用于扣除谱图本底的方法和通过拉曼谱图识别物质的方法技术

本发明专利技术公开了一种用于扣除谱图本底的方法，包括以下步骤：寻找出原始谱图的峰信息，该峰信息包括峰位、峰的起点和终点以及峰宽w；在原始谱图的每个峰的起点和终点限定的每个峰区内，使用SNIP方法处理原始谱图的每个峰，以获得每个峰区内的本底数据；在每个峰区内，使用经SNIP方法处理后获得的本底数据替换原始谱图的数据，以拟合形成本低谱图；将形成的本底谱图进行平滑处理；和将原始谱图减去经平滑处理的本底谱图，以获得扣除本底的谱图。

Method for deducting the background of spectrogram and method for identifying substance through Raman spectrum

The present invention discloses a method for deducting the background of a spectral map, including the following steps: finding the peak information of the original spectrum, which includes the starting point and end point of the peak, the peak and the peak width W; each peak of the original spectrum is processed by the SNIP method in each peak area defined by the starting point and the end point of each peak of the original spectrum. To obtain the background data in each peak area, in each peak area, the data obtained by the base data obtained by the SNIP method are replaced by the original spectral data to fit the low cost spectrum, and the underlying spectrum is smoothed, and the original spectrum is subtracted from the smooth processing of the background, so as to obtain the deduction of the background. The spectrum.

