一种物质检测数据库的数据添加方法、装置和检测设备与流程

本发明实施例涉及物质检测技术领域，例如涉及一种物质检测数据库的数据添加方法、装置和检测设备。

背景技术

近年来，物质检测设备的应用日趋广泛，例如安检中检测可疑物品、药监局检测药品成分、农药残留检测等。目前的检测设备中，通过光谱确认物质成分的方法由于能准确迅速的检测出物质成分，得到了广泛的应用。例如拉曼检测设备，通过获取物质的拉曼光谱，然后将所述光谱与预设数据库中的已知光谱进行对比，可以确定出物质的成分。

在研究现有技术的过程中，发明人发现相关技术中至少存在如下问题：在通过获取物质光谱检测物质成分的方法中，预设数据库的建立是关键因素，但是由于自然界的物质千千万万，再加上人工合成的物质，真实存在的物质数量庞大。将如此数量庞大的纯净物质及其对应的光谱加入预设数据库中是一个非常耗时耗力的工作。

技术实现要素：

本发明实施例的一个目的是提供一种物质检测数据库的数据添加方法、装置和检测设备，提供了用于物质检测的数据库扩充方法，节省扩充物质检测数据库的人力物力投入。

第一方面，本发明实施例提供了一种物质检测数据库的数据添加方法，所述方法应用于检测设备，所述方法包括：

获取物质的光谱信息以及所述物质的组分和比例；

如果所述物质为混合物质，且所述物质中的至少一个组分光谱信息未知，则基于所述物质获得关于所述物质中各组分光谱信息的方程；

如果通过所述方程获得所述物质中光谱信息未知的组分的光谱信息，则将该光谱信息及其对应的组分加入预设单物质数据库，所述预设单物质数据库存储有至少一种单物质以及所述单物质的光谱信息。

第二方面，本发明实施例还提供了一种物质检测数据库的数据添加装置，所述装置应用于检测设备，所述装置包括：

物质获取模块，用于获取物质的光谱信息以及所述物质的组分和比例；

方程获取模块，用于如果所述物质为混合物质，且所述物质中的至少一个组分光谱信息未知，则基于所述物质获得关于所述物质中各组分光谱信息的方程；

数据添加模块，用于如果通过所述方程获得所述物质中光谱信息未知的组分的光谱信息，则将该光谱信息及其对应的组分加入预设单物质数据库，所述预设单物质数据库存储有至少一种单物质以及所述单物质的光谱信息。

第三方面，本发明实施例还提供了一种检测设备，包括：

至少一个处理器；以及，

与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，

所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行上述的方法。

本发明实施例提供的物质检测数据库的数据添加方法、装置和检测设备，基于混合物质获得关于混合物质中各组分光谱信息的方程，然后通过求解方程获得各组分的光谱信息，并将获得的光谱信息加入预设单物质数据库，以扩充预设单物质数据库的数据。本发明实施例提供了一种新的扩充单物质数据库的方法，避免了寻找单物质及其光谱信息的工作，节省了人力、物力的投入。

附图说明

一个或多个实施例通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件表示为类似的元件，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。

图1a是本发明物质检测数据库的数据添加方法和装置的应用场景示意图；

图1b是本发明物质检测数据库的数据添加方法和装置的应用场景示意图；

图2是本发明实施例采用方程获得的物质理论光谱与物质标准光谱对比图；

图3是本发明物质检测数据库的数据添加方法的一个实施例的流程图；

图4是本发明物质检测数据库的数据添加方法的一个实施例的流程图；

图5是本发明物质检测数据库的数据添加装置的一个实施例的结构示意图；

图6是本发明物质检测数据库的数据添加装置的一个实施例的结构示意图；

图7是本发明物质检测数据库的数据添加装置的一个实施例的结构示意图；

图8是本发明实施例提供的检测设备的硬件结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供的物质检测数据库的数据添加方法和装置适用于图1a和图1b所示的应用场景。在图1a所示的应用场景中，包括待检测物质10、检测终端21和检测设备20，其中，检测终端21用于获得待检测物质10的光谱信息，然后将待检测物质10的光谱信息传送给检测设备20。检测设备20用于根据待检测物质10的光谱信息进行组成成分识别。检测终端21与检测设备20之间可以通过网络30互相通信，其中，网络30可以是例如家庭或公司的局域网，或一个特定网络等。检测终端21和检测设备20具有至少一个网络接口，与网络30建立通信连接。检测终端21可以是能获取物质光谱的拉曼光谱仪、红外光谱仪等。检测设备20可以是任何合适的、具有运算和存储功能的电子设备，包括云端服务器或者其他服务器等。

