利用荧光衰减曲线次峰位出现时间结合SVM算法测定污染物的方法技术

本发明专利技术公开了一种利用荧光衰减曲线次峰位出现时间结合SVM算法测定污染物的方法，所述方法包括控制ICCD启动并利用采样时窗对荧光信号瞬态信息进行采集；ICDD采集到的荧光图像的每一个像素点都可以看作是一个时间通道，记录一组离散的激光诱导荧光信号；从荧光强度最大值处截取变化曲线，就可以得到荧光衰减曲线；利用荧光寿命衰减曲线，找寻峰值，记录次峰位出现时间相对于荧光强度最大值出现时间的滞后时间，将平均荧光寿命参数和次峰位出现时间作为特征向量，利用SVM算法识别污染物种类。本发明专利技术针对多组分化合物，引入次峰位出现时间为特征参数，联合平均荧光寿命作为特征向量，结合SVM算法，可以有效提高污染物识别率。可以有效提高污染物识别率。可以有效提高污染物识别率。

【技术实现步骤摘要】
利用荧光衰减曲线次峰位出现时间结合SVM算法测定污染物的方法


[0001]本申请涉及荧光寿命成像领域，尤其涉及一种利用荧光衰减曲线次峰位出时间结合SVM算法测定污染物的方法，特别是石油类污染物的识别方法。

技术介绍

[0002]荧光寿命成像技术广泛用于生物学等领域，利用适当波长的脉冲光对样品进行激发，促使物质分子(或原子)吸收能量从基态跃迁到高能态，由于高能态不稳定而很快地返回至低能态以光子形式释放能量，由于各物质能级不同，荧光光子衰减时间不同，利用荧光寿命参数区分不同物质种类的成像技术。
[0003]由于荧光是分子在最低振动能级与高能级之间辐射跃迁引起的，将物质分子简化为二能级模型。假设在光脉冲作用期间只有能级2(激发态)和能级1(基态)的粒子数发生变化，则激发态粒子数密度的速率方程为：
[0004][0005]式中：
[0006]ω——分子受激吸收和发射速率，下标1
‑
2为从能级1到能级2；
[0007]M1(t)——指能级1粒子数密度；
[0008]S——分子碰撞引起的激发速率；
[0009]A——分子自发发射几率。
[0010]假设两能级的统计权重相等，即
[0011]ω1→2＝ω2→1＝ω
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(2)
[0012]并且考虑到分子受激吸收速率(ω1→2)远大于分子碰撞引发的激发速率(S1→2)，用M0表示两能级总粒子数，M0＝M1+M2，
[0013]式(1)可简化为：
[0014][0015]达到稳态时，
[0016][0017]假设荧光发射体的体积为V，则单位时间内荧光物质发射的总荧光光子数为：
[0018][0019]当用探测器对荧光进行检测时，如果假设探测系统对荧光物质所张的立体角为Ω，则在单位时间内探测器接收到的荧光粒子数为：
[0020][0021]假设探测器的量子效率为η，则探测器能够探测到的荧光信号强度为：
[0022][0023]由式可知，荧光信号强度与探测器的量子效率及探测器接收到的荧光光子数成正比。
[0024]荧光寿命是处于第一激发态的分子辐射跃迁和非辐射跃迁速率之和的倒数。严格意义上的荧光寿命是指自然荧光寿命，它是荧光辐射的倒数，表征着量子产额等于1时的荧光衰减特性。很难通过实验的手段获得实际荧光寿命值，通常利用其指数衰减规律，发光强度衰减到最大值的1/e时所使用的时间。荧光寿命成像急速常采用时域探测法中门控探测法，即通过在两个不同延迟时刻开启相同宽度的时间门，记录荧光强度信息，从而计算荧光寿命。
[0025]在每一个激光脉冲激发样品后，设置一个时间门和采样窗口，同时选通CCD等探测器获得一部分荧光信息，下一次激光脉冲到来时，在上一个延时的基础上再延时一个时间门，这样经过多次延时采集，经过多个采样窗口，便可以获得真实的荧光衰减曲线。利用荧光衰减曲线峰值、衰减时间等参数计算荧光寿命，从而进行石油类污染物识别。
[0026]上述现有技术至少存在如下技术方案：
[0027]上述方法只适用于与单组分物质，荧光团个数唯一，荧光衰减曲线唯一。由于多组分化合物荧光强度曲线是由每种荧光组分荧光强度曲线综合的结果。每种不同的荧光衰减曲线峰值强度大小，峰值位置不一样，彼此影响，造成荧光强度曲线多峰位的限项，为利用荧光衰减曲线峰值及衰减时间计算荧光寿命从而进行石油类污染物识别带来不便，使用条件受到限制。
[0028]申请内容