【技术实现步骤摘要】
用于扣除谱图本底的方法和通过拉曼谱图识别物质的方法
本专利技术涉及谱图分析处理
，尤其涉及一种用于扣除谱图本底的方法和通过拉曼谱图识别物质的方法。
技术介绍
拉曼光谱是一种分子振动光谱，它可以反映分子的指纹特征，可用于对物质的检测。拉曼光谱检测通过检测待测物对于激发光的拉曼散射效应所产生的拉曼光谱来检测和识别物质。拉曼光谱检测方法已经广泛应用于液体安检、珠宝检测、爆炸物检测、毒品检测、药品检测、农药残留检测等领域。在对拉曼光谱的谱图进行分析处理时，经常面临的一个问题是如何有效且快速地扣除拉曼谱图的本底，以获得与物质成分对应的峰数据，从而方便进行后续的处理。现在常用的扣除本底的方法包括使用带有惩罚函数的最小二乘法对谱图进行处理，然而，通过带有惩罚函数的最小二乘法来扣除本底，消耗时间很长，参数设置复杂，并且，不合理的参数设置会导致不佳的扣除本底效果，甚至会影响最终的扣除本底效果。
技术实现思路
本专利技术的目的是至少提供一种用于扣除谱图本底的方法，其能够有效且快速地扣除谱图本底，以便于后续的谱图处理、混合物识别和定量分析。本专利技术的目的还在于提供一种通过拉曼谱图识别物质的方法，通过利用上述扣除谱图本底的方法，该方法能够准确且快速地识别出待测物质。为了实现上述专利技术目的，本专利技术的技术方案通过以下方式来实现：根据本专利技术的一个方面，提供一种用于扣除谱图本底的方法，包括以下步骤：峰信息寻找步骤：寻找出原始谱图的峰信息，该峰信息包括峰位、峰的起点和终点以及峰宽w；本底数据获得步骤：在原始谱图的每个峰的起点和终点限定的每个峰区内，使用SNIP方法处理原始谱图的每个峰，以获得每个峰区内的本底数据；本底谱图形成步骤：在每个峰区内，使用经SNIP方法处理后获得的本底数据替换原始谱图的数据，以拟合形成本底谱图；平滑处理步骤：将形成的本底谱图进行平滑处理；和扣除本底步骤：将原始谱图减去经平滑处理的本底谱图，以获得扣除本底的谱图。根据一些实施例，所述本底数据获得步骤包括：在每个峰区内，使用变换公式对该峰区内的每个波数的强度值进行变换，该变换公式为：根据SNIP公式进行迭代计算，依次计算出v1(i)、v2(i)，直至vm(i)，该SNIP公式为：vp(i)＝min{vp-1(i)，[vp-1(i+p)+vp-1(i-p)]/2}；和当vm(i)计算完之后，再根据上述变换公式进行逆运算，以计算出与vm(i)对应的y(i)，从而获得该峰区内的本底数据，其中，i为原始谱图的波数，y(i)为原始谱图中第i个波数对应的强度值，v(i)为y(i)的运算结果；m为预定的迭代次数，p为当前迭代次数，即，1＜p≤m，vp(i)表示第p次迭代计算出的v(i)，vp-1(i)、vp-1(i+p)和vp-1(i-p)分别表示第p-1次迭代计算出的v(i)、v(i+p)和v(i-p)，v(i+p)和v(i-p)分别表示第i+p和i-p个波数对应的强度值的运算结果。根据一些实施例，对于每个峰区，预定的迭代次数m均满足如下关系：m＝(w-1)/2。根据本专利技术的另一方面，还提供一种通过拉曼谱图识别物质的方法，包括以下步骤：标准谱图库建立步骤：对多种样品的拉曼光谱进行测量，以获得多种样品的标准谱图，对所述标准谱图进行预处理并提取所述标准谱图的包括峰强、峰位、峰区和峰宽的峰信息，将经预处理的标准谱图及提取出的峰信息存入数据库中，以建立标准谱图库；被测谱图获得步骤：对待测物质的拉曼光谱进行测量，以获得被测谱图；被测谱图预处理和峰信息提取步骤：对所述被测谱图进行预处理，并提取出被测谱图的峰信息，该峰信息包括被测谱图的峰强、峰位、峰区和峰宽；峰匹配步骤：比较被测谱图的峰信息和标准谱图的峰信息，以筛选出具有与被测谱图的峰信息匹配的峰信息的标准谱图；和识别步骤：对被测谱图的数据和上述峰匹配步骤中筛选出的标准谱图的数据进行相关性比较，以筛选出与被测谱图最相关的标准谱图，从而识别出被测物质，其中，在所述被测谱图预处理和峰信息提取步骤中对所述被测谱图进行预处理包括：利用根据上述实施例中任一个所述的方法扣除所述被测谱图的本底。根据一些实施例，在所述标准谱图库建立步骤中对所述标准谱图进行预处理包括：利用根据上述实施例中任一个所述的方法扣除所述标准谱图的本底。根据一些实施例，所述峰匹配步骤包括：排序步骤：按照峰强从大到小的顺序，对被测谱图的峰和标准谱图的峰分别进行排序，选择出被测谱图和标准谱图的排序在前N名的峰；和第一匹配步骤：比较被测谱图和标准谱图的排序在前N名的峰的峰位信息，以筛选出具有与被测谱图的峰信息匹配的峰信息的标准谱图。根据一些实施例，所述第一匹配步骤具体包括：按照下述公式(1)依次计算排序在前N名的峰的峰位的绝对差；和当计算出的峰位的绝对差满足下述条件(1)时，确定被测谱图与标准谱图的峰信息匹配；当计算出的峰位的绝对差不满足下述条件(1)时，确定被测谱图与标准谱图的峰信息不匹配，其中：公式(1)为：pD＝|p2[j].fPos-p1[i].fPos|，条件(1)为：pD＜p2[j].fWidth/3且pD＜p1[i].fWidth/3，其中，N为预定的比较峰数，N为大于等于3的自然数；i，j分别表示标准谱图和被测谱图中的排序后的峰的序号，i和j均为大于等于0且小于等于N的整数；p1[i].fPos表示标准谱图中排序后的第i个峰的峰位；p2[j].fPos表示被测谱图中排序后的第j个峰的峰位；p1[i].fWidth表示标准谱图中排序后的第i个峰的峰宽；p2[j].fWidth表示被测谱图中排序后的第j个峰的峰宽；pD表示峰位的绝对差。根据一些实施例，所述峰匹配步骤还包括：峰匹配权重计算步骤：根据下述公式(2)建立惩罚性函数，以计算峰匹配权重；和第二匹配步骤：当峰匹配权重大于等于预设的权重阈值时，确定被测谱图与标准谱图的峰信息匹配；当峰匹配权重小于所述权重阈值时，确定被测谱图与标准谱图的峰信息不匹配，其中，公式(2)为：h＝(1-2*|j-i|/10)*(0.5/(i+1))*exp(-pD*2/min(p1[i].fWidth，p2[j].fWidth))，其中，h表示峰匹配权重。根据一些实施例，在所述第一匹配步骤中确定被测谱图与标准谱图的峰信息匹配的情况下，执行所述峰匹配权重计算步骤和所述第二匹配步骤。根据一些实施例，N为大于等于3且小于等于5的自然数。根据一些实施例，在被测谱图和标准谱图的所有峰的峰区的并集区间内，执行所述对被测谱图的数据和上述峰匹配步骤中筛选出的标准谱图的数据进行相关性比较的步骤。根据本专利技术的又一方面，还提供一种电子设备，包括：存储器，用于存储可执行指令；以及处理器，用于执行存储器中存储的可执行指令，以执行上述方面或实施例中任一项所述的方法。本专利技术的上述技术方案中的任何一个能够自适应地扣除本底，并且，通过采用分段SNIP方法，同时设计迭代次数等于(w-1)/2，可以尽量地拟合本底，保持峰型，并且提高计算速度，从而便于后续的谱图处理。附图说明图1示意性地示出根据本专利技术的实施例的用于扣除谱图本底的方法的流程图；图2示意性示出了一种物质的拉曼谱图的一个峰；图3示出了使用根据本专利技术实施例的用于扣除谱图本底的方法去除拉曼谱图的本底的流程图；图4示意性示出了用本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于扣除谱图本底的方法，包括以下步骤：峰信息寻找步骤：寻找出原始谱图的峰信息，该峰信息包括峰位、峰的起点和终点以及峰宽w；本底数据获得步骤：在原始谱图的每个峰的起点和终点限定的每个峰区内，使用SNIP方法处理原始谱图的每个峰，以获得每个峰区内的本底数据；本底谱图形成步骤：在每个峰区内，使用经SNIP方法处理后获得的本底数据替换原始谱图的数据，以拟合形成本底谱图；平滑处理步骤：将形成的本底谱图进行平滑处理；和扣除本底步骤：将原始谱图减去经平滑处理的本底谱图，以获得扣除本底的谱图。

