本发明属于拉曼光谱检测，具体涉及一种基于拉曼光谱识别混合物的方法、装置及其相关组件。
背景技术：
1、拉曼效应起源于分子振动与转动，从拉曼光谱中可以得到分子振动能级与转动能级结构的知识。每种物质因其分子化学键及其强度不同，经单色激光照射产生的拉曼光谱的拉曼峰频率、峰位不同，因此，拉曼光谱可用于识别物质的种类，并进一步定量化分析。
2、目前拉曼光谱的识别方法多种多样，基本原理均是对待测样本拉曼光谱进行分峰拟合，提取特征峰，特征峰与标准品拉曼光谱库进行匹配，通过确定待测样品拉曼光谱特征峰归属进而识别出物质种类。
3、但是由于不同物质间拉曼光谱个别特征峰归属存在相同，而因待测样品浓度及检测环境影响，会导致测出的拉曼光谱存在偏移或者提取到的特征峰较少等情况出现；并且在多种物质混合时，拉曼光谱存在重叠峰，如果对重叠峰的错误判断及过度分峰拟合，则容易出现识别的假阳性及假阴性问题。
技术实现思路
1、本发明提供一种基于拉曼光谱识别混合物的方法、装置及其相关组件，可自动对特征峰进行分类，并在验证过程时才对重叠峰进行判别和分峰拟合，降低假阳性和假阴性出现的可能性，能够对混合物更准确的识别。
2、本发明所采用的技术方案为：
3、一种基于拉曼光谱识别混合物的方法，步骤为：
4、s1，获取待测样品预处理后的拉曼光谱；
5、s2，提取待测样品的拉曼光谱特征峰；
6、从预处理后的拉曼光谱信号中提取待测样品的拉曼光谱特征峰并获得各个拉曼光谱特征峰的特征峰信息，每个所述的特征峰信息包括峰位、峰高、半峰高、峰宽、半峰宽；
7、s3，将待测样品的拉曼光谱特征峰与标准品拉曼光谱库中各已知物质的特征峰进行峰位匹配，查找出含待测样品拉曼光谱特征峰峰位的所有可疑物质；
8、当待测样品拉曼光谱特征峰的峰位在已知物质的特征峰峰位范围内，则表明待测样品内查找到了可疑物质；
9、公式表征为：
10、x∈[ymin,ymax]；
11、式中，x表示待测样品的特征峰峰位；ymin表示标准品拉曼光谱库记录的各个已知物各个特征峰峰位的最小值；ymax表示标准品拉曼光谱各个已知物各个特征峰峰位的最大值。
12、s4，依次验证待测样品中是否存在各可疑物质，若无可疑物质则返回步骤s3；
13、根据可疑物质的特征峰峰位个数权重判断是否进行半峰宽匹配，若需要进行半峰宽匹配则判断半峰宽匹配是否成功，若匹配成功，则表明待测样品中含有可疑物质并进入步骤s5，若匹配失败，则判断匹配失败的特征峰是否为重叠峰，若是重叠峰则分峰后再返回步骤s3，若不是重叠峰，则表明待测样品中不含该可疑物质继续下一可疑物验证直到无可疑物质返回步骤s3；
14、若不需要半峰宽匹配，则判断待测样品中与可疑物质匹配的其余拉曼光谱特征峰是否为重叠峰；若是重叠峰则分峰后再进入步骤s3，若不是重叠峰，则判断待测样品中不含该可疑物质继续下一可疑物验证直到无可疑物质返回步骤s3；
15、s5，将待测样品拉曼光谱减去所含物质的拉曼光谱，得到不含物质特征峰的拉曼光谱，进入步骤s3，直到步骤s3查找不到的可疑物质或查找到可疑物质验证均不含为止。
16、作为本发明的一种优选方案，在步骤s1中，待测样品预处理后的拉曼光谱的获取步骤为：
17、步骤s11，对待测样品进行单色激光照射，获取待测样品原始拉曼光谱；
18、步骤s12，对原始拉曼光谱进行去宇宙射线，排除宇宙射线对拉曼光谱识别的影响；
19、步骤s13，对去宇宙射线后的拉曼光谱进行基线校准，以消除生物中的荧光背景对拉曼光谱的影响；
20、步骤s14，对基线校准后的拉曼光谱进行去噪处理，得到相对平滑的拉曼光谱特征峰；
21、步骤s15，对去噪后的拉曼光谱进行数据归一化，以消除测试环境等外因对拉曼光谱特征峰的影响。
22、作为本发明的一种优选方案，所述的标准品拉曼光谱库记录了大量已知物质的拉曼光谱信息，包括但不限于各已知物质的特征峰归属及其对应特征峰权重等信息。
23、作为本发明的一种优选方案，在步骤s4中，具体步骤为：
24、s41，用可疑物质的其他特征峰峰位对待测样品的拉普光谱特征峰进行反向匹配，确定可疑物质中含有待测样品中匹配的拉曼光谱特征峰的个数；
25、所述的反向匹配，是在根据一个特征峰峰位查找到可疑物质后，根据标准品拉曼光谱库内可疑物质的特征峰对待测样品的特征峰峰位进行匹配，以确定待测样品中含可疑物质拉曼光谱特征峰的个数。
26、s42，根据确定的可疑物质中含有待测样品中匹配的拉曼光谱特征峰的个数，获得可疑物质的特征峰峰位个数权重，计算公式为：
27、
28、式中，pi表示标准品拉曼光谱库中物质p特征峰峰位个数为i的权重；ai表示标准品拉曼光谱库中物质p的特征峰峰位个数为i的所有条数；n表示标准品拉曼光谱库中记录的物质p光谱数量；i为确定的可疑物质中含有待测样品中匹配的拉曼光谱特征峰的个数。
29、s43，判断可疑物质的特征峰峰位个数权重是否大于0；若大于0，则进入步骤s44，若小于0，则并进入步骤s45；
