处理光谱制造技术

本发明专利技术公开了一种处理如中阶梯光栅光谱等二维光谱的方法。所述光谱包括具有相对高强度的由具有相对低强度的边界隔开的段。所述光谱已通过检测器数字化(61)。所述方法包括：对光谱进行去噪(62)；搜索(64)所述光谱的至少一个系列的相邻局部极值；通过每个系列的相邻局部极值将线拟合(65)，每条线表示一段；标识(67)任何峰和其相应位置；以及存储(68)所述线和任何峰的所述位置。和任何峰的所述位置。和任何峰的所述位置。

Processing spectrum

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】处理光谱


[0001]本专利技术涉及处理光谱。更具体地，本专利技术涉及一种分析原子光谱领域和类似领域中的处理如中阶梯光栅光谱(echelle spectra)等二维光谱的方法。另外，本专利技术涉及一种产生用于处理光谱的模板的方法、涉及利用此模板并且涉及一种利用此方法的光谱处理装置和光学摄谱法装置。

技术介绍

[0002]众所周知的是使用光谱来分析各种应用中的物质。例如，在吸收光谱领域，来自光源的能量的一部分被特定波长的分析物吸收，留下未被吸收的能量的特征光谱。这种特征光谱使得可以标识分析物的化学组成。类似地，在发射光谱中，获得了由分析物释放的能量的特征光谱。这种光谱通常是一维的：光谱的波长可以绘制在一条线上。
[0003]在使用中阶梯光栅光谱仪和检测器的分析原子光谱法的现代方法中，关于分析物的化学组成的信息被包含在被称为中阶梯光栅图或中阶梯光栅光谱的二维光谱中。中阶梯光栅图的光谱峰的位置与特定元素特有的原子发射或吸收(取决于实验类型)波长相关。因此，光谱峰的位置含有关于样品中存在的元素的身份的信息。峰的强度表示存在的元素的量。原则上，中阶梯光栅图含有样品的完整原子组成谱。分析物的原子组成谱的准确度直接取决于光谱分量的位置和强度可以用其确定的精度。
[0004]典型中阶梯光栅光谱由可以含有光谱峰的带或段组成。在与中阶梯光栅光谱相关的文献中，段通常被称为“阶”，而峰通常称为“线”。为避免混淆，在本文档中，“线”一词旨在具有其字典含义，而“峰”一词用于指代中阶梯光栅光谱的强度峰。
[0005]由检测器捕获的二维光谱图像可能由于多种原因而退化。原始光谱可以具有宽动态范围，这在单次曝光中可能难以捕捉。检测器可以具有有限数量的捕获所关注光谱的像素。原始光谱可以含有多个噪声分量，可以含有背景结构，和/或可能在其段内部受到干扰(即重叠)。如果使用一维阵列检测器，则扫描二维光谱可能会引入进一步退化。
[0006]为了达到确定光谱峰的位置和强度时的期望准确度，通常对二维光谱进行处理，例如以补偿任何移位和/或以校准波长。此类处理技术的实例在D.A.Sadler、D.Littlejohn和C.V.Perkins的论文“用于光谱仪和阵列检测器的自动波长校准程序(Automatic wavelength calibration procedure for use with an optical spectrometer and array detector)”,《分析原子光谱学杂志(J.Anal.At.Spectrom.)》,1995,第10卷,第253
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257页中提供。
[0007]美国专利US 7,876,435公开了一种用于确定和校正如中阶梯光栅光谱等复杂光谱中的宽带背景的方法。此已知方法包含记录光谱图、使记录的光谱图平滑化以及减小超过经平滑化的图的值。从初始图中减去所产生的背景图。通过使用移动平均进行图的平滑化。还描述了使用移动平均进行重复平滑化。
[0008]已经发现，简单的背景减法不足以准确地确定如中阶梯光栅光谱等二维光谱的位置和强度。进一步发现，通过使用移动平均来使光谱平滑化会导致分辨率损失，因此不适于
需要高准确度的应用。
[0009]J.C.Hall等人的论文“减少光纤馈送的中阶梯光栅光谱图数据：方法和基于IDL的分辨率程序(The Reduction of Fiber
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Fed Echelle Spectrograph Data:Methods and an IDL
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Based Solution Procedure)”,《太平洋天文学会出版物(Publications of the Astronomical Society of the Pacific)》第106卷,1994年3月,第315
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326页公开了从由CCD(电荷耦合装置)产生的光纤馈送的中阶梯光栅数据帧中提取天文物体的光谱。使用求平均来减少噪声。然而，求平均会降低准确度，这是光谱学领域通常不希望的。例如，Hall等人在论文中描述的算法特别适于天文学领域的应用，但不太适于分析原子光谱学领域。

