【技术实现步骤摘要】
本申请涉及光谱分析，具体涉及一种全氟辛烷磺酸快速检测方法。
技术介绍
1、全氟辛烷磺酸（pfos）是一种重要的化工产物，属于烷基磺酸类，是一种由全氟化酸性硫酸基酸中完全氟化的阴离子组成的人造化学物质，同时具有疏油，疏水特性在工业生产和日常生活中都存在着广泛的应用。然而由于全氟辛烷磺酸持久性较强，分解困难，容易在生物体内累计从而导致中毒，且对自然环境和生态系统存在潜在危害。因此我国在2019年已经禁止了全氟辛烷磺酸除特殊用途外的生产，流通和使用。因此实现全氟辛烷磺酸的快速检测对可以更有效地管理和应对这一化学物质的潜在风险。
2、高光谱成像技术在化学物质检测中具有很高的灵敏度和分辨率，但是在使用高光谱图对全氟辛烷磺酸进行检测时，其他具有相似的全氟碳链结构的物质如全氟辛烷酰胺（pfsa），会在高光谱图像中表现出类似的特征，可能会出现难以区分的情况。
技术实现思路
1、为了解决上述技术问题，本专利技术提供一种全氟辛烷磺酸快速检测方法，以解决现有的问题。
2、本专利技术的一种全氟辛烷磺酸快速检测方法采用如下技术方案：
3、本专利技术一个实施例提供了一种全氟辛烷磺酸快速检测方法，该方法包括以下步骤：
4、获取高光谱参考图像、高光谱检测图像以及所有像元的光谱数据序列；
5、根据高光谱参考图像所有像元的光谱数据序列的分布特征获取参考光谱；
6、对于高光谱检测图像，基于全氟辛烷磺酸与相似全氟碳链结构的波长特征预设第一波长段、第二
7、根据参考光谱在第二波长段的数据特征结合奇异谱分析获取参考光谱的去噪光谱序列；根据参考光谱的去噪光谱序列的数据变化特征获取参考光谱的去噪光谱序列各元素的趋势值；采用与参考光谱的去噪光谱序列各元素的趋势值的计算方法，获取各高光谱像元的光谱数据序列的去噪光谱序列各元素的趋势值；根据参考光谱与各高光谱像元的光谱数据序列的去噪光谱序列各元素趋势值的差异特征获取参考光谱与各高光谱像元的光谱数据序列的光谱数据形状相似系数；根据参考光谱与各高光谱像元的光谱数据序列的光谱数据形状相似系数获取各高光谱像元的光谱数据序列和参考光谱的相似程度；
8、根据各高光谱像元的光谱数据序列和参考光谱的相似程度获取各像元的全氟辛烷磺酸置信度，完成全氟辛烷磺酸的检测。
9、优选的，所述根据高光谱参考图像所有像元的光谱数据序列的分布特征获取参考光谱，包括：
10、对于高光谱参考图像，计算所有像元的光谱数据序列对应元素的平均值组成高光谱参考图像的平均值序列；计算各像元的光谱数据序列与所述平均值序列对应元素的差值绝对值，组成各像元的距离序列；
11、采用k-means聚类算法基于所述距离序列对高光谱参考图像的所有像元进行聚类，获得k个聚类簇；将像元数量最多的聚类簇作为第一聚类簇；计算第一聚类簇中所有像元的光谱数据序列对应元素的平均值组成参考光谱。
12、优选的，所述参考光谱与各像元的光谱数据序列之间的相似性，具体为：
13、对于各像元，分别获取全氟辛烷磺酸的参考光谱、像元在各波长段对应的光谱数据序列之间的dtw距离；计算全氟辛烷磺酸的参考光谱、像元在各波长段所有对应的光谱数据之间的差值绝对值的和值；将所述dtw距离与所述和值进行相加的结果作为参考光谱与像元在各波长段对应的光谱数据序列之间的相似性。
14、优选的，所述光谱关心系数，具体为：
15、计算全氟辛烷磺酸的参考光谱、各像元在第一波长段、第三波长段对应的光谱数据序列之间的相似性的和值；将所述和值的相反数作为以自然常数为底数的指数函数的指数；将所述指数函数的计算结果作为各高光谱像元的光谱关心指数。
16、优选的，所述根据参考光谱在第二波长段的数据特征结合奇异谱分析获取参考光谱的去噪光谱序列，具体为：
17、获取参考光谱在第二波长段的光谱数据序列；将所述光谱数据序列作为奇异谱分解的输入；奇异谱分解的输出为参考光谱在第二波长段的去噪光谱序列。
18、优选的，所述根据参考光谱的去噪光谱序列的数据变化特征获取参考光谱的去噪光谱序列各元素的趋势值，具体为：
19、对于参考光谱的去噪光谱序列各元素，若各元素大于各元素的后一元素，则将-1作为各元素的趋势值；若各元素等于各元素的后一元素，则将0作为各元素的趋势值；若各元素小于各元素的后一元素，则将1作为各元素的趋势值。
20、优选的，所述光谱数据形状相似系数，表达式为：
21、
22、式中，表示和光谱数据形状相似系数，表示去噪光谱数据序列第个光谱数据的趋势值，表示去噪光谱数据序列的第i个元素，表示去噪光谱数据序列的第i个元素，n表示光谱数据序列的光的波长位于第二波长段的数据个数，、分别表示光谱数据序列、的第i个光谱数据，、分别表示高光谱像元a、全氟辛烷磺酸的参考光谱在第二波长段中的光谱数据序列，表示第二波长段。
