[0024] 可选地，S2中，建立三维直角坐标系，双层介质模型的上表面与空气交界面位于x‑o‑y平面，将双层介质视为x方向和y方向无限大的介质，上层介质厚度为d1,下层介质厚度为d2，从而上层介质的空间范围为：‑d1
[0025] 可选地，S2中，光子传播过程设置如下：
[0026] 在激发探头前透镜表面处设置N个光子，每个光子朝着焦点光斑范围内随机一点开始传播；
[0027] 光子进入上层介质时发生折射，依据折射定律计算折射后的传播方向；
[0028] 光子在上层介质中传播时，依据上层介质的散射系数和吸收系数，计算光子发生吸收、散射和继续传递的概率，依概率设置光子的下一状态，记录产生的拉曼光子；
[0029] 当光子在下层介质中传播时，单次传递距离是光子在显著偏离其原始传播方向之前在下层介质中传播的平均距离，光子传递方向在下一次散射事件中完全随机化，激光光子依概率转换为拉曼光子；
[0030] 设置收集探头的收集范围，统计收集范围内的拉曼光子的数目，将光子数目作为拉曼强度；
[0031] 重复上述过程，将拉曼光子的数目取平均作为模拟结果，将收集到下层介质产生的拉曼光子最多的位置对应的空间偏移距离记作最佳偏移距离。
[0032] 与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
[0033] (1)本发明只需在零偏移处和最佳空间偏移距离处采集光谱，然后使用比例相减法进行计算即可获得容器中物质的纯净拉曼光谱，大大减少测量次数，缩短数据处理时间，显著提高了空间偏移拉曼光谱检测速度。
[0034] (2)本发明采用的样品光子传递模型，适用于玻璃和塑料等容器，采用模拟的方法得到的最佳偏移距离与实验得到的最佳偏移距离一致，证明本发明的建模方法是有效的并且可以适用于多种检测场景。
附图说明
[0035] 通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
[0036] 图1为本发明实施例中模拟采用的模型和拉曼测量系统；
[0037] 图2为本发明实施例中模拟得到的不同厚度情况下的最佳偏移距离；
[0038] 图3为本发明实施例中模拟的光子传递流程图；
[0039] 图4为本发明实施例中获取2mm聚乙烯下待测物质的拉曼光谱图。
具体实施方式
[0040] 下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
[0041] 参照图1所示，本发明一实施例中，采用的测量系统中包括计算机、激光器、光谱仪、共焦拉曼探头以及收集探头，还有双层介质模型(上层介质、下层介质)。
[0042] 具体的，一种快速检测包装容器内物质的拉曼光谱方法，具体包括如下步骤：
[0043] 步骤1，对被检测实物对象(样品)进行物理建模，建立的模型为双层介质模型，其中，上层介质代表容器壁，属于均匀介质，下层介质代表被测物质如药品，为浑浊散射介质，建立双层介质模型的光子传递模型；
[0044] 步骤2，对光子在双层介质模型中的传递过程进行蒙特卡罗模拟，找到可以收集最多在下层介质产生的拉曼散射光子的位置，该位置对应的偏移距离即为最佳偏移距离；
[0045] 步骤3，对实际的被检测对象(样品)采用空间偏移拉曼测量系统在零偏移处和最佳空间偏移处进行光谱采集；
[0046] 本步骤中，空间偏移拉曼光谱测量系统包括常规的拉曼测量系统包括激光器、光谱仪、共焦拉曼光纤探头和一个可移动的收集探头，用于收集不同偏移距离的光；当两个探头的焦点之间的距离是最佳偏移距离时，收集探头所在的位置即最佳空间偏移位置；
[0047] 步骤4，对零偏移处和最佳空间偏移处的拉曼光谱进行比例减法计算，获取被测物质的纯净拉曼光谱。
