readable storage medium which comprises program instructions which can be executed on a computer system and cause the computer system to perform a method as described above.
- At least the following steps are carried out: training the classifier with training data sets of at least one substance located on different surfaces, the training data sets comprising received response signals of the substance on the surfaces and received response signals of the clean surfaces, which are linked to the desired prediction of the respective substance; Entering at least one measurement data set with at least one received response signal of the substance to be identified and located on a surface and at least one received response signal of the clean surface in the classifier; and classifying the measurement data set in the classifier and predicting the substance.
- the computer program product advantageously serves to implement the method according to the invention. To avoid unnecessary repetition, reference is made to the description of the method.
- a data processing system for executing a data processing program which is computer-readable
- Program instructions includes a method for identifying a substance on a surface using a laser-based
- the data processing system is advantageously used to carry out the method according to the invention. To avoid unnecessary repetition, reference is made to the description of the method.
- an evaluation unit with at least one classifier for identifying a substance on a surface using a light-based detection device is proposed.
- the evaluation unit with the classifier can have hardware modules such as FPGAs (field programmable gate arrays) or components produced by 3D printing, on which the method for identifying a substance on a surface using a light-based detection device is advantageously implemented. It is possible to build the predictive model in hardware instead of as part of a software solution.
- FPGAs field programmable gate arrays
- a simple and realistic example is an FPGA, where the logic is implemented in physical elements.
- Such a hardware implementation directly links a received response signal as input with a prediction as output.
- the method according to the invention can be implemented with a high processing speed of the received response signals.
- 1, 2 show a schematic representation of the measuring principle of the method according to the invention, in which a light beam is radiated onto a substance located on a surface, covering it at least in some areas, and the outgoing response signal is recorded;
- 3 shows a schematic structure of a light-based
- Detection device for the method according to the invention
- 4 shows a procedural model of the method according to the invention for identifying a substance on a surface
- FIG. 5 classification results for the identification of different substances on different surfaces.
- FIG. 1 shows a plan view of a surface 52 with a substance 50 thereon
- FIG. 2 shows a longitudinal section through the arrangement, in which the outgoing
- Response signal 40, 42, 44 is shown symbolically in the form of an arrow. 1 shows three surfaces illuminated by light beams 30, of which one light beam 30 impinges directly on the substance 50, while the other two light beams 30 each hit the edge of the substance 50 and part of the light beam 30 hits the surface 52.
- the light beam 30 excites the irradiated areas, for example
- the signal response of the outgoing response signal 30 consists of the
- the signals 40, 42, 44 of the outgoing response signal can, for example, advantageously by means of laser-induced
- the incident light beam 30 can, for example, have at least two
- wavelengths especially in the ultraviolet in the UV-C and UV-A range, in order to have interactions between the substance that are as favorable as possible 50 and surface 52 to detect.
- laser light with wavelengths of 266 nm and 355 nm can be used.
- light with wavelengths of 280 nm and 355 nm can also be used.
- the various recorded signals of the outgoing response signal 40, 42, 44 can be input into a classifier 70 in a suitable combination, as shown later in FIG.
- Figure 3 shows a schematic structure of a light-based detection device 100 for the method according to the invention for identifying a substance 50 on a surface 52.
- the detection device 100 comprises at least one light source 10, 12, which at least partially covers the substance 50 for irradiating a light beam 30, 32 the substance 50 located on the surface 52 is formed.
- the detection device 100 further comprises an optical receiving unit 20 which is used to receive the substance 50 and/or the surface 52 emanating from it
- a classifier 70 which is designed to process a received response signal 64, 66, 74, 76 (recognizable in Figure 3) of the outgoing response signal 34, and whose prediction model is a product of training with training data sets 60 and, for Identifying a substance 50 from
- Measurement data sets 78 is formed.
- the light beam 30, 32 of the at least one light source 10, 12 is directed onto the substance 50 via deflection mirrors 14, 16.
- the receiving unit 20 can be designed, for example, to analyze signals from laser-induced fluorescence spectroscopy. That The outgoing response signal 34 can be coupled into optical fibers, for example, via a collecting mirror 18 and can be received in a spectrally resolved manner in the receiving unit 20 .
- An algorithm 90 of the classifier 70 (FIG. 4) can advantageously be based on a machine learning method. In particular, a neural network can be used for this.
- the illustrated in the embodiment in the figure second light source 10, 12 can optionally to increase the accuracy of the
- the light beam 32 of the second light source 12 is coupled into the beam path 30 of the first light source 10 via a deflection mirror 22 and a dichroic mirror 24 .
- the two light sources 10, 12 can advantageously have wavelengths in the ultraviolet, in particular wavelengths of 266 nm and 355 nm, i.e. in the UV-C range and in the UV-A range.
- a part 36 of the outgoing response signal 34 can optionally be recorded as a time signal, in particular via an output mirror 26 as a beam splitter.
- a temporal signature of the outgoing response signal can be determined for the optional improvement of the prediction when classifying the measurement data sets.
- Classifier 70 whose mode of operation is described in detail in Figure 4, can be arranged in an evaluation unit 38 of detection device 100, which also records the data from receiving unit 20, and optionally data of a time signal which is determined in time signal evaluation unit 28.
- Evaluation unit 38 can, for example, also control the at least one light source 10, 12 during the measurement.
- the evaluation unit 38 can further advantageously as a data processing system for executing a
- Be formed data processing program which includes computer-readable program instructions to the method for
- On the data processing system can advantageously a computer program product for identifying a substance 50 at a
- Surface 52 be implemented by means of a laser-based detection device 100, wherein the computer program product comprises at least one computer-readable storage medium, which includes program instructions that are executable on the computer system and cause the computer system to the inventive
- the evaluation unit 38 with the classifier 70 can also have hardware modules such as FPGAs (field programmable gate arrays) or components produced by 3D printing, on which the method according to the invention is advantageously implemented.
- the method can be implemented with a high processing speed of the received response signals.
- FIG. 3 A possible embodiment of the method according to the invention for identifying a substance 50 on a surface 52 using a light-based detection device 100 is shown in FIG.
- a detection device 100 (FIG. 3) radiates a light beam 30, 32 onto the substance 50 located on the surface 52, at least partially covering it.
- One of Substance 50 and/or Der The response signal 34 emanating from the surface 52 is received in a receiving unit 20 and the received response signal 64, 66, 74, 76 is processed in a classifier 70.
- the classifier 70 is first trained with training data records 60 of a large number of different substances 50 (FIG. 3) located on different surfaces 52 .
- response signals from the non-contaminated surfaces 52 are recorded.
- the light beam 30 is radiated onto the substance 50 located on the surface 52 so that the light beam 30 at least partially covers both the substance 50 and the surface 52 (FIG. 3).
- outgoing response signals of the clean surface 52 are recorded.
- the training data sets 60 include response signals 64 from the substances 50 on the surfaces 52 and response signals 66 from the clean surfaces 52, which are combined to form an input 62 in the classifier 70.
- the input 62 is linked to the desired classification result 72 as an output 68 to form a training data set 60 .
- the training data records 60 are thus permanently linked to the desired prediction of the respective substance 50 (FIG. 3).
- the classifier 70 thus goes through a series of training runs until a desired prediction quality of the respective substance 50 is reached.
- the measurement data set 78 which includes at least one response signal 74 of the substance 50 to be identified and located on a surface 52 and at least one response signal 76 of the clean surface 52, is used as input 62 entered into the classifier 70.
- the measurement data set 78 is then classified in the classifier 70 and a prediction 72 of the substance 50 is output as an output 68 .
- a method of machine learning can advantageously be used as the algorithm 90 of the classifier 70 .
- Various classification algorithms such as e.g. Decision Trees, Support Vector Machines or Neural Networks can be used advantageously in order to generate combined training data sets 60 from mixed outgoing response signals and outgoing response signals from the clean surfaces 52 as well as combined measurement data sets 78 for the substance to be identified 50 from mixed response signals and response signals from the to process clean surfaces 52 and to predict the substance 50 accordingly with great quality.
- a neural network can be used for this.
- the combination of mixed response signals with response signals from the clean surface 52 is used both for the training phase of the classifier 70 and for the classification of the measurement data record 78 of the substance 50 to be identified. This leads to a significant improvement in the quality of the substance detection both on known and on unknown surfaces 52. A significant improvement can also be achieved with a pronounced filter effect, such as partial absorption of the surface signal with the substance 50.
- FIG. 5 shows classification results for the identification of different substances on different surfaces. The method was applied with measurement data on 13 different substances on 13 different surfaces each.
- pressboard (painted white) 224 pressboard (painted white) 224.
- Two types of training data sets were generated from 80% of the measurement data.
- One type of training data set contained the channels of the mixed response signal and appended the channels of an associated surface measurement.
- the other type of training data set contained only the channels of the mixed response signal.
- To determine the quality For the detection of substances on unknown surfaces, a training data set was created for each surface that did not contain the respective surface. The remaining 20% of the measurement data were used to evaluate the procedure and were not part of the training.
- Respective columns 82 show results of classifications on known surface with a mixed response and surface response as input to the classifiers.
- Respective columns 84 show results of classification on known surface with only mixed response as input
- the respective columns 86 show results of classifications on an unknown surface with a mixed response signal and a surface response signal as input to the classifiers.
- the respective columns 84 show results of classifications on a known surface with only a mixed response signal as input to the classifiers
- the improvement in the quality of the prediction on known surfaces is approximately of the order of magnitude that is also achieved by equipment supplements, which are sometimes associated with considerable additional costs, such as the use of a second excitation wavelength or measurement of the temporal signature of the
- the overall accuracy of the forecasts can be further increased.
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Abstract
The invention relates to a method, a detection device, and a computer program product for identifying a substance (50) on a surface (52) using a detection device (100) which emits a light beam (30, 32) onto the substance so as to cover at least some regions of the substance, receives a response signal (34) in a receiving unit (20), and processes received response signals (64, 66, 74, 76) in a classifier (70). At least the following steps are carried out: (i) training the classifier (70) using training data sets (60) of at least one substance (50) which can be found on different surfaces (52), wherein the training data sets (60) comprise received response signals (64, 66) of the substance (50) on the surfaces (52) and of the clean surfaces (52), said response signals being linked to the desired prediction of the respective substance (50); (ii) entering at least one measurement data set (78) comprising a received response signal (74, 76) of the substance (50) to be identified which can be found on a surface (52) and of the clean surface (52) in the classifier (70); and (iii) classifying the measurement data set (78) in the classifier (70) and predicting the substance (50).
Description
Beschreibung description
Titel title
Verfahren zum Identifizieren einer Substanz an einer Oberfläche Method of identifying a substance on a surface
Stand der Technik State of the art
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Identifizieren einer Substanz an einer Oberfläche mittels einer lichtbasierten Detektionsvorrichtung sowie ein Computer-Programm-Produkt, ein Datenverarbeitungssystem und eine Auswerteeinheit zum Identifizieren einer Substanz an einer Oberfläche mit einem solchen Verfahren und ein Datenverarbeitungssystem für ein solches Verfahren. The invention relates to a method for identifying a substance on a surface using a light-based detection device and a computer program product, a data processing system and an evaluation unit for identifying a substance on a surface using such a method and a data processing system for such a method.
Die automatische Identifizierung von Substanzen auf Oberflächen anhand der Klassifizierung ihrer spektralen Signatur kann mit lichtbasierten Methoden zur Detektion und Identifikation bzw. Klassifizierung von Stoffen, Stoffgemischen und Mikroorganismen auf Oberflächen in Echtzeit vorgenommen werden. Diese Methoden sind aktiv, das Signal wird durch eine Lichtquelle, meist einen Laserpuls induziert, und direkt, also ohne Probennahme und Aufbereitung durchführbar. Die Signalantwort einer Substanz ist im besten Fall spektral, temporal oder anderweitig charakteristisch, so dass eine Identifizierung oder zumindest eine Klassierung der Substanz anhand dieser Spektren möglich ist. The automatic identification of substances on surfaces based on the classification of their spectral signature can be carried out in real time with light-based methods for the detection and identification or classification of substances, mixtures of substances and microorganisms on surfaces. These methods are active, the signal is induced by a light source, usually a laser pulse, and can be carried out directly, i.e. without sampling and processing. The signal response of a substance is at best spectral, temporal or otherwise characteristic, so that the substance can be identified or at least classified based on these spectra.
