[发明专利]一种基于空间偏移拉曼光谱的带包装食品信号分离方法

权利要求书

1.一种基于空间偏移拉曼光谱的带包装食品信号分离方法，其特征在于，所述方法包括：

通过激光源发射激光照射在待测样本的表面，并在若干个相对于所述激光源具有不同偏移距离处获取所述待测样本的拉曼光谱得到初始光谱数据，所述待测样本包括待测食品及其外部的食品包装；

基于不同偏移距离处的拉曼光谱的信息熵从所述初始光谱数据中截取部分区域范围的拉曼光谱作为观测数据，包括：通过公式计算不同偏移距离i处的拉曼光谱x_i的信息熵，其中为偏移距离i处的拉曼光谱x_i中的j波段的向下舍入值，参数j∈[1,2,...,J]表示拉曼光谱x_i的所有波段中光强数值不同的元素，表示这些元素对应的波段在所有波段中出现的概率，并按照如下公式采用滑动方差法确定信息熵的拐点对应的偏移距离i：

利用FastICA算法对所述观测数据进行独立成分分析，并选择与待分离得到的独立信号分量的数量相同数量的奇异向量及对应奇异值通过奇异值分解进行去相关和缩放，得到若干个独立信号分量；其中，H(x_i)为偏移距离i处的拉曼光谱x_i的信息熵，为所有信息熵的平均值，g为滑动窗口的大小，d表示所述初始光谱数据中相对于所述激光源的最大偏移距离；从所述初始光谱数据中截取偏移距离在0到i范围内的拉曼光谱作为观测数据；

对所述初始光谱数据基于谱峰识别技术确定对应于待测食品的典型光谱峰，将所述典型光谱峰的峰位与各个独立信号分量的谱峰的峰位进行匹配，确定对应于待测食品的独立信号分量。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对所述初始光谱数据基于谱峰识别技术确定对应于待测食品的典型光谱峰，包括：

利用谱峰识别技术对所述初始光谱数据进行谱峰识别，并将识别得到的谱峰随着相对于所述激光源的偏移距离的增大的衰减曲线进行归一化；

对归一化后的衰减曲线进行聚类，聚类的类别数等于所述待测样本的层数；

根据每一个类别的数值特征确定对应于待测食品的类别，并将属于所述类别的谱峰作为对应于所述待测食品的典型光谱峰。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据每一个类别的数值特征确定对应于待测食品的类别，包括：

将聚类后形成的属于同一个类别的谱峰的衰减值求取平均值，将对应的衰减值的平均值最大的一个类别作为对应于待测食品的类别。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

对所述待测食品的独立信号分量采用自适应迭代加权惩罚最小二乘拟合所述待测食品的独立信号分量的校正基线；

从所述待测食品的独立信号分量中减去所述校正基线，得到所述待测食品的无基线的拉曼光谱。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述在若干个相对于所述激光源具有不同偏移距离处获取所述待测样本的拉曼光谱得到初始光谱数据，包括：

在相同的采集条件下对所述待测样本进行若干次独立重复采集操作，在进行每一次独立重复采集操作时，将在若干个相对于所述激光源具有不同偏移距离处获取到的所述待测样本的拉曼光谱进行拼接得到样本光谱；

对各次独立重复采集操作提取到的样本光谱剔除异常值后取均值进行平滑，并按照预定原则截取感兴趣区域的数据作为所述初始光谱数据。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过检测装置发射激光并获取所述待测样本的拉曼光谱，所述检测装置包括激光源、若干个光纤探头、光纤、聚焦镜头、高通滤波片和光谱仪，所述激光源和若干个光纤探头间隔排布在水平方向上形成一排并位于所述待测样本的上方，所述激光源和各个光纤探头与所述待测样本之间的垂直距离相同，每个光纤探头与所述激光源之间的距离为所述光纤探头相对于所述激光源的偏移距离，通过各个光纤探头采集若干个相对于所述激光源具有不同偏移距离处的拉曼光谱，各个光纤探头依次通过所述聚焦镜头和高通滤波片后连接至所述光谱仪。