特別用于多組分光譜的有效光譜匹配制造技術

從紅外或其他光譜學獲得的一個未知光譜可以與一個參考庫中的多個光譜進行比較以找出多個最佳匹配。然后這些最佳匹配每個自可以依次與這些參考光譜相組合，其中對這些組合也進行篩選，以找對該未知光譜的最佳匹配。然后，所產生的這些最佳匹配亦可以經歷上述的組合與比較步驟。該過程可以按此方式重復進行，直到達到一個適當的停止點，例如，當識別出一個希望數目的最佳匹配、當已經執行了一些預定數目的迭代、等等。如果考慮了參考光譜的所有可能的組合，這種方法能夠用少得多的計算步驟以及更快的速度來返回最佳匹配的光譜（及光譜的組合）。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】
本文件關系到一個專利技術，該專利技術總體上涉及從光譜儀測量得到的未知光譜的識 別，并且更具體地涉及通過將未知光譜與參考光譜進行比較對未知光譜的識別。
技術介紹
分子光譜儀(有時被稱作分光鏡)是一種儀器，其中，通常利用不可見光(如紅外 光譜區域的光)來照射一個固體的、液體的或氣體的樣本。然后，將來自該樣本的光捕獲并 且進行分析，用以揭露該樣本特征的信息。作為一個例子，樣本可以用在一定波長范圍內具 有已知強度的紅外光進行照射，然后被該樣本透射和/或反射的光可以被捕獲用來與照射 光進行比較。對所捕獲的光譜進行檢查可以展示出該照射光被該樣本吸收的波長。為了進 行說明，圖1示出了一個實例性光譜(標記為U)，該光譜被展示為光的強度對比光的波長 的繪圖。該光譜，并且特別是其中“峰值”的位置以及幅度，可以與先前得到的參考光譜庫(標記為Li、L2.......Ln)進行比較，以得到關于該樣本的信息，例如，它的成分以及特性。本質上，該光譜充當該樣本以及其中物質的一個“指紋”，并且通過將該指紋與一個或多個 已知的指紋進行匹配，可以確定該樣本的身份。然而，就像識別指紋時一樣，在參考庫中尋找未知光譜的一個匹配可以證明是困 難并且費時的。即使在一個未知光譜是獲自一個樣本而該樣本與從中捕獲了一個參考 光譜的樣板具有相同成分的情況下，一個準確的匹配也是不太可能的，這是由于對未知 光譜和參考光譜之間的測量條件的差異(例如，強度/幅值中的差異、波長刻度/分檔 (wavelength scaling/binning)中的差異、不同的背景噪聲水平、等等)。另外，參考光譜通常取自純凈物，但未知光譜通常并非如此。因此，未知光譜將不會參考光譜L” L2.......Ln中單獨的一個相匹配，而是將與這些光譜中的兩個或更多的一個組合相匹配。在這樣一個 組合中，這些光譜實際上是相互“重疊”的，盡管每個光譜都可以具有一個不同的權重，該權 重取決于發出該光譜的物質的相對濃度。應當理解的是，如果希望將一個未知光譜U與一個或多個參考光譜LpL2.......Ln的所有可能的組合進行比較(這典型地將會是一個非常大的數字)，特別是在一個大的參考庫可能具有數以萬計的條目(N等于這些條目的數目) 情況下。如果在進行定性分析之外，還要進行定量分析，即，在確定其身份之外還要確定該 未知光譜中每個光譜成分的相對比例的情況下，那么進行這些比較需要的計算時間可以被 進一步放大。這種定量分析可以要求在多個參考光譜的一個組合之間相對于該未知光譜進 行回歸分析，以確定每個參考光譜用于形成最佳匹配該參考光譜的一個組合時所應該具有 的權重。其結果是，即使使用了專用計算機或具有高速處理器的其他機器，執行徹底的光譜 匹配有時可以花費幾個小時，甚至幾天的時間。專利技術概述由本文件結尾處列出的權利要求限定的本專利技術是針對多種方法與系統，這些方法 及系統可以至少部分地減輕上述問題，并且用較少的計算(因此以更高的速度)提供準確 的光譜匹配。從本專利技術的以下簡要概述的審閱中可以獲得本專利技術的較佳實施版本的一些特 征的基本理解，而更多的細節將在本文件的其他部分提供。為了幫助讀者理解，以下審閱將參考附圖，這些附圖在本文件的這一概述部分之后的“附圖簡要說明”部分被簡要地予以說明。—旦從光譜儀、數據庫或另外的來源中得到了一個未知光譜，該未知光譜中中的 多個候選光譜可以用以下方式來識別出。首先，從一個或多個光譜庫或其他來源中獲取多 個對比光譜，即用于對比的參考光譜。然后，將該未知光譜與該對比光譜中的至少某些光譜 進行比較，以確定該未知光譜與這些對比光譜相符合的程度。圖2中的200示意性地展示了該步驟，其中將該未知光譜U與對比光譜U、L2.......Ln進行比較。如果該未知光譜U符合一個對比光譜到了一個希望的程度，即滿足或超過某個用戶定義的或是預先設定的符 合閾值，則該對比光譜被當作是一個候選光譜B (1)。