Unter Klassifizierung versteht man eine Zusammenfassung von Objekten zu Klassen (oder Gruppen). Diese Einteilung ist Teil der Eingabe während des Trainings des Vorhersagemodells.
Die Identifikation ist hier ein Sonderfall: In der Klassifizierung wird jeder Substanz eine eigene Klasse zugeordnet. Das Vorhersagemodell ist das, was üblicherweise als „Classifier“ bezeichnet wird. Das Modell sagt für eine Eingabe eine Klasse entsprechend der Klassifikation voraus. Diesen Vorgang der Einordnung von Objekten in bestehende (trainierte) Klassensysteme wird Klassierung genannt Classification is a grouping of objects into classes (or groups). This classification is part of the input during training of the predictive model. Identification is a special case here: in classification, each substance is assigned its own class. The predictive model is what is commonly referred to as the "classifier". For an input, the model predicts a class according to the classification. This process of classifying objects in existing (trained) class systems is called classification
Ein Klassifizierer ist schließlich eine Instanz, die die Klassifizierung, aber auch eine Klassierung vornimmt. In beiden Fällen ist in der Regel eine Vorverarbeitung der Daten nötig. After all, a classifier is an instance that carries out the classification, but also a classification. In both cases, pre-processing of the data is usually necessary.
Bei optischer Detektion auf Oberflächen ist der Signalbeitrag der Oberfläche ggf. durch Wechselwirkung mit der Substanz verändert und ergibt zusammen mit dem Signal der Substanz ein Mischsignal in unterschiedlichen Zusammensetzungen. In the case of optical detection on surfaces, the signal contribution of the surface may have changed due to interaction with the substance and, together with the signal from the substance, results in a mixed signal with different compositions.
Bei der so genannten LIF (laserinduzierte Fluoreszenz)-Spektroskopie liegen die breiten Fluoreszenzsignale von Substanz und Oberfläche, ggf. modifiziert durch Absorptionsbanden, oft in ähnlichen Spektralbereichen und sind häufig nicht voneinander zu trennen. So kann das gemessene LIF-Signal der gleichen Substanz auf verschiedenen Oberflächen vollkommen unterschiedlich aussehen. In the so-called LIF (laser-induced fluorescence) spectroscopy, the broad fluorescence signals from the substance and surface, possibly modified by absorption bands, are often in similar spectral ranges and often cannot be separated from one another. The measured LIF signal of the same substance can look completely different on different surfaces.
Die automatische Identifizierung bzw. Unterscheidung von Substanzen anhand ihrer Fluoreszenzspektren lässt sich mit Klassifizierungsalgorithmen, wie z.B. Decision Trees, Support Vector Machines oder Neuronale Netze, umsetzen. Unabhängig vom verwendeten Algorithmus folgt das Training eines Vorhersagemodells eines Klassifizierers dem gleichen Muster. Messdaten werden mit der gewünschten Ausgabe des Modells verknüpft.
Eine Menge von solchen Daten verschiedener Substanzen auf verschiedenen Oberflächen bildet einen Trainingsdatensatz. Das Vorhersagemodell wird damit generiert und kann im Anschluss genutzt werden, um aus einem im Einsatz gemessenen Mischspektrum eine Vorhersage über die dem Spektrum zugrundeliegende Substanz zu machen. The automatic identification or differentiation of substances based on their fluorescence spectra can be implemented with classification algorithms such as decision trees, support vector machines or neural networks. Regardless of the algorithm used, training a predictive model of a classifier follows the same pattern. Measurement data is linked to the desired output of the model. A set of such data from different substances on different surfaces forms a training data set. The prediction model is thus generated and can then be used to make a prediction about the substance on which the spectrum is based from a mixed spectrum measured during use.
Ein Modell kann anhand der gemischten Antwortsignale aus Substanz / Oberfläche plausible Aussagen nur für Substanzen auf Oberflächen treffen kann, die ihm aus dem Training bekannt sind. UnbekannteBased on the mixed substance/surface response signals, a model can only make plausible statements for substances on surfaces that are known to it from the training. unknown
Substanzen werden, je nach Aufbau der Modellstruktur, als unbekannt eingestuft oder einer bekannten Klasse falsch zugeordnet, die im besten Fall der vorliegenden Substanz ähnlich ist. Bei der Zuordnung einer bekannten Substanz auf einer unbekannten Oberfläche hängt die Vorhersagegüte von Stärke und Signatur des Signalbeitrages sowie demDepending on the structure of the model, substances are classified as unknown or wrongly assigned to a known class, which in the best case is similar to the substance at hand. When assigning a known substance to an unknown surface, the quality of the prediction depends on the strength and signature of the signal contribution and the
Aufbau des Trainingsdatensatzes und der Datenvorverarbeitung ab. Structure of the training data set and data preprocessing.
Offenbarung der Erfindung Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein verbessertes Verfahren zumDisclosure of the Invention The object of the invention is to provide an improved method for
Identifizieren einer Substanz an einer Oberfläche mittels einer lichtbasierten Detektionsvorrichtung anzugeben. identify a substance on a surface by means of a light-based detection device.
Eine weitere Aufgabe ist es, eine verbesserte Detektionsvorrichtung zum Identifizieren einer Substanz an einer Oberfläche mit einem solchenA further object is to provide an improved detection device for identifying a substance on a surface with such a
Verfahren anzugeben. specify procedure.
Eine weitere Aufgabe ist es, ein Computer-Programm-Produkt zum Ausführen eines solchen verbesserten Verfahrens anzugeben. A further object is to specify a computer program product for carrying out such an improved method.
Eine weitere Aufgabe ist es, ein Datenverarbeitungssystem für ein solches verbessertes Verfahren anzugeben.
Eine weitere Aufgabe ist es, eine Auswerteeinheit für eine solche Detektionsvorrichtung anzugeben. Die Aufgaben werden durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Günstige Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung. A further object is to specify a data processing system for such an improved method. A further object is to specify an evaluation unit for such a detection device. The objects are solved by the features of the independent claims. Favorable configurations and advantages of the invention result from the further claims, the description and the drawing.
Nach einem Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Identifizieren einer Substanz an einer Oberfläche mittels einer lichtbasiertenAccording to one aspect of the invention, a method for identifying a substance on a surface using a light-based
Detektionsvorrichtung vorgeschlagen, wobei die Detektionsvorrichtung einen Lichtstrahl auf die an der Oberfläche befindliche Substanz wenigstens bereichsweise überdeckend einstrahlt und ein von der Substanz und/oder der Oberfläche ausgehendes Antwortsignal in einer Empfangseinheit aufnimmt und das empfangene Antwortsignal in einemProposed detection device, wherein the detection device irradiates a light beam on the substance located on the surface at least partially covering and receives a response signal emanating from the substance and / or the surface in a receiving unit and the received response signal in a
Klassifizierer verarbeitet. Dabei umfasst das Verfahren wenigstens die Schritte Trainieren des Klassifizierers mit Trainingsdatensätzen wenigstens einer, an unterschiedlichen Oberflächen befindlichen Substanz, wobei die Trainingsdatensätze empfangene Antwortsignale der Substanz an den Oberflächen, und empfangene Antwortsignale der reinenclassifier processed. The method comprises at least the steps of training the classifier with training data sets of at least one substance located on different surfaces, the training data sets receiving response signals from the substance on the surfaces and receiving response signals from the pure
Oberflächen umfassen, welche mit der gewünschten Vorhersage der jeweiligen Substanz verknüpft sind; Eingeben wenigstens eines Messdatensatzes mit wenigstens einem empfangenen Antwortsignal der zu identifizierenden, an einer Oberfläche befindlichen Substanz und wenigstens einem empfangenen Antwortsignal der reinen Oberfläche in den Klassifizierer; und Klassieren des Messdatensatzes in dem Klassifizierer und Vorhersagen der Substanz.
Die Substanz kann direkt auf der Oberfläche vorliegen. Sie kann jedoch auch in die Oberfläche eingerieben oder eingezogen sein. Die Substanz kann eine Komponente umfassen, sie kann jedoch auch ein Gemisch von zwei oder mehr verschiedener Komponenten aufweisen. Dabei werden nach dem erfindungsgemäßen Verfahren nicht die einzelneninclude surfaces associated with the desired prediction of the respective substance; Entering at least one measurement data set with at least one received response signal of the substance to be identified and located on a surface and at least one received response signal of the clean surface in the classifier; and classifying the measurement data set in the classifier and predicting the substance. The substance can be present directly on the surface. However, it can also be rubbed into or drawn into the surface. The substance can comprise one component, but it can also have a mixture of two or more different components. In this case, according to the method according to the invention, not the individual
Komponenten identifiziert, sondern die Substanz als Gemisch. Components identified, but the substance as a mixture.
Die Lichtquelle kann beispielsweise als Laser ausgebildet sein, sodass der einfallende Lichtstrahl ein Laserstrahl ist. Als Antwortsignal kann beispielsweise ein Fluoreszenzsignal empfangen werden. Das Verfahren kann so vorteilhaft auf laserinduzierter Fluoreszenzspektroskopie basieren. In diesem Fall kann das Antwortsignal spektral aufgelöst empfangen und mit dem Klassifizierer verarbeitet werden. Vorteilhaft können auch andere Messverfahren bei dem erfindungsgemäßen Verfahren günstig eingesetzt werden. The light source can be in the form of a laser, for example, so that the incident light beam is a laser beam. A fluorescence signal, for example, can be received as a response signal. The method can thus advantageously be based on laser-induced fluorescence spectroscopy. In this case, the response signal can be received with spectral resolution and processed with the classifier. Other measuring methods can also be advantageously used in the method according to the invention.
Ergänzend zu sogenannten gemischten Antwortsignalen, also Antwortsignalen jeweils von der Substanz und der Oberfläche, für verschiedene Substanzen an verschiedenen Oberflächen werdenIn addition to so-called mixed response signals, i.e. response signals from the substance and the surface, for different substances on different surfaces
Antwortsignale der nicht kontaminierten Oberflächen aufgenommen. Bei der Aufnahme von gemischten Antwortsignalen zum Trainieren des Klassifizierers wird ein Lichtstrahl auf die an der Oberfläche befindliche Substanz so bereichsweise überdeckend eingestrahlt, dass der Lichtstrahl wenigstens bereichsweise sowohl die Substanz als auch die Oberfläche erfasst. Zusätzlich werden Antwortsignale der reinen Oberfläche aufgenommen. Zum Trainieren des Klassifizierers stellt dies ein günstiges Vorgehen dar. Bei der Messung der zu identifizierenden Substanz ist es vorteilhaft, nur zumindest teilweise die Substanz zu bestrahlen. Dabei kann, muss aber nicht auch die Oberfläche bestrahlt werden.
Gemischte ausgehende Antwortsignale, welche von der Empfangseinheit aufgenommen werden, stellen die Objekte dar, welche bei der Klassifizierung zu Klassen zusammengefasst werden. Das Vorhersagemodell des Klassifizierers kann so für eine Eingabe eines gemischten Antwortsignals eine Klasse entsprechend der Klassifizierung Voraussagen. Response signals from uncontaminated surfaces recorded. When recording mixed response signals for training the classifier, a light beam is radiated onto the substance located on the surface so that the light beam at least partially covers both the substance and the surface. In addition, response signals from the clean surface are recorded. This represents a favorable procedure for training the classifier. When measuring the substance to be identified, it is advantageous to only partially irradiate the substance at least. The surface can, but does not have to, also be irradiated. Mixed outgoing response signals, which are picked up by the receiving unit, represent the objects that are combined into classes during classification. The classifier's prediction model can thus, for a mixed response signal input, predict a class according to the classification.
Die Identifizierung bzw. Klassifizierung von Substanzen an Oberflächen kann beispielsweise durch ein künstliches Neuronales Netz erfolgen. Substances on surfaces can be identified or classified, for example, by an artificial neural network.
Zum Training des Neuronalen Netzes werden die gemischten Antwortsignale mit den Antwortsignalen der reinen Oberflächen zu einer Eingabe des Klassifizierers verbunden und jeweils mit dem gewünschten Klassifizierungsergebnis verknüpft. To train the neural network, the mixed response signals are combined with the response signals from the clean surfaces to form an input for the classifier and linked to the desired classification result.
