[发明专利]一种基于数据库的拉曼光谱预处理方法

说明书

本发明公开了一种基于数据库的拉曼光谱预处理方法，包括：采集多种样品的拉曼光谱，构建拉曼光谱数据库，此数据库中所包含的拉曼光谱数据构成的光谱矩阵具有低秩性；在某一预设的积分时间条件下，采集具有相同组成成分样品的原始光谱；当原始光谱的噪声超过阈值时，从拉曼光谱数据库中提取合适的光谱数据构造临时数据库，将原始光谱与临时数据库组合成光谱矩阵，利用低秩性光谱优化算法对光谱矩阵进行处理；提取出算法优化后的拉曼光谱并对其进行噪声评估，若噪声未超过阈值，得到剔除了噪声影响的信噪比满意的拉曼光谱；否则，进行下次迭代，重新执行数据优化处理。本方法有效缩短了光谱数据的采集时间，为拉曼光谱检测提供了更广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及拉曼光谱预处理技术领域，尤其涉及一种基于数据库的拉曼光谱预处理方法。

背景技术

拉曼光谱是一种基于拉曼散射效应的重要的光谱检测技术，可以实现对物质的定性、定量以及结构分析，具有操作简单、分析速度快、灵敏度高等优越性，更重要的是，拉曼光谱无需样品制备过程，而且可以对样品进行无损检测，可靠性高。

目前，拉曼光谱的应用范围十分广泛，包括：化学、材料、食品、医药、生物学、环境保护、地质考古、宝石鉴定等各个领域。

在利用拉曼光谱进行物质检测的过程中，采集到的原始拉曼光谱通常伴随着一定的噪声，影响检测结果的准确度和精度，因此光谱预处理是非常重要的步骤。

目前，常用的拉曼光谱预处理的方法有平滑、求导、标准正态变换、小波变换等，但是每种方法都有一定的局限性，例如：平滑法可能会丢失有用的高频信号数据；求导法会引入新的噪声；标准正态变换法不能去除荧光背景干扰；小波变换法对参数设置敏感等等。

发明内容

本发明提供了一种基于数据库的拉曼光谱预处理方法，本发明不仅能够很大程度地提高拉曼光谱的信噪比，而且可以缩短光谱数据的采集时间，详见下文描述：

一种基于数据库的拉曼光谱预处理方法，所述拉曼光谱预处理方法包括以下步骤：

进行预实验，采集多种样品的拉曼光谱，基于残差谱图分析法对采集到的拉曼光谱进行筛选，识别并消除拉曼光谱中由于宇宙射线等外界因素造成的干扰，提高拉曼光谱数据库的预处理精度。

根据光谱特征的不同对拉曼光谱进行分类，由于有限种组成成分的样品的拉曼光谱信号具有高度相关性，因而拉曼光谱数据具有低秩特性，利用这一特性建立低秩矩阵模型，即构建不同类别的拉曼光谱数据库；

在某一预设的积分时间条件下，采集待测样品的原始光谱；

设定噪声评估阈值，对原始光谱的噪声进行评估；

当原始光谱的噪声超过阈值时，选择相应类别的拉曼光谱数据库进行光谱预处理(若待测样品的组成成分已知时，可人为选择组成成分相同的拉曼光谱数据库；当待测样品的组成成分未知时，利用自动分类算法对采原始光谱进行预分析，并自动匹配相应类别的拉曼光谱数据库)；

从拉曼光谱数据库中提取合适的光谱数据构造临时数据库，将原始光谱与临时数据库组合成光谱矩阵，利用低秩性光谱优化算法对光谱矩阵进行处理；

提取出算法优化后的拉曼光谱并对其进行噪声评估，若噪声未超过阈值，则得到剔除了噪声影响的信噪比满意的拉曼光谱；否则，进行下次迭代，重新执行数据优化处理。

其中，所述拉曼光谱预处理方法还包括：

当原始光谱的噪声没超过阈值时，将原始光谱作为信噪比满意的拉曼光谱输出。

进一步地，所述阈值为6％。

本发明提供的技术方案的有益效果是：

1、本发明基于构建的拉曼光谱数据库，利用低秩性光谱优化算法对原始光谱进行处理，获得具有高信噪比的拉曼光谱；