[發明專利]一種基于Laplacian-Markov場的光譜恢復方法

有效

• 申請號: 201210475610.8
• 申請日: 2012-11-21
• 公開（公告）號: CN103134789A
• 公開（公告）日: 2013-06-05
• 發明（設計）人: 張天序;李姣;顏露新;劉海;朱虎;馬金鳳;張力;彭凡
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: G01N21/65
• 分類號: G01N21/65;G06F17/50
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 李智

技術領域

本發明屬于拉曼光譜數據處理的技術領域，具體涉及一種利用拉普拉斯-馬爾科夫Laplacian-Markov）場、反卷積和分裂Bregman迭代法來恢復退化的拉曼光譜的方法，為拉曼光譜在質量檢測和材料分析等方面提供了技術支撐。?

背景技術

近年來，人們對拉曼光譜技術的研究相當活躍，使得拉曼光譜在食品質量監測、化學品快速檢測、材料分析和生學醫學等領域的得到了廣泛的應用。然而，光譜數據在光譜儀測量過程中，經常會受到譜線的自然展寬、碰撞展寬、探測器和電路低通特性等因素的影響，導致光譜數據強噪聲和子帶重疊現象。這些噪聲干擾給光譜應用帶來了困難，甚至會導致嚴重的鑒定和估計錯誤，這極大限制了光譜的應用。因此，對數據進行預處理、提高光譜的分辨率就顯得不可或缺。?

目前，恢復退化光譜的方法有很多，這些方法主要可分為兩大類：曲線擬合和光譜反卷積。曲線擬合的方法認為光譜曲線是通過高斯函數和洛倫茲函數的組合而成，即實測光譜能通過這些函數來擬合得到。這種方法能夠很好的解決子帶重疊的問題，即能擬合出重疊的波峰，但是對噪聲極其敏感。光譜反卷積的方法主要是通過不同的約束來恢復退化的光譜，這些方法有高階統計（HOS）、Tikhonov正則化、同態濾波、等等。在這些方法中，約束較強的能夠很好的抑制拉曼光譜噪聲（Tikhonov正則化），但約束過強會導致退化嚴重的光譜細節不能恢復。約束較弱的能夠將退化的細節較好的恢復出來（高階統計），但是抑制噪聲能力會減弱。因此，這類方法在恢復光譜的分辨率和噪聲抑制能力上很難達到平衡。?

發明內容

本發明提供了一種基于Laplacian-Markov場的光譜恢復方法，解決由光譜儀器測得的拉曼光譜數據經常會受到隨機噪聲和儀器誤差等的影響而導致低分辨率的問題。?

一種基于Laplacian-Markov場的光譜恢復方法，按照以下步驟進行：?

（1）對離散化的光譜進行歸一化處理得到歸一化后光譜強度f_i，i＝1,2,3…n，n為光譜總數；?

（2）計算歸一化后光譜強度f_i的一階導數f_i′；?

（3）計算每一個光譜點f_i的鄰域[f_i-3，f_i-2，f_i-1，f_i，f_i+1，f_i+2，f_i+3]的標準差S_i，從中找出最大標準差S_max和最小標準差S_min，構建n×n維加權矩陣Q，加權矩陣Q的對角線元素其余元素置0，其中，ln為自然對數，e為自然常數；?

（4）采用分裂迭代法求解拉曼光譜：?

（41）初始化分裂法求解參數：光譜初始值f⁰＝f，過度去噪補償初始值b⁰＝0，替代變量初始值d⁰＝0，迭代次數k＝0；?

（42）更新計算f^k+1和d^k+1：?