如图1b所示，检测设备20也可以将检测终端21的功能集成在检测设备20中，由检测设备20单独完成从待检测物质10获取待检测物质10的光谱信息，并通过该光谱信息获取待检测物质的成分。在其他应用场景中，还可以包括更多的待检测物质10、检测设备20以及检测终端21。

检测设备20预先设置预设单物质数据库(包括多个单物质及其对应的光谱信息)，当获取待检测物质10的光谱信息后，可以将该光谱信息与预设单物质数据库中的已知光谱信息进行对比，以确定出待检测物质10的成分组成。为提高检测的准确性，预设单物质数据库中需存储大量的单物质光谱信息。通过查找单物质并获取其对应的光谱信息的工作非常耗时耗力。而且往往很多物质都含有杂质，并非真正纯净的物质，将这类含有杂质的物质加入预设数据库也会影响识别结果的准确性。

如果能通过已知组分、比例和光谱信息的混合物质去反推获得其包含的组分的光谱信息，也可以构成扩充单物质数据库数据的一种途径。其中，混合物质是指由至少两种单物质按照一定比例混合在一起组成的物质，混合物质中包含的单物质称为混合物质的组分，各单物质占混合物质的占比，为单物质的比例。例如，一混合物质m由30％的a和70％的b组成，则a和b为该混合物质的组分，30％和70％分别为a和b的比例。

如果已知混合物m的光谱，由于混合物光谱信息与其组分光谱信息满足一定的等式关系，通过该关系可以求出其组分a和b的光谱信息。根据不同的实现方式，混合物光谱信息与其组分的光谱信息满足不同的等式。以拉曼光谱的一种实现为例，混合物光谱与其组分的光谱信息满足以下关系(以下以混合物包括单物质a和单物质b为例)：

xa*yan*ea+xb*ybn*eb＝(xa*ea+xb*eb)*ymn。(1)

其中，xa和xb分别为单物质a和单物质b在混合物质中所占的比例，ea和eb分别为单物质a和单物质b的活性系数，yan为在单物质a的光谱信息中横坐标n对应的纵坐标值、ybn为在单物质b的光谱信息中横坐标n对应的纵坐标值，ymn为在混合物质m的光谱信息中横坐标n对应的纵坐标值。其中，活性系数表征在完全相同环境条件下以固定功率固定波长照射物质，单位时间内每种物质的光谱强度。如果知道物质名称，则该物质的活性系数是确定的。作为已知混合物质，xa和xb也是确定的。

其中，光谱信息是与光谱曲线对应的一组数据，各物质的光谱信息可以取同一组横坐标值，各物质的光谱信息在同一横坐标值对应的纵坐标值不同。以下为某一物质的光谱信息示例，其中，每一组的第一个数字对应横坐标，第二个数字对应纵坐标。

1000.001219

……

4000.412633

5000.612320

6000.298450

……

19000.001028

20000.001232

由于混合物质m的光谱信息是已知的，如果单物质a和单物质b其中之一的光谱信息是已知的，则另一个单物质的光谱信息可求解。如果单物质a和单物质b的光谱信息都是未知的，则可以试着与其他包含单物质a和单物质b的光谱信息的方程组成多元方程，以求解方程中单物质的光谱信息。例如，可以与包含单物质a光谱信息和单物质b光谱信息但比例系数不同的方程组成二元一次方程组，或者与包含单物质b光谱信息和单物质c光谱信息的方程、以及包含单物质a光谱信息和单物质c光谱信息的方程组成三元一次方程组，等等。请参照图2，通过等式(1)获得的混合物49％正丙醇与51％乙醇的理论光谱曲线在每一个横坐标的纵坐标值均与该混合物的标准光谱相符。其中，图2中上面的曲线为混合物的标准光谱曲线，下面的曲线为根据公式(1)理论拟合获得的光谱曲线。

在其中一些实施例中，可以在检测设备20同时设置预设混合物质数据库，所述预设混合物质数据库中存储混合物质的名称、光谱信息、组分和比例，以及依据该混合物质的组分和比例获得的方程(例如式(1)所示的方程)。