30、s44，将待测样品中与可疑物质匹配的拉曼光谱特征峰与标准品拉曼光谱中可疑物质的特征峰进行半峰宽匹配，若待测样品中与可疑物质匹配的拉曼光谱特征峰半峰宽在标准品拉曼光谱中可疑物质的特征峰半峰宽的范围内，则匹配成功，表示待测样品中含有可疑物质并进入步骤s5；反之，匹配失败，并进入步骤s46；
31、半峰宽匹配公式表征为：
32、x′∈[y′min，y′max]；
33、式中，x′表示待测样品中与可疑物质匹配的拉曼光谱特征峰的半峰宽；y′min表示标准品拉曼光谱库中可疑物质特征峰的半峰宽的最小值；y′max表示标准品拉曼光谱中可疑物质特征峰的半峰宽的最大值。
34、s45，判断待测样品中与可疑物质匹配的其余拉曼光谱特征峰是否为重叠峰；若是重叠峰，则对重叠峰进行分峰并返回步骤s3再次验证该可疑物质；若不是重叠峰，则判断待测样品中不含该可疑物质，返回步骤s41继续对其余可疑物质进行验证；
35、s46，判断匹配失败的拉曼光谱特征峰是否为重叠峰，若是重叠峰，则对重叠峰进行分峰并返回步骤s3再次验证该可疑物质；若不是重叠峰，则判断待测样品中不含该可疑物质，返回步骤s41继续对其余可疑物质进行验证。
36、作为本发明的一种优选方案，所述分峰使用分峰拟合函数进行分峰，分峰拟合函数采用近似voigt函数为：
37、
38、其中，α为峰高；γ为半峰宽；θ为高斯-洛伦兹系数，0≤θ≤1。
39、本发明还提供了一种基于拉曼光谱识别混合物的装置，包括拉曼光谱特征峰提取单元、拉曼光谱特征峰匹配单元、拉曼光谱验证单元；
40、所述的拉曼光谱特征峰提取单元，用于获取待测样品的拉曼光谱特征峰；
41、所述的特征峰匹配单元，包括标准品拉曼光谱库模块和特征峰匹配模块；
42、所述标准品拉曼光谱库模块，记录了大量已知物质的拉曼光谱信息；
43、所述特征峰匹配模块，用于将待测样品拉曼光谱与标准品拉曼光谱库进行峰位匹配，查找可疑物质；
44、所述的拉曼光谱验证单元，包括拉曼光谱特征峰归属验证模块、重叠峰判断及分峰拟合模块和减峰模块；
45、所述拉曼光谱特征峰归属验证模块，用于通过对峰位个数权重和半峰宽验证特征峰归属，判断可疑物质是否存在；
46、所述重叠峰判断及分峰拟合模块，用于判断是否为重叠峰，并对重叠峰进行分峰拟合；
47、所述减峰模块，用于去除待测样品中验证存在物质的拉曼光谱特征峰。
48、作为本发明的一种优选方案，基于拉曼光谱识别混合物的装置还包括拉曼光谱预处理模块，所述的拉曼光谱预处理模块，用于对待测样品的原始拉曼光谱进行去宇宙射线、基线校准、去噪和数据归一化。
49、本发明还提供了一种计算机设备，包括存储器、处理器和存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述基于拉曼光谱识别混合物的方法。
50、本发明还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序当被处理器执行时使处理器执行上述基于拉曼光谱识别混合物的方法。
51、本发明对预处理后的待测样品的拉曼光谱先提取特征峰，然后通过与标准品拉曼光谱库进行峰位匹配，实现对特征峰分类分；筛选出可疑物质后，对可疑物质通过特征峰进行峰位个数权重验证，避免因为环境或者浓度等误差导致获取拉曼光谱特征峰较少出现识别假阴性及假阳性问题；并结合特征峰半峰宽验证，进一步增加了识别的精准性；在验证过程再对重叠峰进行判别并进行分峰拟合，防止了因前期的过度分峰导致识别假阴性与假阳性问题。
1.一种基于拉曼光谱识别混合物的方法，其特征在于，步骤为：
2.根据权利要求1所述的基于拉曼光谱识别混合物的方法，其特征在于，在步骤s1中，待测样品预处理后的拉曼光谱的获取步骤为：
3.根据权利要求1所述的基于拉曼光谱识别混合物的方法，其特征在于，所述的标准品拉曼光谱库记录了大量已知物质的拉曼光谱信息，包括但不限于各已知物质的特征峰归属及其对应特征峰权重。
4.根据权利要求1所述的基于拉曼光谱识别混合物的方法，其特征在于，在步骤s4中，具体步骤为：
5.根据权利要求4所述的基于拉曼光谱识别混合物的方法，其特征在于：所述分峰使用分峰拟合函数进行分峰，分峰拟合函数采用近似voigt函数为：
6.一种基于拉曼光谱识别混合物的装置，其特征在于：包括拉曼光谱特征峰提取单元、拉曼光谱特征峰匹配单元、拉曼光谱验证单元；
7.根据权利要求6所述的基于拉曼光谱识别混合物的装置，其特征在于：还包括拉曼光谱预处理模块，所述的拉曼光谱预处理模块，用于对待测样品的原始拉曼光谱进行去宇宙射线、基线校准、去噪和数据归一化。
8.一种计算机设备，包括存储器、处理器和存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1-5中任一所述的基于拉曼光谱识别混合物的方法。
9.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序当被处理器执行时使处理器执行如权利要求1-5中任一所述的基于拉曼光谱识别混合物的方法。
