[發(fā)明專利]拉曼光譜中宇宙射線干擾的識(shí)別及消除方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310631802.8
• 申請(qǐng)日: 2013-11-29
• 公開（公告）號(hào): CN103674251A
• 公開（公告）日: 2014-03-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李曉麗;羅榴彬;何勇;孫嬋駿
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類號(hào): G01J3/44
• 分類號(hào): G01J3/44;G01N21/65
• 代理公司: 杭州天勤知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 33224
• 代理人: 胡紅娟

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及天文圖像處理領(lǐng)域，特別涉及一種拉曼光譜中宇宙射線干擾的識(shí)別及消除方法。

背景技術(shù)

拉曼光譜體現(xiàn)了物質(zhì)中不同分子基團(tuán)的振動(dòng)情況,可以精確地進(jìn)行物質(zhì)的定性和定量分析。憑借著這樣的優(yōu)勢(shì)，拉曼光譜技術(shù)已經(jīng)成功應(yīng)用在化工生產(chǎn)、管道傳輸、生化反應(yīng)監(jiān)測(cè)等工業(yè)在線分析領(lǐng)域。高靈敏度的電荷耦合（CCD）檢測(cè)器在成像和光譜儀中被廣泛的使用，但是在使用CCD檢測(cè)器時(shí)，會(huì)檢測(cè)到來(lái)自外太空的帶電高能次原子粒子，從而產(chǎn)生宇宙射線。拉曼光譜儀也是采用電荷耦合器件(CCD)來(lái)檢測(cè)光譜信號(hào)的，所以拉曼光譜也常常受到宇宙射線的干擾。宇宙射線在拉曼譜圖上體現(xiàn)為一系列峰寬較窄的尖銳的峰，這些宇宙射線使待測(cè)物質(zhì)的拉曼譜圖嚴(yán)重變形，無(wú)法獲取正常的待測(cè)物質(zhì)的屬性信息。因此需要在拉曼譜圖中剔除宇宙射的干擾。

由于宇宙射線的出現(xiàn)呈無(wú)規(guī)律性，一直以來(lái)都是靠人的主觀判斷來(lái)消除，沒(méi)有一個(gè)統(tǒng)一的消除方法，而這種傳統(tǒng)的人眼主觀判斷方法有很明顯缺點(diǎn)：1.信號(hào)強(qiáng)度小的宇宙射線很容易被誤認(rèn)為是拉曼信號(hào)。2.某些強(qiáng)度小的拉曼信號(hào)又會(huì)被認(rèn)為是宇宙射線而被誤刪。因此需要一個(gè)明確的判定方法來(lái)找到宇宙射線，以減少這種不必要的人為誤差。而且在找到宇宙射線之后，還需要一個(gè)更加精確的方法來(lái)消除宇宙射線。

為了去除在線拉曼光譜中的的宇宙射線，《一種簡(jiǎn)單的在線拉曼光譜spike剔除方法》[光散射學(xué)報(bào)，V01.23,No.3,2011年。李晟，戴連奎]提出了一種簡(jiǎn)單的基于滑動(dòng)窗口相關(guān)分析，殘差譜圖分析和局部線性擬合的宇宙射線剔除算法。該文獻(xiàn)同時(shí)結(jié)合了殘差譜圖分析、滑動(dòng)窗口相關(guān)分析的優(yōu)勢(shì)，能夠有效的檢測(cè)任意位置上的宇宙射線，并利用局部線性擬合對(duì)宇宙射線進(jìn)行修復(fù)。

但該方法確定對(duì)其進(jìn)行消除宇宙射線的過(guò)程較復(fù)雜，由計(jì)算機(jī)進(jìn)行大量處理時(shí)耗時(shí)較長(zhǎng)，因此需要一種較簡(jiǎn)單的方法來(lái)識(shí)別和消除宇宙射線。

發(fā)明內(nèi)容

為了能夠較為精確同時(shí)又比較簡(jiǎn)單地識(shí)別和消除宇宙射線所產(chǎn)生的干擾，本發(fā)明提供了一種拉曼光譜中宇宙射線干擾的識(shí)別及消除方法，包括如下步驟：

