光电信号峰值检测方法与系统技术方案

本发明专利技术提供一种光电信号峰值检测方法与系统，对原始光电信号分段读取，并对分段读取的每段数据前端和后端插入预设量平均值参数，选取母小波函数对处理后的分段数据进行一阶求导和二阶求导，提取一阶导数极大值点与第二分段数据的二阶导数极大值点，确定各第二分段数据中波峰位置，根据各第二分段数据中波峰位置，计算各第二分段数据中波峰宽度以及波峰高度，获取原始光电信号的波峰峰值。整个过程中，对原始光电信号的分段前端和后端分别补入平均值参数，提高对原始光电信号的处理精度、采用母小波函数对补入之后的分段数据进行一阶导数和二阶导数处理，准确确定波峰位置，另外还无需对原始光电数据进行复杂的滤波处理，显著提高原始光电信号峰值检测的效率。

Method and system for detecting peak value of photoelectric signal

The present invention provides a photoelectric signal peak detection method and system, piecewise read the original photoelectric signal, and the section read each piece of data is inserted into the front end and the rear end of a predetermined amount of the average value of parameters, selection of the mother wavelet function of derivative two and derivative of piecewise after data processing, extracting the maximum value of the first derivative two derivative with second segmented data maxima, determine the peak position data in the second section, second section according to the peak position data, calculate the second segment data in peak width and peak height, peak value to obtain the original signal. In the whole process, the original front and rear section respectively fed into the photoelectric signal average parameters, improve the processing precision, the original signal with the mother wavelet function of segmented data feeding after first derivative and two order derivative processing, accurate determination of the peak position, also without the original photoelectric data complex filtering, significantly improve the efficiency of the original photoelectric signal peak detection.