当用户通过检测终端21获得某一物质的光谱信息时，如果用户知道该物质的组分和比例，可以将该物质的组分、比例和光谱信息等上传检测设备20。如果该物质为新的单物质，检测设备20可以将该单物质及其光谱信息加入预设单物质数据库。如果该物质为混合物质，则可以根据该混合物的组分、比例和光谱信息等建立方程式，求解混合物质中组分的光谱信息。该方程式有解的场合，将求解获得的单物质及其光谱信息加入预设单物质数据库。该方程式无解的场合，还可以将该方程式加入预设混合物质数据库，并与预设混合物质数据库中已经存在的方程式组成多元方程。以求解新的单物质的光谱信息。通过上述方法可以不断获得新的单物质的光谱信息，预设单物质数据库中的数据得到扩充，该方法简单有效，可以节省大量的人力和物力。

其中，在一些实施例中，可以在检测设备20本地数据库中存储物质的活性系数，通过查询本地数据库获得物质的活性系数。在其他实施例中，也可以通过网络访问云端服务器的数据库查询该活性系数。

需要说明的是，上述等式关系(1)仅是对混合物质光谱信息和组分光谱信息满足的等式关系的一种举例，在其他实现方式中，也可以采用不同的等式关系。

图3为本发明实施例提供的物质检测数据库的数据添加方法的流程示意图，所述方法可由图1a或图1b中的检测设备20执行，如图3所示，所述方法包括：

101：获取物质的光谱信息以及所述物质的组分和比例。

其中，物质的光谱信息以及组分和比例，可以由用户选择上传检测设备20。在检测终端21获取物质的光谱信息后，如果用户知晓物质的组分和构成比例，用户可以将该组分和构成比例输入以上传至检测设备20。

102：如果所述物质为混合物质，且所述物质中的至少一个组分光谱信息未知，则基于所述物质获得关于所述物质中各组分光谱信息的方程。

103：如果通过所述方程获得所述物质中光谱信息未知的组分的光谱信息，则将该光谱信息及其对应的组分加入预设单物质数据库，所述预设单物质数据库存储有至少一种单物质以及所述单物质的光谱信息。

如果物质是混合物质，则可以在预设单物质数据库中查询混合物质的每个组分是否都存在于预设单物质数据库中。如果各组分都存在于预设单物质数据库中，则说明该混合物质包含的各个单物质均为已知物质，不需要添加，可以直接中止流程，并可进一步提示用户。

如果该物质中有至少一个组分不存在于预设单物质数据库，即至少一个组分光谱信息未知，则基于该混合物质获得关于其各组分光谱信息的方程。在其中一些实施例中，可以基于混合物质中各组分的比例、活性系数以及混合物质的光谱信息建立方程。在另一些实施例中，也可以基于各组分的比例和其他参数获得关于各组分的光谱信息方程。在采用活性系数建立方程的实现方式中，其部分实施例满足以下等式关系，即等式两侧的多项式分别为：混合物质中各组分的比例、光谱纵坐标和活性系数的乘积之和，以及，第一多项式与所述混合物质的光谱纵坐标之积，所述第一多项式为所述混合物质中各组分比例、活性系数的乘积之和。式(1)示出了上述等式关系。

以式(1)所示的等式为例说明，假如混合物质为a％a+b％b+c％c，a+b+c＝100，则该混合物质与其组分的光谱信息满足以下方程式：

a％*yan*ea+b％*ybn*eb+c％*ycn*ec＝(a％*ea+b％*eb+c％*ec)*ymn。

其中，ea、eb、ec为已知量，ymn(ym1、ym2、…、ymn)为混合物质的光谱信息中一组横坐标值对应的纵坐标值，yan(ya1、ya2、…、yan)为组分a的光谱信息中同一组横坐标值对应的纵坐标值，ybn(yb1、yb2、…、ybn)为组分b的光谱信息中同一组横坐标值对应的纵坐标值,ycn(yc1、yc2、…、ycn)为组分c的光谱信息中同一组横坐标值对应的纵坐标值。因为各物质的光谱信息取同一组横坐标值(即yan、ybn、ycn和ymn的横坐标相同，其中，n为1,2，…)，因此只需获得纵坐标值即可以获得物质的光谱信息。

