[发明专利]采用算术平均与几何平均差消除拉曼光谱背景的方法

权利要求书

1.采用算术平均与几何平均差消除拉曼光谱背景的方法，其特征在于：该方法是从多次采集的光谱算数平均值和几何平均值的差异中，提取拉曼光谱微元，然后，从每次采集的光谱中，分离拉曼光谱和背景，每次分离出的拉曼光谱通过累加得到整个测量时间内的累积光谱即为消除了背景干扰后的拉曼光谱，或者采用算术平均得到单位测量时间的平均光谱即为消除了背景干扰后的拉曼光谱。

2.根据权利要求1所述的采用算术平均与几何平均差消除拉曼光谱背景的方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：

S1、连续测量并记录系列光谱

开启激光光源照射样品，同时，连续记录激发所产生的系列光谱S_i(i＝2ⁿ)，采集光谱的数量选择2ⁿ个，可根据信噪比和精度情况确定n的大小；

S2、计算2ⁿ个光谱间两两几何平均值

2ⁿ个光谱第一轮可得到2^n-1个两两间几何平均值，经过n+1轮计算，最终得到1个几何平均值MG；

S3、计算算术平均值

将2ⁿ个光谱累加平均后得到算术平均值MA；

S4、从MG和MA的差异中求取拉曼光谱微元R_d

通过归一化4阶中心矩最大判据，找出k值，利用式R_d＝kMG-MA，得到不含背景干扰的拉曼光谱微元R_d；

S5、从系列光谱中分离出纯拉曼光谱R(i)

通过归一化4阶中心矩最小判据，通过累积扣除系列光谱中的每一帧光谱中所含的R_d，得到系列背景值B(i)；

然后分别从S_i扣除平滑降噪后背景B(i)，得到每一帧光谱中所含的纯拉曼信号R(i)；

S6、将各帧光谱中的拉曼信号累加或平均后输出

将2^n个R(i)累加，累加值即为整个光谱采集时间内的拉曼积分信号；或者将累加值按照累计时间平均，输出单位时间下的拉曼信号平均值，即为消除了背景干扰后的拉曼光谱。

3.根据权利要求1所述的采用算术平均与几何平均差消除拉曼光谱背景的方法，其特征在于：所述算术平均和几何平均是两种计算平均值的方法，但两种均值结果不同，测量拉曼光谱时，测量到的光谱出现的不稳定情况主要来自于背景的变化，定义两个时刻测量的光谱分别为S₁和S₂，以向量形式表达：

S₁＝X+R

S₂＝Y+R

即，S₁和S₂对应了相同的拉曼光谱R和不同的背景X、Y；

S1和S2的算术平均值MA：

几何平均值MG：

考察MG和MA的模量：

即MA的模量大于MG，模量的超出部分由背景差异贡献，几何平均值比较于算术平均值，几何平均值中的拉曼光谱占比更大；根据这一原理，利用多次几何平均和算术平均计算后的差值的累积差异，可以将拉曼光谱与背景区分开来；

因为MG和MA中拉曼光谱占比不同，拉曼光谱微元R_d和MG、MA之间存在如下关系：

R_d＝kMG-MA

因为拉曼光谱的频率高于背景光，因此不受背景光干扰的拉曼光谱具有最大归一化4阶中心矩。

4.根据权利要求2所述的采用算术平均与几何平均差消除拉曼光谱背景的方法，其特征在于：n大于2。

5.根据权利要求2所述的采用算术平均与几何平均差消除拉曼光谱背景的方法，其特征在于：k处于(0.1，2)区间，步长0.001步进。

6.根据权利要求2所述的采用算术平均与几何平均差消除拉曼光谱背景的方法，其特征在于：n＝5时，k＝1.011。