一种基于多模态光谱血液识别的进样装置的制作方法

本发明涉及一种基于多模态光谱血液识别的进样装置，配合多模态光谱血液样品非接触式快速识别装备使用，进行人或动物的血液快速识别，为海关检测提供便利。

背景技术：

在我国海关法律中，对于血液样品的进出口都有严格规定，以控制血液样品的进出口。由于传统的血液检测方法需要通过化学试剂对血液进行分析检测，需要耗费大量资金与时间成本，而且在检测过程中需要对血样进行取样，一定程度的破坏了血液样品的保存环境。

因此，亟需一种能够非接触的方式更加快速、便捷的对血液进行识别的方法。

根据物质的光谱来鉴别物质及确定它的化学组成和相对含量的方法叫光谱分析，其优点是灵敏，迅速。目前，国内外现有的光谱分析方法主要可归为两类：即透射光谱和反射光谱。反射光谱法基本原理是利用红外光谱仪采集光入射血液后产生的漫反射光，利用分光装置或者光谱仪测量而得的光谱。而透射光谱则是检测透过待测样本的光强，分析被吸收的光谱成分，从而对血液成分进行定性研究。

可见，同时对血液的透射光谱与反射光谱进行检测分析，将有效提高血液识别的能力，因此，研发一种能同时检测投射光谱与反射光谱的载样装置对血液成分识别具有重要价值。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题在于提供一种基于多模态光谱血液识别的进样装置。本申请提供一种全新的血液多模态（多维漫透漫反）光谱特性的进样装置和检测仪器，可用于非接触式快速识别人及常见常用动物不同状态血液样品。该技术包含被测物质多种光学特性的影响，既能测量到血液中细胞形态上的区别也能测量到血液成分的区别。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：

一种基于多模态光谱血液识别的进样装置，包括载样底座、遮光罩与挡板。

优选的，所述载样底座顶部开设有内腔，所述内腔中用于放置和固定盛有待检测的动物或人的血液的抗凝管，抗凝管可以保证血液在检测过程中不凝固；所述载样底座侧壁上设置有进光口，所述进光口用于导入光源发出的入射光线；载样底座上与所述进光口相对的侧壁上设置有透射出光口，当入射光线从进光口进入时，可以用光谱仪从所述透射出光口检测透过血液的光谱强度；载样底座上与所述进光口同侧的侧壁上设置有反射出光口，当入射光线从进光口进入时，可以用光谱仪从所述反射出光口检测血液反射的光谱强度。

优选的，所述遮光罩为活动遮光罩，所述遮光罩能够封闭所述内腔开口。

优选的，所述内腔包括有相互连通的第一腔体和第二腔体，两者同轴连通，所述第一腔体位于所述第二腔体的上部，且第一腔体的口径大于所述第二腔体的口径，同时，所述第一腔体的高度小于第二腔体的高度。

优选的，所述遮光罩的外径略小于所述第一腔体的口径且大于所述第二腔体的口径，使得所述遮光罩扣合插入到第一腔体中。

优选的，所述遮光罩包括有相互连通的第三腔体和第四腔体，两者内径相等且同轴无缝连通，所述第三腔体的外径小于第四腔体的外径，所述第三腔体的外径略小于所述第一腔体的口径且大于所述第二腔体的口径，所述第四腔体的外径大于所述第一腔体的口径，同时，所述第三腔体的高度等于所述第一腔体的高度。

优选的，所述透射出光口的面积大于光谱仪入射端的大小，以使得所述透射出光口处留有一定的冗余，可供出射光线上下调节，以采集不同位置处的透射光强。

优选的，挡板上设置有孔，所述挡板装配于所述透射出光口的外侧，并覆盖透射出光口，所述挡板通过位移机构能够在所述载样底座上透射出光口侧壁上上下左右移动。

一种基于多模态光谱血液识别的检测系统，包括：光源、进样装置、反射出光口处的第一光谱仪和透射出光口处的第二光谱仪。

优选的，所述光源的出光口与所述进样装置的进光口相连接，所述第一光谱仪的入射端与所述进样装置的反射出光口相连接，所述第二光谱仪的入射端与所述进样装置的所述透射出光口处的孔相连接。

优选的，所述光源为超连续谱激光光源。

优选的，所述第一光谱仪为可见光纤光谱仪。

优选的，所述第二光谱仪为近红外光纤光谱仪。

优选的，所述第一光谱仪上设置有电动微位移平台，所述电动微位移平台包括有移动端，所述移动端能够保证第二光谱仪的输入端配合所述孔的移动。

优选的，所述移动端可以与所述位移机构由控制机构同时逻辑控制，以保证所述第二光谱仪与所述孔实现精准的同步移动。

本申请提出的多模态超光谱检测进样装置和检测装置是针对现有光谱技术而言的，它集合了血液中成分和浓度信息的所有的可能有用的信息，来帮助建模分析。而现有光谱技术没有充分考虑复杂混合溶液中光的散射现象，检测数据所携带的信息不足。目前我们所做的多维多模式超光谱检测技术包含了样本不同检测位置的信息和不同波长的信息，光谱范围覆盖可见光和近红外范围(300-2500nm)。通过采集样本多维漫反射和漫透射光谱信号，能够有效的提高光谱信噪比，与传统光谱技术仅利用吸光度或反射率等单一光学性质的方法相比，多维多模式超光谱方法考虑了被测物质多种光学特性的影响，提高了光谱数据建模的精度和可靠性，有望显著增强对样本信息的分析能力，实现对血液样品种属非接触快速识别。