Dieses Verknüpfen von gemischten Antwortsignalen wird sowohl für die Trainingsphase des Klassifizierers als auch bei der Klassifizierung des Messdatensatzes der zu identifizierenden Substanz angewendet. Dies führt zu einer deutlichen Verbesserung der Güte der Substanzerkennung sowohl auf bekannten als auch auf unbekannten Oberflächen. Auch bei ausgeprägtem Filtereffekt, wie teilweiser Absorption des Oberflächensignals durch die Substanz, kann eine deutliche Verbesserung erzielt werden. This linking of mixed response signals is used both for the training phase of the classifier and for the classification of the measurement data set of the substance to be identified. This leads to a significant improvement in the quality of substance detection on both known and unknown surfaces. A clear improvement can also be achieved with a pronounced filter effect, such as partial absorption of the surface signal by the substance.
Das Verfahren zur Verbesserung der Substanzerkennung auf Oberflächen kann vorteilhaft überall dort angewendet werden, wo erwünschte oder unerwünschte Substanzen an bekannten oder unbekannten Oberflächen erkannt werden müssen und es auch reine Oberflächenbereiche gibt.
Analog zur Substanzerkennung einer reinen Substanz an einer Oberfläche können beispielsweise auch zwei reine Substanzen detektiert werden, wobei die zweite Substanz dann in dem erfindungsgemäßen Verfahren anstelle der Oberfläche behandelt wird. Dabei müssen zur Identifizierung getrennte Aufnahmesignale der reinen Substanzen getrennt vorliegen, imThe method for improving the detection of substances on surfaces can advantageously be used wherever desired or undesired substances have to be detected on known or unknown surfaces and there are also clean surface areas. Analogous to the substance detection of a pure substance on a surface, for example, two pure substances can also be detected, with the second substance then being treated in the method according to the invention instead of the surface. In this case, separate recording signals of the pure substances must be available separately for identification, im
Gegensatz zur Bestimmung eines Gemisches mehrerer Komponenten einer Substanz. In contrast to the determination of a mixture of several components of a substance.
Das Verfahren kann vorteilhaft für unterschiedliche Arten von Detektionsmethoden genutzt werden, bei denen Messdaten von Substanz und Hintergrund sich überlagern. The method can be used advantageously for different types of detection methods in which measurement data from the substance and background are superimposed.
Eine Anwendung mit der Methode der laserinduziertenAn application using the method of laser-induced
Fluoreszenzspektroskopie, bei welcher beispielsweise gepulste Laser mit einer Wellenlänge von 266 nm und Detektion mittels eines Spektrometers und einem Photomultiplierarray eingesetzt werden, stellt dabei eine vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens dar. Fluorescence spectroscopy, in which, for example, pulsed lasers with a wavelength of 266 nm and detection using a spectrometer and a photomultiplier array are used, represents an advantageous embodiment of the method.
Einige mögliche Anwendungsbeispiele sind beispielsweise Gefahrstoffdetektion durch Einsatzkräfte (Polizei, Feuerwehr, Militär),Some possible application examples are, for example, detection of hazardous substances by emergency services (police, fire brigade, military),
Detektion von Schimmel auf Wänden, Detektion von Krankheitserregern auf Pflanzen oder Futtermitteln und Nahrungsmitteln, beispielsweise in der Landwirtschaft oder Lebensmittelproduktion. Nach einer günstigen Ausgestaltung des Verfahrens kann als Algorithmus des Klassifizierers eine Methode des maschinellen Lernens eingesetzt werden.
Verschiedene Klassifizierungsalgorithmen, wie z.B. Decision Trees, Support Vector Machines oder Neuronale Netze können vorteilhaft eingesetzt werden, um kombinierte Trainingsdatensätze aus gemischten Antwortsignalen und Antwortsignalen der reinen Oberflächen wie auch kombinierte Messdatensätze der zu identifizierenden Substanz aus gemischten Antwortsignalen und Antwortsignalen der reinen Oberflächen zu verarbeiten und die Substanz entsprechend mit großer Güte vorherzusagen oder zumindest andere Substanzen auszuschließen. Detection of mold on walls, detection of pathogens on plants or feed and food, for example in agriculture or food production. According to a favorable embodiment of the method, a method of machine learning can be used as the algorithm of the classifier. Various classification algorithms, such as decision trees, support vector machines or neural networks can be used to advantage in order to process combined training data sets from mixed response signals and response signals from the clean surfaces as well as combined measurement data sets of the substance to be identified from mixed response signals and response signals from the clean surfaces and the To predict the substance with great accuracy or at least to rule out other substances.
Nach einer günstigen Ausgestaltung des Verfahrens kann als Algorithmus des Klassifizierers ein Neuronales Netz eingesetzt werden. Besonders vorteilhaft können Neuronale Netze eingesetzt werden, um kombinierte Trainingsdatensätze aus gemischten Antwortsignalen und Antwortsignalen der reinen Oberflächen wie auch kombinierte Messdatensätze der zu identifizierenden Substanz aus gemischten Antwortsignalen und Antwortsignalen der reinen Oberflächen zu verarbeiten und die Substanz entsprechend mit großer Güte vorherzusagen. According to a favorable embodiment of the method, a neural network can be used as the algorithm of the classifier. Neural networks can be used particularly advantageously to process combined training data sets from mixed response signals and response signals from the clean surfaces as well as combined measurement data sets of the substance to be identified from mixed response signals and response signals from the clean surfaces and to predict the substance accordingly with great quality.
Nach einer günstigen Ausgestaltung des Verfahrens kann als ausgehendes Antwortsignal ein Fluoreszenzsignal der Substanz und der Oberfläche aufgenommen werden. Unter den lichtbasierten Methoden zur Detektion und Identifikation bzw. Klassifizierung von Stoffen, Stoffgemischen und Mikroorganismen auf Oberflächen in Echtzeit eignet sich Fluoreszenzspektroskopie (LIF) vorteilhaft als aktives und direktes Verfahren ohne Probennahme und Probenpräparation. According to a favorable embodiment of the method, a fluorescence signal of the substance and the surface can be recorded as the outgoing response signal. Among the light-based methods for the detection and identification or classification of substances, mixtures of substances and microorganisms on surfaces in real time, fluorescence spectroscopy (LIF) is particularly suitable as an active and direct method without taking or preparing samples.
Nach einer günstigen Ausgestaltung des Verfahrens kann dieAfter a favorable embodiment of the method, the
Empfangseinheit spektral aufgelöste empfangene Antwortsignale ausgeben. Insbesondere kann die Empfangseinheit als Spektrometer ausgebildet sein.
Ein optisches Spektrometer oder eine spektrale Analyse der ausgehenden Antwortsignale sind nicht unbedingt nötig. Das Verfahren kann vorteilhaft die Verwendung wellenlängenselektiver Inputkanäle vorsehen. Ein Spektrometer mit Detektor liefert solche spektral aufgelösten Antwortsignale. Ebenso können spektral aufgelöste Antwortsignale jedoch auch mit Photodioden mit Filtern realisiert werden. Output receiving unit spectrally resolved response signals received. In particular, the receiving unit can be designed as a spectrometer. An optical spectrometer or a spectral analysis of the outgoing response signals are not absolutely necessary. The method can advantageously provide for the use of wavelength-selective input channels. A spectrometer with a detector supplies such spectrally resolved response signals. However, spectrally resolved response signals can also be implemented using photodiodes with filters.
Nach einer günstigen Ausgestaltung des Verfahrens kann als die wenigstens eine Lichtquelle ein Laser, insbesondere ein gepulster Laser verwendet werden. According to a favorable embodiment of the method, a laser, in particular a pulsed laser, can be used as the at least one light source.
Für LIF-Spektroskopie ist eine schmalbandige Lichtquelle, wie z.B. eine LED, ausreichend. Ein Laser hat gegenüber einer LED den Vorteil, dass die Verluste durch Divergenz auf dem Weg zur Probe gering sind. Sowohl Laser als auch LEDs können gepulst betrieben werden. Das ist für LIF nicht unbedingt notwendig, kann aber mit einer geeigneten Detektion das Signal- zu Rauschverhältnis verbessern. For LIF spectroscopy, a narrow-band light source such as an LED is sufficient. A laser has the advantage over an LED that the losses due to divergence on the way to the sample are low. Both lasers and LEDs can be operated in pulsed mode. This is not absolutely necessary for LIF, but with suitable detection it can improve the signal-to-noise ratio.
Für zeitlich aufgelöste Signale ist eine gepulste Lichtquelle notwendig, da das Abklingen des Antwortsignals nach einer zeitlich definierten Anregung aufgenommen wird. A pulsed light source is required for time-resolved signals, since the decay of the response signal is recorded after a time-defined excitation.
Nach einer günstigen Ausgestaltung des Verfahrens kann der Lichtstrahl mit wenigstens zwei Wellenlängen, insbesondere im Ultravioletten, verwendet werden. Auf diese Weise kann vorteilhaft Information von verschiedenen Fluorophoren in die Klassifizierung der gemessenen Antwortsignale mit einbezogen werden. Vorteilhaft können beispielsweise Wellenlängen im UV-C-Bereich und im UV-A-Bereich, beispielsweise Wellenlängen von 266 nm und 355 nm, eingesetzt werden.
UV-Strahlung im UV-A-Bereich weist eine Wellenlänge im Bereich von 315 nm bis 380 nm auf. UV-Strahlung im UV-B-Bereich weist eine Wellenlänge im Bereich von 280 nm bis 315 nm auf. Strahlung im UV-C- Bereich weist eine Wellenlänge von 100 nm bis 280 nm auf. According to a favorable embodiment of the method, the light beam can be used with at least two wavelengths, in particular in the ultraviolet. In this way, information from different fluorophores can advantageously be included in the classification of the measured response signals. For example, wavelengths in the UV-C range and in the UV-A range, for example wavelengths of 266 nm and 355 nm, can advantageously be used. UV radiation in the UV-A range has a wavelength in the range from 315 nm to 380 nm. UV radiation in the UV-B range has a wavelength in the range from 280 nm to 315 nm. Radiation in the UV-C range has a wavelength of 100 nm to 280 nm.
Die für das erfindungsgemäße Verfahren benötigte Anregungswellenlänge ist substanzabhängig. Viele Substanzen haben im UV-Bereich Absorptionsbanden, auch solche, die zusätzlich im sichtbaren Bereich absorbieren. Bei Systemen, welche in der biologischen Detektion eingesetzt werden, können vorteilhaft die in der Biologie häufig verwendeten und gleichzeitig gut verfügbaren Wellenlängen 266 nm (UV- C) und 355 nm (UV-A) eingesetzt werden. Alternativ kann auch 280 nm (UV-B / UV-C) und 355 nm genutzt werden. Nach einer günstigen Ausgestaltung des Verfahrens kann wenigstens einThe excitation wavelength required for the method according to the invention depends on the substance. Many substances have absorption bands in the UV range, including those that also absorb in the visible range. In systems that are used in biological detection, the wavelengths of 266 nm (UV-C) and 355 nm (UV-A) that are frequently used in biology and are readily available can be used to advantage. Alternatively, 280 nm (UV-B / UV-C) and 355 nm can also be used. After a favorable embodiment of the method, at least one
Teil des ausgehenden Antwortsignals als Zeitsignal aufgenommen werden. Auf diese Weise kann über das Zeitsignal eine temporale Signatur des ausgehenden Antwortsignals aufgenommen werden. Auf diese Weise kann vorteilhaft zusätzliche Information in die Klassifizierung der gemessenen Antwortsignale mit einbezogen werden. Part of the outgoing response signal can be recorded as a time signal. In this way, a temporal signature of the outgoing response signal can be recorded via the time signal. In this way, additional information can advantageously be included in the classification of the measured response signals.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Detektionsvorrichtung zum Identifizieren einer Substanz an einer Oberfläche vorgeschlagen, umfassend wenigstens eine Lichtquelle, welche zum wenigstens bereichsweise die Substanz überdeckendenAccording to a further aspect of the invention, a detection device for identifying a substance on a surface is proposed, comprising at least one light source which at least partially covers the substance
Einstrahlen eines Lichtstrahls auf die an der Oberfläche befindliche Substanz ausgebildet ist, eine optische Empfangseinheit, welche zum Empfang eines von der Substanz und/oder der Oberfläche ausgehenden Antwortsignals ausgebildet ist,
und einen Klassifizieren welcher ausgebildet ist, ein empfangenes Antwortsignal des ausgehenden Antwortsignals zu verarbeiten, und welcher zum Training mit Trainingsdatensätzen und zum Identifizieren einer Substanz aus Messdatensätzen ausgebildet ist. irradiation of a light beam onto the substance located on the surface, an optical receiving unit, which is designed to receive a response signal emanating from the substance and/or the surface, and a classification which is designed to process a received response signal of the outgoing response signal and which is designed for training with training data sets and for identifying a substance from measurement data sets.
