[发明专利]一种基于随机抽样一致性的光谱漂移标定与校正方法

权利要求书

1.一种基于随机抽样一致性的光谱漂移标定与校正方法，其特征在于包括如下步骤：

(1)基于相同物质具有相同特征谱线，将光谱仪首次测量物质的光谱作为参考光谱，利用光谱寻峰算法识别出归一化光谱中主要特征谱线的谱峰位置，即记录像元和响应幅值，作为参考像元序列，假设该物质的参考谱线中存在m条特征谱线，谱线的像元序列记作A-Ref＝[Id₁,Id₂,…,Id_m]，其中Id_i为m中第i条谱线的像元值；

利用标准光源或主要特征谱线的已知波长值，确定并建立光谱仪像元与波长间的转换模型及系数，假设光谱仪响应的像元值为P＝[p₁,p₂,…,p_k]，对应波长值为λ＝[λ₁,λ₂,…,λ_k]，k表示获得谱线的数量；通过多项式拟合法建立两者之间关系的转换模型方程λ＝f(p)：

式中，j为多项式的阶数。采用最小二乘法对该方程中系数进行解算，得到系数α₀,α₁,…,α_j，获得能描述像元与波长转换关系的拟合方程；

(2)光谱仪再次测量该物质的光谱作为测量光谱，利用光谱寻峰算法识别出归一化光谱中主要特征谱线的谱峰位置，作为实测像元序列，假设该物质的测量谱线中存在n条特征谱线，谱线的位置记作A-Mea＝[Id’₁,Id’₂,…,Id’_n]，其中Id’_i为n中第i条谱线的像元值，且m≠n；

(3)利用随机抽样一致性算法匹配测量特征谱线与参考特征谱线间相匹配的谱线，通过迭代反复从参考光谱和测量光谱中已识别的谱峰像元序列样本中随机选取一些子集，假设是局内点的子集，建立一个拟合模型和相关的模型参数，并设置阈值条件；根据拟合模型计算其样本到拟合模型的距离，小于阈值的点作为局内点，大于阈值的点作为局外点，然后通过内点重新估计模型；此过程不断迭代直到找到一组能满足条件的最大概率的局内点，进而识别出符合模型的测量特征谱线位置与参考特征谱线位置且相匹配的谱线；

(4)利用匹配出的特征谱线，将参考谱线局内点与测量谱线局内点相减，计算所有匹配谱线间像元差的均值作为光谱漂移量，假设匹配出q条项对应的特征谱线，记作数组A-Mat＝[Id₁,Id₂,…,Id_q；Id’₁,Id’₂,…,Id’_q]，光谱漂移量为D＝mean([Id₁,Id₂,…,Id_q]-[Id’₁,Id’₂,…,Id’_q])；

(5)将测量光谱中所有像元加上(4)中计算的光谱漂移量，使波段内测量光谱的像元得到校正后的像元，再利用(1)中标定参考光谱的像元与波长转换模型及系数，计算校正后测量光谱像元所对应的波长，作为校正后光谱波长；

(6)利用校正后测量光谱主要特征谱线的波长值与参考光谱对应特征谱线的波长值比较，对于相匹配的q条特征谱线，在参考光谱中的波长序列为λ＝[λ₁,λ₂,…,λ_q]，校正后测量光谱中的波长序列为λ’＝[λ’₁,λ’₂,…,λ’_q]，则两者间的差为Δλ＝λ-λ’，利用Δλ内所有元素的绝对平均值和均方根定量描述校正后测量光谱的波长精度。