一种基于一阶导数寻峰和样条拟合的光谱基线校正方法技术

本发明专利技术公开了一种基于一阶导数寻峰和样条拟合的光谱基线校正方法，原始拉曼光谱序列值进行编号，对光谱序列进行平滑降噪，求取平滑后光谱的一阶导数序列，从中寻找每一对峰底的序列编号，并记录。其中每一对峰和底位置求取，求取每一对峰底的位置差值，将区间内所包含的位值从平滑降噪后的原始光谱序列中剔除。对剔除后的光谱序列，按照位值序列，进行样条插值，得到插值后得到的基线拟合值，用原始谱线减去基线拟合值，得到校正后的光谱。本发明专利技术具有节约劳动力、设备和试剂，误差小，可视化效果好，特征保留充分的特点。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了，原始拉曼光谱序列值进行编号，对光谱序列进行平滑降噪，求取平滑后光谱的一阶导数序列，从中寻找每一对峰底的序列编号，并记录。其中每一对峰和底位置求取，求取每一对峰底的位置差值，将区间内所包含的位值从平滑降噪后的原始光谱序列中剔除。对剔除后的光谱序列，按照位值序列，进行样条插值，得到插值后得到的基线拟合值，用原始谱线减去基线拟合值，得到校正后的光谱。本专利技术具有节约劳动力、设备和试剂，误差小，可视化效果好，特征保留充分的特点。【专利说明】
本专利技术属于光谱分析
，涉及。
技术介绍
在光谱分析中，实际测量的光谱中，通常高频的窄峰具有更好的可识别性和特征性，而叠加了不同机理产生的其他低频谱会导致特征性和可识别性下降，例如，典型的拉曼光谱中低频的荧光光谱干扰，以及由散射引起的低频基线变化。现有技术中或需人工干预，或需要额外设备和试剂支持，而且误差较大，可视化效果不好。
技术实现思路
为了克服现有技术中存在的缺陷，本专利技术提供一种便于自动完成，无需额外设备和试剂，误差小，可视化效果好，特征保留充分的基于一阶导数寻峰和样条拟合的光谱基线校正方法。其技术方案如下:，包括以下步骤:I)通过光谱仪采集样本的光谱数据，所述光谱数据包括系列依次增加的波长(或下降的波数，以下均以波长计)值和对应的每个波长上的响应值；2)将波长值按照自然数进行顺序编号，待所有步骤完成后再重新与原始波长对应；3)将每个波长上的响应值构成一个光谱序列；4)对光谱序列进行平滑去噪，降噪方法采用多点平均平滑或Savitzky-Golay平滑；5)求取平滑后序列的一阶导数:一阶导数将一个原始峰分裂为一对上下对应的峰和底，而低频的基线不显示峰分裂，利用这一特点可以实现高频峰和低频背景的分离。寻找一阶导数序列的每一对峰和底，并记录每一对峰和底所在的顺序编号，存为各自对应的峰和底的数组；6)求取每一对峰和底的顺序编号差值，差值中心点为光谱中高频峰的峰值位置，以差值的2?3倍(相邻峰越靠近，倍数设定越小，峰宽值是可调参数，可根据具体情况调整)设定高频峰的峰宽；7)从原始光谱序列中，剔除以高频峰值为中心、峰宽范围内的原始光谱点的编号和数据；8)将剔除后的光谱序列数据，按照编号和光谱值进行样条插值，填补被剔除数据点，插值后的序列，恢复到完整的顺序编号，整个样条插值的拟合点近似为低频光谱的响应；9)从原始光谱中减去低频响应，作为高频光谱的响应；实现混合光谱的高频低频分离或光谱基线校正。本专利技术的有益效果:与已有的光谱分频和基线校正方法相比，本专利技术无需人工干预，无需额外设备和试剂支持，误差小，可视化效果好，特征保留充分等特点。【专利附图】【附图说明】图1是编号后的原始拉曼光谱序列值；图2是对图1平滑降噪；图3是插值后得到的基线拟合值；图4是校正后的光谱。【具体实施方式】下面结合附图和【具体实施方式】对本专利技术的技术方案作进一步详细地说明。