[发明专利]拉曼成像光谱数据中宇宙射线Spike的识别及修正方法

说明书

本发明公开一种拉曼成像光谱数据中宇宙射线Spike的识别及修正方法，不再直接用两个光谱的线性近似谱进行比较，而是利用可能包含Spike和小量尖峰信息的目标光谱ss进行比较，减少连续光谱相似度低时为判别Spike带来的干扰，提高了识别的正确率，能有效在拉曼成像数据中集中识别出含有Spike的拉曼光谱并修正。

技术领域

本发明涉及一种光谱成像处理方法，尤其是涉及一种拉曼成像光谱数据中宇宙射线Spike的识别及修正方法。

背景技术

拉曼成像技术能提供样品空间上光谱上的信息，有效地提取出样品成分的空间分布信息，被广泛应用生物组织、材料成分分析等领域。耦合电荷器件(CCD)是目前拉曼光谱仪的主要传感器件，具有高灵敏度和低噪声等优点，但却容易受到宇宙射线的干扰，在拉曼光谱上产生狭窄而尖锐的峰，称为Spike。由于宇宙射线的干扰是随机的，所以区别于一般的拉曼特征峰，Spike是随机出现的。

拉曼成像技术一次能扫描样品上数千个点，每个样品点都生成一条拉曼光谱，故拉曼成像的数据集包含了样品的数千条拉曼光谱，这些光谱全部拥有相同的波数。在这些光谱中，有一些光谱受到宇宙射线干扰，产生Spike，这些Spike通常强度值很高，若不去除，会对后续的数据处理造成影响。但由于拉曼成像的数据集中包含了太多的拉曼光谱，无法用人眼一一鉴别是否包含Spike，因此需要一种技术在拉曼成像数据集中自动识别包含Spike的光谱，并剔除这些Spike。

在拉曼光谱中去除Spike的现有技术可以分为两种，一种是只利用单一光谱的信息去除Spike的方法。另一种是需要利用多个光谱，通过比较光谱之间差异来识别、剔除Spike的方法。

单一拉曼光谱修正方法主要依靠Spike峰宽窄，强度高的特点，比较典型的有中值滤波，小波转换。这些方法基于Spike峰宽远小于正常拉曼峰宽的假设，而现有文献报道某些Spike的峰宽高达10个波数；另外中值滤波，小波转换这两种方法会对正常拉曼峰造成一定的扭曲。

如上文提及，Spike最重要的特征是其随机性，不可重现这一点，单一拉曼光谱修正Spike方法仅依靠峰宽和峰值强度作为判断Spike的依据，有将正常拉曼峰误判为Spike或遗漏识别Spike的可能——因为有可能出现峰宽狭窄的拉曼峰或峰值强度很小的Spike。这是单一拉曼光谱修正Spike方法的先天不足之处，单条光谱不能提供识别Spike的充分信息。

多拉曼光谱修正Spike方法，考虑到Spike出现的随机性，克服单一拉曼光谱修正方法缺点是比较两个相似的光谱，比如使用于连续光谱扫描的最近邻比较法，需要提供额外目标光谱的上界光谱法，一阶、二阶差分，利用矩阵理论，如PCA(principal componentanalysis)进行分析的方法。

其中最近邻比较法的主要问题是不能保证两个连续的光谱在拉曼峰位置足够相似，峰值过大的差异会造成误判，上界光谱法需要提供在相同条件下测量的目标光谱，显然不是一种实际的办法；基于PCA的方案则要保证光谱矩阵的主要信息不被丢失，但实际上各个光谱主成分的关系复杂，在去除噪声和Spike时，难免会损失一部分有用的信息。

发明内容

本发明的第一目的在于提供一种拉曼成像的光谱数据中宇宙射线Spike的识别方法，能提高识别正确率。

本发明的第二个目的在于提供一种从拉曼成像的光谱数据中宇宙射线Spike的修正方法。可以正确识别出整个拉曼成像光谱中含有的全部宇宙射线Spike并去除。

本发明第一目的可通过以下技术措施来实现：一种拉曼成像的光谱数据中宇宙射线Spike的识别方法，包括以下步骤：

1.拉曼成像中生成了m个原始拉曼光谱s，每个光谱有n个波数，对其中一个原始拉曼光谱s执行半窗口值为w的开运算，得到开运算光谱so，半窗口值w取值应不小于拉曼光谱仪产生的最大的Spike峰宽的一半；