Ergänzend zu gemischten Antwortsignalen von verschiedenen Substanzen an verschiedenen Oberflächen werden Antwortsignale der nicht kontaminierten Oberflächen aufgenommen. Bei der Aufnahme von gemischten Antwortsignalen wird ein Lichtstrahl auf die an der Oberfläche befindliche Substanz so bereichsweise überdeckend eingestrahlt, dass der Lichtstrahl wenigstens bereichsweise sowohl die Substanz als auch die Oberfläche erfasst. Zusätzlich werden Antwortsignale der reinen Oberfläche aufgenommen. Zum Training des Klassifizierers werden die gemischten Antwortsignale mit den Antwortsignalen der reinen Oberflächen zu einer Eingabe des Klassifizierers verbunden und jeweils mit dem gewünschten Klassifizierungsergebnis verknüpft. Der Klassifizierer wird sowohl für die Trainingsphase als auch bei derIn addition to mixed response signals from different substances on different surfaces, response signals from the non-contaminated surfaces are recorded. When recording mixed response signals, a light beam is radiated onto the substance located on the surface so that the light beam covers both the substance and the surface at least in certain areas. In addition, response signals from the clean surface are recorded. To train the classifier, the mixed response signals are combined with the response signals of the clean surfaces to form an input for the classifier and linked to the desired classification result. The classifier is used for both the training phase and the
Klassifizierung des Messdatensatzes der zu identifizierenden Substanz eingesetzt. Die Kombination von gemischten Antwortsignalen mit Antwortsignalen der reinen Oberfläche führt zu einer deutlichen Verbesserung der Güte der Substanzerkennung sowohl auf bekannten als auch auf unbekannten Oberflächen. Classification of the measurement data set of the substance to be identified is used. The combination of mixed response signals with response signals from the pure surface leads to a significant improvement in the quality of substance detection on both known and unknown surfaces.
Nach einer günstigen Ausgestaltung der Detektionsvorrichtung kann der Algorithmus des Klassifizierers auf einer Methode des maschinellen Lernens basieren.
Verschiedene Klassifizierungsalgorithmen, wie z.B. so genannte Entscheidungsbäume, üblicherweise als Decision Trees bezeichnet, so genannte Stützvektormaschinen, üblicherweise als Support Vector Machines bezeichnet, oder Neuronale Netze können vorteilhaft eingesetzt werden, um kombinierte Trainingsdatensätze aus gemischten Antwortsignalen und Antwortsignalen der reinen Oberflächen wie auch kombinierte Messdatensätze der zu identifizierenden Substanz aus gemischten Antwortsignalen und Antwortsignalen der reinen Oberflächen zu verarbeiten und die Substanz entsprechend mit großer Güte vorherzusagen oder zumindest andere Substanzen auszuschließen. According to a favorable embodiment of the detection device, the algorithm of the classifier can be based on a machine learning method. Various classification algorithms, such as so-called decision trees, usually referred to as decision trees, so-called support vector machines, usually referred to as support vector machines, or neural networks can be used to advantage to combine training data sets from mixed response signals and response signals of the pure surfaces as well as combined measurement data sets of the to process the substance to be identified from mixed response signals and response signals from the pure surfaces and to predict the substance accordingly with great accuracy or at least to exclude other substances.
Nach einer günstigen Ausgestaltung der Detektionsvorrichtung kann ein Algorithmus des Klassifizierers als Neuronales Netz ausgebildet sein. Besonders vorteilhaft können Neuronale Netze eingesetzt werden, um kombinierte Trainingsdatensätze aus gemischten Antwortsignalen und Antwortsignalen der reinen Oberflächen wie auch kombinierte Messdatensätze der zu identifizierenden Substanz aus gemischten Antwortsignalen und Antwortsignalen der reinen Oberflächen zu verarbeiten und die Substanz entsprechend mit großer Güte vorherzusagen. According to a favorable embodiment of the detection device, an algorithm of the classifier can be designed as a neural network. Neural networks can be used particularly advantageously to process combined training data sets from mixed response signals and response signals from the clean surfaces as well as combined measurement data sets of the substance to be identified from mixed response signals and response signals from the clean surfaces and to predict the substance accordingly with great quality.
Nach einer günstigen Ausgestaltung der Detektionsvorrichtung kann die Empfangseinheit zum Empfang von Fluroreszenzsignalen ausgebildet sein. Unter den lichtbasierten Methoden zur Detektion und Identifikation bzw. Klassifizierung von Stoffen, Stoffgemischen und Mikroorganismen auf Oberflächen in Echtzeit eignet sich LIF vorteilhaft als aktives und direktes Verfahren.
Als Empfangseinheit kann beispielsweise ein Spektrometer mit einem PMT (Photo multiplier tube) - Array eingesetzt werden. Je nach gewünschter Anzahl an Kanälen kann aber auch ein System aus Bandpassfiltern, ein Monochromator, ein durchstimmbarer optischer Filter o.ä. verwendet werden. According to a favorable configuration of the detection device, the receiving unit can be designed to receive fluorescence signals. Among the light-based methods for the detection and identification or classification of substances, mixtures of substances and microorganisms on surfaces in real time, LIF is particularly suitable as an active and direct method. A spectrometer with a PMT (photo multiplier tube) array, for example, can be used as the receiving unit. Depending on the desired number of channels, however, a system of bandpass filters, a monochromator, a tunable optical filter, or the like can also be used.
Nach einer günstigen Ausgestaltung kann die Detektionsvorrichtung wenigstens zwei Lichtquellen unterschiedlicher Wellenlängen umfassen, welche zum Einstrahlen eines Lichtstrahls auf die an der Oberfläche befindliche Substanz ausgebildet sind. Insbesondere können dabei dieAccording to an advantageous embodiment, the detection device can comprise at least two light sources of different wavelengths, which are designed to radiate a light beam onto the substance located on the surface. In particular, the
Lichtquellen Wellenlängen im Ultravioletten, insbesondere Wellenlängen von 266 nm und 355 nm, aufweisen. Auf diese Weise kann vorteilhaft Information von verschiedenen Fluorophoren in die Klassifizierung der gemessenen Antwortsignale mit einbezogen werden. Light sources have wavelengths in the ultraviolet, in particular wavelengths of 266 nm and 355 nm. In this way, information from different fluorophores can advantageously be included in the classification of the measured response signals.
Alternativ kann auch eine Lichtquelle, beispielsweise ein Laser, eingesetzt werden, der wenigstens zwei verschiedene Wellenlängen emittiert. Alternatively, a light source, for example a laser, can also be used which emits at least two different wavelengths.
Nach einer günstigen Ausgestaltung der Detektionsvorrichtung kann ein Teil ausgehenden Antwortsignals, insbesondere über einenAfter a favorable embodiment of the detection device, a part of the outgoing response signal, in particular via a
Auskoppelspiegel als Strahlteiler als Zeitsignal aufnehmbar sein. Auf diese Weise kann über das Zeitsignal eine temporale Signatur des ausgehenden Antwortsignals aufgenommen werden. Auf diese Weise kann vorteilhaft zusätzliche Information in dieOutput mirror can be recorded as a beam splitter as a time signal. In this way, a temporal signature of the outgoing response signal can be recorded via the time signal. In this way, additional information can be advantageous in the
Klassifizierung der gemessenen Antwortsignale mit einbezogen werden. Classification of the measured response signals are included.
Nach einer günstigen Ausgestaltung der Detektionsvorrichtung kann die wenigstens eine Lichtquelle als Laser, insbesondere als gepulster Laser, ausgebildet sein.
Für LIF-Spektroskopie ist eine schmalbandige Lichtquelle, wie z.B. eine LED, ausreichend. Ein Laser hat gegenüber einer LED den Vorteil, dass die Verluste durch Divergenz auf dem Weg zur Probe gering sind. Sowohl Laser als auch LEDs können gepulst betrieben werden. Das ist für LIF nicht unbedingt notwendig, kann aber mit einer geeigneten Detektion das Signal- zu Rauschverhältnis verbessern. Für zeitlich aufgelöste Signale ist eine gepulste Lichtquelle notwendig, da das Abklingen des Antwortsignals nach einer zeitlich definierten Anregung aufgenommen wird According to a favorable configuration of the detection device, the at least one light source can be designed as a laser, in particular as a pulsed laser. For LIF spectroscopy, a narrow-band light source such as an LED is sufficient. A laser has the advantage over an LED that the losses due to divergence on the way to the sample are low. Both lasers and LEDs can be operated in pulsed mode. This is not absolutely necessary for LIF, but with suitable detection it can improve the signal-to-noise ratio. A pulsed light source is required for time-resolved signals, since the decay of the response signal is recorded after a time-defined excitation
Gepulste Lichtquellen erhöhen bei geeigneter Detektion die Signal- zu Umgebungslichtqualität, sind aber zur spektralen Detektion nicht unbedingt nötig. Zur Auswertung von Zeitsignalen sind gepulste Lichtstrahlen erforderlich. With suitable detection, pulsed light sources increase the signal to ambient light quality, but are not absolutely necessary for spectral detection. Pulsed light beams are required to evaluate time signals.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Computer-Programm- Produkt zum Identifizieren einer Substanz an einer Oberfläche mittels einer lichtbasierten Detektionsvorrichtung vorgeschlagen, wobei das Computer-Programm-Produkt wenigstens ein computerlesbares Speichermedium umfasst, welches Programmbefehle umfasst, die auf einem Computersystem ausführbar sind und das Computersystem dazu veranlassen, ein Verfahren wie oben beschrieben auszuführen. According to a further aspect of the invention, a computer program product is proposed for identifying a substance on a surface using a light-based detection device, the computer program product comprising at least one computer-readable storage medium which comprises program instructions which can be executed on a computer system and cause the computer system to perform a method as described above.
Dabei werden wenigstens die Schritte ausgeführt Trainieren des Klassifizierers mit Trainingsdatensätzen wenigstens einer, an unterschiedlichen Oberflächen befindlichen Substanz, wobei die Trainingsdatensätze empfangene Antwortsignale der Substanz auf den Oberflächen, und empfangene Antwortsignale der reinen Oberflächen umfassen, welche mit der gewünschten Vorhersage der jeweiligen Substanz verknüpft sind;
Eingeben wenigstens eines Messdatensatzes mit wenigstens einem empfangenen Antwortsignal der zu identifizierenden, an einer Oberfläche befindlichen Substanz und wenigstens einem empfangenen Antwortsignal der reinen Oberfläche in den Klassifizierer; und Klassieren des Messdatensatzes in dem Klassifizierer und Vorhersagen der Substanz. At least the following steps are carried out: training the classifier with training data sets of at least one substance located on different surfaces, the training data sets comprising received response signals of the substance on the surfaces and received response signals of the clean surfaces, which are linked to the desired prediction of the respective substance; Entering at least one measurement data set with at least one received response signal of the substance to be identified and located on a surface and at least one received response signal of the clean surface in the classifier; and classifying the measurement data set in the classifier and predicting the substance.
