一種樣品瓶固定干擾噪聲的拉曼光譜去除方法技術

本發明專利技術公開了一種樣品瓶固定干擾噪聲的拉曼光譜去除方法，具體包括：對空樣品瓶光譜信號進行采集、處理，對生成的譜峰進行位置識別處理；對裝有待測物的樣品瓶光譜進行采集、處理，并對生成的譜峰位置識別處理；依據空樣品瓶譜峰中識別的位置，在裝有待測物的樣品瓶光譜中將空樣品瓶的峰面積值從峰頂往下進行漸進式扣除干擾峰處理；對扣除后的譜峰進行處理，得到無樣品瓶干擾的待測物拉曼光譜，這樣的方法，解決了在透明樣品瓶中檢測物質光譜受樣品瓶干擾的問題，最大化解決因樣品瓶產生的信號干擾，減少測量誤差，提高檢測精度及準確度。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于光譜檢測的
，具體涉及一種去除拉曼光譜散射固定干擾噪聲的方法。
技術介紹
近年來隨著經濟的發展，執法部門對用于安全檢測的儀器設備需求越來越高，拉曼光譜是一種指紋圖譜式檢測技術，在多個領域具有廣泛應用。但是使用拉曼光譜檢測時，一般樣品均需放置在透明包裝內進行采樣檢測，而透明包裝所產生的拉曼光譜信號隨著樣品的信號被采集到圖譜中，通常無法通過濾光片濾除，嚴重干擾檢測效果。因透明包裝經過激光照射后，或產生拉曼散射，拉曼光譜儀中濾光片無法濾去，導致檢測樣品帶有包裝的散射峰，如樣品瓶所產在波數為1400cm-1附件的干擾，會造成單峰、疊加峰等多種模式干擾，對檢測結果影響巨大，導致光譜數據匹配及檢測結果輸出準確度下降。因此，現有技術有待改進和提高。
技術實現思路
本專利技術的目的在于克服現有技術的不足之處，提供一種樣品瓶固定干擾噪聲的拉曼光譜去除方辦法，能夠解決樣品瓶所產生的固定拉曼散射干擾，對放置在樣品瓶中的待測物輸出更為準備的檢測圖譜及匹配結果，能夠解決長久以來困擾拉曼檢測樣品瓶產生的干擾問題。本專利技術的目的是通過如下技術方案實現的：一種樣品瓶固定干擾噪聲的拉曼光譜去除方法，其特征在于，包括如下步驟：1)原始環境的背景光譜信息采集；2)對背景光譜信息進行平滑、降噪、譜峰識別處理后生成的基線；3)對空樣品瓶進行光譜信息采集；4)對空樣品瓶光譜信息進行處理，得到處理后空樣品瓶的拉曼光譜，并對生成的譜峰進行位置識別處理；位置識別處理:即從所得光譜的峰頂部位置出發，分別向左右兩邊延伸，在峰底部第一次到達最小值作為左邊界L、右邊界R，從左邊界L、右邊界R開始，逐次向外延伸，即L,L-1，L-2…；R,R-1，R-1，R-2…,直到遇到新峰邊界或預定值為止，結合高斯分布，確定峰邊界,識別得到空樣品瓶光譜譜峰的位置；5)對裝有待測物的樣品瓶檢測，進行光譜信息采集；6)對裝有待測物的樣品瓶光譜信息進行處理，得到處理后裝有待測物樣品瓶的拉曼光譜，并對生成的譜峰進行位置識別處理；位置識別處理:從所得光譜的峰頂部位置出發，分別向左右兩邊延伸，在峰底部第一次到達最小值作為左邊界L、右邊界R，從左邊界L、右邊界R開始，逐次向外延伸，即L,L-1，L-2…；R,R-1，R-1，R-2…,直到遇到新峰邊界或預定值為止，結合高斯分布，確定峰邊界，識別得到裝有待測物樣品瓶光譜譜峰的位置；7)依據步驟4)中空樣品瓶光譜譜峰中識別的位置，對步驟6)中得到的經過位置識別處理的裝有待測物樣品瓶的拉曼光譜進行扣除干擾峰處理，扣除干擾峰處理:即采用漸進方式從裝有待測物樣品瓶的拉曼光譜中將空樣品瓶光譜的峰面積值扣減；8)對經過扣除干擾峰處理后的譜峰進行平滑、降噪、譜峰識別處理，最后得到無樣品瓶干擾的待測物拉曼光譜。進一步地，所述步驟4)或步驟6)中對生成的譜峰進行位置識別處理，步驟如下：先使用一階導數將處理后的譜圖進行尋峰，然后對峰位置進行定位，找出峰位置；再根據峰位置，通過差值法對比左右二邊的數據值確定峰對應的波數范圍。所述位置識別處理，具體方式如下：根據峰位置，通過差值比對法確定峰對應的波數范圍，通過高斯分布判別峰值區域，這里u為高斯分布平均值，σ為均方差，曲線拐點在x＝u±2σ處。當|x-u|≤3σ時，Y＝0.9974，表明落在此區間外的面積不足0.3％，可認為X幾乎在該區間外取值，當|x-u|≤6σ時，Y＝0.9999966，可認為X完全不在該區間外面取值。