基于太赫兹光谱的物质识别方法、装置、设备及存储介质制造方法及图纸

本申请公开了一种基于太赫兹光谱的物质识别方法、装置、设备及存储介质，包括：对待测物质单次测得的太赫兹光谱曲线进行吸收峰的提取；重复多次测量并通过引力算法提取在多次测量中共有的吸收峰作为待测物质的特征吸收峰，并计算每个特征吸收峰的置信度，得出特征吸收峰数据集合；从光谱数据库中获取至少一种可能包含待测物质的标准物质的标准特征吸收峰数据集合；通过逆引力算法匹配特征吸收峰数据集合和标准特征吸收峰数据集合，计算出两种物质的相似度；将相似度与设定相似度阈值作比较，识别出待测物质。本申请通过引力算法提取特征吸收峰并计算置信度，利用吸收峰数据集合的匹配来识别，有效避免了幅值波动对特征提取的影响，提高了识别率。

【技术实现步骤摘要】
基于太赫兹光谱的物质识别方法、装置、设备及存储介质
本专利技术涉及物质识别领域，特别是涉及一种基于太赫兹光谱的物质识别方法、装置、设备及存储介质。
技术介绍
近年来，恐怖主义威胁、食品安全等问题日益暴露且形势日益严峻，急需一种能够对爆炸品、食品、药品等物质进行快速有效识别检测的方法。太赫兹波由于具有强穿透性、低能性、指纹谱性等性质，在安全检查、无损检测方面有重要的应用前景。很多有机物的分子振动和分子间的相互作用会对特定频率的太赫兹波产生吸收，从而产生相应的吸收峰，而红外光谱仅能探测到分子内化学键的旋转和伸缩振动；利用太赫兹时域光谱技术能够有效在较大的波长范围内得到分子间的骨架振动，可以对红外光谱得到的信息进行有效补充。由于每种物质的组成基团不同，采用不同频率的太赫兹波进行照射得到的太赫兹光谱差别应较大，主要体现在每种物质光谱曲线上的特征吸收峰频率差别较大。在提取每种物质太赫兹光谱的特征之后，即可用这些特征判别这些物质。目前，常用的太赫兹特征提取方法有偏最小二乘法和主成分分析法，通过这些方法提取到特征后再用支持向量机或其他机器学习方法进行物质识别；又或者直接计算两条光谱曲线的距离、夹角等关系判断两者是否属于同一种物质。但是，实际太赫兹光谱测量实验证明，在不同的浓度(厚度)、照射位置、环境条件、均匀程度等情况下，同一种物质得到的光谱幅值仍然有较大的波动，只有每种物质的特征吸收峰频率变化较小。而上述方法都是直接对特征吸收峰频率、幅值进行提取特征，提取到的特征受幅值影响较大，导致对不同条件测得的物质进行识别的识别率较低。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种基于太赫兹光谱的物质识别方法、装置、设备及存储介质，可以提高物质识别的识别率。其具体方案如下：一种基于太赫兹光谱的物质识别方法，包括：对待测物质单次测得的太赫兹光谱曲线进行吸收峰的提取；重复多次测量并通过引力算法提取在多次测量中共有的吸收峰作为所述待测物质的特征吸收峰，并计算每个特征吸收峰的置信度，得出特征吸收峰数据集合；从光谱数据库中获取至少一种可能包含所述待测物质的标准物质的标准特征吸收峰数据集合；通过逆引力算法匹配所述待测物质的特征吸收峰数据集合和所述标准物质的标准特征吸收峰数据集合，计算出所述待测物质与所述标准物质的相似度；将计算的所述相似度与设定相似度阈值作比较，根据比较结果识别出所述待测物质。优选地，在本专利技术实施例提供的上述基于太赫兹光谱的物质识别方法中，对待测物质单次测得的太赫兹光谱曲线进行吸收峰的提取，具体包括：对待测物质单次测得的太赫兹光谱曲线进行预处理，通过单调性找到多个吸收峰的位置；通过波峰区间扩展算法对每个吸收峰的区间进行循环扩展，计算出每个吸收峰的置信度，并保留大于设定置信度阈值的置信度对应的吸收峰。