[发明专利]一种基于二元状态转换的惩罚B样条平滑光谱基线校正方法

权利要求书

1.一种基于二元状态转换的惩罚B样条平滑光谱基线校正方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一，参数初始化：对基于二元状态转换的惩罚B样条平滑光谱基线校正方法的参数进行初始化，需要初始化的参数包括最大迭代次数、状态转移算法中的替代因子SF和交换率SR、B样条平滑的惩罚参数p和每个光谱数据点的二元状态信息变量

步骤二，通过状态转换算法中的交换和替代操作，改变二元状态信息变量所形成的二元个体集合x′j的项；

步骤三，惩罚B样条平滑拟合：将x′j与光谱横坐标对应项相乘，删除其中为0的项，并取剩余项对应的光谱强度，组合得到背景迭代点；使用惩罚B样条平滑拟合背景迭代点，获得基线数据；

步骤四，计算适应度函数，用于评判迭代过程中拟合的性能；

步骤五，迭代过程中最佳二元个体集合和基线选择：用适应度函数的最小值选择当前局部最佳二元个体集合和基线；

步骤六，终止迭代过程：当连续两次迭代过程中最优个体适应度函数之差小于设定阈值，或者达到最大迭代次数时，则转至步骤八，否则转到步骤七；

步骤七，更新二元个体集合：将背景基线与步骤五中的局部最优估计基线进行比较从而更新二元个体集合，即通过查找大于局部最佳估计基线的拟合基线中所有数据点位置的原始光谱数据，如果该强度大于拟合基线对应的强度，则该点为特征峰区域，即对应x′i中该点的数据更新为0，然后返回步骤二中继续执行；

步骤八，输出迭代背景基线作为全局最优估计基线，完成校正；

其中步骤三中，基线的建模形式为：

y_i＝f(x_i)+ε_i

f(·)表示B样条的线性组合，ε_i是误差向量；B样条表示为：

μ(x_i)＝∑B_j(x_i)β_j

β_j是B样条系数，B_j(x_i)是具有m等距节点的j次B样条在x_i处的B样条基函数，B样条选取4阶均匀样条，B_j(x)通过DeBoor-Cox定义递推得到：

通过最小二乘和差异惩罚对参数β_j进行回归：

Δ²β_j＝(β_j-β_j-1)-(β_j-1-β_j-2)

S代表目标函数，Δ²是阶数为2的差分算子，D₂β通过D₂矩阵求得，p是样条平滑的惩罚参数；所以参数β_j通过是S取最小值求得：

通常选取的B样条基函数小于背景基线迭代点个数，得到参数β_j的惩罚B样条平滑估计值为：

2.根据权利要求1所述的一种基于二元状态转换的惩罚B样条平滑光谱基线校正方法，其特征在于，所述的步骤一中，初始化的参数进行初始化的取值分别为：最大迭代次数为20、状态转移算法中的替代因子SF＝0.2和交换率SR＝0.4、B样条平滑的惩罚参数p＝10、每个光谱数据点的初始二元状态信息变量随机取0或1。

3.根据权利要求1所述的一种基于二元状态转换的惩罚B样条平滑光谱基线校正方法，其特征在于，所述的步骤一中，所述的二元状态信息变量用于表示在第j次迭代中的光谱数据点{a_i，b_i}是否为背景点，其中光谱数据为a_i表示光谱波束，b_i表示对应的光谱强度，m表示光谱数据的长度；取值0或1，其中表示对应的光谱数据点{a_i，b_i}是背景点，表示为非背景点，即为光谱特征峰区域的点。