一种去除背景噪声影响的拉曼光谱预处理方法技术

一种去除背景噪声影响的拉曼光谱预处理方法，步骤如下：1）获得信息拉曼光谱及背景光谱；2)分别对信息拉曼光谱和背景拉曼光谱作一阶微分，得到微分差值光谱；3)对微分差值光谱作分段处理；4）对经过步骤3）处理后的微分差值光谱作有效信息保留的处理；5）对经过步骤4）处理后微分差值光谱的有效部分进行分别分段积分；6）对步骤5）获得的积分光谱的突变点作修正，即获得预处理后的拉曼信息光谱。本方法用于拉曼光谱预处理中，能够有效地从复杂背景噪声中提取出有效拉曼信息，方法简单，容易实现。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种光学领域，特别是一种拉曼光谱去噪处理方法。
技术介绍
在进行拉曼光谱分析时，被测量物质的拉曼光谱往往会受到背景噪声的影响。这些背景噪声包括机器噪声、荧光干扰、其他物质的拉曼光谱等。背景噪声干扰会影响光谱分析的精度，背景噪声干扰严重会使光谱分析难以有效进行，因此，在进行光谱分析前往往需要找到合适的消除背景噪声影响的光谱预处理方法。常用的去除背景、噪声影响的光谱预处理方法包括NI数字平滑滤波常用的数字平滑滤波方法有窗口移动平均法，窗口移动二项式平滑，通过数字平滑滤波可以提高信噪比，其实质是去除随机误差信号引去的分析信号偏离，对高频噪声有效。(2)多项式拟合基线校正利用多项式拟合的基线校正法可以消除荧光背景，这种方法对于荧光背景这样整体平缓的背景消除有效，本质上是对低频噪声的消除。(3)小波变换小波变换可以通过多分辨率的特性消除噪声，但前提是噪声、背景要与信号有明显的频率差异，才能找到合适的分解方法。(4)FT与HT滤波低通可以过滤随机信号等高频噪声；高通可以去掉基线漂移等低频信号。以上这些方法在某些情况下能够有效去除机器噪声、荧光等的干扰，但在复杂体系中，这些方法对于其他非探测物质的拉曼光谱干扰则无能为力，面对高强度的荧光背景干扰时也达不到理想的效果。另一方面，由于环境的不稳定，如温度的不稳定，周围环境的变化，表面增强基底的不稳定等，这些因素往往会使为拉曼光谱的散射强度变化很大，直接通过信息拉曼光谱与背景光谱相减的处理方式不能有效去除背景干扰。
技术实现思路
本专利技术的目的就是提供，它可以有效去除包括高强度荧光的拉曼光谱干扰背景噪声的影响，适用于背景噪声不稳定的情况。本专利技术的目的是通过这样的技术方案实现的，具体步骤如下 I)获取信息拉曼光谱Ls及背景拉曼光谱Lb，加入被测物质之前，用拉曼光谱仪对背景进行测量，获得背景光谱Lb;加入被测物质后，再用拉曼光谱仪测量获得拉曼信息光谱Ls。2)分别对信息拉曼光谱Ls及背景拉曼光谱Lb作一阶微分处理，并将含有信息光谱Ls的一阶微分值减去背景光谱Lb的一阶微分值，得到微分差值光谱CO ； 3)将步骤2)得到的微分差值光谱CO作分段处理，将微分差值的绝对值小于阈值O的分为一段，并用Flag函数标记该段为0，将微分差值大于O的分为一段，并用Flag函数标记该段为1，将微分差值小于-O的的分为一段，并用Flag函数标记该段为-1 ； 4)经过步骤3)处理后的微分差值光谱作有效信息保留处理，保留的有效信息微分差值光谱为Cl ； 5)对微分差值光谱Cl进行分段积分，获得有效拉曼光谱LI；6)若有效拉曼光谱LI中包含由正值或负值直接变为O的突变点，则对突变点所在区间作线性修正，直至处理后的光谱中没有突变点，即获得预处理后的有效信息拉曼光谱L2。进一步，步骤3)中的阈值σ =k*V，其中V为含有有效信息的光谱中选取的比较平衡的一段光谱的散射强度的标准差，标准差计算公式为权利要求1.