如果yan、ybn、ycn中有两个是已知的，则通过该方程可以求解获得该混合物质中光谱信息未知的组分的光谱信息，将求解获得的单物质的光谱信息加入预设单物质数据库。在本发明的另一些实施例中，请参照图4中的步骤209和210(步骤201-203与步骤101-103相同)，还可将获得的单物质的光谱信息代入预设混合物质数据库中其他包含该光谱信息未知量的方程中。例如，如果求解得到ybn，可以将ybn代入包含ybn和ydn的方程、包含ybn、ydn和yen的方程等。通过上述方程又可求解获得ydn和yen，如此循环反复，可以不断的获得新的单物质的光谱信息。求解完一元一次方程后，还可以再求解多元一次方程，直到不能再求解获得新的单物质的光谱信息。这个过程中获得的新的单物质的光谱信息均加入预设单物质数据库。在其中一些实施例中，还可以查看预设混合物质数据库中是否存在没有未知量的方程，如果有则将其删除，以释放存储空间。

如果yan、ybn、ycn中有至少两个是未知的(该实施例请参照图4中的步骤207-212)，则通过该方程无法求解获得该混合物质中光谱信息未知的组分的光谱信息，将上述方程式加入预设混合物质数据库中。并在预设混合物质数据库中搜寻是否存在可以求解的多元一次方程。例如，yan、ybn、ycn中ybn和ycn未知，预设混合物数据库中还包括另一个包含ybn和ycn的方程，则这两个方程可以组成二元一次方程。通过求解该二元一次方程，可以获得单物质b和单物质c的光谱信息，将单物质b和单物质c对应的光谱信息加入预设单物质数据库。求解出新的单物质光谱信息后，继续代入其他方程，循环反复，直到预设混合物质数据库中不再存在可以求解的一元一次方程或者多元一次方程。在其中一些实施例中，还可以查看预设混合物质数据库中是否存在没有未知量的方程，如果有则将其删除，以释放存储空间。

在本发明的一些实施例中，请参照图4中的步骤204-206，如果用户上传给检测设备20的物质为单物质，则检测设备20将该单物质及其对应的光谱信息加入预设单物质数据库。并将该物质的光谱信息代入预设混合物质数据库中包含该光谱信息未知量的方程，如果求解出新的光谱信息，再继续代入其他方程，如此循环反复，直到预设混合物质数据库中不再存在可以求解的方程或者方程组为止。在其中一些实施例中，还可以查看预设混合物质数据库中是否存在没有未知量的方程，如果有则将其删除，以释放存储空间。

本发明实施例提供的物质检测数据库的数据添加方法，基于混合物质获得关于混合物质中各组分光谱信息的方程，然后通过求解方程获得各组分的光谱信息，并将获得的光谱信息加入预设单物质数据库，以扩充预设单物质数据库的数据。提供了一种新的扩充单物质数据库的方法，避免了寻找单物质及其光谱信息的工作，节省了人力、物力的投入。而且该方法可以获得相对纯净的单物质，能提高利用预设单物质数据库识别光谱的准确性。

相应的，本发明实施例还提供了一种物质检测数据库的数据添加装置，所述物质检测数据库的数据添加装置用于图1a或图1b所示的检测设备20，如图5所示，物质检测数据库的数据添加装置500包括：

物质获取模块501，用于获取物质的光谱信息以及所述物质的组分和比例。

方程获取模块502，用于如果所述物质为混合物质，且所述物质中的至少一个组分光谱信息未知，则基于所述物质获得关于所述物质中各组分光谱信息的方程。

数据添加模块503，用于如果通过所述方程获得所述物质中光谱信息未知的组分的光谱信息，则将该光谱信息及其对应的组分加入预设单物质数据库，所述预设单物质数据库存储有至少一种单物质以及所述单物质的光谱信息。

本发明实施例提供的物质检测数据库的数据添加装置，基于混合物质获得关于混合物质中各组分光谱信息的方程，然后通过求解方程获得各组分的光谱信息，并将获得的光谱信息加入预设单物质数据库，以扩充预设单物质数据库的数据。提供了一种新的扩充单物质数据库的方法，避免了寻找单物质及其光谱信息的工作，节省了人力、物力的投入。而且该方法可以获得相对纯净的单物质，能提高利用预设单物质数据库识别光谱的准确性。

请参照图6，在物质检测数据库的数据添加装置500的一些实施例中，物质检测数据库的数据添加装置500还包括：

方程添加模504，用于如果通过所述方程不能获得所述物质中光谱信息未知的组分的光谱信息，则将所述方程加入预设混合物质数据库，所述预设混合物质数据库存储有至少一种混合物质、以及关于混合物质中各组分光谱信息的方程。

