一种拉曼光谱数据的处理方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种拉曼光谱数据的处理方法及系统，方法包括以下步骤：通过拉曼光谱仪采集测试样品的第一拉曼光谱数据；对所述第一拉曼光谱数据进行去本底处理得到第二拉曼光谱数据；根据标准样品的拉曼光谱数据库和第二拉曼光谱数据，对测试样品中的成分进行识别，得到识别结果。本发明专利技术通过对测试样品的第一拉曼光谱数据进行去本底处理，得到第二拉曼光谱数据，再根据标准样品的拉曼光谱数据库和第二拉曼光谱数据，对测试样品中的成分进行识别，得到识别结果，通过去本底处理，避免识别过程中本底光谱对测试结果的影响，保证识别结果的准确性。本发明专利技术可广泛应用于光谱数据处理领域。

【技术实现步骤摘要】
一种拉曼光谱数据的处理方法及系统
本专利技术涉及光谱数据处理领域，尤其是一种拉曼光谱数据处理方法及系统。
技术介绍
拉曼光谱分析技术是利用激光刺激被测样品，被测样品受激辐射拉曼信号，由于不同物质的内部分子结构不同，使得样品受激能够产生特定的拉曼散射光谱，从而可以通过分析拉曼信号研究分子结构和成分构成。随着激光技术和光电探测技术的进步，拉曼技术在成分检测领域的应用越来越广泛。近年来，国内对食品药品安全监督的力度越来越大，相比较传统气相液相分析设备，采用拉曼光谱检测设备进行成分检测具有检测周期短、成本低和携带方便的优势。但是，由于拉曼信号非常弱，尤其是小型轻量化设备的激光能量弱，其对散射光的收集能力也有限，导致探测器件得到的拉曼信号容易受到本底光谱、噪声和杂散光的干扰，如果直接对探测器采集的数据进行处理和分析，则会影响对测试样品进行成分判断的准确性。
技术实现思路
为解决上述技术问题，本专利技术的目的在于：提供一种能有效地检测出测试样品中是否含有标准样品成分的拉曼光谱数据的处理方法及系统。本专利技术采用的第一种技术方案是：一种拉曼光谱数据的处理方法，包括以下步骤：通过拉曼光谱仪采集测试样品的第一拉曼光谱数据；对所述第一拉曼光谱数据进行去本底处理得到第二拉曼光谱数据；根据标准样品的拉曼光谱数据库和第二拉曼光谱数据，对测试样品中的成分进行识别，得到识别结果。进一步地，所述对所述第一拉曼光谱数据进行去本底处理得到第二拉曼光谱数据，具体为：通过高通滤波器矩阵和惩罚函数对第一拉曼光谱数据进行去本底处理，得到第二拉曼光谱数据，所述第二拉曼光谱数据的计算公式为：其中，为第二拉曼光谱数据，y为第一拉曼光谱数据，x为迭代光谱数据，F(x)为评价函数，H为有限域高通滤波器矩阵，φ为惩罚函数，λ为权重系数，Di为第i阶微分，M为微分总阶数，Ni为第i阶微分数据长度。进一步地，所述有限域高通滤波器矩阵，通过以下步骤获取：获取第一微分算子和截断算子；根据第一微分算子和截断算子，得到第一增广矩阵和第二增广矩阵；获取延展模式变换矩阵；根据第一增广矩阵和延展模式变换矩阵，得到截断矩阵；根据第二增广矩阵和延展模式变换矩阵，得到微分矩阵；根据截断矩阵和微分矩阵得到有限域高通滤波器矩阵。进一步地，在对所述第一拉曼光谱数据进行去本底处理之前，还包括以下步骤：根据拉曼光谱仪的波长分辨率计算波数最小分辨率，得到波数分度值，所述波数分度值的计算公式为：其中，kΔ为波数分度值，λmax为第一拉曼光谱数据中可测波长的最大值，λΔ为拉曼光谱仪的波长分辨率。