所述步驟7)中，扣除干擾峰處理可分為單峰扣除法和疊加峰扣除法兩種，其光譜的峰面積值是這樣確定的：從峰位置出發，分別向兩邊延伸，在峰底部第一次到達最小值作為左邊界L、右邊界R，從左邊界L、右邊界R開始，逐次向外延伸，即L,L-1，L-2…；R,R-1，R-2，…,直到遇到新峰邊界或預定值為止，結合高斯分布，確定峰邊界，每次改變邊界，均重新計算峰面積，最后將所計算的峰面積求出平均值，即為峰面積值；峰面積公式為：Ak=Σi=L-KR+Kdatal-R-L+2K+12(dataL-K+dataR+K)]]>A=Σk=0m-1Ak/m]]>式中，A為峰面積，Ak為每次邊界延伸所計算的峰面積，L為峰左邊界，R為峰右邊界。單峰扣除法的方式如下：在裝有待測物樣品瓶的拉曼光譜中，從峰識別位置的最左邊開始數據至峰識別位置最右邊結束數據為止的整體范圍內，按照峰形，從峰頂部往下漸進式整體扣除，直到扣除面積等同于空樣品瓶拉曼光譜的峰面積(即干擾面積)為止。疊加峰扣除法的方式如下：在裝有待測物樣品瓶的拉曼光譜中，樣品瓶的譜峰實質是干擾峰，對譜峰中除干擾峰外的待測物譜峰進行圖形虛擬還原處理，圖形虛擬還原處理的邊界范圍是：到達最近的起點邊界或者到達與其他峰的連接點，其中，干擾峰與左邊疊加峰的實際/虛擬邊界交叉面積為A1，干擾峰與右邊疊加峰實際/虛擬邊界交叉面積為A2，將疊加峰中干擾部分從左邊實際/虛擬峰邊界至右邊實際/虛擬峰邊界部分整體扣除，作為干擾峰扣除面積A3；再將剩余部分的干擾峰面積A1+A2扣除，剩余的干擾峰面積從疊加峰的峰開始邊界數據至峰結束邊界為止整體開始，從上往下漸進式整體扣除，扣除面積為A4；干擾峰扣除面積等于疊加峰中干擾部分面積與疊加峰整體扣除面積之和；干擾峰面積：A＝A1+A2+A3＝A3+A4，其中A4＝A1+A2。本專利技術的技術方案中，關鍵核心是步驟4)、步驟6)、步驟7)，而步驟2)、步驟8)可以使用其他不同方法進行處理，其余步驟則為常規檢測步驟。所述步驟8)中對扣除干擾峰后的譜峰處理，具體步驟如下：8-1)通過光譜儀采集到原始環境的背景光譜數據，根據波數200～3199cm-1按照自然數進行順序編號，所有編號與波數相對應；8-2)將編號與扣除干擾峰后的譜峰中波長相對應，將每個波長上響應值構成一個光譜序列；8-3)對每個光譜序列采用多點平均平滑或Savitzky-Golay平滑，以去除噪聲，去除噪聲后的基線使用一階導數方法進行尋峰及識別，然后使用偏最小二乘法進行基線優化。采用上述技術方法，本專利技術具有以下優點：1.本專利技術在傳統光譜圖譜處理基礎上，通過對裝有待測物的樣品瓶光譜扣除干擾峰，對圖譜處理技術無任何改動，不會產生因扣除干擾而引起的處理誤差及數據誤差等。2.本專利技術基于樣品瓶干擾峰面積扣除法，在待測物樣品原始譜峰中進行漸進式扣除，能夠最大化減小扣除帶來的誤差，還原樣品準確譜峰。3.本專利技術除去待測物樣品包裝所用的樣品瓶的拉曼本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種樣品瓶固定干擾噪聲的拉曼光譜去除方法，其特征在于，包括如下步驟：1)原始環境的背景光譜信息采集；2)對背景光譜信息進行平滑、降噪、譜峰識別處理后生成的基線；3)對空樣品瓶進行光譜信息采集；4)對空樣品瓶光譜信息進行處理，得到處理后空樣品瓶的拉曼光譜，并對生成的譜峰進行位置識別處理；位置識別處理:即從所得光譜的峰頂部位置出發，分別向左右兩邊延伸，在峰底部第一次到達最小值作為左邊界L、右邊界R，從左邊界L、右邊界R開始，逐次向外延伸，即L,L?1，L?2…；R,R?1，R?1，R?2…,直到遇到新峰邊界或預定值為止，結合高斯分布，確定峰邊界,識別得到空樣品瓶光譜譜峰的位置；5)對裝有待測物的樣品瓶檢測，進行光譜信息采集；6)對裝有待測物的樣品瓶光譜信息進行處理，得到處理后裝有待測物樣品瓶的拉曼光譜，并對生成的譜峰進行位置識別處理；位置識別處理:從所得光譜的峰頂部位置出發，分別向左右兩邊延伸，在峰底部第一次到達最小值作為左邊界L、右邊界R，從左邊界L、右邊界R開始，逐次向外延伸，即L,L?1，L?2…；R,R?1，R?1，R?2…,直到遇到新峰邊界或預定值為止，結合高斯分布，確定峰邊界，識別得到裝有待測物樣品瓶光譜譜峰的位置；7)依據步驟4)中空樣品瓶光譜譜峰中識別的位置，對步驟6)中得到的經過位置識別處理的裝有待測物樣品瓶的拉曼光譜進行扣除干擾峰處理，扣除干擾峰處理:即采用漸進方式從裝有待測物樣品瓶的拉曼光譜中將空樣品瓶光譜的峰面積值扣減；8)對經過扣除干擾峰處理后的譜峰進行平滑、降噪、譜峰識別處理，最后得到無樣品瓶干擾的待測物拉曼光譜。...

