基于多目标优化和多光谱技术的水分和粒径同时检测的方法技术

本发明专利技术提供基于多目标优化和多光谱的水分和粒径同时检测的方法，属于多目标优化和多光谱技术领域。该基于多目标优化和多光谱的水分和粒径同时检测的方法包括如下步骤：S1：通过多光谱装置采集训练集中颗粒物的多个第一高光谱图像，并测得训练集中颗粒物的水分和粒径，所述多光谱装置包括相机和多个滤光片；S2：基于第一高光谱图像的光谱信号以及训练集中颗粒物的水分和粒径，使用偏最小二乘算法建立多光谱信号与水分和粒径之间的多元校正模型；S3：通过多光谱装置采集测试集药物颗粒的多个第二高光谱图像；S4：将第二高光谱图像的光谱信号输入多元校正模型获取测试集中药物颗粒的水分和粒径结果。本发明专利技术方便操作，检测效率较高。较高。较高。

Simultaneous detection of moisture and particle size based on multi-objective optimization and multispectral Technology

【技术实现步骤摘要】
基于多目标优化和多光谱技术的水分和粒径同时检测的方法


[0001]本专利技术涉及多目标优化和多光谱技术的
，具体涉及一种基于多目标优化和多光谱的水分和粒径同时检测的方法。

技术介绍

[0002]在制药工业中，几乎所有固体制剂的制备都离不开制粒过程。在有些剂型如片剂、胶囊剂中，药物颗粒作为一个中间体，有些剂型如颗粒剂，药物颗粒作为终产品。为了保证产品质量和生产顺利进行，根据目的性不同，药物颗粒应当有适当的流动性，压缩成型性，粒径均匀性和药效成分分布均匀性。颗粒的粒径和水分是两个关键质量属性，可以间接地表征这些性能指标。因此，水分和粒径的检测，尤其是生产过程中的在线检测，就显得尤其重要，有助于实时反馈调节生产系统，提高产品质量和一致性。
[0003]目前，水分的常规检测方法有热风干燥法、真空干燥法、微波干燥法和红外干燥法。粒径的传统分析方法是筛分法。这些方法简单，精度较高，但却存在费时费力的缺点，不适用于在线或旁线的检测，很难实时地为生产系统提供反馈。此外，水分和粒径往往是独立地进行检测，导致检测工作量大、效率低下。目前，高光谱技术可以同时检测水分和粒径，但高光谱系统造价昂贵，体积较大，且扫描速度较慢，不利于工业现场的部署。多光谱成像技术是一种有潜力实现水分和粒径在线检测的技术，但目前还没有使用多光谱成像技术同时定量水分和粒径的研究。
[0004]常见的多光谱成像系统将卤素光信号分成若干个窄波段光束，然后照射到相应的硅基芯片上，从而获得不同光谱波段的多光谱图像。相比于高光谱系统，多光谱系统价格便宜，光学器件稳定，可以用于药物颗粒的实时检测。
[0005]中国专利CN110411907B、公告日2020
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22公告了一种植物叶片上亚微米颗粒物凝并效率测定方法、系统及介质，包括：颗粒物制备步骤：制备亚微米级颗粒物模拟大气颗粒物，粒径记为D0；模拟滞尘步骤：对植物叶片样品进行预处理，将预处理过的植物叶片样品放入连有气溶胶发生器的烟雾箱中，保持一定的亚微米级颗粒物浓度条件，使样品进行预设时长的滞尘和吸附。本专利技术较以往叶面颗粒物粒径测定方法，X射线显微镜的使用可以克服视野范围小、水溶性成分无法分离等缺陷，可实现高精度、更大视野的三维立体成像，结合软件可准确的得到叶片所有结构中每一个颗粒物的数据，做到观察更加直观、粒径计算更加科学可靠。上述专利中虽然可以测量颗粒物的粒径，但是无法在检测粒径的同时测量颗粒物的水分，导致检测工作量大、效率低下。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于，针对上述现有技术的不足，提出一种基于多目标优化和多光谱的水分和粒径同时检测的方法。
[0007]本专利技术提出一种基于多目标优化和多光谱的水分和粒径同时检测的方法，包括如下步骤：
S1：通过多光谱装置采集训练集中颗粒物的多个第一高光谱图像，并测得训练集中颗粒物的水分和粒径，所述多光谱装置包括相机和多个滤光片；S2：基于第一高光谱图像的光谱信号以及训练集中颗粒物的水分和粒径，使用偏最小二乘算法建立多光谱信号与水分和粒径之间的多元校正模型；S3：通过多光谱装置采集测试集药物颗粒的多个第二高光谱图像；S4：将第二高光谱图像的光谱信号输入多元校正模型获取测试集中药物颗粒的水分和粒径。
[0008]进一步地，步骤S1之前包括搭建多光谱装置，所述多光谱装置还包括光源、镜头、滤镜轮、用以控制相机曝光时间和滤镜轮转动的控制模块，所述滤镜轮上设有用以安装滤光片的安装孔。
[0009]进一步地，步骤S1中还包括：从多个第一高光谱图像的光谱信号中筛选出第一优化多光谱信号，基于该第一优化多光谱信号获取其对应的优化滤光片，并将多光谱装置上的所有滤光片更换为优化滤光片。
[0010]进一步地，基于优化滤光片的优化滤光片参数调整相机的曝光时间，使得每个波段下采集的灰度图像的灰度值保持一致。
[0011]进一步地，从多个第一高光谱图像中的光谱信号中筛选出第一优化多光谱信号，获取该第一优化多光谱信号对应的优化滤光片具体包括：通过高斯函数对第一高光谱图像的光谱信号过滤获取第一模拟光谱信号，通过多目标进化优化算法NSGA
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II对第一模拟多光谱信号优化获取第一优化多光谱信号，基于第一优化多光谱信号获取优化滤光片参数，基于优化滤光片参数获取其对应的优化滤光片。