进一步地，所述标准样品的拉曼光谱数据库，通过以下方式获取：获取标准样品的第三拉曼光谱数据；对第三拉曼光谱数据进行去本底处理，得到第四拉曼光谱数据；根据波数分度值对第四拉曼光谱数据进行插值处理，得到第一拉曼位移谱数据；将第一拉曼位移谱数据中的最大值作为归一化参数，对第一拉曼位移谱数据进行归一化处理，得到第二拉曼位移谱数据；根据第一拉曼位移谱数据和第一阈值的大小关系，得到掩模数组；根据掩模数组对第二拉曼位移谱数据进行去除背景干扰处理，得到第三拉曼位移谱数据，所述第三拉曼位移谱数据的计算公式为：yk＝yk0οαk其中，yk为第三拉曼位移谱数据，αk为掩模数组，yk0为使用波数分度值对拉曼光谱数据库中序号为k的拉曼光谱数据进行插值处理后，得到维度为n的第一拉曼位移谱数据；对第三拉曼位移谱数据进行标记并存储，得到标准样品的拉曼光谱数据库。进一步地，所述对测试样品中的成分进行识别，具体包括：根据波数分度值对第二拉曼光谱数据进行插值处理，得到第四拉曼位移谱数据；根据标准样品的拉曼光谱数据库和第四拉曼位移谱数据对测试样品中的成分进行识别。进一步地，所述根据标准样品的拉曼光谱数据库和第四拉曼位移谱数据对测试样品中的成分进行识别，具体包括：根据掩模数组对第四拉曼位移谱数据进行去除背景干扰处理，得到第五拉曼位移谱数据；计算测试样品中的第五拉曼位移谱数据的能量占比，所述能量占比的计算公式为：其中，ηk为能量占比，n为第四拉曼位移谱数据的数据维度，zk为第四拉曼位移谱数据在标准样品k掩模张成的向量子空间上的投影，z为第四拉曼位移谱数据；判断能量占比和第二阈值的大小关系，得到第一判断结果。进一步地，所述根据标准样品的拉曼光谱数据库和第四拉曼位移谱数据对测试样品中的成分进行识别，还包括以下步骤：计算第三拉曼位移谱数据和第五拉曼位移谱数据的相关系数，所述相关系数的计算公式为：其中，ρk为相关系数，yk为第三拉曼位移谱数据，zk为第五拉曼位移谱数据；判断相关系数和第三阈值的大小关系，得到第二判断结果。进一步地，所述根据标准样品的拉曼光谱数据库和第四拉曼位移谱数据对测试样品中的成分进行识别，还包括以下步骤：若第一判断结果为能量占比大于第二阈值且第二判断结果为相关系数大于第三阈值，则判定测试样品中含有标准样品的成分；反之，则判定测试样品中不含有标准样品的成分。本专利技术采用的第二种技术方案是：一种拉曼光谱数据的处理系统，包括：至少一个存储器，用于存储程序；至少一个处理器，用于加载所述程序以实现所述的一种拉曼光谱数据的处理方法。本专利技术的有益效果是：通过对测试样品的第一拉曼光谱数据进行去本底处理，去除第一拉曼光谱数据中的本底光谱，得到第二拉曼光谱数据，再根据标准样品的拉曼光谱数据库和第二拉曼光谱数据，对测试样品中的成分进行识别，得到识别结果，本专利技术通过去本底处理，避免识别过程中本底光谱对测试结果的影响，保证识别结果的准确性。附图说明图1为本专利技术的一种拉曼光谱数据的处理方法的流程图；图2为本专利技术的一种拉曼光谱数据的处理系统的系统框图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术做进一步的详细说明。对于以下实施例中的步骤编号，其仅为了便于阐述说明而设置，对步骤之间的顺序不做任何限定，实施例中的各步骤的执行顺序均可根据本领域技术人员的理解来进行适应性调整。参照图1，一种拉曼光谱数据的处理方法，包括以下步骤：S101、通过拉曼光谱仪采集测试样品的第一拉曼光谱数据；具体地，第一拉曼光谱数据是通过拉曼光谱仪采集测试样品的初始光谱数据，其数据维度为N，单位为波长。S102、对所述第一拉曼光谱数据进行去本底处理得到第二拉曼光谱数据；具体地，第二拉曼光谱数据是对测试样品的初始光谱数据进行去本底处理后，得到的测试样品的目标光谱数据。S103、根据标准样品的拉曼光谱数据库和第二拉曼光谱数据，对测试样品中的成分进行识别，得到识别结果。具体地，对测试样品的成分进行识别是指识别出测试样品中与标准样品相同的成分。