一種去除背景噪聲影響的拉曼光譜預處理方法技術

一種去除背景噪聲影響的拉曼光譜預處理方法，步驟如下：1）獲得信息拉曼光譜及背景光譜；2)分別對信息拉曼光譜和背景拉曼光譜作一階微分，得到微分差值光譜；3)對微分差值光譜作分段處理；4）對經過步驟3）處理后的微分差值光譜作有效信息保留的處理；5）對經過步驟4）處理后微分差值光譜的有效部分進行分別分段積分；6）對步驟5）獲得的積分光譜的突變點作修正，即獲得預處理后的拉曼信息光譜。本方法用于拉曼光譜預處理中，能夠有效地從復雜背景噪聲中提取出有效拉曼信息，方法簡單，容易實現。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種光學領域，特別是一種拉曼光譜去噪處理方法。
技術介紹
在進行拉曼光譜分析時，被測量物質的拉曼光譜往往會受到背景噪聲的影響。這些背景噪聲包括機器噪聲、熒光干擾、其他物質的拉曼光譜等。背景噪聲干擾會影響光譜分析的精度，背景噪聲干擾嚴重會使光譜分析難以有效進行，因此，在進行光譜分析前往往需要找到合適的消除背景噪聲影響的光譜預處理方法。常用的去除背景、噪聲影響的光譜預處理方法包括NI數字平滑濾波常用的數字平滑濾波方法有窗口移動平均法，窗口移動二項式平滑，通過數字平滑濾波可以提高信噪比，其實質是去除隨機誤差信號引去的分析信號偏離，對高頻噪聲有效。(2)多項式擬合基線校正利用多項式擬合的基線校正法可以消除熒光背景，這種方法對于熒光背景這樣整體平緩的背景消除有效，本質上是對低頻噪聲的消除。(3)小波變換小波變換可以通過多分辨率的特性消除噪聲，但前提是噪聲、背景要與信號有明顯的頻率差異，才能找到合適的分解方法。(4)FT與HT濾波低通可以過濾隨機信號等高頻噪聲；高通可以去掉基線漂移等低頻信號。以上這些方法在某些情況下能夠有效去除機器噪聲、熒光等的干擾，但在復雜體系中，這些方法對于其他非探測物質的拉曼光譜干擾則無能為力，面對高強度的熒光背景干擾時也達不到理想的效果。另一方面，由于環境的不穩定，如溫度的不穩定，周圍環境的變化，表面增強基底的不穩定等，這些因素往往會使為拉曼光譜的散射強度變化很大，直接通過信息拉曼光譜與背景光譜相減的處理方式不能有效去除背景干擾。
技術實現思路
本專利技術的目的就是提供，它可以有效去除包括高強度熒光的拉曼光譜干擾背景噪聲的影響，適用于背景噪聲不穩定的情況。本專利技術的目的是通過這樣的技術方案實現的，具體步驟如下 I)獲取信息拉曼光譜Ls及背景拉曼光譜Lb，加入被測物質之前，用拉曼光譜儀對背景進行測量，獲得背景光譜Lb;加入被測物質后，再用拉曼光譜儀測量獲得拉曼信息光譜Ls。2)分別對信息拉曼光譜Ls及背景拉曼光譜Lb作一階微分處理，并將含有信息光譜Ls的一階微分值減去背景光譜Lb的一階微分值，得到微分差值光譜CO ； 3)將步驟2)得到的微分差值光譜CO作分段處理，將微分差值的絕對值小于閾值O的分為一段，并用Flag函數標記該段為0，將微分差值大于O的分為一段，并用Flag函數標記該段為1，將微分差值小于-O的的分為一段，并用Flag函數標記該段為-1 ； 4)經過步驟3)處理后的微分差值光譜作有效信息保留處理，保留的有效信息微分差值光譜為Cl ； 5)對微分差值光譜Cl進行分段積分，獲得有效拉曼光譜LI；6)若有效拉曼光譜LI中包含由正值或負值直接變為O的突變點，則對突變點所在區間作線性修正，直至處理后的光譜中沒有突變點，即獲得預處理后的有效信息拉曼光譜L2。進一步，步驟3)中的閾值σ =k*V，其中V為含有有效信息的光譜中選取的比較平衡的一段光譜的散射強度的標準差，標準差計算公式為權利要求1.