Das Computer-Programm-Produkt dient vorteilhaft zur Implementierung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Zur Vermeidung von unnötigen Wiederholungen wird auf die Beschreibung des Verfahrens verwiesen. The computer program product advantageously serves to implement the method according to the invention. To avoid unnecessary repetition, reference is made to the description of the method.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Datenverarbeitungssystem vorgeschlagen zur Ausführung eines Datenverarbeitungsprogramms, welches computerlesbareAccording to a further aspect of the invention, a data processing system is proposed for executing a data processing program which is computer-readable
Programmbefehle umfasst, um ein Verfahren zum Identifizieren einer Substanz auf einer Oberfläche mittels einer laserbasiertenProgram instructions includes a method for identifying a substance on a surface using a laser-based
Detektionsvorrichtung, wie oben beschrieben, auszuführen. Detection device, as described above to perform.
Das Datenverarbeitungssystem dient vorteilhaft zum Ausführen des erfindungsgemäßen Verfahrens. Zur Vermeidung von unnötigen Wiederholungen wird auf die Beschreibung des Verfahrens verwiesen. The data processing system is advantageously used to carry out the method according to the invention. To avoid unnecessary repetition, reference is made to the description of the method.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Auswerteeinheit mit wenigstens einem Klassifizierer zum Identifizieren einer Substanz an einer Oberfläche mittels einer lichtbasierten Detektionsvorrichtung vorgeschlagen. According to a further aspect of the invention, an evaluation unit with at least one classifier for identifying a substance on a surface using a light-based detection device is proposed.
Die Auswerteeinheit mit dem Klassifizierer kann Hardwarebausteine wie beispielsweise FPGAs (field programmable gate arrays) oder auch durch 3D-Druck hergestellte Komponenten aufweisen, auf denen das Verfahren zum Identifizieren einer Substanz an einer Oberfläche mittels einer lichtbasierten Detektionsvorrichtung vorteilhaft implementiert ist.
Es ist möglich, das Vorhersagemodell anstatt als Teil einer Softwarelösung auch als Hardware zu erstellen. Ein einfaches und realistisches Beispiel ist ein FPGA, wo die Logik in physikalischen Elementen umgesetzt wird. Eine solche Hardwareumsetzung verknüpft direkt ein empfangenes Antwortsignal als Input mit einer Vorhersage als Output. The evaluation unit with the classifier can have hardware modules such as FPGAs (field programmable gate arrays) or components produced by 3D printing, on which the method for identifying a substance on a surface using a light-based detection device is advantageously implemented. It is possible to build the predictive model in hardware instead of as part of a software solution. A simple and realistic example is an FPGA, where the logic is implemented in physical elements. Such a hardware implementation directly links a received response signal as input with a prediction as output.
Mit einer solchen Hardwareimplementierung lässt sich das erfindungsgemäße Verfahren mit hoher Verarbeitungsgeschwindigkeit der empfangenen Antwortsignale umsetzen. With such a hardware implementation, the method according to the invention can be implemented with a high processing speed of the received response signals.
Zeichnung Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgendenDrawing Further advantages result from the following
Zeichnungsbeschreibung. In den Figuren sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Die Figuren, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen. drawing description. Exemplary embodiments of the invention are shown in the figures. The figures, the description and the claims contain numerous features in combination. The person skilled in the art will expediently also consider the features individually and combine them into further meaningful combinations.
Es zeigen beispielhaft: Examples show:
Fig. 1, 2 eine schematische Darstellung des Messprinzips des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei dem ein Lichtstrahl auf eine an einer Oberfläche befindliche Substanz wenigstens bereichsweise überdeckend eingestrahlt wird und das ausgehende Antwortsignal aufgenommen wird; Fig. 3 einen schematischen Aufbau einer lichtbasierten1, 2 show a schematic representation of the measuring principle of the method according to the invention, in which a light beam is radiated onto a substance located on a surface, covering it at least in some areas, and the outgoing response signal is recorded; 3 shows a schematic structure of a light-based
Detektionsvorrichtung für das erfindungsgemäße Verfahren;
Fig. 4 ein Vorgehensmodell des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Identifizieren einer Substanz an einer Oberfläche; und Fig. 5 Klassifikationsergebnisse für die Identifikation verschiedener Substanzen an unterschiedlichen Oberflächen. Detection device for the method according to the invention; 4 shows a procedural model of the method according to the invention for identifying a substance on a surface; and FIG. 5 classification results for the identification of different substances on different surfaces.
Ausführungsformen der Erfindung Embodiments of the invention
In den Figuren sind gleichartige oder gleichwirkende Komponenten mit gleichen Bezugszeichen beziffert. Die Figuren zeigen lediglich Beispiele und sind nicht beschränkend zu verstehen. Im Folgenden verwendete Richtungsterminologie mit Begriffen wie „links“,In the figures, components of the same type or having the same effect are denoted by the same reference symbols. The figures only show examples and are not to be understood as limiting. Directional terminology used below with terms such as "left",
„rechts“, „oben“, „unten“, „davor“ „dahinter“, „danach“ und dergleichen dient lediglich dem besseren Verständnis der Figuren und soll in keinem Fall eine Beschränkung der Allgemeinheit darstellen. Die dargestellten Komponenten und Elemente, deren Auslegung und Verwendung können im Sinne der Überlegungen eines Fachmanns variieren und an die jeweiligen Anwendungen angepasst werden. "Right", "above", "below", "before", "behind", "after" and the like only serves to improve understanding of the figures and should in no way represent a restriction of generality. The components and elements shown, their design and use can vary according to the considerations of a person skilled in the art and can be adapted to the respective applications.
In den Figuren 1 und 2 ist eine schematische Darstellung des Messprinzips des erfindungsgemäßen Verfahrens gezeigt, bei dem ein Lichtstrahl 30 auf eine an einer Oberfläche 52 befindliche Substanz 50 wenigstens bereichsweise überdeckend eingestrahlt wird und das ausgehenden Antwortsignal 40, 42, 44 aufgenommen wird. Dabei ist in Figur 1 eine Draufsicht auf eine Oberfläche 52 mit einer darauf befindlichen Substanz 50 dargestellt, während in Figur 2 ein Längsschnitt durch die Anordnung gezeigt ist, bei dem das das ausgehendeA schematic representation of the measuring principle of the method according to the invention is shown in Figures 1 and 2, in which a light beam 30 is irradiated onto a substance 50 located on a surface 52, at least partially covering it, and the outgoing response signal 40, 42, 44 is recorded. 1 shows a plan view of a surface 52 with a substance 50 thereon, while FIG. 2 shows a longitudinal section through the arrangement, in which the outgoing
Antwortsignal 40, 42, 44 symbolisch in Pfeilform dargestellt ist.
In Figur 1 sind drei von Lichtstrahlen 30 ausgeleuchtete Flächen zu erkennen, von denen ein Lichtstrahl 30 direkt auf die Substanz 50 einfällt, während die beiden anderen Lichtstrahlen 30 jeweils den Rand der Substanz 50 und mit einem Teil des Lichtstrahls 30 die Oberfläche 52 treffen. Der Lichtstrahl 30 regt die bestrahlten Bereiche beispielsweise zurResponse signal 40, 42, 44 is shown symbolically in the form of an arrow. 1 shows three surfaces illuminated by light beams 30, of which one light beam 30 impinges directly on the substance 50, while the other two light beams 30 each hit the edge of the substance 50 and part of the light beam 30 hits the surface 52. The light beam 30 excites the irradiated areas, for example
Abgabe von Fluoreszenzstrahlung an, die als ausgehendes Antwortsignal 40, 42, 44 in Figur 2 zu erkennen ist. Delivery of fluorescence radiation, which can be seen as the outgoing response signal 40, 42, 44 in FIG.
Wenn ein Lichtstrahl 30 die Substanz 50 auf der Oberfläche 52 bestrahlt, setzt sich die Signalantwort des ausgehenden Antwortsignals 30 aus derWhen a light beam 30 irradiates the substance 50 on the surface 52, the signal response of the outgoing response signal 30 consists of the
Antwort der Oberfläche 52 und der Antwort der Substanz 50 in Form von Fluoreszenzstrahlung zusammen, wobei je nach Art und Verteilung der Substanz 50 an der Oberfläche 52 die Signalantworten mit der Substanz 50 und/oder der Oberfläche 52 interagieren können, was zu einer veränderten Signalantwort führen kann. Das gemessene Signal setzt sich schließlich aus unterschiedlichen Anteilen zusammen, wobei die Verhältnisse je nach Oberfläche, Substanz und Art der Verteilung stark variieren können. Figur 2 zeigt das ausgehende Antwortsignal 40, 42, 44, wobei ein SignalResponse of the surface 52 and the response of the substance 50 in the form of fluorescence radiation together, depending on the type and distribution of the substance 50 on the surface 52, the signal responses can interact with the substance 50 and / or the surface 52, which lead to a changed signal response can. The measured signal is ultimately made up of different components, whereby the ratios can vary greatly depending on the surface, substance and type of distribution. Figure 2 shows the outgoing response signal 40, 42, 44, with a signal
40 direkt von der Substanz 50 ausgeht, während ein zweites Signal 42 als Mischsignal von der Substanz 50 und der Oberfläche 52 ausgeht und ein drittes Signal 44 nur von der Oberfläche 52 ausgeht. Die Signale 40, 42, 44 des ausgehenden Antwortsignals können beispielsweise vorteilhaft mittels laserinduzierter40 emanates directly from the substance 50, while a second signal 42 emanates as a mixed signal from the substance 50 and the surface 52, and a third signal 44 emanates only from the surface 52. The signals 40, 42, 44 of the outgoing response signal can, for example, advantageously by means of laser-induced
Fluoreszenzspektroskopie (LIF) aufgenommen werden. Jedoch können auch andere lichtbasierte Methoden eingesetzt werden. Der eingestrahlte Lichtstrahl 30 kann beispielsweise wenigstens zweiFluorescence spectroscopy (LIF) can be recorded. However, other light-based methods can also be used. The incident light beam 30 can, for example, have at least two
Wellenlängen, insbesondere im Ultravioletten im Bereich UV-C und UV-A aufweisen, um möglichst günstig Wechselwirkungen zwischen Substanz
50 und Oberfläche 52 zu erfassen. Dabei kann beispielsweise Laserlicht mit Wellenlängen von 266 nm und 355 nm verwendet werden. Alternativ kann beispielsweise auch Licht der Wellenlängen 280 nm und 355 nm verwendet werden. Have wavelengths, especially in the ultraviolet in the UV-C and UV-A range, in order to have interactions between the substance that are as favorable as possible 50 and surface 52 to detect. In this case, for example, laser light with wavelengths of 266 nm and 355 nm can be used. Alternatively, for example, light with wavelengths of 280 nm and 355 nm can also be used.
Die verschiedenen aufgenommenen Signale des ausgehenden Antwortsignals 40, 42, 44 können nach dem erfindungsgemäßen Verfahren in geeigneter Kombination in einen Klassifizierer 70 eingegeben werden, wie später in Figur 5 dargestellt ist. According to the method according to the invention, the various recorded signals of the outgoing response signal 40, 42, 44 can be input into a classifier 70 in a suitable combination, as shown later in FIG.
Figur 3 zeigt einen schematischen Aufbau einer lichtbasierten Detektionsvorrichtung 100 für das erfindungsgemäße Verfahren zum Identifizieren einer Substanz 50 auf einer Oberfläche 52. Die Detektionsvorrichtung 100 umfasst wenigstens eine Lichtquelle 10, 12, welche zum wenigstens bereichsweise die Substanz 50 überdeckenden Einstrahlen eines Lichtstrahls 30, 32 auf die auf der Oberfläche 52 befindliche Substanz 50 ausgebildet ist. Die Detektionsvorrichtung 100 umfasst weiter eine optische Empfangseinheit 20, welche zum Empfang des von der Substanz 50 und/oder der Oberfläche 52 ausgehendenFigure 3 shows a schematic structure of a light-based detection device 100 for the method according to the invention for identifying a substance 50 on a surface 52. The detection device 100 comprises at least one light source 10, 12, which at least partially covers the substance 50 for irradiating a light beam 30, 32 the substance 50 located on the surface 52 is formed. The detection device 100 further comprises an optical receiving unit 20 which is used to receive the substance 50 and/or the surface 52 emanating from it
Antwortsignals 34 ausgebildet ist, und einen Klassifizierer 70, welcher ausgebildet ist, ein empfangenes Antwortsignal 64, 66, 74, 76 (in Figur 3 erkennbar) des ausgehenden Antwortsignals 34 zu verarbeiten, und dessen Vorhersagemodell ein Produkt des Trainings mit Trainingsdatensätzen 60 ist und zum Identifizieren einer Substanz 50 ausresponse signal 34, and a classifier 70, which is designed to process a received response signal 64, 66, 74, 76 (recognizable in Figure 3) of the outgoing response signal 34, and whose prediction model is a product of training with training data sets 60 and, for Identifying a substance 50 from
Messdatensätzen 78 ausgebildet ist. Measurement data sets 78 is formed.
