[发明专利]一种基于CPLS的红外光谱测量仪器标定迁移方法

权利要求书

1.一种基于CPLS的红外光谱测量仪器标定迁移方法，其特征在于，包括下述步骤：

步骤1：将红外光谱测量主仪器对应到源域、将红外光谱测量从仪器对应到目标域，使用红外光谱测量主仪器、红外光谱测量从仪器采集每个样本的光谱，分别得到主光谱、从光谱，对主光谱、从光谱分别在波长范围内间隔anm提取光谱数据，并采集每个样本的物质浓度变量值，得到源域数据集{X_m,Y}和目标域数据集{X_s,Y}；

其中，X_m＝(X_m1,X_m2,...,X_mi,...,X_mI)^T，X_mi＝(x_mi1,x_mi2,...,x_mij,...,x_miJ)，X_s＝(X_s1,X_s2,...,X_si,...,X_sI)^T，X_si＝(x_si1,x_si2,...,x_sij,...,x_siJ)，x_mij、x_sij分别为第i个样本的第j个主光谱数据、从光谱数据，i＝1,2,...,I，j＝1,2,...,J，I为样本总数，J为提取的光谱数据点总数；Y＝(Y₁,Y₂,...,Y_i,...,Y_I)^T，Y_i＝(y_i1,y_i2,...,y_ik,...,y_iK)，y_ik为第i个样本的第k个物质浓度变量的值，k＝1,2,...,K，K为物质浓度变量总数；

步骤2：对源域数据集和目标域数据集进行中心化处理，得到中心化处理后的源域数据集{X_{m_center},Y_center}和目标域数据集{X_{s_center},Y_center}；

步骤3：基于CPLS算法对矩阵X_{m_center}、Y_center进行主成分分析：

步骤3.1：基于PLS算法对数据集{X_{m_center},Y_center}建立标定模型Y_center＝X_{m_center}B，计算得到系数矩阵B、X_{m_center}的得分矩阵T、X_{m_center}的载荷矩阵P、Y_center的得分矩阵U、Y_center的载荷矩阵Q，引入矩阵R使T＝X_{m_center}R，并确定潜在变量个数l；

步骤3.2：计算可预测的物质浓度变量为

对可预测的物质浓度变量进行奇异值分解，得到

其中，U_c为左奇异矩阵，D_c为奇异值对角矩阵，V_c为右奇异矩阵，V_c是正交矩阵；Q_c＝V_cD_c^T，包括降序的l_c个非零奇异值和相应的右奇异向量；

由式(2)得到

得到

R_c＝RQ^TV_cD_c^-1 (4)

步骤3.3：计算不可预测的物质浓度变量为

对不可预测的物质浓度变量进行主成分提取，得到l_y个主成分数为

其中，为的输出残差矩阵；

通过式(6)求出矩阵

步骤3.4：通过在空间上R_c投影，得到与物质浓度变量无关的输入变量为

其中，R_c^*＝(R_c^TR_c)^-1R_c^T；

对与物质浓度变量无关的输入变量进行主成分提取，得到l_x个主成分数为

其中，为的输入残差矩阵；

通过式(8)求出矩阵

步骤3.5：由步骤3.1至步骤3.4，得到X_{m_center}、Y_center的经PLS算法提取的主成分分别为X_{m_pre}＝TP^T、Y_pre＝UQ^T，X_{m_center}、Y_center的残差分别为X_{m_res_c}＝X_{m_center}-X_{m_pre}、Y_{res_c}＝Y_center-Y_pre，也即得到

步骤4：采用与步骤3中相同的方法对矩阵X_{s_center}进行主成分分析，得到X_{s_center}的残差为X_{s_res_c}；

步骤5：计算主光谱经PLS算法提取主成分后源域数据集的得分T_{m_pre}＝X_{m_center}R，计算从光谱经PLS算法提取主成分后目标域数据集的得分T_{s_pre}＝X_{s_center}R，根据T_{m_pre}、T_{s_pre}基于最小二乘法计算转移矩阵M_{trans_pre}；计算主光谱对残差提取主成分后源域数据集的得分T_m＝X_{m_res_c}P，计算从光谱对残差提取主成分后目标域数据集的得分T_s＝X_{s_res_c}P，根据T_m、T_s基于最小二乘法计算转移矩阵M_trans；

步骤6：对被测对象的物质浓度变量进行预测：

步骤6.1：使用红外光谱测量从仪器采集被测对象的光谱，使用与步骤1中相同的方法提取光谱数据，得到被测对象的J个从光谱数据构成的矩阵X_{s_test}；

步骤6.2：基于CPLS算法对X_{s_test}进行主成分分析，得到X_{s_test}的残差为X_{s_res_c_test}；

步骤6.3：预测被测对象的物质浓度变量构成的矩阵为Y_{test_predict}＝(X_{s_test}*R*M_{trans_pre}*P^T+X_{s_res_c_test}*R*M_trans*P^T)*B。

2.根据权利要求1所述的基于CPLS的红外光谱测量仪器标定迁移方法，其特征在于，所述步骤1中，所述样本为谷物，所述光谱数据为吸收度，所述物质浓度变量包括谷物的水分含量、油分含量、蛋白质含量、淀粉含量。