[发明专利]拉曼光谱预处理方法及系统

说明书

技术领域

本发明涉及信号处理方法，特别是一种拉曼光谱信号的预处理方法，同时还涉及一种拉曼光谱预处理系统。

背景技术

现有设计的拉曼光谱仪中，为了消除各种光谱信号噪声提高光谱信号信噪比，拉曼光谱仪中普遍包含了光谱信号预处理系统，但并没有对其工作方式做过详尽的报道和描述。而且这些研究成果由于都采用了软件方式实现，虽然能够满足拉曼光谱信号的预处理去噪、提高信噪比的需求，能够对一般拉曼光谱系统的设计起到一定的借鉴作用，但是涉及到产品的实时处理性能、更优的去噪效果方面还是有一些欠缺。随着拉曼光谱仪分析技术的广泛使用，需要一种具有实时处理能力、去噪效果更佳、低成本的拉曼光谱信号预处理实现方法。

发明内容

鉴于此，本发明提供一种高效、稳定的拉曼光谱信号预处理方法，同时提供一种拉曼光谱信号预处理系统。

为达到上述目的之一，本发明提供如下技术方案：拉曼光谱预处理方法，包括小波去噪阶段、非对称最小二乘法去噪阶段、标准归一化处理阶段和三次平滑样条拟合处理阶段，所述非对称最小二乘法去噪阶段具体包括以下步骤：

S1求解拉曼信号强度向量维度m；

S2生成m维的稀疏矩阵，并对该稀疏矩阵求2阶导生成矩阵D；

S3生成初始化m行1列的单位矩阵w；

S4以w向量为对角元素，生成维度为m行m列的带状稀疏矩阵W；

S5对(W+D’*D)做Cholesky分解，得到维度为m行m列矩阵C；

S6求C’*C矩阵的逆矩阵E；

S7向量w和向量y做点积生成向量R，其中y为常量；

S8做矩阵乘法E*R生成1行m列向量z；

S9对向量z和拉曼信号按位做’>’作生成新的w向量；

S10更新w向量，重复步骤S4～S10，通过多次迭代找到最优的光谱基线。

为达到上述目的之二，本发明提供如下技术方案：拉曼光谱预处理系统，包括小波去噪模块、非对称最小二乘法去噪模块、标准归一化处理模块和三次平滑样条拟合处理模块，所述非对称最小二乘法去噪模块包括中央控制模块、矩阵处理阵列、Cholesky求解模块和片上内存；每一次迭代过程，中央控制模块通过CHOL_RUN信号触发Cholesky求解模块执行，并且将对片上内存的读写访问总线交给Cholesky求解模块；当Cholesky求解模块执行完毕后通过CHOL_RDY信号反馈给中央控制模块；中央控制模块再将MATRIX_PROC_RUN信号拉高，使能矩阵处理阵列；矩阵处理阵列执行完毕后通过拉高MATRIX_PROC_RDY信号反馈给中央处理单元；中央处理单元执行下一次的基线校正迭代；通过多次迭代找到最优的光谱基线。

进一步，所述Cholesky求解模块用于对待求解矩阵进行最大值遍历搜索和C_ij＝C_ij-^a_ik*C_kj变换，i,j表示被搜索矩阵行列坐标，其中a_ik为k列元素，C_kj为k行元素，k＝1,2,3,4,······,m；并将生成的值更新到相对应坐标位置元素，将相对应最大值元素的行列坐标位置信息存放入FILO的存储器中；所述Cholesky求解模块再从FILO存储器中读取坐标信息，并依据此坐标信息进行矩阵的行列互换，并将生成的结果送到片上内存中。

进一步，所述矩阵处理阵列包括乘法单元、加法器和比较器；所述乘法单元进行两个矩阵的乘法运算，即受控制信号操作从内存中分别读取矩阵A的某一行与矩阵B的某一列，将行列元素分别相乘生成1024个乘积值；所述加法器对1024个乘积值做累加，完成后生成向量z，向量z与向量y通过比较器比较生成向量w，y为常量。

由于采用了以上技术方案，本发明具有以下有益技术效果：本发明提供了一种高效、稳定的拉曼光谱信号预处理方法及系统。通过本发明，能够实现对光谱信号的去噪滤波、消除荧光背景对光谱信号分析的干扰、消除噪声和数据量纲对光谱信号分析的影响提高光谱信号的数据信噪比；通过设计专门的门电路替代预处理系统中的非对称最小二乘基线校正算法的软件处理方法，提高了拉曼光谱信号预处理系统的处理能力和预处理效果，在同样的处理时间条件下，通过更多次的迭代处理可以使拉曼光谱预处理算法的效果趋向于收敛到更佳的效果。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述，其中：

图1为拉曼光谱预处理流程图；