优选地，在本专利技术实施例提供的上述基于太赫兹光谱的物质识别方法中，在通过单调性找到多个吸收峰的位置之后，在通过波峰区间扩展算法对每个吸收峰的区间进行循环扩展之前，还包括：使用窗口滑动法去除所述太赫兹光谱曲线中波峰点、波谷点密集的干扰部分；通过截取波峰点周围的波谷点作为拟合区间，拟合判断所述波峰点的斜率是否超过斜率阈值；若是，则去除所述波峰点；若否，则保留所述波峰点。优选地，在本专利技术实施例提供的上述基于太赫兹光谱的物质识别方法中，通过引力算法提取在多次测量中共有的吸收峰作为所述待测物质的特征吸收峰，具体包括：在一个只存在引力的一维坐标系空间中，将每个吸收峰视为一个物体，吸收峰在一维坐标轴上的位置是吸收峰的频率，质量是吸收峰的置信度；将频率、置信度固定的吸收峰分别放置在一维坐标轴的每一点处，计算吸收峰受到的引力合力，得到引力合力曲线；通过提取所述引力合力曲线上合适的极大值点作为所述待测物质的特征吸收峰。优选地，在本专利技术实施例提供的上述基于太赫兹光谱的物质识别方法中，在从光谱数据库中获取至少一种可能包含所述待测物质的标准物质的标准特征吸收峰数据集合之前，还包括：对若干种标准物质单次测得的太赫兹光谱曲线进行吸收峰的提取；重复多次测量并通过引力算法提取在多次测量中共有的吸收峰作为若干种标准物质的标准特征吸收峰，并计算每个标准特征吸收峰的置信度，得出若干种标准物质的标准特征吸收峰数据集合，并存储到光谱数据库中。本专利技术实施例还提供了一种基于太赫兹光谱的物质识别装置，包括：吸收峰提取模块，用于对待测物质单次测得的太赫兹光谱曲线进行吸收峰的提取；置信度计算模块，用于重复多次测量并通过引力算法提取在多次测量中共有的吸收峰作为所述待测物质的特征吸收峰，并计算每个特征吸收峰的置信度，得出特征吸收峰数据集合；数据集合获取模块，用于从光谱数据库中获取至少一种可能包含所述待测物质的标准物质的标准特征吸收峰数据集合；数据集合匹配模块，用于通过逆引力算法匹配所述待测物质的特征吸收峰数据集合和所述标准物质的标准特征吸收峰数据集合，计算出所述待测物质与所述标准物质的相似度；物质识别模块，用于将计算的所述相似度与设定相似度阈值作比较，根据比较结果识别出所述待测物质。本专利技术实施例还提供了一种基于太赫兹光谱的物质识别设备，包括处理器和存储器，其中，所述处理器执行所述存储器中保存的计算机程序时实现如本专利技术实施例提供的上述基于太赫兹光谱的物质识别方法。本专利技术实施例还提供了一种计算机可读存储介质，用于存储计算机程序，其中，所述计算机程序被处理器执行时实现如本专利技术实施例提供的上述基于太赫兹光谱的物质识别方法。本专利技术所提供的一种基于太赫兹光谱的物质识别方法、装置、设备及存储介质，该方法包括：对待测物质单次测得的太赫兹光谱曲线进行吸收峰的提取；重复多次测量并通过引力算法提取在多次测量中共有的吸收峰作为待测物质的特征吸收峰，并计算每个特征吸收峰的置信度，得出特征吸收峰数据集合；从光谱数据库中获取至少一种可能包含待测物质的标准物质的标准特征吸收峰数据集合；通过逆引力算法匹配待测物质的特征吸收峰数据集合和标准物质的标准特征吸收峰数据集合，计算出待测物质与标准物质的相似度；将计算的相似度与设定相似度阈值作比较，根据比较结果识别出待测物质。