本申请的全新的血液多模态（漫透漫反）光谱特性的检测仪器，于完全密闭的血液样品，融合漫透射光谱技术和漫反射光谱技术来实现对血液样品种属的快速识别。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。本发明的具体实施方式由以下实施例及其附图详细给出。本发明多处仅仅对做出改进的部分进行描述，而其他未说明部分可以借助本领域的现有技术实现，亦即未说明部分通过现有技术实现，在此不进行详细说明。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明载样底座剖面图。

图2为本发明遮光罩剖面图。

图3为本发明挡板剖面图。

其中：a-载样底座；b-遮光罩；c-挡板；1-内腔；1a-第一腔体；1b-第二腔体；2-进光口；3-反射出光口；4-透射出光口；5-第三腔体；6-第四腔体；7-孔。

具体实施方式

本发明提出一种多模态光谱的血液识别进样装置，并在此基础上搭建一套基于多模态光谱的血液识别系统，采集利用超连续激光光源照射同一位置下不同血液样本的不同位置的输出近红外光光谱和可见光谱，可用于非接触式快速识别人及常见常用动物不同状态血液样品。利用该技术采集的光谱包含了被测物质多种光学特性的影响，既能测量到血液中细胞形态上的区别也能测量到血液成分的区别。系统搭建完成后，本申请进一步提出了一种基于该系统的血液识别的方法。

下面结合附图和实施例对本发明的技术实施过程做进一步说明。

实施例一

基于多模态光谱血液识别的进样装置，包括载样底座（a），遮光罩（b）与挡板（c）。载样底座顶部设置有内腔（1），内腔（1）内部可以放置并固定血液抗凝管，用于放置待检测的动物或人的血液，抗凝管可以保证血液在检测过程中不凝固。载样底座（a）具有一个进光口（2），用于光源的导入；根据不同的光源，可以提供不同波段的光谱检测。载样底座具有一个透射出光口（4），该出光口在上述进光口（2）的对侧，当有光源从进光口（2）进入时，可以用光谱仪从该出光口（4）检测透过血液的光谱强度。载样底座具有一个反射出光口（3），该出光口（3）在上述进光口（2）的同侧，当有光源从进光口（2）进入时，可以用光谱仪从该出光口（3）检测血液反射的光谱强度。

遮光罩（b）可以自由取下，遮光罩（b）具有屏蔽外界光线的作用，可以保障在检测过程中，光谱仪不受外界光的影响。挡板（c）装配于载样底座透射出光口的外侧，可根据需要进行上下移动。

实施例二：

在实施例一的基础上，所述内腔（1）包括有相互连通的第一腔体（1a）和第二腔体（1b），两者同轴连通，所述第一腔体（1a）位于所述第二腔体（1b）的上部，且第一腔体（1a）的口径大于所述第二腔体（1b）的口径，同时，所述第一腔体（1a）的高度小于第二腔体（1b）的高度。

所述遮光罩的外径略小于所述第一腔体（1a）的口径且大于所述第二腔体（1b）的口径，能够使得所述遮光罩耦合插入到第一腔体（1a）中，以避免外界光线通过所述遮光罩和所述内腔接触的边缘进入内腔影响测量结果。

优选的，所述遮光罩包括有相互连通的第三腔体（5）和第四腔体（6），两者内径相等且同轴无缝连通，所述第三腔体（5）的外径小于第四腔体（6）的外径，所述第三腔体（5）的外径略小于所述第一腔体（1a）的口径且大于所述第二腔体（1b）的口径，所述第四腔体（6）的外径大于所述第一腔体（1a）的口径，同时，所述第三腔体（5）的高度等于所述第一腔体（1a）的高度。以更好的遮光。

实施例三：

在上述实施例的基础上，所述透射出光口（4）的口径大于光谱仪入射端的大小，以使得该出光口（4）留出一定的冗余，可供出射光线上下调节，以采集不同位置处的透射光强，保证测量结果的准确性。

实施例四：

在上述实施例的基础上，挡板（c）上设置有孔（7），孔（7）的口径与光谱仪入射端相等，挡板（c）面积大于透射出光口（4）的面积，挡板（c）装配于透射出光口（4）的外侧，并覆盖透射出光口（4）。同时，挡板（c）能够通过位移机构（未图示）在载样底座（a）上透射出光口（4）侧面上下左右移动。以避免因透射出光口（4）过大而使测量结果收到外界光的影响，保证测量结果的准确性。