Der Lichtstrahl 30, 32 der wenigstens einen Lichtquelle 10, 12 wird über Umlenkspiegel 14, 16 auf die Substanz 50 gelenkt. The light beam 30, 32 of the at least one light source 10, 12 is directed onto the substance 50 via deflection mirrors 14, 16.
Die Empfangseinheit 20 kann beispielsweise zur Analyse von Signalen laserinduzierter Fluoreszenzspektroskopie ausgebildet sein. Das
ausgehende Antwortsignal 34 kann über einen Sammelspiegel 18 beispielsweise in optische Fasern gekoppelt und in der Empfangseinheit 20 spektral aufgelöst empfangen werden. Ein Algorithmus 90 des Klassifizierers 70 (Figur 4) kann vorteilhaft auf einer Methode des maschinellen Lernens basieren. Insbesondere kann dafür ein Neuronales Netz eingesetzt werden. The receiving unit 20 can be designed, for example, to analyze signals from laser-induced fluorescence spectroscopy. That The outgoing response signal 34 can be coupled into optical fibers, for example, via a collecting mirror 18 and can be received in a spectrally resolved manner in the receiving unit 20 . An algorithm 90 of the classifier 70 (FIG. 4) can advantageously be based on a machine learning method. In particular, a neural network can be used for this.
Die bei dem Ausführungsbeispiel in der Figur dargestellte zweite Lichtquelle 10, 12 kann optional zur Erhöhung der Genauigkeit bei derThe illustrated in the embodiment in the figure second light source 10, 12 can optionally to increase the accuracy of the
Vorhersage der zu identifizierenden Substanz eingesetzt werden. Der Lichtstrahl 32 der zweiten Lichtquelle 12 wird dabei über einen Umlenkspiegel 22 und einen dichroiden Spiegel 24 in den Strahlengang 30 der ersten Lichtquelle 10 eingekoppelt. prediction of the substance to be identified. The light beam 32 of the second light source 12 is coupled into the beam path 30 of the first light source 10 via a deflection mirror 22 and a dichroic mirror 24 .
Die beiden Lichtquellen 10, 12 können vorteilhaft Wellenlängen im Ultravioletten aufweisen, insbesondere Wellenlängen von 266 nm und 355 nm, d.h. im UV-C-Bereich und im UV-A-Bereich, aufweisen. Ein Teil 36 des ausgehenden Antwortsignals 34 kann optional, insbesondere über einen Auskoppelspiegel 26 als Strahlteiler, als Zeitsignal aufgenommen werden. Darüber kann eine temporale Signatur des ausgehenden Antwortsignals zur optionalen Verbesserung der Vorhersage bei der Klassifikation der Messdatensätze bestimmt werden. The two light sources 10, 12 can advantageously have wavelengths in the ultraviolet, in particular wavelengths of 266 nm and 355 nm, i.e. in the UV-C range and in the UV-A range. A part 36 of the outgoing response signal 34 can optionally be recorded as a time signal, in particular via an output mirror 26 as a beam splitter. In addition, a temporal signature of the outgoing response signal can be determined for the optional improvement of the prediction when classifying the measurement data sets.
Der Klassifizierer 70, dessen Funktionsweise in Figur 4 im Detail beschrieben ist, kann in einer Auswerteeinheit 38 der Detektionsvorrichtung 100 angeordnet sein, welche auch die Daten der Empfangseinheit 20 aufzeichnet, und optional Daten eines Zeitsignals, welches in der Zeitsignal-Auswerteeinheit 28 bestimmt wird. DieClassifier 70, whose mode of operation is described in detail in Figure 4, can be arranged in an evaluation unit 38 of detection device 100, which also records the data from receiving unit 20, and optionally data of a time signal which is determined in time signal evaluation unit 28. the
Auswerteeinheit 38 kann beispielsweise auch die Ansteuerung der wenigstens einen Lichtquelle 10, 12 bei der Messung übernehmen.
Die Auswerteeinheit 38 kann weiter vorteilhaft als Datenverarbeitungssystem zur Ausführung einesEvaluation unit 38 can, for example, also control the at least one light source 10, 12 during the measurement. The evaluation unit 38 can further advantageously as a data processing system for executing a
Datenverarbeitungsprogramms ausgebildet sein, welches computerlesbare Programmbefehle umfasst, um das Verfahren zumBe formed data processing program, which includes computer-readable program instructions to the method for
Identifizieren einer Substanz 50 an einer Oberfläche 52 mittels der lichtbasierten Detektionsvorrichtung 100 auszuführen. Carry out identification of a substance 50 on a surface 52 by means of the light-based detection device 100 .
Auf dem Datenverarbeitungssystem kann vorteilhaft ein Computer- Programm-Produkt zum Identifizieren einer Substanz 50 an einerOn the data processing system can advantageously a computer program product for identifying a substance 50 at a
Oberfläche 52 mittels einer laserbasierten Detektionsvorrichtung 100 implementiert sein, wobei das Computer-Programm-Produkt wenigstens ein computerlesbares Speichermedium umfasst, welches Programmbefehle umfasst, die auf dem Computersystem ausführbar sind und das Computersystem dazu veranlassen, das erfindungsgemäßeSurface 52 be implemented by means of a laser-based detection device 100, wherein the computer program product comprises at least one computer-readable storage medium, which includes program instructions that are executable on the computer system and cause the computer system to the inventive
Verfahren auszuführen. carry out procedures.
Die Auswerteeinheit 38 mit dem Klassifizierer 70 kann jedoch auch Hardwarebausteine wie beispielsweise FPGAs (field programmable gate arrays) oder auch durch 3D-Druck hergestellte Komponenten aufweisen, auf denen das erfindungsgemäße Verfahren vorteilhaft implementiert ist. Mit einer solchen Hardwareimplementierung lässt sich das Verfahren mit hoher Verarbeitungsgeschwindigkeit der empfangenen Antwortsignale umsetzen. However, the evaluation unit 38 with the classifier 70 can also have hardware modules such as FPGAs (field programmable gate arrays) or components produced by 3D printing, on which the method according to the invention is advantageously implemented. With such a hardware implementation, the method can be implemented with a high processing speed of the received response signals.
In Figur 4 ist eine mögliche Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Identifizieren einer Substanz 50 auf einer Oberfläche 52 mittels einer lichtbasierten Detektionsvorrichtung 100 dargestellt. Eine Detektionsvorrichtung 100 (Figur 3) strahlt einen Lichtstrahl 30, 32 auf die an der Oberfläche 52 befindliche Substanz 50 wenigstens bereichsweise überdeckend ein. Ein von der Substanz 50 und/oder der
Oberfläche 52 ausgehendes Antwortsignal 34 wird in einer Empfangseinheit 20 aufgenommen und das empfangene Antwortsignal 64, 66, 74, 76 in einem Klassifizierer 70 verarbeitet. A possible embodiment of the method according to the invention for identifying a substance 50 on a surface 52 using a light-based detection device 100 is shown in FIG. A detection device 100 (FIG. 3) radiates a light beam 30, 32 onto the substance 50 located on the surface 52, at least partially covering it. One of Substance 50 and/or Der The response signal 34 emanating from the surface 52 is received in a receiving unit 20 and the received response signal 64, 66, 74, 76 is processed in a classifier 70.
Nach dem Verfahren wird der Klassifizierer 70 zuerst mit Trainingsdatensätzen 60 einer Vielzahl verschiedener, an unterschiedlichen Oberflächen 52 befindlichen Substanzen 50 (Figur 3) trainiert. According to the method, the classifier 70 is first trained with training data records 60 of a large number of different substances 50 (FIG. 3) located on different surfaces 52 .
Ergänzend zu gemischten Antwortsignalen von verschiedenen Substanzen 50 auf verschiedenen Oberflächen 52 (Figur 3) werden Antwortsignale der nicht kontaminierten Oberflächen 52 aufgenommen. Bei der Aufnahme von Trainingssignalen wird der Lichtstrahl 30 auf die an der Oberfläche 52 befindliche Substanz 50 so bereichsweise überdeckend eingestrahlt, dass der Lichtstrahl 30 wenigstens bereichsweise sowohl die Substanz 50 als auch die Oberfläche 52 erfasst (Figur 3). Zusätzlich werden ausgehende Antwortsignale der reinen Oberfläche 52 aufgenommen. In addition to mixed response signals from different substances 50 on different surfaces 52 (FIG. 3), response signals from the non-contaminated surfaces 52 are recorded. When recording training signals, the light beam 30 is radiated onto the substance 50 located on the surface 52 so that the light beam 30 at least partially covers both the substance 50 and the surface 52 (FIG. 3). In addition, outgoing response signals of the clean surface 52 are recorded.
Eine Einsatzmessung zur Bestimmung einer zu identifizierenden Substanz muss nur die Substanz abdecken, ob und wieviel Oberfläche dabei bestrahlt wird, spielt praktisch keine Rolle. An initial measurement to determine a substance to be identified only has to cover the substance, whether and how much surface is irradiated is practically irrelevant.
Die Trainingsdatensätze 60 umfassen Antwortsignale 64 der Substanzen 50 auf den Oberflächen 52, und Antwortsignale 66 der reinen Oberflächen 52, welche zu einer Eingabe 62 in den Klassifizierer 70 verbunden werden. The training data sets 60 include response signals 64 from the substances 50 on the surfaces 52 and response signals 66 from the clean surfaces 52, which are combined to form an input 62 in the classifier 70.
Zum Training des Neuronalen Netzes wird die Eingabe 62 jeweils mit dem gewünschten Klassifizierungsergebnis 72 als Ausgabe 68 zu einem Trainingsdatensatz 60 verknüpft.
Die Trainingsdatensätze 60 sind so mit der gewünschten Vorhersage der jeweiligen Substanz 50 (Figur 3) fest verknüpft. Damit durchläuft der Klassifizierer 70 eine Reihe von Trainingsläufen, bis eine gewünschte Vorhersagegüte der jeweiligen Substanz 50 erreicht ist. To train the neural network, the input 62 is linked to the desired classification result 72 as an output 68 to form a training data set 60 . The training data records 60 are thus permanently linked to the desired prediction of the respective substance 50 (FIG. 3). The classifier 70 thus goes through a series of training runs until a desired prediction quality of the respective substance 50 is reached.
Nach einem Messvorgang an einer zu bestimmenden Substanz 50 auf einer bekannten oder unbekannten Oberfläche 52 wird der Messdatensatz 78, welcher wenigstens ein Antwortsignal 74 der zu identifizierenden, an einer Oberfläche 52 befindlichen Substanz 50 und wenigstens ein Antwortsignal 76 der reinen Oberfläche 52 umfasst, als Eingabe 62 in den Klassifizierer 70 eingegeben. After a measurement process on a substance 50 to be determined on a known or unknown surface 52, the measurement data set 78, which includes at least one response signal 74 of the substance 50 to be identified and located on a surface 52 and at least one response signal 76 of the clean surface 52, is used as input 62 entered into the classifier 70.
Anschließend wird der Messdatensatz 78 in dem Klassifizierer 70 klassifiziert und eine Vorhersage 72 der Substanz 50 als Ausgabe 68 ausgegeben. The measurement data set 78 is then classified in the classifier 70 and a prediction 72 of the substance 50 is output as an output 68 .
