[发明专利]一种基于Laplacian-Markov场的光谱恢复方法

说明书

技术领域

本发明属于拉曼光谱数据处理的技术领域，具体涉及一种利用拉普拉斯-马尔科夫Laplacian-Markov）场、反卷积和分裂Bregman迭代法来恢复退化的拉曼光谱的方法，为拉曼光谱在质量检测和材料分析等方面提供了技术支撑。 

背景技术

近年来，人们对拉曼光谱技术的研究相当活跃，使得拉曼光谱在食品质量监测、化学品快速检测、材料分析和生学医学等领域的得到了广泛的应用。然而，光谱数据在光谱仪测量过程中，经常会受到谱线的自然展宽、碰撞展宽、探测器和电路低通特性等因素的影响，导致光谱数据强噪声和子带重叠现象。这些噪声干扰给光谱应用带来了困难，甚至会导致严重的鉴定和估计错误，这极大限制了光谱的应用。因此，对数据进行预处理、提高光谱的分辨率就显得不可或缺。 

目前，恢复退化光谱的方法有很多，这些方法主要可分为两大类：曲线拟合和光谱反卷积。曲线拟合的方法认为光谱曲线是通过高斯函数和洛伦兹函数的组合而成，即实测光谱能通过这些函数来拟合得到。这种方法能够很好的解决子带重叠的问题，即能拟合出重叠的波峰，但是对噪声极其敏感。光谱反卷积的方法主要是通过不同的约束来恢复退化的光谱，这些方法有高阶统计（HOS）、Tikhonov正则化、同态滤波、等等。在这些方法中，约束较强的能够很好的抑制拉曼光谱噪声（Tikhonov正则化），但约束过强会导致退化严重的光谱细节不能恢复。约束较弱的能够将退化的细节较好的恢复出来（高阶统计），但是抑制噪声能力会减弱。因此，这类方法在恢复光谱的分辨率和噪声抑制能力上很难达到平衡。 

发明内容

本发明提供了一种基于Laplacian-Markov场的光谱恢复方法，解决由光谱仪器测得的拉曼光谱数据经常会受到随机噪声和仪器误差等的影响而导致低分辨率的问题。 

一种基于Laplacian-Markov场的光谱恢复方法，按照以下步骤进行： 

（1）对离散化的光谱进行归一化处理得到归一化后光谱强度f_i，i＝1,2,3…n，n为光谱总数； 

（2）计算归一化后光谱强度f_i的一阶导数f_i′； 

（3）计算每一个光谱点f_i的邻域[f_i-3，f_i-2，f_i-1，f_i，f_i+1，f_i+2，f_i+3]的标准差S_i，从中找出最大标准差S_max和最小标准差S_min，构建n×n维加权矩阵Q，加权矩阵Q的对角线元素其余元素置0，其中，ln为自然对数，e为自然常数； 

（4）采用分裂迭代法求解拉曼光谱： 

（41）初始化分裂法求解参数：光谱初始值f⁰＝f，过度去噪补偿初始值b⁰＝0，替代变量初始值d⁰＝0，迭代次数k＝0； 

（42）更新计算f^k+1和d^k+1：