基于支持向量机的中药太赫兹光谱鉴别

《基于支持向量机的中药太赫兹光谱鉴别》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、万方数据第29卷，第9期209年9月光谱学与光谱分析SpectroscopyandSpectralAnalysisV01．29，No．9，pp2346—2350September，2009基于支持向量机的中药太赫兹光谱鉴别陈艳江，刘艳艳，赵国忠，王卫宁，李福利‘首都师范大学物理系．北京100048摘要文章将支持向量机用于中药材太赫兹光谱识别。利用太赫兹光谱系统测得三组相似中药炙忖草和生甘草、南柴胡和北柴胡、山豆根和北豆根的太赫兹光谱，傅罩叶变换后得到它们的吸收系数作为分类鉴别的特征数据。用线内积函数、多项式内积函数和径向基内积函数分别构建一种不同的支持向量机，并建市误差反传神经网络(

2、BP神经网络)，分别用支持向量机和BP神经网络对中药的特征数据进行鉴别。识别结果比较表明，支持向量机在小样本情况下对中药两分类识别的效果明显超过BP神经网络。关键词太赫兹光谱识别；光谱学；支持向鼍机中图分类号：0433．4文献标识码：ADOI：10．3964／j．issn．1000—0593(2009)09—2346—05引言太赫兹(THz，1THz—1012Hz)辐射指的是波长在3mm～30“m之问的电磁波，其波段处于微波和红外之问，属于远红外电磁辐射范畴。太赫兹时域光谱(THz-1rI)S)技术采用THz脉冲透射样品或在样品卜产生反射，测量由此产生的电磁场在时间上的变化，通过傅里

3、叶变换获得频域上幅值与位相的变化，进而得到样品信息。THz脉冲的典型脉宽在ps量级，通过电光采样测最技术能够有效抑制背景噪声干扰，信噪比远远高于傅里叶变换红外光谱技术。同时，THz光子只有毫电子伏特能量而且对于非极性绝缘物质具有很高的穿透性，町以做到对样品的无损检测。因此，THz光谱技术叮以成为傅里叶变换红外光谱技术和X射线技术的重要补充。近年来THz技术发展迅速，在光谱分析和成像方面有了广泛应用‘15

4、。中药有效成分复杂。通常有机分子内化学键的振动吸收频率主要在普通红外波段，中药在普通红外波段的光谱特性国内已有研究L“7

5、。但有机分子之间较弱的相互作用(如氢键)及大分子的骨架振动(

6、构珲!』弯曲)、偶极子的旋转和振动跃迁以及晶体中品格的低频振动吸收频率对应于THz波段范嗣，这些振动所反映的分子结构及相关环境信息都与THz波段的频谱相对应，这就为利用太赫兹时域光谱技术鉴别中药中化合物结构、构型与状态成为可能。在大量的中药THz光谱实验过程中，很多中药在THz频段并没有出现明确的吸收峰，不能用指纹谱的方法进行识别，这很可能是中药复杂化学成分之I’日J相瓦作用的结果。如何利用THz频谱鉴别没有特征吸收峰的中药，并深入研究它们的性质，需要合适的方法。20世纪90年代中期出现了一种新的机器学习方法，即支持向嚣机(Supportvee—tormachine)。它是Vapni

7、k等在统计学爿理论上提出来的。它遵循结构风险最小的原则，能较好地解决神经网络难以解决的小样本、非线性、高维数和存在局部极小点等实际问题L8]，凶此很快成为了继神经网络研究之后新的研究热点。目前，支持向量机在食品和药品的检测和鉴定领域取得r很多应用成果19]。鉴于此，本文将支持向鼙机与中药的太赫兹光谱技术相结合，对没有特征峰的中药进行鉴别。1THz光谱实验本实验使用了首都师范大学THz实验室的THz光谱系统(图1)。实验采用反射式产生太赫兹脉冲的装置。所用的发射极是<100>InAs晶体，探测极是ZnTe晶体。使用的激光器是Spectra-Physics公司的锁模钛宝石激光器

8、。激光器平均功率为0．66W，脉冲的中心波长为810nn]，脉冲宽度为100fs，激光器重复率为80MHz。激光射出后经分束器CBS分为泵浦光与探测光两路。泵浦光通过斩波器Chopper，反射镜M3和M4，透镜L1聚焦到InAs晶体卜，从而在品体内部沿光照方向上形成了一个内建电场，飞秒激光脉冲激发的瞬态载流子在扩散过程中受内建电场的作用向收稿日期：2008—05—06．修订日期：2008-08-08基金项目：北京市教育委员会科技发展计划面E项日(KM200710028004)资助作者简介：陈艳江，1972年生，首都师范大学物理系研究生e-mail：sxchengyj@163．com*

9、通讯联系人e-mail：lfl—phy@sohu．tom万方数据第9期光谱学与光谱分析2347外辐射太赫兹脉冲。第一组金镜PMl和PM2将太赫兹波聚焦到被测样品上，第二纽金镜PM3和PM4将携带有样品信息的太赫兹波聚焦到探测器上。探测光经过M7，M8，Si片反射后也照射到探测晶体上。探测器通过测定两路光湿度的不同确定太赫兹信号的波形。对样品THz脉冲波形进行傅里叶变换，得到，l乓频域谱，进而得到样品的吸收系数。公式为2．f4，l((￡，)、⋯口5iln{瓦