Als Algorithmus 90 des Klassifizierers 70 kann vorteilhaft eine Methode des maschinellen Lernens eingesetzt werden. Verschiedene Klassifizierungsalgorithmen, wie z.B. Decision Trees, Support Vector Machines oder Neuronale Netze können vorteilhaft eingesetzt werden, um kombinierte Trainingsdatensätze 60 aus gemischten ausgehenden Antwortsignalen und ausgehenden Antwortsignalen der reinen Oberflächen 52 wie auch kombinierte Messdatensätze 78 der zu identifizierenden Substanz 50 aus gemischten Antwortsignalen und Antwortsignalen der reinen Oberflächen 52 zu verarbeiten und die Substanz 50 entsprechend mit großer Güte vorherzusagen. Insbesondere kann dafür ein Neuronales Netz verwendet werden. A method of machine learning can advantageously be used as the algorithm 90 of the classifier 70 . Various classification algorithms, such as e.g. Decision Trees, Support Vector Machines or Neural Networks can be used advantageously in order to generate combined training data sets 60 from mixed outgoing response signals and outgoing response signals from the clean surfaces 52 as well as combined measurement data sets 78 for the substance to be identified 50 from mixed response signals and response signals from the to process clean surfaces 52 and to predict the substance 50 accordingly with great quality. In particular, a neural network can be used for this.
Das Verbinden von gemischten Antwortsignalen mit Antwortsignalen der reinen Oberfläche 52 wird sowohl für die Trainingsphase des Klassifizierers 70 als auch bei der Klassierung des Messdatensatzes 78 der zu identifizierenden Substanz 50 angewendet. Dies führt zu einer
deutlichen Verbesserung der Güte der Substanzerkennung sowohl auf bekannten als auch auf unbekannten Oberflächen 52. Auch bei ausgeprägtem Filtereffekt, wie teilweiser Absorption des Oberflächensignals mit der Substanz 50, kann eine deutliche Verbesserung erzielt werden. The combination of mixed response signals with response signals from the clean surface 52 is used both for the training phase of the classifier 70 and for the classification of the measurement data record 78 of the substance 50 to be identified. This leads to a significant improvement in the quality of the substance detection both on known and on unknown surfaces 52. A significant improvement can also be achieved with a pronounced filter effect, such as partial absorption of the surface signal with the substance 50.
Figur 5 zeigt Klassifikationsergebnisse für die Identifikation verschiedener Substanzen auf unterschiedlichen Oberflächen. Das Verfahren wurde mit Messdaten an 13 verschiedenen Substanzen auf je 13 verschiedenen Oberflächen angewendet. FIG. 5 shows classification results for the identification of different substances on different surfaces. The method was applied with measurement data on 13 different substances on 13 different surfaces each.
Die Substanzen umfassten: Albumin, Backhefe, Backpulver, Curcumin, Espenpollen, Mehl, NADFI, Pyridoxin, Riboflavin, Sojaferment, Tryptophan, B. subtilis (Suspension), E. coli (Suspension). Substances included: albumin, baker's yeast, baking soda, curcumin, aspen pollen, flour, NADFI, pyridoxine, riboflavin, soy ferment, tryptophan, B. subtilis (suspension), E. coli (suspension).
Die Oberflächen umfassten: Arbeitsplatte (lackiert) 200, Flartholz (unlackiert) 202, Pappe 204, Verbundholz I 206, Pressspan (lackiert) 208, Kunstleder 210, Hartholz (lackiert) 212, Handtuch (Stoff) 214, PVC (schwarz) 216, Verbundholz II 218, Plastik (weiß) 220, Papier (gebleicht)Surfaces included: countertop (varnished) 200, flartwood (unvarnished) 202, cardboard 204, composite wood I 206, pressboard (varnished) 208, faux leather 210, hardwood (varnished) 212, towel (fabric) 214, PVC (black) 216, composite wood II 218, plastic (white) 220, paper (bleached)
222, Pressspan (weiß lackiert) 224. 222, pressboard (painted white) 224.
Es wurden je 100 Messungen an 3 verschiedenen Positionen mit unterschiedlicher Substanzbelegung durchgeführt. Dabei wurden LIF- Spektren nach Anregung bei einer Laserwellenlänge von 266 nm verwendet. 100 measurements each were carried out at 3 different positions with different substance assignments. LIF spectra after excitation at a laser wavelength of 266 nm were used.
Aus 80 % der Messdaten wurden zwei Arten von Trainingsdatensätzen erzeugt. Die eine Art von Trainingsdatensätzen enthielt die Kanäle des gemischten Antwortsignals und angehängt die Kanäle einer zugehörigen Oberflächenmessung. Die andere Art von Trainingsdatensätzen enthielt nur die Kanäle des gemischten Antwortsignals. Zur Bestimmung der Güte
der Erkennung von Substanzen auf unbekannten Oberflächen wurde für jede Oberfläche ein Trainingsdatensatz erstellt, in dem die jeweilige Oberfläche nicht enthalten war. Die übrigen 20 % der Messdaten wurden zur Evaluierung des Verfahrens verwendet und waren nicht Teil des Trainings. Two types of training data sets were generated from 80% of the measurement data. One type of training data set contained the channels of the mixed response signal and appended the channels of an associated surface measurement. The other type of training data set contained only the channels of the mixed response signal. To determine the quality For the detection of substances on unknown surfaces, a training data set was created for each surface that did not contain the respective surface. The remaining 20% of the measurement data were used to evaluate the procedure and were not part of the training.
Der Anteil der Messungen mit korrekt zugeordneten Substanzen an der Gesamtmenge der Messungen (Gesamtgenauigkeit 80) für die Substanzerkennung auf den verschiedenen Oberflächen ist in der Figur dargestellt. The proportion of measurements with correctly assigned substances in the total number of measurements (total accuracy 80) for substance detection on the various surfaces is shown in the figure.
Die jeweiligen Säulen 82 zeigen Ergebnisse von Klassifikationen auf bekannter Oberfläche mit einem gemischten Antwortsignal und einem Antwortsignale der Oberfläche als Eingabe in den Klassifizieren Die jeweiligen Säulen 84 zeigen Ergebnisse von Klassifikationen auf bekannter Oberfläche mit nur einem gemischten Antwortsignal alsRespective columns 82 show results of classifications on known surface with a mixed response and surface response as input to the classifiers. Respective columns 84 show results of classification on known surface with only mixed response as input
Eingabe in den Klassifizieren Die jeweiligen Säulen 86 zeigen Ergebnisse von Klassifikationen auf unbekannter Oberfläche mit einem gemischten Antwortsignal und einem Antwortsignal der Oberfläche als Eingabe in den Klassifizieren Die jeweiligen Säulen 84 zeigen Ergebnisse von Klassifikationen auf bekannter Oberfläche mit nur einem gemischten Antwortsignal als Eingabe in den Klassifizieren Input to the classifiers The respective columns 86 show results of classifications on an unknown surface with a mixed response signal and a surface response signal as input to the classifiers. The respective columns 84 show results of classifications on a known surface with only a mixed response signal as input to the classifiers
Es sind jeweils Gesamtgenauigkeiten bei der Klassifizierung der Messdaten für Messungen auf den verschiedenen Oberflächen 200 bis 224 dargestellt. Mittelwerte der Genauigkeit 80 über alle Oberflächen sind als strichpunktierte Linien für die verschiedenen Kategorien 82, 84, 86, 88 dargestellt.
Durch die Ergänzung der Mischspektren mit den reinen Oberflächenspektren als Eingabe für den Klassifizierer konnte für die Vorhersage von bekannten Substanzen auf bekannten, im Training enthaltenen, Oberflächen eine Verbesserung der Güte bezüglich der mittleren Gesamtgenauigkeit 80 um 15,2 Prozentpunkte erreicht werden, mit einem Mittelwert 82 von 70,5 % im Vergleich zum Mittelwert 84 von 55,3 %. Für bekannte Substanzen auf unbekannten Oberflächen wurde eine mittlere Verbesserung um 11,2 Prozentpunkte erreicht mit einem Mittelwert 86 von 55,5 % im Vergleich zum Mittelwert 88 von 44,3 %. Overall accuracies in the classification of the measurement data for measurements on the different surfaces 200 to 224 are shown in each case. Mean values of the accuracy 80 over all surfaces are shown as dot-dash lines for the different categories 82, 84, 86, 88. By supplementing the mixed spectra with the pure surface spectra as input for the classifier, an improvement in the quality of the mean overall accuracy 80 of 15.2 percentage points could be achieved for the prediction of known substances on known surfaces included in the training, with a mean value of 82 of 70.5% compared to the mean 84 of 55.3%. For known substances on unfamiliar surfaces, a mean improvement of 11.2 percentage points was achieved with a mean 86 of 55.5% compared to the mean 88 of 44.3%.
Die Verbesserung der Güte der Vorhersage auf bekannten Oberflächen liegt für diesen Datensatz etwa in der Größenordnung, die auch durch apparative Ergänzungen erreicht wird, die mit z.T. erheblichen Mehrkosten verbunden sind, wie z.B. der Verwendung einer zweiten Anregungswellenlänge oder Messung der temporalen Signatur derFor this data set, the improvement in the quality of the prediction on known surfaces is approximately of the order of magnitude that is also achieved by equipment supplements, which are sometimes associated with considerable additional costs, such as the use of a second excitation wavelength or measurement of the temporal signature of the
Fluoreszenzsignale. fluorescence signals.
Alternativ oder zusätzlich kann durch die Verwendung einer zweiten Anregungswellenlänge oder Messung der temporalen Signatur der Fluoreszenzsignale jedoch bei dem erfindungsgemäßen Verfahren dieAlternatively or additionally, however, by using a second excitation wavelength or measuring the temporal signature of the fluorescence signals in the method according to the invention
Gesamtgenauigkeit der Vorhersagen weiter gesteigert werden. The overall accuracy of the forecasts can be further increased.
Die Steigerung der Performance bei nicht-linearem Verhalten, z.B. Wechselwirkungen des Flintergrundsignals mit der Substanz, wurde separat an modellierten Datensätzen mit ausgeprägten Wechselwirkungen gezeigt.