[0029]本申请的实施例通过提供一种利用荧光衰减曲线次峰位出现时间结合SVM算法测定污染物的方法，用以解决现有技术中存在的以上技术问题。本专利技术利用荧光衰减曲线峰值位置、衰减时间、次峰位出现时间作为特征向量结合SVM算法，旨在通过次峰位出现时间参数提高识别结果正确率；本专利技术对利用荧光寿命衰减曲线识别物质种类方法进行了改进，提高了识别正确率。
[0030]为了解决上述问题，本申请的实施例提供一种利用荧光衰减曲线次峰位出现时间结合SVM算法测定污染物的方法，其特征在于：所述方法包括如下步骤：
[0031]步骤a、利用增强型电荷耦合器件ICCD良好的时间控制能力，当激光光源发射激光脉冲激发样品产生荧光时，同步向ICCD传输信号，控制ICCD启动并利用采样时窗对荧光信号瞬态信息进行采集；
[0032]步骤b、调节ICCD在连续模式下工作，控制启动延迟时间与门控延迟时间，并利用门控探测法原理，控制ICCD每次拍摄图像前的门控延迟时间都比前一次增加一个门控延时增量；
[0033]步骤c、连续使用激光脉冲激发油样品，产生荧光信号的同时不断触发ICCD以固定的递增时间启动延迟时间，使得ICCD工作拍摄荧光图像，即可获得完整的激光诱导荧光信
号；ICDD采集到的荧光图像的每一个像素点都可以看作是一个时间通道，记录一组离散的激光诱导荧光信号；
[0034]步骤d、任取采集图像上任意一个像素点的所有连续图像上对应的灰度值，即可得到该点上荧光强度随时间变化曲线，从荧光强度最大值处截取变化曲线，就可以得到荧光衰减曲线；
[0035]步骤e、利用非线性最小二乘回归按照多指数函数拟合的方法拟合多组分化合物荧光寿命衰减曲线，分析多组分化合物平均荧光寿命；
[0036]步骤f、利用荧光寿命衰减曲线，找寻峰值，记录次峰位出现时间相对于荧光强度最大值出现时间的滞后时间，将平均荧光寿命参数和次峰位出现时间作为特征向量，利用SVM算法识别污染物种类。
[0037]本申请实施例中的上述一个或多个技术方案，至少具有如下一种或多种技术效果：
[0038]本专利技术在传统拟合荧光寿命衰减曲线的基础上，针对多组分化合物，引入次峰位出现时间为特征参数，联合平均荧光寿命作为特征向量，结合SVM算法，可以有效提高污染物识别率。
[0039]上述说明仅是本申请技术方案的概述，为了能够更清楚了解本申请的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本申请的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本申请的具体实施方式。
附图说明
[0040]图1是本专利技术申请实施例中基于门控探测荧光寿命法原理图；
[0041]图2本专利技术申请实施例中不同油污染物次峰位出现时间示意图。
具体实施方式
[0042]本申请的实施例通过提供一种利用荧光衰减曲线次峰位出现时间结合SVM算法测定污染物的方法，用以解决现有技术中存在的技术问题，本专利技术在传统拟合荧光寿命衰减曲线的基础上，针对多组分化合物，引入次峰位出现时间为特征参数，联合平均荧光寿命作为特征向量，结合SVM算法，可以有效提高污染物识别率。
[0043]为了解决上述技术问题，参考图1和图2，本申请提供的技术方案总体思路如下：
[0044]步骤a、利用增强型电荷耦合器件ICCD良好的时间控制能力，当激光光源发射激光脉冲激发样品产生荧光时，同步向ICCD传输信号，控制ICCD启动并利用采样时窗对荧本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.利用荧光衰减曲线次峰位出现时间结合SVM算法测定污染物的方法，其特征在于：所述方法包括如下步骤：步骤a、利用增强型电荷耦合器件ICCD良好的时间控制能力，当激光光源发射激光脉冲激发样品产生荧光时，同步向ICCD传输信号，控制ICCD启动并利用采样时窗对荧光信号瞬态信息进行采集；步骤b、调节ICCD在连续模式下工作，控制启动延迟时间与门控延迟时间，并利用门控探测法原理，控制ICCD每次拍摄图像前的门控延迟时间都比前一次增加一个门控延时增量；步骤c、连续使用激光脉冲激发油样品，产生荧光信号的同时不断触发ICCD以固定的递增时间启动延迟时间，使得ICCD工作拍摄荧光图像，即可获得完...

【专利技术属性】
技术研发人员：景敏，
申请(专利权)人：陕西理工大学，
类型：发明
国别省市：