，包括以下步骤:I)通过光谱仪采集样本的光谱数据，所述光谱数据包括系列依次增加的波长(或下降的波数，以下均以波长计)值和对应的每个波长上的响应值；2)将波长值按照自然数进行顺序编号，待所有步骤完成后再重新与原始波长对应；3)将每个波长上的响应值构成一个光谱序列；4)对光谱序列进行平滑去噪，降噪方法采用多点平均平滑或Savitzky-Golay平滑；5)求取平滑后序列的一阶导数:一阶导数将一个原始峰分裂为一对上下对应的峰和底，而低频的基线不显示峰分裂，利用这一特点可以实现高频峰和低频背景的分离。寻找一阶导数序列的每一对峰和底，并记录每一对峰和底所在的顺序编号，存为各自对应的峰和底的数组；6)求取每一对峰和底的顺序编号差值，差值中心点为光谱中高频峰的峰值位置，以差值的2?3倍(相邻峰越靠近，倍数设定越小，峰宽值是可调参数，可根据具体情况调整)设定高频峰的峰宽；7)从原始光谱序列中，剔除以高频峰值为中心、峰宽范围内的原始光谱点的编号和数据；8)将剔除后的光谱序列数据，按照编号和光谱值进行样条插值，填补被剔除数据点，插值后的序列，恢复到完整的顺序编号，整个样条插值的拟合点近似为低频光谱的响应；9)从原始光谱中减去低频响应，作为高频光谱的响应；实现混合光谱的高频低频分离或光谱基线校正。本专利技术采用拉曼光谱仪采集到光谱数据，图1是编号后的原始拉曼光谱序列值，其中包含了荧光，导致基线抬升和弱峰不易识别。对图1的光谱序列进行平滑降噪，得到图2。求取平滑后光谱的一阶导数序列，从中寻找每一对峰底的序列编号，并记录。其中每一对峰和底位置求取，以及位置差值的求取如图2中局部放大所示。求取每一对峰底的位置差值，以峰位值+ (差值/2)作为原始峰位值。标出{原始峰位值土(差值X2?3)}的区间，本实施例取3，将区间内所包含的位值从平滑降噪后的原始光谱序列中剔除。对剔除后的光谱序列，按照位值序列，进行样条插值，得到插值后得到的基线拟合值，如图3。用原始谱线减去基线拟合值，得到校正后的光谱，如图4。图4中是校正后的效果，虚线为原始带荧光干扰的光谱，可以看出基线被校正为直线，并容易识别不显著的弱峰。以上所述，仅为本专利技术较佳的【具体实施方式】，本专利技术的保护范围不限于此，任何熟悉本
的技术人员在本专利技术披露的技术范围内，可显而易见地得到的技术方案的简单变化或等效替换均落入本专利技术的保护范围内。【权利要求】1.，其特征在于，包括以下步骤: 1)通过光谱仪采集样本的光谱数据，所述光谱数据包括系列依次增加的波长值和对应的每个波长上的响应值； 2)将波长值按照自然数进行顺序编号，待所有步骤完成后再重新与原始波长对应； 3)将每个波长上的响应值构成一个光谱序列； 4)对光谱序列进行平滑去噪，降噪方法采用多点平均平滑或Savitzky-Golay平滑； 5)求取平滑后序列的一阶导数:一阶导数将一个原始峰分裂为一对上下对应的峰和底，而低频的基线不显示峰分裂，寻找一阶导数序列的每一对峰和底，并记录每一对峰和底所在的顺序编号，存为各自对应的峰和底的数组； 6)求取每一对峰和底的顺序编号差值，差值中心点为光谱中高频峰的峰值位置，以差值的2?3倍，设定高频峰的峰宽； 7)从原始光谱序列中，剔除以高频峰值为中心、峰宽范围内的原始光谱点的编号和数据； 8)将剔除后的光谱序列数据，按照编号和光谱值进行样条插值，填补被剔除数据点，插值后的序列，恢复到完整的顺序编号，整个样条插值的拟合点近似为低频光谱的响应； 9)从原始光谱中减去低频响应，作为高频光谱的响应；实现混合光谱的高频低频分离或光谱基线校正。【文档编号】G01J3/28GK103759827SQ201410006439【公开日】2014年4月30日 申请日期:2014年1月7日 优先权日:2014年1月7日 【专利技术者】姚志湘, 粟晖, 宋光均 申请人:姚志湘本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：姚志湘，粟晖，宋光均，
申请(专利权)人：姚志湘，
类型：发明
国别省市：