基于VB的木材無損檢測近紅外光譜圖檢索系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

馮國紅，朱玉杰，安麗華

(東北林業(yè)大學(xué)，哈爾濱150040)

近紅外光譜檢測技術(shù)作為一種快速、無損、成本低的檢測手段已在石化、農(nóng)業(yè)、煙草、生命科學(xué)和醫(yī)學(xué)等方面取得了卓越的成就，創(chuàng)造了巨大的經(jīng)濟(jì)和社會效益，在木材無損檢測方面也發(fā)揮了巨大的作用［1-2］。光譜分析方法主要是根據(jù)光譜圖中出現(xiàn)的吸收峰位置及強(qiáng)度推斷出化合物所含有的官能團(tuán)，以及這些官能團(tuán)是如何排列的信息。在解析光譜圖時(shí)，要同時(shí)注意吸收峰的位置、強(qiáng)度和峰形，吸收峰位置無疑是最重要的特征，各專著都充分的強(qiáng)調(diào)了這點(diǎn)［3-5］。本文基于近紅外光譜在木材無損檢測方面的應(yīng)用及光譜圖中吸收峰位置的重要性考慮，依據(jù)物質(zhì)的吸收峰位置建立了已知物質(zhì)的數(shù)據(jù)庫，同時(shí)將其光譜圖及特性說明放在各個(gè)窗體里，設(shè)計(jì)了物質(zhì)名查詢、光譜查詢及列表查詢3種查詢方式，可快速實(shí)現(xiàn)已知物質(zhì)名的光譜圖檢索及未知物質(zhì)基于光譜圖中的吸收峰位置的物質(zhì)名查詢。

1 建立數(shù)據(jù)庫

通過資料或?qū)嶒?yàn)得到已知物質(zhì)的吸收光譜圖，從圖中得到物質(zhì)的主要吸收峰位置，為便于檢索，將吸收峰按照吸收強(qiáng)度遞減的順序排列。

2 數(shù)據(jù)庫檢索界面

為方便各種檢索，檢索界面?zhèn)溆卸喾N索引:“物質(zhì)名”索引、 “列表查詢”索引和“光譜查詢”索引。檢索界面如圖1所示。

圖1 檢索界面Fig.1 Retrieval interface

3 數(shù)據(jù)庫檢索程序編寫

3.1 準(zhǔn)備工作

編寫3個(gè)主索引程序之前做的一些準(zhǔn)備工作:

3.1.1 變量聲明

在編寫3個(gè)檢索程序之前，首先對程序中所有過程的共有變量進(jìn)行了聲明［6］:

Private db As Database

Private conn As ADODB.Connection

Private rs As ADODB.Recordset

Private str As String

Private frmNew(1 To 10)As Form

Private Bln(1 To 3)As Boolean'定義一個(gè)布爾變量數(shù)組

3.1.2 建立與數(shù)據(jù)庫的連接

要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫的檢索，首先要建立與數(shù)據(jù)庫的連接，建立與數(shù)據(jù)庫的連接有兩種方法:

(1)第一種方法。

(2)第二種方法。

在第一種方法中，只要在數(shù)據(jù)源 (ADODB)里設(shè)定好與數(shù)據(jù)庫的連接，數(shù)據(jù)庫可以隨時(shí)改動(dòng)和移動(dòng)，連接的數(shù)據(jù)庫隨時(shí)跟著改變。而在第二種方法中，數(shù)據(jù)庫的位置一旦確定了，是不能移動(dòng)的，否則就會連接不上。因此本文中建立與數(shù)據(jù)庫的連接采用的是第一種方法。將它定義成Start過程:

3.1.3 Query過程

索引過程中要調(diào)用Query過程，實(shí)現(xiàn)已知物質(zhì)的光譜圖檢索，Query過程定義:

3.2 三種索引程序

3.2.1 物質(zhì)名索引

已知物質(zhì)名稱即可查詢出物質(zhì)的光譜圖及其特性。程序代碼如下:

3.2.2 列表索引

由于近紅外光譜的波段范圍很窄，在一定的波數(shù)范圍內(nèi)，往往會出現(xiàn)幾種物質(zhì)吸收峰位置完全相同的情況，列表檢索可以一目了然的看哪些物質(zhì)有相同的吸收。在此檢索中，主要用到了VB中最重要的Data控件和數(shù)據(jù)感知控件DBGrid來實(shí)現(xiàn)。首先用Data控件建立與數(shù)據(jù)庫的連接，在Data控件的DatabaseName屬性中選擇要檢索的數(shù)據(jù)庫，在RecordSource屬性中選擇要檢索的數(shù)據(jù)表。然后將DBGrid控件與Data控件綁定，用下面的代碼即可實(shí)現(xiàn)列表檢索。

3.2.3 譜線索引

這種索引是依次將吸收峰位置按照吸收強(qiáng)度遞減的順序輸入到索引文本框中，在核對時(shí)，適當(dāng)擴(kuò)大了波數(shù)范圍，有±10cm-1范圍的偏差。此索引方法是這三個(gè)索引中最主要的方法，在此索引中，主要應(yīng)用了VB中窗體 (Form)的優(yōu)勢，在Query過程中先把得到的已知物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)光譜圖及其特性放到一個(gè)窗體中，例如圖2是把丙酮的光譜圖及其特性說明放在Form2中。

圖2 丙酮的光譜圖及其特性說明Fig.2 Spectrum of acetone and explanation of its characteristics

下面就是如何利用索引條件將物質(zhì)的光譜圖從其所在的窗體中檢索出來。在此檢索中，設(shè)計(jì)了3個(gè)索引條件，3個(gè)索引條件之間是邏輯“與”的關(guān)系，按照從左到右的順序光譜吸收強(qiáng)度應(yīng)是遞減的。將測出的光譜圖中的吸收峰位置按照強(qiáng)度遞減的順序輸入，就可以檢索出符合條件的物質(zhì)的光譜圖及其特性說明。此方法適用于從譜圖上無法找出規(guī)律或?qū)ψV圖不夠熟悉時(shí)的查詢。程序代碼:

例如將丙酮的吸收峰位置890cm-1、910 cm-1、1010 cm-1，分別輸入到3個(gè)索引框中，就可以將圖2檢索出來。如果輸入的不是這些數(shù)值并且誤差不在±10cm-1范圍內(nèi)，就會彈出“沒有您所要的物質(zhì)”的對話框。

4 結(jié)論

本文基于VB設(shè)計(jì)的木材無損檢測中近紅外光譜圖檢索系統(tǒng)，可以通過3種索引方式實(shí)現(xiàn)光譜圖及物質(zhì)名的檢索，系統(tǒng)簡單實(shí)用，同時(shí)為基于更多特征的檢索系統(tǒng)開發(fā)奠定了基礎(chǔ)。

［1］張鴻富，李耀翔.近紅外光譜技術(shù)在木材無損檢測中應(yīng)用研究綜述［J］.森林工程，2009，25(5):26-31.

［2］姜忠華，申世杰.木材無損檢測的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢［J］.林業(yè)機(jī)械與木工設(shè)備，2010，38(2):4-7.

［3］陸婉珍，袁洪福.現(xiàn)代近紅外光譜分析技術(shù)［M］.北京:中國石化出版社，2000.

［4］馬祥志，何彬生.有機(jī)化學(xué)［M］.北京:中國醫(yī)藥科技出版社，2003.

［5］劉妍，張厚江.木質(zhì)材料無損檢測方法的研究現(xiàn)狀與趨勢［J］.森林工程，2010，26(4):46-49.

［6］林卓然.VB語言程序設(shè)計(jì)［M］.北京:電子工業(yè)出版社，2003.