，其特征在于，具体步骤如下I)获取信息拉曼光谱Ls及背景拉曼光谱Lb，加入被测物质之前，用拉曼光谱仪对背景进行测量，获得背景光谱Lb;加入被测物质后，再用拉曼光谱仪测量获得拉曼信息光谱Ls。2.2)分别对信息拉曼光谱Ls及背景拉曼光谱Lb作一阶微分处理，并将含有信息光谱 Ls的一阶微分值减去背景光谱Lb的一阶微分值，得到微分差值光谱CO ；3)将步骤2)得到的微分差值光谱CO作分段处理，将微分差值的绝对值小于阈值σ的分为一段，并用Flag函数标记该段为0，将微分差值大于σ的分为一段，并用Flag函数标记该段为1，将微分差值小于_σ的的分为一段，并用Flag函数标记该段为_1 ；4)经过步骤3)处理后的微分差值光谱作有效信息保留处理，保留的有效信息微分差值光谱为Cl ；5)对微分差值光谱Cl进行分段积分，获得有效拉曼光谱LI；6)若有效拉曼光谱LI中包含由正值或负值直接变为O的突变点，则对突变点所在区间作线性修正，直至处理后的光谱中没有突变点，即获得预处理后的有效信息拉曼光谱L2。3.如权利要求1所述的，其特征在于 步骤3)中的阈值σ =k*V，其中V为含有有效信息的光谱中选取的比较平衡的一段光谱的散射强度的标准差，标准差计算公式为4.如权利要求1所述的，其特征在于， 步骤4)中对微分差值光谱作有效信息保留处理的方法为找到标记函数Flag从I到O的突变点I到O的突变点M及标记函数Flag从O到-1的突变点N,若M与N之间的标记函数 Flag值全为0，则从M点往前查找微分差值由大于零变为不大于零的突变点M1，直至Ml点的微分差值不大于0，从N点往后查找微分差值由小于零到不小于零的突变点NI，直至NI 点的微分微分差值不小于0，则有效信息区间，保留所有有效信息区间内全部微分差值，其他值设为0，得到处理后的微分差值光谱Cl。5.如权利要求3所述的，其特征在于， 步骤5)对微分差值光谱Cl进行分段积分的方法为对微分差值光谱中Cl中不为零的有效信息段进行分别分段积分，为零的部分积分值置为0，获得有效拉曼光谱LI。6.如权利要求1所述的，其特征在于，步骤6)中对突变点进行修改的方法为设突变点处的散射位移及散射强度分别为&和J1， 往前找到第一个散射强度O的点，记其散射位移为，对散射位移在X13到巧之间的点的散射强度进行线性校正，校正公式为全文摘要，步骤如下1)获得信息拉曼光谱及背景光谱；2)分别对信息拉曼光谱和背景拉曼光谱作一阶微分，得到微分差值光谱；3)对微分差值光谱作分段处理；4)对经过步骤3)处理后的微分差值光谱作有效信息保留的处理；5)对经过步骤4)处理后微分差值光谱的有效部分进行分别分段积分；6)对步骤5)获得的积分光谱的突变点作修正，即获得预处理后的拉曼信息光谱。本方法用于拉曼光谱预处理中，能够有效地从复杂背景噪声中提取出有效拉曼信息，方法简单，容易实现。文档编号G01N21/65GK102998296SQ20121049044公开日2013年3月27日 申请日期2012年11月28日 优先权日2012年11月28日专利技术者李华栋, 夏良平, 尹韶云, 杜春蕾, 史浩飞 申请人:重庆绿色智能技术研究院本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种去除背景噪声影响的拉曼光谱预处理方法，其特征在于，具体步骤如下：1）获取信息拉曼光谱Ls及背景拉曼光谱Lb，加入被测物质之前，用拉曼光谱仪对背景进行测量，获得背景光谱Lb;加入被测物质后，再用拉曼光谱仪测量获得拉曼信息光谱Ls。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李华栋，夏良平，尹韶云，杜春蕾，史浩飞，
申请(专利权)人：重庆绿色智能技术研究院，
类型：发明
国别省市：