【技术实现步骤摘要】
光电信号峰值检测方法与系统
本专利技术涉及信号检测
，特别是涉及光电信号峰值检测方法与系统。
技术介绍
目前在信号检测
主要分为模拟信号检测和数字信号检测两类，某些时候针对相同设备(仪器)输出的信号可以采用模拟信号检测，也可以采用数字信号检测，例如针对数字PCR(PolymeraseChainReaction，聚合酶链式反应)仪检测的信号检测中，模拟信号检测和数字信号检测均可采用。采用不同的信号检测方式其可以带来不同的效果，一般来说，针对数字类型的设备(例如PCR仪)采用数字信号检测方式会更好，但是在使用数字信号检测方法时，就会产生大量采集的光电信号数据，因此在处理原始信号数据时，需要一种高精确度并且能够迅速提取出光电信号峰值的方法。
技术实现思路
基于此，有必要针对目前尚无一种高精确度且高效的光电信号峰值检测方法的问题，提供一种高精确度且高效的光电信号峰值检测方法与系统。一种光电信号峰值检测方法，包括步骤：分段读取原始光电信号，获取原始光电信号的第一分段数据集合；获取各第一分段数据的平均值参数，并对各第一分段数据的最前端和最后端分别补入预设量对应的第一分段数据的平均值参数，获得第二分段数据集合；选取母小波函数对各第二分段数据进行一阶求导和二阶求导；提取各第二分段数据的一阶导数极大值点和第二分段数据的二阶导数极大值点；根据各第二分段数据的一阶导数极大值点和第二分段数据的二阶导数极大值点，确定各第二分段数据中波峰位置；根据各第二分段数据中波峰位置，计算各第二分段数据中波峰宽度以及波峰高度，获取原始光电信号的波峰峰值。一种光电信号峰值检测系统，包括：分段读取模块，用于分段读取原始光电信号，获取原始光电信号的第一分段数据集合；补入模块，用于获取各第一分段数据的平均值参数，并对各第一分段数据的最前端和最后端分别补入预设量对应的第一分段数据的平均值参数，获得第二分段数据集合；求导模块，用于选取母小波函数对各第二分段数据进行一阶求导和二阶求导；极大值提取模块，用于提取各第二分段数据的一阶导数极大值点和第二分段数据的二阶导数极大值点；波峰确定模块，用于根据各第二分段数据的一阶导数极大值点和第二分段数据的二阶导数极大值点，确定各第二分段数据中波峰位置；波峰值确定模块，用于根据各第二分段数据中波峰位置，计算各第二分段数据中波峰宽度以及波峰高度，获取原始光电信号的波峰峰值。本专利技术光电信号峰值检测方法与系统，对原始光电信号分段读取，并对分段读取的每段数据前端和后端插入预设量平均值参数，选取母小波函数对处理后的分段数据进行一阶求导和二阶求导，提取一阶导数极大值点与第二分段数据的二阶导数极大值点，确定各第二分段数据中波峰位置，根据各第二分段数据中波峰位置，计算各第二分段数据中波峰宽度以及波峰高度，获取原始光电信号的波峰峰值。整个过程中，对原始光电信号的分段前端和后端分别补入平均值参数，提高对原始光电信号的处理精度、采用母小波函数对补入之后的分段数据进行一阶导数和二阶导数处理，准确确定波峰位置，另外还无需对原始光电数据进行复杂的滤波处理，显著提高原始光电信号峰值检测的效率。附图说明图1为本专利技术光电信号峰值检测方法第一个实施例的流程示意图；图2为微滴荧光采集系统示意图；图3为原始光电信号数据波形示意图；图4为原始光电信号数据局部(第二分段数据)放大波形示意图；图5为第二分段数据及其一阶导数波形示意图；图6为第二分段数据及其一阶导数与二阶导数波形示意图；图7为选取的一组相邻极大值点示意图；图8为由一组相邻的一阶导数极大值和二阶导数极大值求解出来的峰值点(局部放大)示意图；图9为本专利技术光电信号峰值检测系统第一个实施例的结构示意图。具体实施方式如图1所示，一种光电信号峰值检测方法，包括步骤：S100：分段读取原始光电信号，获取原始光电信号的第一分段数据集合。原始光电信号是从仪器设备上直接采集到的光电信号。在实际应用中，仪器设备中的光电信号系统将光信号转换为电信号，此时电信号属于模拟信号，再经过模数转换变为数字信号，以便进行下一步的处理。为便于解释说明原始光电信号的来源，下面将以微滴式数字PCR仪输出的信号为例详细解释。微滴式数字PCR系统是在一般的PCR扩增前对样品进行微滴化处理，即将含有核酸分子的反应体系分成上万个纳升级的微滴，其中每个微滴不含待检测核酸靶分子，或者含有一个至数个待检测核酸靶分子。经过PCR扩增后，逐个对每个微滴进行检测，有荧光信号的微滴判断为1，没有荧光信号的微滴判断为0，然后根据泊松分布原理及阳性微滴的个数与比例即可得出靶分子的起始拷贝数或者浓度。具体如图2所示，微滴荧光采集系统中滴液生成器生成直径几乎相同的N个微滴，发光系统激发微滴荧光，1号光信号采集系统和2号光信号采集系统采集微滴荧光信号→通过光电转换系统，将光信号转换为电信号→通过模数转换信号，将模拟信号转换为数字信号输出，即得到原始光电信号。一般来说原始光电信号是一个数据量庞大的数据，在对其进行处理过程中需要对进行分段读取，获得一段一段的原始光电信号，再针对每一段原始光电信号单独进行后续相同的处理，最终将每一段原始光电信号处理结果汇聚，得到原始光电信号最终的处理结果。非必要的，针对每一段原始光电信号可以采用并行处理的方式进行处理，以便有效提高数据处理效率。另外，在第一分段数据集合中第一分段数据的数量可以为单个或为多个，所有的第一分段数据汇聚即为原始光电信号，具体如图3与图4所示，图4所示为图3中原始光电信号的一段(第一分段数据)。S200：获取各第一分段数据的平均值参数，并对各第一分段数据的最前端和最后端分别补入预设量对应的第一分段数据的平均值参数，获得第二分段数据集合。针对每一个第一分段数据，分别获取其对应的平均值参数，在每个第一分段数据的最前端和最后端分别补入一定量对应的第一分段数据的平均值参数，获得第二分段数据集合。在这里，补入量的大小可以基于历史经验数据或者试验数据进行设定，最终得到的第二分段数据的数量与第一分段数据的数量相等。例如步骤S100对原始光电数据分段处理之后得到1号第一分段数据、2号第一分段数据和3号第一分段数据，步骤S200即获取1号第一分段数据的平均值参数O、2号第一分段数据的平均值参数P以及3号第一分段数据的平均值参数Q，并在1号第一分段数据的前端和后端补入一定量平均值参数O、在2号第一分段数据的前端和后端补入一定量平均值参数P、在3号第一分段数据的前端和后端补入一定量平均值参数Q，得到1号第二分段数据、2号第二分段数据以及3号第二分段数据。在每段信号都加入一定数量的原始光电信号的平均值，在后续使用小波变换求导的时候并不会出现旁瓣效应，因此不会丢失原始光电信号的最前端和最后端部分数据的处理，从而提高了对原始光电信号的处理精度。第二分段数据具体如图4所示。S300：选取母小波函数对各第二分段数据进行一阶求导和二阶求导。选用母小波函数对每个第二分段数据进行一阶求导和二阶求导，具体来说，母小波函数可以选择多贝西(Daubeichies)小波，高斯(Gaussian)小波及其导数等满足母小波条件的函数。具体来说，可以采用以下方式选取最优母小波函数。由小波变换的性质可得公式(1)、公式(2)，公式(1)中：Wf(a,b)为本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光电信号峰值检测方法，其特征在于，包括步骤：分段读取原始光电信号，获取所述原始光电信号的第一分段数据集合；获取各第一分段数据的平均值参数，并对各所述第一分段数据的最前端和最后端分别补入预设量对应的第一分段数据的平均值参数，获得第二分段数据集合；选取母小波函数对各第二分段数据进行一阶求导和二阶求导；提取各所述第二分段数据的一阶导数极大值点和所述第二分段数据的二阶导数极大值点；根据各所述第二分段数据的一阶导数极大值点和所述第二分段数据的二阶导数极大值点，确定各所述第二分段数据中波峰位置；根据各所述第二分段数据中波峰位置，计算各所述第二分段数据中波峰宽度以及波峰高度，获取所述原始光电信号的波峰峰值。

