【技术实现步骤摘要】
本公开实施例涉及数据处理，尤其涉及一种基于均值偏移算法的光谱共焦信号峰值波长提取方法。
技术介绍
1、目前，光谱数据处理，尤其是在光谱共焦传感器应用中，需要准确提取信号的峰值波长，以便进一步分析或应用在位移测量等领域。洛伦兹分布在一些科学领域，特别是光谱学和信号处理领域，对于实验或观测到的光谱数据，由于各种因素(例如共振现象、相互作用等)，波峰形状可能不是完全对称的。
2、现有解决方案通常使用mean-shift算法，其中采用高斯核函数。这是因为高斯核函数在mean-shift中具有良好的数学性质，高斯曲线通常对于对称峰形的拟合效果较好，它对数据的权重分配和收敛表现较为可控。高斯核函数在很多领域都表现出色，因此被广泛应用，但是采用高斯核函数对于不完全对称的波峰形状的处理并不出色。
3、可见，亟需一种鲁棒性更强的基于均值偏移算法的光谱共焦信号峰值波长提取方法。
技术实现思路
1、有鉴于此，本公开实施例提供一种基于均值偏移算法的光谱共焦信号峰值波长提取方法，至少部分解决现有技术中存在鲁棒性较差的问题。
2、本公开实施例提供了一种基于均值偏移算法的光谱共焦信号峰值波长提取方法，包括：
3、步骤1，对目标光谱信号进行预处理，得到离散的波长信号和光强信号；
4、步骤2，根据波长信号和光强信号获取光谱仪上的离散轴向响应信号的波长信号λk和光强信号ik，并据此计算峰值波长的半高宽的一半γ；
5、步骤3，根据预设的光强阈值t对
6、步骤4，设定当前波长序列中的最大值作为初始波长λ0；
7、步骤5，基于峰值波长的半高宽的一半γ和初始波长λ0，利用洛伦茨分布计算波长序列当前峰值对应的mean-shift向量；
8、步骤6，将当前波长序列沿mean-shift向量方向移动，得到新的峰值波长和新的波长序列；
9、步骤7，计算mean-shift向量对应的l2范数，根据新的峰值波长和新的波长序列计算每个点的偏移均值，然后根据新计算的偏移均值更新峰值波长的位置，并判断l2范数是否小于给定允许误差，若是，则将新的峰值波长作为光谱共焦信号峰值波长，若否，则重复步骤5至步骤7，沿着洛伦茨分布的概率密度梯度的上升方向寻找新的峰值，同时将初始值更新到当前均值偏移的波长位置，然后以此为新的起始点，继续移动，直到l2范数小于给定允许误差。
10、根据本公开实施例的一种具体实现方式，所述峰值波长的半高宽的一半γ的计算公式为
11、
12、其中，σ为波长序列样本方差。
13、根据本公开实施例的一种具体实现方式，所述步骤3之前，所述方法还包括：
14、计算光强信号的均值me(ik)和标准差s(ik)，将均值加上或减去多个标准差得到光强阈值。
15、根据本公开实施例的一种具体实现方式，所述均值me(ik)的表达式为
16、
17、所述标准差s(ik)的表达式为
18、
19、所述光强阈值的表达式为
20、
21、其中，k为调整参数，n表示离散光强信号的数目。
22、根据本公开实施例的一种具体实现方式，所述mean-shift向量的表达式为
23、
24、其中，l(i)核函数是用的柯西-洛伦茨分布，公式如下：
25、
26、其中，γ为半波宽的一半，λ0定义分布峰值位置的波长，其中i为波长序列的序列号，j为波长序列对应的mean-shift向量的序列号，w(λi)为每个波长在峰值波长提取过程中的权重分配，权函数公式如下：
27、
28、其中，i(λi)表示波长λi对应的光强,cw是相关归一化参数。
29、本公开实施例中的基于均值偏移算法的光谱共焦信号峰值波长提取方案，包括：步骤1，对目标光谱信号进行预处理，得到离散的波长信号和光强信号；步骤2，根据波长信号和光强信号获取光谱仪上的离散轴向响应信号的波长信号λk和光强信号ik，并据此计算峰值波长的半高宽的一半γ；步骤3，根据预设的光强阈值t对波长信号和光强信号进行截断，得到波长序列和光强序列步骤4，设定当前波长序列中的最大值作为初始波长λ0；步骤5，基于峰值波长的半高宽的一半γ和初始波长λ0，利用洛伦茨分布计算波长序列当前峰值对应的mean-shift向量；步骤6，将当前波长序列沿mean-shift向量方向移动，得到新的峰值波长和新的波长序列；步骤7，计算mean-shift向量对应的l2范数，根据新的峰值波长和新的波长序列计算每个点的偏移均值，然后根据新计算的偏移均值更新峰值波长的位置，并判断l2范数是否小于给定允许误差，若是，则将新的峰值波长作为光谱共焦信号峰值波长，若否，则重复步骤5至步骤7，沿着洛伦茨分布的概率密度梯度的上升方向寻找新的峰值，同时将初始值更新到当前均值偏移的波长位置，然后以此为新的起始点，继续移动，直到l2范数小于给定允许误差。
30、本公开实施例的有益效果为：通过本公开的方案，使用洛伦茨分布作为核函数，利用洛伦茨分布在离散光谱数据集中寻找峰值的优势，帮助离散数据点在寻找峰值的搜索过程中确定移动方向。随着样本与被偏移点的距离不同，其偏移量对均值偏移向量的贡献也不同，计算每个数据点的梯度方向，从而将数据点沿着分布密度增加的方向移动，可以更好地捕捉到波峰的真实形状。在处理非对称或者长尾的情况下，洛伦兹分布更为自然，提高了鲁棒性。
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1.一种基于均值偏移算法的光谱共焦信号峰值波长提取方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于,所述峰值波长的半高宽的一半γ的计算公式为
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于,所述步骤3之前，所述方法还包括：
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于,所述均值Me(Ik)的表达式为
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于,所述Mean-Shift向量的表达式为
【技术特征摘要】
1.一种基于均值偏移算法的光谱共焦信号峰值波长提取方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于,所述峰值波长的半高宽的一半γ的计算公式为
3.根据权利要求2所述的方法，其特征...
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