，其特征在于，具體步驟如下I)獲取信息拉曼光譜Ls及背景拉曼光譜Lb，加入被測物質之前，用拉曼光譜儀對背景進行測量，獲得背景光譜Lb;加入被測物質后，再用拉曼光譜儀測量獲得拉曼信息光譜Ls。2.2)分別對信息拉曼光譜Ls及背景拉曼光譜Lb作一階微分處理，并將含有信息光譜 Ls的一階微分值減去背景光譜Lb的一階微分值，得到微分差值光譜CO ；3)將步驟2)得到的微分差值光譜CO作分段處理，將微分差值的絕對值小于閾值σ的分為一段，并用Flag函數標記該段為0，將微分差值大于σ的分為一段，并用Flag函數標記該段為1，將微分差值小于_σ的的分為一段，并用Flag函數標記該段為_1 ；4)經過步驟3)處理后的微分差值光譜作有效信息保留處理，保留的有效信息微分差值光譜為Cl ；5)對微分差值光譜Cl進行分段積分，獲得有效拉曼光譜LI；6)若有效拉曼光譜LI中包含由正值或負值直接變為O的突變點，則對突變點所在區間作線性修正，直至處理后的光譜中沒有突變點，即獲得預處理后的有效信息拉曼光譜L2。3.如權利要求1所述的，其特征在于 步驟3)中的閾值σ =k*V，其中V為含有有效信息的光譜中選取的比較平衡的一段光譜的散射強度的標準差，標準差計算公式為4.如權利要求1所述的，其特征在于， 步驟4)中對微分差值光譜作有效信息保留處理的方法為找到標記函數Flag從I到O的突變點I到O的突變點M及標記函數Flag從O到-1的突變點N,若M與N之間的標記函數 Flag值全為0，則從M點往前查找微分差值由大于零變為不大于零的突變點M1，直至Ml點的微分差值不大于0，從N點往后查找微分差值由小于零到不小于零的突變點NI，直至NI 點的微分微分差值不小于0，則有效信息區間，保留所有有效信息區間內全部微分差值，其他值設為0，得到處理后的微分差值光譜Cl。5.如權利要求3所述的，其特征在于， 步驟5)對微分差值光譜Cl進行分段積分的方法為對微分差值光譜中Cl中不為零的有效信息段進行分別分段積分，為零的部分積分值置為0，獲得有效拉曼光譜LI。6.如權利要求1所述的，其特征在于，步驟6)中對突變點進行修改的方法為設突變點處的散射位移及散射強度分別為&和J1， 往前找到第一個散射強度O的點，記其散射位移為，對散射位移在X13到巧之間的點的散射強度進行線性校正，校正公式為全文摘要，步驟如下1)獲得信息拉曼光譜及背景光譜；2)分別對信息拉曼光譜和背景拉曼光譜作一階微分，得到微分差值光譜；3)對微分差值光譜作分段處理；4)對經過步驟3)處理后的微分差值光譜作有效信息保留的處理；5)對經過步驟4)處理后微分差值光譜的有效部分進行分別分段積分；6)對步驟5)獲得的積分光譜的突變點作修正，即獲得預處理后的拉曼信息光譜。本方法用于拉曼光譜預處理中，能夠有效地從復雜背景噪聲中提取出有效拉曼信息，方法簡單，容易實現。文檔編號G01N21/65GK102998296SQ20121049044公開日2013年3月27日 申請日期2012年11月28日 優先權日2012年11月28日專利技術者李華棟, 夏良平, 尹韶云, 杜春蕾, 史浩飛 申請人:重慶綠色智能技術研究院本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種去除背景噪聲影響的拉曼光譜預處理方法，其特征在于，具體步驟如下：1）獲取信息拉曼光譜Ls及背景拉曼光譜Lb，加入被測物質之前，用拉曼光譜儀對背景進行測量，獲得背景光譜Lb;加入被測物質后，再用拉曼光譜儀測量獲得拉曼信息光譜Ls。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：李華棟，夏良平，尹韶云，杜春蕾，史浩飛，
申請(專利權)人：重慶綠色智能技術研究院，
類型：發明
國別省市：