技术实现思路

[0010]本专利技术的目的是克服现有技术的问题并提供一种用于处理光谱，具体地二维光谱的方法和装置，所述方法和装置在确定光谱，具体地但不排他地光谱的峰的位置和强度方面提供了更高的准确度。
[0011]根据第一方面，本专利技术提供了一种处理光谱的方法。根据第二方面，本专利技术提供了一种检测光谱中的段的方法，所述方法包括通过根据第一方面的方法产生模板并将所述模板与光谱匹配。根据第三方面，本专利技术提供了一种软件程序产品，所述软件程序产品允许处理器执行根据第一方面和第二方面中任一项所述的方法。根据第四方面，本专利技术提供了一种光谱处理装置，其被配置成用于执行根据第一方面和/或第二方面所述的方法。
[0012]因此，本专利技术提供了一种处理如中阶梯光栅光谱等二维光谱的方法，所述光谱包括具有相对高强度的被具有相对低强度的边界隔开的段，所述光谱已通过检测器数字化，所述方法包括：
[0013]‑
对光谱进行去噪；
[0014]‑
搜索所述光谱的至少一个系列的相邻局部极值；
[0015]‑
通过每个系列的相邻局部极值将线拟合，每条线表示一段；
[0016]‑
标识任何峰和其相应位置；以及
[0017]‑
存储所述线和任何峰的所述位置。
[0018]通过对样品光谱进行去噪，可以显著提高样品光谱的信噪比，由此在无大量细节损失的情况下提高准确度。特别是，去噪为后续处理步骤准备了样品光谱。应当注意，去噪优选地不涉及平滑化，因为平滑化通常会导致数据丢失并因此导致准确度损失。
[0019]通过搜索光谱的一个或多个系列的相邻局部极值，可以标识光谱的段。也就是说，如果相邻局部极值为局部最小值，则其可能表示段之间的边界。如果相邻局部极值为局部最大值，则其可能表示段的脊，所述脊通常将位于其边界之间的大约一半处。在一些实施例中，将检测局部最小值或局部最大值。然而，在其它实施例中，可以检测局部最小值和局部最大值两者。
[0020]在使用二维阵列检测器以将光谱数字化的实施例中，可以确定阵列检测器的每列像素的局部极值。因此，局部极值为每个阵列检测器列的局部极值，并且对于阵列的每列像素，可以确定局部极值。根据光谱相对于阵列检测器的朝向，可以确定二维阵列检测器的每行像素的局部极值。应当理解，在使用扫描一维阵列检测器的实施例中，可以类似地确定局部极值，例如通过按每个单个(1D)阵列确定局部极值。
[0021]借助于通过每个系列的或每串相邻局部极值串将线拟合，可以标识段之间的边界(在局部最小值的情况下)或段的脊(在局部最大值的情况下)以及因此光谱的单个段。当线限定段之间的边界时，每对线表示其所包围的段。每条线可以包括在多于一对线中，因为相邻的段可以共用限定其共同界线的线。当线限定段的脊时，每条单独的线本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种处理如中阶梯光栅光谱等二维光谱的方法，所述光谱包括具有相对高强度的被具有相对低强度的边界隔开的段，所述光谱已通过检测器数字化，所述方法包括：
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对光谱进行去噪；
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搜索所述光谱的至少一个系列的相邻局部极值；
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通过每个系列的相邻局部极值将线拟合，每条线表示一段；
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标识任何峰和其相应位置；以及
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存储所述线和任何峰的所述位置。2.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括：
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使用特征提取通过每个系列的相邻局部极值将线拟合。3.根据权利要求2所述的方法，其中特征提取包括应用霍夫变换。4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中通过每个系列的相邻局部极值拟合的所述线包括基本上平滑的线。5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其进一步包括：
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使用边缘检测搜索一系列相邻局部极值。6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所拟合的线相对于样品光谱的轴线的角度被限制到预定范围。7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述样品光谱的所述局部极值包括局部最大值。8.根据权利要求7所述的方法，其中每条线表示相应段的脊。9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述光谱的所述局部极值包括局部最小值。10.根据权利要求9所述的方法，其中每条线表示段之间的边界，并且其中优选地，将线按对存储。11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中去噪包括应用全变分去噪算法。12.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其进一步包括：
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确定至少一个所标识的峰的强度。13.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述至少一个所标识的峰的所确定位置包括所述峰所处的所述段的标识。14.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中标识峰包括确定段内的最大值。15.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其进一步包括：
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在检测界线之前限定至少一个部分光谱，每个部分光谱小于所述光谱；以及
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检测每个单独的部分光谱的界线。16.根据权利要求15所述的方法，其中限定至少两个部分光谱，并且其中至少一些部分光谱不具有重叠。17.根据权利要求15或16所述的方法，其中限定至少两个部分光谱，并且其中至少一些部分光谱具有一些重叠。18.根据权利要求15到17中任一项所述的方法，其中所述部分光...

【专利技术属性】
技术研发人员：A，
申请(专利权)人：塞莫费雪科学不来梅有限公司，
类型：发明
国别省市：