[发明专利]一种基于一阶导数寻峰和样条拟合的光谱基线校正方法

说明书

技术领域

本发明属于光谱分析技术领域，涉及一种基于一阶导数寻峰和样条拟合的光谱基线校正方法。

背景技术

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。

发明内容

为了克服现有技术中存在的缺陷，本发明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：

一种基于一阶导数寻峰和样条拟合的光谱基线校正方法，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（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。

本发明的有益效果：与已有的光谱分频和基线校正方法相比，本发明无需人工干预，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。

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发明的技术方案作进一步详细地说明。

一种基于一阶导数寻峰和样条拟合的光谱基线校正方法，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（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。