23、优选的，所述各高光谱像元的光谱数据序列和参考光谱的相似程度，表达式为：
24、
25、式中，表示高光谱像元a的光谱数据序列和参考光谱的相似程度，表示高光谱像元a的光谱关心系数，t表示光谱数据序列的元素个数，表示高光谱像元a的光谱数据序列的第i个光谱数据，表示全氟辛烷磺酸的参考光谱p的第i个光谱数据，scale表示光谱形状相似系数缩放系数，表示和光谱数据形状相似系数，、分别表示高光谱像元a、全氟辛烷磺酸的参考光谱在第二波长段中的光谱数据序列，表示第二波长段。
26、优选的，所述光谱形状相似系数缩放系数为所有波长段对应数据个数与第二波长段对应数据个数的比值。
27、优选的，所述根据各高光谱像元的光谱数据序列和参考光谱的相似程度获取各像元的全氟辛烷磺酸置信度，完成全氟辛烷磺酸的检测，包括：
28、预设置信因子；计算各高光谱像元的光谱数据序列和参考光谱的相似程度与置信因子的乘积的相反数；将所述相反数作为以自然常数为底数的指数函数的指数；将所述指数函数的计算结果作为各像元的全氟辛烷磺酸置信度；
29、将高光谱检测图像所有像元的全氟辛烷磺酸置信度作为输入，采用大津法获取置信阈值；将全氟辛烷磺酸置信度大于所述置信阈值的像元所代表的物质判断为全氟辛烷磺酸。
30、本专利技术至少具有如下有益效果：
31、本专利技术通过全氟辛烷磺酸的高光谱图像，使用k-means聚类提取出全氟辛烷磺酸的光谱特征，使得提取出的全氟辛烷磺酸特征更加准确；根据全氟辛烷磺酸与全氟辛基磺酰胺的官能团的不同，确定不同官能团的光谱吸收峰，进而构建光谱关心系数，表示光谱数据与全氟辛烷磺酸光谱的部分相似性本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种全氟辛烷磺酸快速检测方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的一种全氟辛烷磺酸快速检测方法，其特征在于，所述根据高光谱参考图像所有像元的光谱数据序列的分布特征获取参考光谱，包括：
3.如权利要求1所述的一种全氟辛烷磺酸快速检测方法，其特征在于，所述参考光谱与各像元的光谱数据序列之间的相似性，具体为：
4.如权利要求3所述的一种全氟辛烷磺酸快速检测方法，其特征在于，所述光谱关心系数，具体为：
5.如权利要求1所述的一种全氟辛烷磺酸快速检测方法，其特征在于，所述根据参考光谱在第二波长段的数据特征结合奇异谱分析获取参考光谱的去噪光谱序列，具体为：
6.如权利要求1所述的一种全氟辛烷磺酸快速检测方法，其特征在于，所述根据参考光谱的去噪光谱序列的数据变化特征获取参考光谱的去噪光谱序列各元素的趋势值，具体为：
7.如权利要求1所述的一种全氟辛烷磺酸快速检测方法，其特征在于，所述光谱数据形状相似系数，表达式为：
8.如权利要求7所述的一种全氟辛烷磺酸快速检测方法，其特征在于，所述各高
9.如权利要求1所述的一种全氟辛烷磺酸快速检测方法，其特征在于，所述光谱形状相似系数缩放系数为所有波长段对应数据个数与第二波长段对应数据个数的比值。
10.如权利要求1所述的一种全氟辛烷磺酸快速检测方法，其特征在于，所述根据各高光谱像元的光谱数据序列和参考光谱的相似程度获取各像元的全氟辛烷磺酸置信度，完成全氟辛烷磺酸的检测，包括：
...【技术特征摘要】
1.一种全氟辛烷磺酸快速检测方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的一种全氟辛烷磺酸快速检测方法，其特征在于，所述根据高光谱参考图像所有像元的光谱数据序列的分布特征获取参考光谱，包括：
3.如权利要求1所述的一种全氟辛烷磺酸快速检测方法，其特征在于，所述参考光谱与各像元的光谱数据序列之间的相似性，具体为：
4.如权利要求3所述的一种全氟辛烷磺酸快速检测方法，其特征在于，所述光谱关心系数，具体为：
5.如权利要求1所述的一种全氟辛烷磺酸快速检测方法，其特征在于，所述根据参考光谱在第二波长段的数据特征结合奇异谱分析获取参考光谱的去噪光谱序列，具体为：
6.如权利要求1所述的一种全氟辛烷磺酸快速检测方法，其特征在于，所述...
【专利技术属性】
技术研发人员：周洋，秦小迪，于云江，董光辉，吉贵祥，韩雅静，刘汝青，向明灯，
申请(专利权)人：生态环境部华南环境科学研究所生态环境部生态环境应急研究所，
类型：发明
国别省市：
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