【技術特征摘要】
1.一種樣品瓶固定干擾噪聲的拉曼光譜去除方法，其特征在于，包括如下步驟：
1)原始環境的背景光譜信息采集；
2)對背景光譜信息進行平滑、降噪、譜峰識別處理后生成的基線；
3)對空樣品瓶進行光譜信息采集；
4)對空樣品瓶光譜信息進行處理，得到處理后空樣品瓶的拉曼光譜，并對生成的譜峰進
行位置識別處理；位置識別處理:即從所得光譜的峰頂部位置出發，分別向左右兩邊延伸，在
峰底部第一次到達最小值作為左邊界L、右邊界R，從左邊界L、右邊界R開始，逐次向外延
伸，即L,L-1，L-2…；R,R-1，R-1，R-2…,直到遇到新峰邊界或預定值為止，結合高斯分布，
確定峰邊界,識別得到空樣品瓶光譜譜峰的位置；
5)對裝有待測物的樣品瓶檢測，進行光譜信息采集；
6)對裝有待測物的樣品瓶光譜信息進行處理，得到處理后裝有待測物樣品瓶的拉曼光譜，
并對生成的譜峰進行位置識別處理；位置識別處理:從所得光譜的峰頂部位置出發，分別向左
右兩邊延伸，在峰底部第一次到達最小值作為左邊界L、右邊界R，從左邊界L、右邊界R開
始，逐次向外延伸，即L,L-1，L-2…；R,R-1，R-1，R-2…,直到遇到新峰邊界或預定值為止，
結合高斯分布，確定峰邊界，識別得到裝有待測物樣品瓶光譜譜峰的位置；
7)依據步驟4)中空樣品瓶光譜譜峰中識別的位置，對步驟6)中得到的經過位置識別
處理的裝有待測物樣品瓶的拉曼光譜進行扣除干擾峰處理，扣除干擾峰處理:即采用漸進方式
從裝有待測物樣品瓶的拉曼光譜中將空樣品瓶光譜的峰面積值扣減；
8)對經過扣除干擾峰處理后的譜峰進行平滑、降噪、譜峰識別處理，最后得到無樣品瓶
干擾的待測物拉曼光譜。
2.根據權利要求1所述的拉曼光譜去除方法，其特征在于：所述步驟4)或步驟6)中對
生成的譜峰進行位置識別處理，步驟如下：先使用一階導數將處理后的譜圖進行尋峰，然后
對峰位置進行定位，找出峰位置；再根據峰位置，通過差值法對比左右二邊的數據值確定峰
對應的波數范圍。
3.根據權利要求2所述的拉曼光譜去除方法，其特征在于：所述位置識別處理，具體方
式如下：根據峰位置，通過差值比對法確定峰對應的波數范圍，通過高斯分布
判別峰值區域，這里u為高斯分布平均值，σ為均方差，曲線拐點在x＝u
±2σ處；當|x-u|≤3σ時，Y＝0.9974，表明落在此區間外的面積不足0.3％，可認為X在該

\t區間外取值，當|x-u|≤6σ時，Y＝0.9999966，可認為X完全不在該區間外面取值。
4.根據權利要求1或2或3所述的拉曼光譜去除方法，其特征在于：所述步驟7)中，
扣除干擾峰處理可分為單峰扣除法和疊加峰扣除法兩種，其光譜的峰面積值是這樣確定的：
從峰位置出發，分別向兩邊延伸，在峰底部第一次到達最小值作為左邊界L、右邊界R，從左
邊界L、右邊界R開始，逐次向外延伸，即L,L-1，L-2…；R,R-1，R-2，…,直到遇到新峰邊
界...

【專利技術屬性】
技術研發人員：劉衛，王中昆，葛磊，李東風，姚冰，鮑復魚，
申請(專利權)人：安徽芯核防務裝備技術股份有限公司，
類型：發明
國別省市：安徽;34