高光谱检测复杂混合溶液的MonteCarlo仿真研究#李刚1，熊婵1，李家星1,3，林凌1，佟颖2，张宝菊2*****（1.精密测试技术及仪器国家实验室，天津大学，天津，300072；2.天津师范大学物理与电子信息学院，天津，300387；3.海洋科学与工程学院，天津科技大学，天津，300457）摘要：为了克服传统光谱检测复杂混合溶液的分析方法中光谱重叠严重、信噪比低的缺点本文提出将高光谱法引入复杂混合溶液的检测。因为高光谱法可以利用多模式光子所携带的被测物质多种光学性质的信息进行溶液成分含量分析，与传统光谱检测方法仅利用被测物质单一吸收特性的变化相比，高光谱法同时还可利用空间信息增加光谱信号的信噪比，提高建模精度和可靠性。为了验证高光谱检测复杂混合溶液的可行性，文中利用MonteCarlo模拟了脂肪乳Intralipid-墨水Ink模型在650nm-1100nm范围内漫反射光强的分布情况，得到了复杂混合溶液的漫反射光强分布随波长变化有明显区别的现象，证明了高光谱法能够同时利用被测物质多种光学特性（如吸收、散射、各向异性因子）随波长变化的关系提高光谱信号的信噪比，有望显著增强对复杂混合溶液成分的分析能力。关键词：复杂混合溶液；高光谱；漫反射；蒙特卡罗仿真；成分分析：R318.51MonteCarloSimulationoftheDeterminationoftheComplexMixedSolutionwithHyperspectralTechniqueLIGang1,XIONGChan1,LI激axing1,3,LINLing1,TONGYin2,ZHANGBao-ju2(1.StateKeyLaboratoryofPrecisionMeasurementTechnologyandInstruments,Tian激nUniversity,Tian激n300072;2.CollegeofPhysicsElectronicInformation，Tian激nNormalUniversity，Tian激n300387;3.2.CollegeofMarineScienceandEngineering,Tian激nUniversityofScienceTechnology,Tian激n,300457)Abstract:Inordertoovercomethedefectsofoverlappingspectrumandlowsignal-to-noiseratiointheanalysisofthecomplexmixedsolutionwiththetraditionalspectralmethod,weintroducehyperspectraltechniquetocomplexmixedsolutioninthis.Thehyperspectraltechniquecanusetheinformationoftheanalytescarryingbymulti-modephotonstoanalyzethesolution.Comparedwiththetraditionalmethodsonlyusetheabsorptioncharacteristicsforanalysis,thehyperspectraltechniquealsousethespaceinformationtoincreasethespectralsignal-to-noiseratioandtoimprovethemodelingaccuracyandreliability.Toverifythefeasibilityoftheanalysisofcomplexmixedsolutionwithhyperspectraltechnique,wetakeMonteCarlosimulationtosimulatethedistributionofthediffuselightoftheIntralipid-Inkmodelattherangeof650nm-1100nm,thedistributionofthediffuselightofthecomplexmixedsolutionisobviouslydifferentatdifferentwavelengths.Itisprovedthatthehyperspectraltechniquecanusecharacteristicchangeswiththewavelengthsoftheanalyte,andgreatlyimprovedthesignaltonoiseratio,ithasthepotentialtosignificantlyenhancetheabilityofthecomponentanalysisofcomplexmixedsolution.Keywords:ComplexMixedSolution;hyperspectral;diffusereflection;MonteCarloSimulation;componentanalysis0引言复杂混合溶液的检测涉及食品、医药、环保、农业等众多领域，其应用不仅关系到相#基金项目：国家自然科学基金（No.60174032），天津市应用基础及前沿技术研究计划（10JCYBJC00400,11JC政法JC17100）*作者简介：李刚（1959-），男，江西人，天津大学精仪学院教授研究方向生物医学信号检测与处理*通信联系人：张宝菊女出生年月1968.4职称教授研究方向信号与信息处理、数字视频技术、多媒体计算机应用.E-mail:zhangbj@1635101520253035405应的工农业产品的品质与生产效率，还往往是关系到“国计民生”，如食品安全等的重大问题。现代工农业生产需要快速、无损、可在线分析的检测技术，用于监控和检测工农业产品以确保稳定的产品质量和食品、药品等的安全。常用的光学检测方法多种多样，已有很多成功应用于溶液检测的实例，如：液相色谱法质谱法用于检测农药残留量[1]、旋光法用于糖浓...