将第二拉曼光谱数据进行插值、掩模处理后得到测试样品的拉曼位移谱数据，将测试样品的拉曼位移谱数据分别与标准样品的拉曼光谱数据库中的拉曼位移谱数据进行比对识别，根据识别结果判定测试样品中是否含有标准样品的成分。具体地，通过对测试样品的第一拉曼光谱数据进行去本底处理，去除第一拉曼光谱数据中的本底光谱，得到第二拉曼光谱数据，再根据标准样品的拉曼光谱数据库和第二拉曼光谱数据，对测试样品中的成分进行识别，得到识别结果，本专利技术通过去本底处理，避免识别过程中本底光谱对测试结果的影响，保证识别结果的准确性。进一步作为优选的实施方式，所述对所述第一拉曼光谱数据进行去本底处理得到第二拉曼光谱数据本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种拉曼光谱数据的处理方法，其特征在于：包括以下步骤：通过拉曼光谱仪采集测试样品的第一拉曼光谱数据；对所述第一拉曼光谱数据进行去本底处理得到第二拉曼光谱数据；根据标准样品的拉曼光谱数据库和第二拉曼光谱数据，对测试样品中的成分进行识别，得到识别结果。

【技术特征摘要】
1.一种拉曼光谱数据的处理方法，其特征在于：包括以下步骤：通过拉曼光谱仪采集测试样品的第一拉曼光谱数据；对所述第一拉曼光谱数据进行去本底处理得到第二拉曼光谱数据；根据标准样品的拉曼光谱数据库和第二拉曼光谱数据，对测试样品中的成分进行识别，得到识别结果。2.根据权利要求1所述的一种拉曼光谱数据的处理方法，其特征在于：所述对所述第一拉曼光谱数据进行去本底处理得到第二拉曼光谱数据，具体为：通过高通滤波器矩阵和惩罚函数对第一拉曼光谱数据进行去本底处理，得到第二拉曼光谱数据，所述第二拉曼光谱数据的计算公式为：其中，为第二拉曼光谱数据，y为第一拉曼光谱数据，x为迭代光谱数据，F(x)为评价函数，H为有限域高通滤波器矩阵，φ为惩罚函数，λ为权重系数，Di为第i阶微分，M为微分总阶数，Ni为第i阶微分数据长度。3.根据权利要求2所述的一种拉曼光谱数据的处理方法，其特征在于：所述有限域高通滤波器矩阵，通过以下步骤获取：获取第一微分算子和截断算子；根据第一微分算子和截断算子，得到第一增广矩阵和第二增广矩阵；获取延展模式变换矩阵；根据第一增广矩阵和延展模式变换矩阵，得到截断矩阵；根据第二增广矩阵和延展模式变换矩阵，得到微分矩阵；根据截断矩阵和微分矩阵得到有限域高通滤波器矩阵。4.根据权利要求2所述的一种拉曼光谱数据的处理方法，其特征在于：在对所述第一拉曼光谱数据进行去本底处理之前，还包括以下步骤：根据拉曼光谱仪的波长分辨率计算波数最小分辨率，得到波数分度值，所述波数分度值的计算公式为：其中，kΔ为波数分度值，λmax为第一拉曼光谱数据中可测波长的最大值，λΔ为拉曼光谱仪的波长分辨率。5.根据权利要求4所述的一种拉曼光谱数据的处理方法，其特征在于：所述标准样品的拉曼光谱数据库，通过以下方式获取：获取标准样品的第三拉曼光谱数据；对第三拉曼光谱数据进行去本底处理，得到第四拉曼光谱数据；根据波数分度值对第四拉曼光谱数据进行插值处理，得到第一拉曼位移谱数据；将第一拉曼位移谱数据中的最大值作为归一化参数，对第一拉曼位移谱数据进行归一化处理，得到第二拉曼位移谱数据；根据第一拉曼位移谱数据和第一阈值的大小关系，得到掩模数组；根据掩模数组对第二拉曼位移谱数据进行去除背景干扰处理，得到第三拉曼...

【专利技术属性】
技术研发人员：张健伟，段贵娇，陈鲁，张志彬，陈迟，霍剑，
申请(专利权)人：广东环凯微生物科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44