[0012]进一步地，通过高斯函数对第一高光谱图像的光谱信号过滤获取第一模拟光谱信号具体包括：基于滤光片参数的中心波长CWL、峰值透过率PT和半高宽FWMH构造高斯滤波函数：，其中是光谱的波长，在高光谱光谱范围至内可以任意取值，是高斯滤波函数的标准差，与FWMH相关，；基于高斯滤波函数获取模拟多光谱信号：，其中为样品i的高光谱图像的光谱信号。
[0013]进一步地，多目标优化算法NSGA
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II对模拟多光谱信号筛选获取第一优化多光谱信号，所述第一优化多光谱信号满足约束：，其中表示备选的全部模拟多光谱信号，X表示筛选出的D个第一优化多光谱信号。
[0014]进一步地，基于第一优化多光谱信号获取优化滤光片参数具体包括：使用蒙特卡罗五折交叉验证法，在第一优化多光谱信号上得到水分的决定系数以及粒径的决定
系数的平均值；多目标优化算法NSGA
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II以和作为两个优化目标，目标函数为，多目标优化算法NSGA
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II对和同时进行优化获取水分和粒径的定量结果，根据定量结果获取优化滤光片参数。
[0015]进一步地，基于优化滤光片的优化滤光片参数调整相机的曝光时间，使得每个波段下采集的灰度图像的灰度值保持一致具体包括：设定每个波段下的图像平均灰度值为GV，调整每个波段下相机的曝光时间 ，使得每个波段下图像的平均灰度值均在以GV为中心的预设范围内。
[0016]进一步地，步骤S1中通过烘干失重法测定训练集中颗粒物的水分含量、通过激光衍射粒径仪测定训练集中颗粒物的粒径。
[0017]本专利技术的一种基于多目标优化和多光谱的水分和粒径同时检测的方法有以下有益效果：本申请的检测方法可以实现对测试集中药物颗粒的水分和粒径的同时检测，方便操作，检测效率较高；多光谱装置价格便宜，光学器件稳定，且体积小，有利于生产现场的在线或旁线部署。
附图说明
[0018]并入到说明书中并且构成说明书的一部分的附图示出了本专利技术的实施例，并且与描述一起用于解释本专利技术的原理。在这些附图中，类似的附图标记用于表示类似的要素。下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，而不是全部实施例。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，可以根据这些附图获得其他的附图。
[0019]图1为本专利技术实施例的一种基于多目标优化和多光谱的水分和粒径同时检测的方法中的流程示意图；图2为本专利技术实施例的一种基于多目标优化和多光谱的水分和粒径同时检测的方法中的多光谱装置的整体结构示意图；图3为本专利技术实施例的一种基于多目标优化和多光谱的水分和粒径同时检测的方法中的多光本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于多目标优化和多光谱的水分和粒径同时检测的方法，其特征在于，包括如下步骤：S1：通过多光谱装置采集训练集中颗粒物的多个第一高光谱图像，并测得训练集中颗粒物的水分和粒径，所述多光谱装置包括相机（2）和多个滤光片（401）；S2：基于第一高光谱图像的光谱信号以及训练集中颗粒物的水分和粒径，使用偏最小二乘算法建立多光谱信号与水分和粒径之间的多元校正模型；S3：通过多光谱装置采集测试集药物颗粒的多个第二高光谱图像；S4：将第二高光谱图像的光谱信号输入多元校正模型获取测试集中药物颗粒的水分和粒径。2.如权利要求1所述的基于多目标优化和多光谱的水分和粒径同时检测的方法，其特征在于：步骤S1之前包括搭建多光谱装置，所述多光谱装置还包括光源（1）、镜头（3）、滤镜轮（4）、用以控制相机（2）曝光时间和滤镜轮（4）转动的控制模块，所述滤镜轮（4）上设有用以安装滤光片（401）的安装孔。3.如权利要求1或2所述的基于多目标优化和多光谱的水分和粒径同时检测的方法，其特征在于，步骤S1中还包括：从多个第一高光谱图像的光谱信号中筛选出第一优化多光谱信号，基于该第一优化多光谱信号获取其对应的优化滤光片（401），并将多光谱装置上的所有滤光片（401）更换为优化滤光片（401）。4.如权利要求3所述的基于多目标优化和多光谱的水分和粒径同时检测的方法，其特征在于，基于优化滤光片（401）的优化滤光片（401）参数调整相机（2）的曝光时间，使得每个波段下采集的灰度图像的灰度值保持一致。5.如权利要求3所述的基于多目标优化和多光谱的水分和粒径同时检测的方法，其特征在于，从多个第一高光谱图像中的光谱信号中筛选出第一优化多光谱信号，获取该第一优化多光谱信号对应的优化滤光片（401）具体包括：通过高斯函数对第一高光谱图像的光谱信号过滤获取第一模拟光谱信号，通过多目标进化优化算法NSGA
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II对第一模拟多光谱信号优化获取第一优化多光谱信号，基于第一优化多光谱信号获取优化滤光片（401）参数，基于优化滤光片（401）参数获取其对应的优化滤...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱捷强，茹晨雷，胡罗克，文武，黄俊航，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：发明
国别省市：