步驟1，對(duì)原始的拉曼光譜進(jìn)行一階求導(dǎo)，得到具有連續(xù)震蕩峰的一階光譜；

步驟2，逐個(gè)判斷各個(gè)震蕩峰是否由宇宙射線形成，在得到所有宇宙射線形成的震蕩峰后，進(jìn)入步驟3；

步驟3，在原始的拉曼光譜中校正宇宙射線所形成的震蕩峰，從而消除宇宙射線的干擾。

對(duì)原始光譜進(jìn)行一階求導(dǎo)，使原始拉曼光譜圖中的那些出現(xiàn)拉曼特征峰和宇宙射線的位置凸顯出來(lái)，有助于更好地對(duì)這些峰的位置進(jìn)行定位，另一方面更重要的是為后續(xù)對(duì)宇宙射線進(jìn)行的處理，要在此一階導(dǎo)數(shù)的接觸上獲得波峰波谷的位置，以及對(duì)應(yīng)的強(qiáng)度值等，作為判定的依據(jù)。

步驟2中，判斷宇宙射線所形成的震蕩峰方法為：

步驟2a，得到待判斷震蕩峰的波峰所處波數(shù)位置以及波谷所處波數(shù)位置，從而得到該震蕩峰的峰寬；

步驟2b，將該峰寬與第一閾值比較，如大于該第一閾值，則該震蕩峰為拉曼信號(hào)；如小于第一閾值，則進(jìn)入下一步；

步驟2c，獲取震蕩峰的峰高，將峰高除以峰寬，并與第二閾值比較，如小于該第二閾值，則該震蕩峰為拉曼信號(hào)；如大于第二閾值，則為宇宙射線所形成的震蕩峰。

將震蕩峰波峰處的拉曼強(qiáng)度減去波谷處拉曼強(qiáng)度即可得到該震蕩峰的峰高。由于宇宙射線具有峰寬較窄且較尖銳的特點(diǎn)，因此，通過(guò)比較峰寬，可以防止某些強(qiáng)度較小的拉曼信號(hào)被誤認(rèn)為是宇宙射線而刪除；通過(guò)比較峰高與峰寬的比值，可以防止某些強(qiáng)度較小的宇宙射線被當(dāng)做拉曼信號(hào)而保留。

其中所述第一閾值為4cm^-1。宇宙射線較窄，通過(guò)實(shí)驗(yàn)可得到，大于該閾值的峰寬可認(rèn)為是拉曼信號(hào)。

其中所述第二閾值為1000。通過(guò)實(shí)驗(yàn)可得到，小于該值的信號(hào)較為平緩，可認(rèn)為是拉曼信號(hào)。

在步驟3中，通過(guò)對(duì)宇宙射線所在的波數(shù)范圍內(nèi)各個(gè)波數(shù)處的拉曼強(qiáng)度值進(jìn)行替換來(lái)校正震蕩峰。

通過(guò)將震蕩峰的拉曼強(qiáng)度值替換，使得震蕩峰處的拉曼強(qiáng)度值接近其他位置，從而消除宇宙射線產(chǎn)生的震蕩峰。

將宇宙射線所形成的震蕩峰范圍內(nèi)各個(gè)波數(shù)處的拉曼強(qiáng)度值進(jìn)行替換的方法為：

步驟3-1，若識(shí)別得到的宇宙射線所產(chǎn)生震蕩峰的峰寬為d，且震蕩峰包含n個(gè)波數(shù)，那么在該宇宙射線所產(chǎn)生的震蕩峰左右側(cè)各取n-1個(gè)波數(shù)作為2(n-1)個(gè)觀測(cè)值；若該宇宙射線所產(chǎn)生的震蕩峰其中一側(cè)的波數(shù)缺少m個(gè)，則從另一側(cè)再取m個(gè)波數(shù)，同樣得到2（n-1）個(gè)波數(shù)作為觀測(cè)值；