【技术特征摘要】
1.一种光电信号峰值检测方法，其特征在于，包括步骤：分段读取原始光电信号，获取所述原始光电信号的第一分段数据集合；获取各第一分段数据的平均值参数，并对各所述第一分段数据的最前端和最后端分别补入预设量对应的第一分段数据的平均值参数，获得第二分段数据集合；选取母小波函数对各第二分段数据进行一阶求导和二阶求导；提取各所述第二分段数据的一阶导数极大值点和所述第二分段数据的二阶导数极大值点；根据各所述第二分段数据的一阶导数极大值点和所述第二分段数据的二阶导数极大值点，确定各所述第二分段数据中波峰位置；根据各所述第二分段数据中波峰位置，计算各所述第二分段数据中波峰宽度以及波峰高度，获取所述原始光电信号的波峰峰值。2.根据权利要求1所述的光电信号峰值检测方法，其特征在于，所述根据各所述第二分段数据的一阶导数极大值点和所述第二分段数据的二阶导数极大值点，确定各所述第二分段数据中波峰位置的步骤包括：针对单个所述第二分段数据，选取一组分别与一阶导数极大值点A相邻的二阶导数极大值点B与二阶导数极大值点C；当所述一阶导数极大值点A对应的横坐标参数大于所述二阶导数极大值点B对应的横坐标参数、且小于所述二阶导数极大值点C对应的横坐标参数时，确定所述第二分段数据中波峰的横坐标参数为所述二阶导数极大值点B的横坐标参数与所述二阶导数极大值点C的横坐标参数之和的二分之一；根据所述第二分段数据中波峰的横坐标参数，确定所述第二分段数据中波峰位置。3.根据权利要求1所述的光电信号峰值检测方法，其特征在于，计算各所述第二分段数据中波峰宽度包括步骤：针对单个所述第二分段数据，选取一组对应的波峰位置与一阶导数极大值点；根据选取的对应的波峰位置以及对应波峰的一阶导数极大值点，计算单个所述第二分段数据中波峰宽度。4.根据权利要求1所述的光电信号峰值检测方法，其特征在于，计算各所述第二分段数据中波峰高度包括步骤：针对单个所述第二分段数据，在所述第二分段数据中波峰位置两侧各提取预设数量的原始数据点，获得第一原始数据点集合；剔除所述第一原始数据点集合中最大值和最小值，获得第二原始数据点集合；计算所述第二原始数据点中各原始数据点纵坐标的平均值参数，获得单个所述第二分段数据中波峰高度。5.根据权利要求1所述的光电信号峰值检测方法，其特征在于，所述根据各所述第二分段数据中波峰位置，计算各所述第二分段数据中波峰宽度以及波峰高度，获取所述原始光电信号的波峰峰值的步骤包括：计算各所述第二分段数据中波峰宽度以及波峰高度；根据切比雪夫不等式设定波峰宽度阈值与波峰高度阈值；分别剔除各所述第二分段数据中波峰宽度不在所述波峰宽度阈值范围内的波峰以及波峰高度不在...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭成祥，吴本涛，陈绪兵，师伟展，陈俊璘，易雁飞，李鑫鑫，
申请(专利权)人：广东顺德工业设计研究院广东顺德创新设计研究院，
类型：发明
国别省市：广东,44