【技术特征摘要】
1.一种用于扣除谱图本底的方法，包括以下步骤：峰信息寻找步骤：寻找出原始谱图的峰信息，该峰信息包括峰位、峰的起点和终点以及峰宽w；本底数据获得步骤：在原始谱图的每个峰的起点和终点限定的每个峰区内，使用SNIP方法处理原始谱图的每个峰，以获得每个峰区内的本底数据；本底谱图形成步骤：在每个峰区内，使用经SNIP方法处理后获得的本底数据替换原始谱图的数据，以拟合形成本底谱图；平滑处理步骤：将形成的本底谱图进行平滑处理；和扣除本底步骤：将原始谱图减去经平滑处理的本底谱图，以获得扣除本底的谱图。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述本底数据获得步骤包括：在每个峰区内，使用变换公式对该峰区内的每个波数对应的强度值进行变换，该变换公式为：根据SNIP公式进行迭代计算，依次计算出v1(i)、v2(i)，直至vm(i)，该SNIP公式为：vp(i)＝min{vp-1(i)，[vp-1(i+p)+vp-1(i-p)]/2}；和当vm(i)计算完之后，再根据上述变换公式进行逆运算，以计算出与vm(i)对应的y(i)，从而获得该峰区内的本底数据，其中，i为原始谱图的波数，y(i)为原始谱图中第i个波数对应的强度值，v(i)为y(i)的运算结果；m为预定的迭代次数，p为当前迭代次数，即，1＜p≤m，vp(i)表示第p次迭代计算出的v(i)，vp-1(i)、vp-1(i+p)和vp-1(i-p)分别表示第p-1次迭代计算出的v(i)、v(i+p)和v(i-p)，v(i+p)和v(i-p)分别表示第i+p和i-p个波数对应的强度值的运算结果。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，对于每个峰区，预定的迭代次数m均满足如下关系：m＝(w-1)/2。4.一种通过拉曼谱图识别物质的方法，包括以下步骤：标准谱图库建立步骤：对多种样品的拉曼光谱进行测量，以获得多种样品的标准谱图，对所述标准谱图进行预处理并提取所述标准谱图的包括峰强、峰位、峰区和峰宽的峰信息，将经预处理的标准谱图及提取出的峰信息存入数据库中，以建立标准谱图库；被测谱图获得步骤：对待测物质的拉曼光谱进行测量，以获得被测谱图；被测谱图预处理和峰信息提取步骤：对所述被测谱图进行预处理，并提取出被测谱图的峰信息，该峰信息包括被测谱图的峰强、峰位、峰区和峰宽；峰匹配步骤：比较被测谱图的峰信息和标准谱图的峰信息，以筛选出具有与被测谱图的峰信息匹配的峰信息的标准谱图；和识别步骤：对被测谱图的数据和上述峰匹配步骤中筛选出的标准谱图的数据进行相关性比较，以筛选出与被测谱图最相关的标准谱图，从而识别出被测物质，其中，在所述被测谱图预处理和峰信息提取步骤中对所述被测谱图进行预处理包括：利用根据权利要求1-3中任一项所述的方法扣除所述被测谱图的本底。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在...

【专利技术属性】
技术研发人员：苟巍，王红球，奉华成，
申请(专利权)人：同方威视技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11