因此，只要該符合閾值設定得不是太 高，通常會識別出幾個候選光譜B (1) ρ B (1) 2、... B (1)M。(如果沒有識別出候選光譜，可將 符合閾值設定為一個更低的值。)注意，每個候選光譜將代表一個單一組分，即，從一個光譜 庫或其他來源獲得的一個單一的參考光譜(它通常代表一個純凈組分/物質的光譜)。接下來，對該未知光譜可能產生自一個多組分混合物的可能性予以考慮。生成多 個新的對比光譜，其中每個對比光譜是先前識別出候選光譜中的一個與來自這些光譜庫或 其他來源的這些對比光譜中的一個的一種組合。然后，再將該未知光譜與這些新的對比光 譜中的至少某些光譜進行比較，以確定該未知光譜與這些新的對比光譜相符合的程度。圖 2中的210示意性地展示了該步驟，其中將該未知光譜U與以下新對比光譜進行比較B(I)^L1, B(I)^L2,......B(I)1+^(即，將先前在200中所識別出的候選光譜中的第一個與來自這些光譜庫或其他 來源的對比光譜中的每一個進行組合)；B(1)2+LI; B(l)2+L2,......B(1)2+LN(即，將先前在200中識別出的這些候選光譜中的第二個與來自這些光譜庫或其 他來源的對比光譜中的每一個進行組合)；并以此類推，直到將該未知光譜U與以下新對比 光譜進行比較B(1)M+L1,B(1)M+L2,......B(1)M+LN(即，將先前在200中識別出的這些候選光譜中的最后一個與來自這些光譜庫或 其他來源的對比光譜中的每一個進行組合)。當這些比較發現這些新對比光譜之一與該未知光譜具有一個希望的符合度(如 滿足到或超過該符合閾值)，該新的對比光譜就被當作一個新的候選光譜。這些新的候選光譜在圖2的步驟210中被描述為B⑵i、B(2)2.......B(2)m。(應該理解，如果希望的話，步驟210中的M不必與步驟200中的M相等，也即，步驟210中的候選光譜的數目不必與步驟200中的候選光譜的數目相同。)在此每個候選光譜^？^工口、.......B(2)M代表兩個組分，即從一個光譜庫或其他來源獲得的兩個相組合的參考光譜。然后，上述步驟可以被重復一次或多次，其中每次重復都使用在前一個步驟中識 別的候選光譜來生成新的對比光譜。圖2中的步驟220示范了這個過程，其中來自步驟210的這些候選光譜B (2)工、B (2) 2......B (2) M被用于與來自這些光譜庫或其他來源的對比光譜LpL2.......Ln相組合以生成新的對比光譜。該未知光譜與這些新的對比光譜的比較進而識別出新的候選光譜B(3)i、B(3)2.......B(3)m(其中M再一次不必與步驟210和/或200中的M相等)。當這些候選光譜包括某一希望數目的組分時，例如，一旦這些新的對比光譜包括從一個光譜庫或其他來源獲得的一個希望數目的組合的對比/參考光譜時，就可以停 止重復。這一條件在圖3的流程圖示出，其中，框300等價于圖2中的步驟200，框330等價 于圖2中的步驟210與220 (連同這些步驟的后續重復)，而條件框340評估了在這些候選 光譜中的組分數目c，并且一旦達到某一最大數目C，即停止重復。可替代地或者另外地，在 以下情況下可停止重復，即當識別出某一希望數目的候選光譜時；當識別出以至少某一 合格的符合值(該合格的符本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種在未知光譜中識別出多個候選光譜的方法，該方法包括以下步驟：ａ．獲取一組對比光譜；ｂ．將該未知光譜與這些對比光譜進行比較；ｃ．識別多個候選光譜，每個候選光譜是具有對該未知光譜的一個希望的符合度的這些對比光譜之一；ｄ．將下列子步驟執行一次或者多次：（１）生成多個新的對比光譜，每個新對比光譜包括：（ａ）這些候選光譜之一，以及（ｂ）來自于該組的這些對比光譜之一；（２）將該未知光譜與這些新對比光譜進行比較；（３）進一步識別多個候選光譜，每個候選光譜是具有對該未知光譜的一個希望的符合度的這些新對比光譜之一；其中，當再次執行子步驟（１）至（３）時，子步驟（３）中的這些候選光譜被用作在子步驟（１）中生成新的對比光譜時的候選光譜。

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】...

【專利技術屬性】
技術研發人員：蓋瑞L瑞特爾，威廉J麥卡錫，卡斯林A拉爾森，亞歷山大I格里諾夫，費德里科艾茲亞，
申請(專利權)人：熱電子科學儀器有限公司，
類型：發明
國別省市：US[]