[0048] 作为优选方式，步骤3中，分别在零偏移处和最佳空间偏移处采集K幅光谱，进行平均作为对应位置的实测光谱。
[0049] 作为优选实施例，在步骤3和步骤4之间，还包括：对步骤3得到的光谱进行预处理，然后在执行步骤4。具体的，预处理可以是对实际测到的拉曼光谱进行平滑滤波、扣除背景、强度归一化等。进一步的，可以采用S‑G卷积平滑法对光谱进行滤波，采用改进的多项式拟合法进行扣除背景，对光谱采用强度归一化。
[0050] 本发明上述实施例中的快速检测包装容器内物质的拉曼光谱方法，通过理论构建被测样品的光子传递模型、采用蒙特卡罗模拟得到散射光子传输分布规律，采用空间偏移拉曼两步测量法快速测得包装容器内物质的拉曼光谱。通过提前选择最佳偏移距离大大减少测量次数，缩短数据处理时间，显著提高了空间偏移拉曼光谱检测速度。
[0051] 为了更好理解本发明上述的技术方案，以下结合具体的检测对象来进行说明，但需要说明的是，以下优选实施例并不用于限定本发明：
[0052] 待测样品为由容器壁和药品构成的双层样品。本实施例使用白色聚乙烯片模拟容器壁，其中每个聚乙烯片厚度为0.4mm,通过堆叠形成了0.4～4.0mm共10种不同厚度，药品使用甲硝唑，厚度为2mm。
[0053] 步骤1，对待检测样品进行物理建模，建立的模型为双层介质模型，其中，上层介质代表容器壁，属于均匀介质，下层介质代表待检测物质，为浑浊散射介质；建立双层介质模型的光子传递模型；
[0054] 步骤1中，当光子在上层介质中传递时，设置介质的吸收系数μa、散射系数μs和折射率。在光子的传播过程中，激光光束的强度会因光子在介质中的吸收和散射而减弱，散射系数和吸收系数分别描述了介质对光子的散射和吸收程度，散射系数和吸收系数之和对应于衰减系数。
[0055] 利用介质在激发光波长处的吸收系数μ′s和散射系数μ′s近似代替介质在整个拉曼散射波段的吸收系数μa(λ)和散射系数μs(λ)。同时考虑介质的吸收和散射，总的衰减系数μ′t为：
[0056] μ′t＝μ′s+μ′a
[0057] 光束传递过l后，经过吸收和散射后的光强It为：
[0058]
[0059] 散射光强度Is为：
[0060]
[0061] 被吸收的光强度IA为：
[0062]
[0063] 光子在上层介质中传递时可能会被吸收、散射或者继续保持传递。设定发生散射、吸收和继续传递的概率分别为： 和 散射光子的方向按照米散射函数来确定。在一次传递后将散射光子全部进行复制作为拉曼散射光子，设定上层介质中的拉曼散射光子不再继续传递。
[0064] 进一步的，当光子在下层介质中传递时，将多次散射过程整合为一个散射事件，在每个散射事件中光子沿直线传播，在下一个散射事件中光子的传播方向相比于前一个散射事件是完全随机的，在每个散射事件中的光子传递距离为光子显著偏离其原始传播方向之前在样品内传递的平均距离。在下层介质中产生的拉曼散射光子到达上层介质时将停止传播，忽略下层介质对光子的吸收。
[0065] 在本实施例中，将光子在上层介质的单次传播距离设置为0.05mm，散射系数设置‑1 ‑1为6mm ，吸收系数设置为0.01mm ，折射率为1.557。
[0066] 在本实施例中，将光子在下层样品的平均传播距离设置为0.2mm。激光光子转换为‑1拉曼散射光子的光密度为0.005mm 。
[0067] 步骤2，按照光子传递模型进行光子传递，对光子在双层介质模型中的传递过程进行蒙特卡罗模拟，找出检测该物质所需的最佳偏移距离；
[0068] 步骤2中，建立三维直角坐标系，双层介质模型的上表面与空气交界面位于x‑o‑y平面，将样品视为x方向和y方向无限大的介质，上层介质厚度为d1,下层介质厚度为d2，从而上层介质的空间范围为：‑d1