方程求解模块505，用于基于所述预设混合物质数据库中的至少两个方程获取光谱信息未知的组分的光谱信息。

第二数据添加模块506，用于如果通过方程求解模块获得光谱信息未知的组分的光谱信息，则将该光谱信息及其对应的组分加入所述预设单物质数据库。

请参照图7，在物质检测数据库的数据添加装置500的一些实施例中，物质检测数据库的数据添加装置500还包括：

方程代入模块507，用于将获得的光谱信息代入预设混合物质数据库中包含该光谱信息未知量的方程，以求解新的光谱信息；

第三数据添加模块508，用于将该新的光谱信息及其对应的单物质加入预设单物质数据库。

请参照图7，在物质检测数据库的数据添加装置500的一些实施例中，物质检测数据库的数据添加装置500还包括：

第四数据添加模块509，用于如果所述物质为单物质，将所述物质及其对应的光谱信息加入所述预设单物质数据库；

第二方程代入模块510，用于将所述物质的光谱信息代入预设混合物质数据库中包含该光谱信息未知量的方程，并基于预设混合物质数据库中的方程求解新的光谱信息；

第五数据添加模块511，用于将所述新的光谱信息及其对应的单物质加入所述预设单物质数据库。

在物质检测数据库的数据添加装置500的一些实施例中，方程获取模块502具体用于：

获取所述物质中各组分的活性系数；

基于所述物质的光谱信息、所述物质中各组分的比例和活性系数，获得关于所述物质中各组分光谱信息的方程。

在物质检测数据库的数据添加装置500的一些实施例中，所述方程等式两侧的多项式分别为：

混合物质中各组分的比例、光谱纵坐标和活性系数的乘积之和，以及，

第一多项式与所述混合物质的光谱纵坐标之积，所述第一多项式为所述混合物质中各组分比例、活性系数的乘积之和。

请参照图7，在物质检测数据库的数据添加装置500的一些实施例中，物质检测数据库的数据添加装置500还包括：

删除模块512，用于删除预设混合物质数据库中不包含未知光谱信息的方程。

需要说明的是，上述物质检测数据库的数据添加装置可执行本发明实施例所提供的物质检测数据库的数据添加方法，具备执行方法相应的功能模块和有益效果。未在物质检测数据库的数据添加装置实施例中详尽描述的技术细节，可参见本发明实施例所提供的物质检测数据库的数据添加方法。

图8是本发明实施例提供的检测设备20的硬件结构示意图，如图8所示，该检测设备20包括：

一个或多个处理器21以及存储器12，图8中以一个处理器21为例。

处理器21和存储器22可以通过总线或者其他方式连接，图8中以通过总线连接为例。

存储器22作为一种非易失性计算机可读存储介质，可用于存储非易失性软件程序、非易失性计算机可执行程序以及模块，如本发明实施例中的物质检测数据库的数据添加方法对应的程序指令/模块(例如，附图5所示的物质获取模块501、方程获取模块502和数据添加模块503)。处理器21通过运行存储在存储器22中的非易失性软件程序、指令以及模块，从而执行检测设备的各种功能应用以及数据处理，即实现上述方法实施例的物质检测数据库的数据添加方法。

存储器22可以包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需要的应用程序；存储数据区可存储根据物质检测数据库的数据添加装置的使用所创建的数据等。此外，存储器22可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非易失性固态存储器件。在一些实施例中，存储器22可选包括相对于处理器21远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至物质检测数据库的数据添加装置。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。

所述一个或者多个模块存储在所述存储器22中，当被所述一个或者多个处理器21执行时，执行上述任意方法实施例中的物质检测数据库的数据添加方法，例如，执行以上描述的图3中的方法步骤101至步骤103，图4中的方法步骤201至步骤212；实现图5中的模块501-503、图6中的模块501-506、图7中模块501-512的功能。

上述产品可执行本发明实施例所提供的方法，具备执行方法相应的功能模块和有益效果。未在本实施例中详尽描述的技术细节，可参见本发明实施例所提供的方法。

本发明实施例提供了一种非易失性计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机可执行指令，该计算机可执行指令被一个或多个处理器执行，例如图8中的一个处理器21，可使得上述一个或多个处理器可执行上述任意方法实施例中的物质检测数据库的数据添加方法，例如，执行以上描述的图3中的方法步骤101至步骤103，图4中的方法步骤201至步骤212；实现图5中的模块501-503、图6中的模块501-506、图7中模块501-512的功能。

以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。

通过以上的实施方式的描述，本领域普通技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(read-onlymemory,rom)或随机存储记忆体(randomaccessmemory,ram)等。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；在本发明的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本发明的不同方面的许多其它变化，为了简明，它们没有在细节中提供；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。