Bezugszeichen 10 Lichtquelle The increase in performance with non-linear behavior, eg interactions of the flicker background signal with the substance, was shown separately on modeled data sets with pronounced interactions. Numeral 10 light source
12 Lichtquelle 12 light source
14 Umlenkspiegel 16 Umlenkspiegel 14 deflection mirrors 16 deflection mirrors
18 Sammelspiegel 18 collection mirrors
20 Empfangseinheit 20 receiving unit
22 Umlenkspiegel 22 deflection mirrors
24 Einkoppelspiegel 26 Auskoppelspiegel 24 in-coupling mirror 26 out-coupling mirror
28 Zeitsignal-Messeinheit 28 time signal measurement unit
30 Lichtstrahl 30 light beam
32 Lichtstrahl 32 light beam
34 ausgehendes Antwortsignal 36 ausgekoppeltes Antwortsignal34 outgoing response signal 36 decoupled response signal
38 Auswerteeinheit 38 evaluation unit
40 Antwortsignal Substanz 40 response signal substance
42 gemischtes Antwortsignal42 mixed response signal
44 Antwortsignal Oberfläche 50 Substanz 44 response signal surface 50 substance
52 Oberfläche 52 surface
60 Trainingsdatensatz 60 training data set
62 Eingabe 62 input
64 empfangenes Antwortsignal 66 empfangenes Antwortsignal64 received response signal 66 received response signal
68 Ausgabe 68 edition
70 Klassifizierer 70 classifiers
72 Vorhersage Substanz 72 prediction substance
74 empfangenes Antwortsignal 76 empfangenes Antwortsignal74 received response signal 76 received response signal
78 Messdatensatz 78 measurement data set
80 Genauigkeit
82 Mischspektrum+Oberflächenspektrum, bekannte Oberfläche80 accuracy 82 mixed spectrum+surface spectrum, known surface
84 Mischspektrum, bekannte Oberfläche 84 mixed spectrum, known surface
86 Mischspektrum+Oberflächenspektrum, unbekannte Oberfläche86 mixed spectrum+surface spectrum, unknown surface
88 Mischspektrum, unbekannte Oberfläche 88 mixed spectrum, unknown surface
90 Algorithmus 90 algorithm
100 Detektionsvorrichtung 100 detection device
200 Arbeitsplatte (lackiert) 200 countertop (lacquered)
202 Hartholz (unlackiert) 202 hardwood (unpainted)
204 Pappe 204 cardboard
206 Verbundholz I 206 Composite Wood I
208 Pressspan (lackiert) 208 pressboard (varnished)
210 Kunstleder 210 faux leather
212 Hartholz (lackiert) 212 hardwood (varnished)
214 Handtuch (Stoff) 214 towel (cloth)
216 PVC (schwarz) 216 PVC (black)
218 Verbundholz II2 218 composite wood II2
220 Plastik (weiß) 220 plastic (white)
222 Papier (gebleicht) 222 paper (bleached)
224 Pressspan (weiß)
224 pressboard (white)
Claims
1. Verfahren zum Identifizieren einer Substanz (50) an einer Oberfläche (52) mittels einer lichtbasierten Detektionsvorrichtung (100), wobei die Detektionsvorrichtung (100) einen Lichtstrahl (30, 32) auf die an der Oberfläche (52) befindliche Substanz (50) wenigstens bereichsweise überdeckend einstrahlt und ein von der Substanz (50) und/oder der Oberfläche (52) ausgehendes Antwortsignal (34) in einer Empfangseinheit (20) aufnimmt und empfangene Antwortsignale (64, 66, 74, 76) in einem Klassifizierer (70) verarbeitet, wobei das Verfahren wenigstens die Schritte umfasst 1. A method for identifying a substance (50) on a surface (52) using a light-based detection device (100), the detection device (100) directing a light beam (30, 32) onto the substance (50) located on the surface (52) radiates in at least partially covering and receives a response signal (34) emanating from the substance (50) and/or the surface (52) in a receiving unit (20) and received response signals (64, 66, 74, 76) in a classifier (70) processed, the method comprising at least the steps
(i) Trainieren des Klassifizierers (70) mit Trainingsdatensätzen (60) wenigstens einer, an unterschiedlichen Oberflächen (52) befindlichen Substanz (50), wobei die Trainingsdatensätze (60) empfangene Antwortsignale (64) der Substanz (50) an den Oberflächen (52), und empfangene Antwortsignale (66) der reinen Oberflächen (52) umfassen, welche mit der gewünschten Vorhersage der jeweiligen Substanz (50) verknüpft sind; (i) Training the classifier (70) with training data records (60) of at least one substance (50) located on different surfaces (52), the training data records (60) containing response signals (64) received from the substance (50) on the surfaces (52 ), and received clean surface (52) response signals (66) associated with the desired prediction of the respective substance (50);
(ii) Eingeben wenigstens eines Messdatensatzes (78) mit wenigstens einem empfangenen Antwortsignal (74) der zu identifizierenden, an einer Oberfläche (52) befindlichen Substanz (50) und wenigstens einem empfangenen Antwortsignal (76) der reinen Oberfläche (52) in den Klassifizierer (70); (ii) Entering at least one measurement data set (78) with at least one received response signal (74) of the substance (50) to be identified and located on a surface (52) and at least one received response signal (76) of the clean surface (52) in the classifier (70);
(iii) Klassieren des Messdatensatzes (78) in dem Klassifizierer (70) und Vorhersagen der Substanz (50). (iii) classifying the measurement data set (78) in the classifier (70) and predicting the substance (50).
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Algorithmus (90) des Klassifizierers (70) eine Methode des maschinellen Lernens eingesetzt wird.
2. The method according to claim 1, characterized in that a method of machine learning is used as the algorithm (90) of the classifier (70).
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Algorithmus (90) des Klassifizierers (70) ein Neuronales Netz eingesetzt wird. 3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that a neural network is used as the algorithm (90) of the classifier (70).
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als ausgehendes Antwortsignal (34) ein Fluroreszenzsignal der Substanz und der Oberfläche aufgenommen wird. 4. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that a fluorescence signal of the substance and the surface is recorded as the outgoing response signal (34).
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Empfangseinheit (20) spektral aufgelöste empfangene Antwortsignale ausgibt, insbesondere, dass die Empfangseinheit (20) als Spektrometer ausgebildet ist. 5. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the receiving unit (20) outputs spectrally resolved response signals received, in particular that the receiving unit (20) is designed as a spectrometer.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als die wenigstens eine Lichtquelle (10, 12) ein Laser, insbesondere ein gepulster Laser verwendet wird. 6. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that a laser, in particular a pulsed laser, is used as the at least one light source (10, 12).
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtstrahl (30, 32) mit wenigstens zwei Wellenlängen, insbesondere im Ultravioletten, verwendet wird. 7. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the light beam (30, 32) is used with at least two wavelengths, in particular in the ultraviolet.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Teil des ausgehenden Antwortsignals (34) als Zeitsignal aufgenommen wird.
8. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that at least part of the outgoing response signal (34) is recorded as a time signal.
9. Detektionsvorrichtung (100) zum Identifizieren einer Substanz (50) an einer Oberfläche (52) mit einem Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend wenigstens eine Lichtquelle (10, 12), welche zum wenigstens bereichsweise die Substanz (50) überdeckenden Einstrahlen eines Lichtstrahls (30, 32) auf die an der Oberfläche (52) befindliche Substanz (50) ausgebildet ist, eine optische Empfangseinheit (20), welche zum Empfang eines von der Substanz (50) und/oder der Oberfläche (52) ausgehenden Antwortsignals (34) ausgebildet ist, und einen Klassifizierer (70), welcher ausgebildet ist, ein empfangenes Antwortsignal (64, 66, 74, 76) des ausgehenden Antwortsignals (34) zu verarbeiten, und welcher zum Training mit Trainingsdatensätzen (60) und zum Identifizieren einer Substanz (50) aus Messdatensätzen (78) ausgebildet ist. 9. Detection device (100) for identifying a substance (50) on a surface (52) using a method according to any one of the preceding claims, comprising at least one light source (10, 12) which for at least partially covering the substance (50) irradiating a light beam (30, 32) onto the substance (50) located on the surface (52), an optical receiving unit (20) which is designed to receive a response signal ( 34) is designed, and a classifier (70) which is designed to process a received response signal (64, 66, 74, 76) of the outgoing response signal (34), and which for training with training data sets (60) and for identifying a Substance (50) is formed from measurement data records (78).
10. Detektionsvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein Algorithmus (90) des Klassifizierers (70) auf einer Methode des maschinellen Lernens basiert. 10. Detection device according to claim 9, characterized in that an algorithm (90) of the classifier (70) is based on a machine learning method.
11. Detektionsvorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Algorithmus (90) des Klassifizierers (70) als Neuronales Netz ausgebildet ist. 11. Detection device according to claim 9 or 10, characterized in that the algorithm (90) of the classifier (70) is designed as a neural network.
12. Detektionsvorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Empfangseinheit (20) zum Empfang von Fluoreszenzsignalen ausgebildet ist.
12. Detection device according to one of claims 9 to 11, characterized in that the receiving unit (20) is designed to receive fluorescence signals.
13. Detektionsvorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Empfangseinheit (20) zur Ausgabe von spektral aufgelösten empfangenen Antwortsignalen ausgebildet ist, insbesondere, dass die Empfangseinheit (20) als Spektrometer ausgebildet ist. 13. Detection device according to one of claims 9 to 12, characterized in that the receiving unit (20) is designed to output spectrally resolved response signals received, in particular that the receiving unit (20) is designed as a spectrometer.
14. Detektionsvorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 13, umfassend wenigstens zwei Lichtquellen (10, 12) unterschiedlicher Wellenlängen, welche zum Einstrahlen eines Lichtstrahls (30, 32) auf die an der Oberfläche (52) befindliche Substanz (50) ausgebildet sind, insbesondere wobei die Lichtquellen (10, 12) Wellenlängen im Ultravioletten aufweisen, insbesondere Wellenlängen von 266 nm und 355 nm, aufweisen. 14. Detection device according to one of claims 9 to 13, comprising at least two light sources (10, 12) of different wavelengths, which are designed to radiate a light beam (30, 32) onto the substance (50) located on the surface (52), in particular wherein the light sources (10, 12) have wavelengths in the ultraviolet, in particular have wavelengths of 266 nm and 355 nm.
15. Detektionsvorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil (36) des ausgehenden Antwortsignals (34), insbesondere über einen Auskoppelspiegel (26) als Strahlteiler als Zeitsignal aufnehmbar ist. 15. Detection device according to one of claims 9 to 14, characterized in that a part (36) of the outgoing response signal (34) can be recorded as a time signal, in particular via a decoupling mirror (26) as a beam splitter.
16. Detektionsvorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Lichtquelle (10, 12) als Laser, insbesondere als gepulste Laser ausgebildet ist. 16. Detection device according to one of claims 9 to 15, characterized in that the at least one light source (10, 12) is designed as a laser, in particular as a pulsed laser.
17. Computer-Programm-Produkt zum Identifizieren einer Substanz (50) an einer Oberfläche (52) mittels einer lichtbasierten Detektionsvorrichtung (100), wobei das Computer-Programm-Produkt wenigstens ein computerlesbares Speichermedium umfasst, welches Programmbefehle umfasst, die auf einem Computersystem ausführbar sind und das Computersystem dazu veranlassen, ein Verfahren auszuführen, insbesondere nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei wenigstens die Schritte ausgeführt werden
(i) Trainieren des Klassifizierers (70) mit Trainingsdatensätzen (60) wenigstens einer, an unterschiedlichen Oberflächen (52) befindlichen Substanz (50), wobei die Trainingsdatensätze (60) empfangene Antwortsignale (64) der Substanz (50) an den Oberflächen (52), und empfangene Antwortsignale (66) der reinen Oberflächen (52) umfassen, welche mit der gewünschten Vorhersage der jeweiligen Substanz (50) verknüpft sind; 17. Computer program product for identifying a substance (50) on a surface (52) using a light-based detection device (100), wherein the computer program product comprises at least one computer-readable storage medium which comprises program instructions that can be executed on a computer system are and cause the computer system to carry out a method, in particular according to at least one of claims 1 to 8, wherein at least the steps are carried out (i) Training the classifier (70) with training data records (60) of at least one substance (50) located on different surfaces (52), the training data records (60) containing response signals (64) received from the substance (50) on the surfaces (52 ), and received response signals (66) from the clean surfaces (52) associated with the desired prediction of the respective substance (50);
(ii) Eingeben wenigstens eines Messdatensatzes (78) mit wenigstens einem empfangenen Antwortsignal (74) der zu identifizierenden, an einer Oberfläche (52) befindlichen Substanz (50) und wenigstens einem empfangenen Antwortsignal (76) der reinen Oberfläche (52) in den Klassifizierer (70); (ii) Entering at least one measurement data set (78) with at least one received response signal (74) of the substance (50) to be identified and located on a surface (52) and at least one received response signal (76) of the clean surface (52) in the classifier (70);
(iii) Klassieren des Messdatensatzes (78) in dem Klassifizierer (70) und Vorhersagen der Substanz (50). (iii) classifying the measurement data set (78) in the classifier (70) and predicting the substance (50).
18. Datenverarbeitungssystem zur Ausführung eines18. Data processing system for executing a
Datenverarbeitungsprogramms, welches computerlesbare Programmbefehle umfasst, um ein Verfahren zum Identifizieren einer Substanz (50) an einer Oberfläche (52) mittels einer laserbasierten Detektionsvorrichtung (100), insbesondere nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 8, auszuführen. Data processing program which comprises computer-readable program instructions in order to carry out a method for identifying a substance (50) on a surface (52) by means of a laser-based detection device (100), in particular according to at least one of claims 1 to 8.
19. Auswerteeinheit (38) mit wenigstens einem Klassifizierer (70) zum Identifizieren einer Substanz (50) an einer Oberfläche (52) mittels einer lichtbasierten Detektionsvorrichtung (100), insbesondere nach wenigstens einem der Ansprüche 9 bis 16, mit einem Verfahren, insbesondere nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 8.
19. Evaluation unit (38) with at least one classifier (70) for identifying a substance (50) on a surface (52) by means of a light-based detection device (100), in particular according to at least one of claims 9 to 16, with a method, in particular according to at least one of claims 1 to 8.
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HAUSMANN ANITA ET AL: "Standoff detection: classification of biological aerosols using laser induced fluorescence (LIF) technique", PROCEEDINGS OF SPIE, IEEE, US, vol. 9073, 29 May 2014 (2014-05-29), pages 90730Z - 90730Z, XP060036835, ISBN: 978-1-62841-730-2, DOI: 10.1117/12.2049923 * |
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