[发明专利]一种基于双尺度相关运算的拉曼谱峰识别方法

权利要求书

1.一种基于双尺度相关运算的拉曼谱峰识别方法，其特征在于：

双尺度相关法采用大、小两个尺度的参考峰型分别与被检光谱做滑动相关运算，得到两个尺度下的相关系数，取相关系数大于某一阈值的局部极大处为疑似拉曼谱峰，同时结合改进的局部信噪比(Local Signal to Noise Ratio，LSNR)来判断该处是否为真正的拉曼谱峰。由于拉曼谱峰近似为高斯线型，选高斯线型作为参考峰型，高斯线型的半峰宽可取为拉曼谱峰的经验宽度，即依据实际所测样品集的拉曼谱峰的宽度分布情况，取其经验平均宽度。取高斯线型顶部作为小尺度参考峰型，其支撑宽度决定了算法识别重叠峰的敏感性，具体值可依据光谱中谱峰重叠程度来选择；取近乎完整的高斯峰型为大尺度参考峰型，其支撑宽度可取孤立峰的经验宽度。

在做滑动相关运算时，为避免峰高不同对相关系数的影响，我们将滑动窗口内的信号按照参考峰型的强度进行了强度归一化。双尺度相关运算后，在相系数大于某一阈值的区域中取局部极大处为可能存在谱峰的位置。为保证识别准确率，分别计算疑似峰位置处在两个尺度下的局部信噪比，当该处局部信噪比大于某一阈值时，确定为存在拉曼谱峰。定义局部信噪比为：

LSNR＝[2S(n)-S(n+m)-S(n-m)]/σ_N

其中，m表示计算局部信噪比的窗口半宽度，此处m分别取为大、小尺度参考峰型的半支撑宽度即可。S(n)表示谱峰位置n处的光谱强度，σ_N表噪声标准差。

通常，定义谱峰最低检测限为3倍的噪声标准差(谱峰信噪比为3)，即只有当谱峰强度大于3倍的噪声标准差时才能够检测到该谱峰。依据局部信噪比的定义，谱峰处的局部信噪比下限应为6倍的噪声标准差。

具体步骤如下：

步骤一、估计噪声标准差σ_N。噪声标准差估计采用H.Georg Schulze等提出的改进的二阶差分法。

步骤二、大尺度相关。以大尺度参考峰型与光谱信号做滑动相关，取相关系数cc₁大于阈值corr_th₁(设为0.6)的区间中的局部极大处为疑似信号峰位置。

步骤三、计算大尺度局部信噪比，若疑似峰处大尺度局部信噪比lsnr₁大于lsnr_th₁(设为6)，则判定该处为拉曼谱峰。

步骤四、计算谱峰覆盖区域。设平均半峰宽为hw，步骤三中判断出的谱峰位置为p₁、p₂……p_m。则被谱峰覆盖的区域为：

(p₁-hw,p₁+hw)∪(p₂-hw,p₂+hw)∪……∪(p_m-hw,p_m+hw)

步骤五、小尺度相关。以小尺度参考峰型与光谱信号做滑动相关，不考虑上一步骤中求出的谱峰覆盖区域，取相关系数cc₂大于阈值corr_th₂(设为0.6)的区间中的局部极大处为疑似信号峰位置。

步骤六、计算小尺度局部信噪比，若疑似峰处局部信噪比lsnr₂大于lsnr_th₂(设为6)，则判定该处为拉曼谱峰。

步骤七、步骤三与步骤六中得出的谱峰位置取并集，给出整个光谱信号的谱峰位置。