本专利技术重复多次测量并通过引力算法提取特征吸收峰，计算置信度，将特征吸收峰和置信度组合成特征吸收峰数据集合，且利用特征吸收峰数据集合的匹配来完成识别，整个过程只将幅值用于计算置信度等辅助参数，可以有效避免幅值波动对特征提取的影响，能够使太赫兹光谱识别技术有效地应用于各种环境条件、物质的物理参数下，提高了太赫兹光谱物质识别的识别率。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例提供的基于太赫兹光谱的物质识别方法的流程图；图2为本专利技术实施例提供的测得的5次双氧水太赫兹光谱曲线图；图3为本专利技术实施例提供的双氧水引力曲线图；图4为本专利技术实施例提供的特征吸收峰与源光谱曲线的匹配情况图；图5为本专利技术实施例提供的物质识别装置的结构示意图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于太赫兹光谱的物质识别方法，其特征在于，包括：对待测物质单次测得的太赫兹光谱曲线进行吸收峰的提取；重复多次测量并通过引力算法提取在多次测量中共有的吸收峰作为所述待测物质的特征吸收峰，并计算每个特征吸收峰的置信度，得出特征吸收峰数据集合；从光谱数据库中获取至少一种可能包含所述待测物质的标准物质的标准特征吸收峰数据集合；通过逆引力算法匹配所述待测物质的特征吸收峰数据集合和所述标准物质的标准特征吸收峰数据集合，计算出所述待测物质与所述标准物质的相似度；将计算的所述相似度与设定相似度阈值作比较，根据比较结果识别出所述待测物质。

【技术特征摘要】
1.一种基于太赫兹光谱的物质识别方法，其特征在于，包括：对待测物质单次测得的太赫兹光谱曲线进行吸收峰的提取；重复多次测量并通过引力算法提取在多次测量中共有的吸收峰作为所述待测物质的特征吸收峰，并计算每个特征吸收峰的置信度，得出特征吸收峰数据集合；从光谱数据库中获取至少一种可能包含所述待测物质的标准物质的标准特征吸收峰数据集合；通过逆引力算法匹配所述待测物质的特征吸收峰数据集合和所述标准物质的标准特征吸收峰数据集合，计算出所述待测物质与所述标准物质的相似度；将计算的所述相似度与设定相似度阈值作比较，根据比较结果识别出所述待测物质。2.根据权利要求1所述的基于太赫兹光谱的物质识别方法，其特征在于，对待测物质单次测得的太赫兹光谱曲线进行吸收峰的提取，具体包括：对待测物质单次测得的太赫兹光谱曲线进行预处理，通过单调性找到多个吸收峰的位置；通过波峰区间扩展算法对每个吸收峰的区间进行循环扩展，计算出每个吸收峰的置信度，并保留大于设定置信度阈值的置信度对应的吸收峰。3.根据权利要求2所述的基于太赫兹光谱的物质识别方法，其特征在于，在通过单调性找到多个吸收峰的位置之后，在通过波峰区间扩展算法对每个吸收峰的区间进行循环扩展之前，还包括：使用窗口滑动法去除所述太赫兹光谱曲线中波峰点、波谷点密集的干扰部分；通过截取波峰点周围的波谷点作为拟合区间，拟合判断所述波峰点的斜率是否超过斜率阈值；若是，则去除所述波峰点；若否，则保留所述波峰点。4.根据权利要求3所述的基于太赫兹光谱的物质识别方法，其特征在于，通过引力算法提取在多次测量中共有的吸收峰作为所述待测物质的特征吸收峰，具体包括：在一个只存在引力的一维坐标系空间中，将每个吸收峰视为一个物体，吸收峰在一维坐标轴上的位置是吸收峰的频率，质量是吸收峰的置信度；将频率、置信度固定的吸收峰...

【专利技术属性】
技术研发人员：程良伦，何伟健，罗鉴鹏，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：广东,44