[0069] 图3为本发明实施例中模拟的光子传递流程图。参照图3所示，步骤2中，光子传播过程设置如下：
[0070] (1)在激发探头前透镜表面处设置N个光子，每个光子朝着焦点光斑范围内随机一点开始传播。
[0071] (2)光子进入上层介质时发生折射，依据折射定律计算折射后的传播方向；
[0072] (3)光子在上层介质中传播时，依据样品的散射系数和吸收系数，计算光子发生吸收、散射和继续传递的概率，依概率设置光子的下一状态，记录产生的拉曼散射光子；
[0073] (4)当光子在下层介质中传播时，单次传递距离是光子在显著偏离其原始传播方向之前在样品中传播的平均距离，光子传递方向在下一次散射事件中完全随机化，激光光子依概率转换为拉曼散射光子；
[0074] (5)设置收集探头的收集范围，统计收集范围内的拉曼散射光子的数目，将光子数目作为拉曼强度。
[0075] 本实施例中，d1的取值范围是0.4mm～4.0mm，d2取2mm。
[0076] 本实施例中，按照以下步骤执行：
[0077] (1)在激发探头前透镜表面处设置2000个光子，每个光子朝着x2+y2<0.0025,Z＝0空间范围内随机生成的一个点开始传播。
[0078] (2)光子进入上层介质时发生折射，依据折射定律计算折射后的传播方向，设置所有的激光光子均可以进入上层介质；
[0079] (3)光子在上层介质中传播时，依据步骤1中设置的介质的散射系数和吸收系数以及光子单次传播距离，计算每个光子发生吸收、散射和继续传递的概率，依概率设置光子的下一状态，记录产生的拉曼散射光子；
[0080] (4)光子在下层介质中传播时，单次传播距离设置为0.2mm，光子传递方向在下一次散射事件中完全随机，激光光子依概率转换为拉曼散射光子；
[0081] (5)依据上层介质的折射率设置收集探头的收集范围，统计在不同的收集位置处可被收集的拉曼散射光子的数目。
[0082] 将(1)～(5)过程重复100次，将结果取平均作为模拟结果，对于0.4mm～4.0mm厚的聚乙烯，最佳偏移距离分别是0.4mm、0.9mm、1.4mm、1.9mm、2.3mm、2.7mm、3.0mm、3.3mm、3.6mm和3.8mm。
[0083] 参照图2所示，为本实施例中模拟得到的不同厚度情况下的最佳偏移距离。
[0084] 步骤3，在零空间偏移距离处和步骤2找出的最佳偏移距离处分别采集K幅光谱并取平均，本实施例中，K取5。
[0085] 步骤4，对步骤3中的得到的平均光谱进行预处理。
[0086] 本步骤中，具体预处理操作为：采用S‑G卷积平滑法对光谱进行滤波，窗口宽度取7，采用改进的多项式拟合法进行扣除背景，多项式阶数为5，对光谱进行强度归一化。改进的多项式拟合法采用现有技术实现。
[0087] 步骤5，选择拉曼峰进行比例相减法，本实施例中选择1129cm‑1拉曼位移处的光谱强度进行比例减法。
[0088] 本步骤中，采用如下公式获取被测物质的纯净拉曼光谱：
[0089]
[0090] 其中，SP为计算得到的拉曼光谱，SPopt为在最佳偏移距离处采集到的光谱，SP0为在零偏移距离处采集到的光谱，Ropt(Z)和R0(Z)分别为SPopt和SP0在拉曼位移为Z处的归一化拉曼强度；Z为一个满足Ropt(Z)
[0091] 图4为本发明实施例中获取2mm聚乙烯下待测物质的拉曼光谱图。实验结果表明，本发明提出的方法，相比于直接多次测量不同偏移位置处的光谱时，然后从中选择合适的光谱作为测量结果，只需要采集零偏移位置处和最佳偏移距离处的光谱即可，可以大大缩短检测时间。
[0092] 以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。