其中位移机构为在挡板周边不间断设置的磁条，通过磁条与透射出光口（4）侧面的吸引力实现挡板（c）在透射出光口（4）侧面上的自由移动。

可替代的，所述位移机构还可以为在挡板上设置的刺毛结构和设置在所述透射出光口（4）侧面上毛圈结构，通过构成的类似魔术贴的结构实现挡板（c）在透射出光口（4）侧面上的自由移动。

可替代的，所述位移机构还可以为电动微位移机构，所述机构通过与控制机构（如：电脑、cpu或单片机）进行通信，通过对挡板移动路线的提前设置，实现测量点位的逻辑控制，同时，还通过与控制机构（如：电脑、cpu或单片机）进行通信，实现挡板（c）上孔（7）与光谱仪入射端的同步移动。

实施例五：

在上述实施例的基础上，基于上述的基于多模态光谱血液识别的进样装置搭建一种基于多模态光谱血液识别的检测系统。

一种基于多模态光谱血液识别的检测系统，包括：光源、进样装置、反射出光口（3）处的第一光谱仪和透射出光口（4）处的第二光谱仪。

将所述光源的出光口与所述进样装置的进光口（2）相连接，所述第一光谱仪的入射端与所述进样装置的反射出光口（3）相连接，所述第二光谱仪的入射端与所述进样装置的所述透射出光口（4）处的孔（7）相连接。

优选的，所述光源为超连续谱激光光源，所述第一光谱仪为可见光纤光谱仪，所述第二光谱仪为近红外光纤光谱仪。

优选的，所述第一光谱仪上设置有电动微位移平台，所述电动微位移平台包括有移动端，所述移动端能够保证第二光谱仪的输入端配合所述孔（7）的移动。

优选的，所述移动端可以与所述位移机构由控制机构同时逻辑控制，以保证所述第二光谱仪与所述孔（7）实现精准的同步移动。

实施例六：

在上述实施例的基础上，利用上述基于多模态光谱血液识别的进样装置或者检测系统进行血液识别的方法，包括如下步骤，

（1）获得目标血样组，目标血样组中包括有多个血液样本；

（2）将各个血液样本依次放置于血液抗凝管中，避免血液凝固；

（3）将一个血液抗凝管放置并固定于载样底座（a）的内腔（1）中，选择合适的超连续谱激光光源照射样品通过所述反射出光口（3）处的可见光纤光谱仪和所述透射出光口（4）处的近红外光纤光谱仪分别得到血液样品的可见光谱和近红外光谱；

（4）依次将所有的血液抗凝管通过进样装置测量完毕，获取数据的同时采用正则化方法对数据进行预处理；

（5）组织数据：将每个血样的光谱串联成一条一维数组，那么多个样本的光谱数据并列在一起，就可以组成二维数组，该二维数组的两个维度分别是，光谱波长和样本编号；

（6）分组数据：将血样光谱数据分成组，每组都包含大约个血样光谱数据，各组的血样数量不必完全相同，但是不应相差1.5倍及以上的数量，分组采用分层分组的方式，使得每一组中都包含全部物种类别的血样光谱数据。此外，分组时要考虑光谱数据采集批次，使得不同分组中尽量不包含相同采集批次的血样光谱数据；

（7）迭代循环：

7.1对于组数据集中的每一组数据集进行操作：将第组数据集中的个样本随机分层分割为9：1，这个比例称为基准样本分割比例，其中包含样本数量较多的部分作为训练集，较少的部分作为测试集；

7.2对于组数据集，从第1组数据集到第组数据集进行如下操作：

1）用流式训练法在第组训练集上训练出一个识别预测模型。其中的流式训练法为：降维滤波方法à模式识别方法。其中降维滤波方法可以包括但不限于：小波分析，主成分分析，随机投影。其中模式识别方法可以包括但不限于：人工神经网络，决策树，支持向量机，贝叶斯分类器，聚类法；

2）用对其余的组数据中的测试集进行预测，得到个识别率，用表示对第组数据的测试集进行预测的识别率；

3）找到中的最小值，随机交换第组训练集和第组训练集中个血样光谱数据，的取值可以设置为每组训练集数量的5%-15%；

7.3重复步骤7.2进行迭代循环，直到满足条件：（1）步骤2重复了次，的取值可以设置为10到100范围内的数值，或者（2）所有的都大于，的取值可以根据需要确定，例如0.8或者更高；

（8）识别判断：经过步骤（7）的迭代处理，得到了个预测模型，在识别判断一个未知来源的血样物种类别时，可以让每一个预测模型都对该血样的物种给出一个判断，然后将这个判断进行综合，得出最终的判断。其中综合的方法包括但不限于：投票法；加权投票法（权值根据各个模型的确定）；如果每个模型的输出结果是概率值，可以求概率的平均值。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。