[發(fā)明專利]一種用于時間相關(guān)單光子計數(shù)的多成分熒光壽命及成分比例估計方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610052282.9
• 申請日: 2016-01-27
• 公開（公告）號: CN105675568B
• 公開（公告）日: 2018-11-23
• 發(fā)明（設計）人: 于紅旗
• 申請（專利權(quán)）人: 湖南君瀚信息技術(shù)有限公司
• 主分類號: G01N21/64
• 分類號: G01N21/64
• 代理公司: 湖南省國防科技工業(yè)局專利中心 43102
• 代理人: 馮青

1.一種用于時間相關(guān)單光子計數(shù)的多成分熒光壽命及成分比例估計方法，不需要知道多分量的熒光壽命和組分含量信息，一次就計算出所有組分的熒光壽命信息，在熒光壽命基礎(chǔ)上，一次計算出各組分含量信息，其特征在于，具體步驟如下：

步驟一：首先將采集到的直方圖數(shù)據(jù)進行組合形成新直方圖，以消除噪聲的影響并減小算法運算量，對新直方圖區(qū)間數(shù)據(jù)進行自相關(guān)運算，根據(jù)TCSPC的特點，對自相關(guān)矩陣進行平滑處理，對其自相關(guān)矩陣進行特征值分解，獲得信號子空間，

步驟二：根據(jù)可能的熒光壽命范圍，形成搜索向量，根據(jù)搜索的譜峰位置獲得熒光壽命的估計，

步驟三：再利用最小二乘方法，估計出各成分含量；

所述步驟一至三具體為：

假設共有P種組分，TCSPC在某一時刻t輸出的數(shù)據(jù)建模如下

其中f_Dj為第j個組分的含量，τ_j為第j個組分的熒光壽命，n(t)為加性散粒噪聲，則在

TCSPC輸出的直方圖中第mh個區(qū)間的輸出數(shù)據(jù)為

其中h為TCSPC的分辨率，m為離散化序列的序號；

將直方圖所有區(qū)間的數(shù)據(jù)列在一起

其中M為直方圖的區(qū)間個數(shù)，

為便于簡化公式，將上式等號右邊記為AS+N

其自相關(guān)矩陣為

R_I＝E[YY^H]＝E[(AS+N)(AS+N)^H]＝AR_SA^H+σ²Σ₀

其中(·)^H表示共軛轉(zhuǎn)置，Σ₀為噪聲的自相關(guān)矩陣，R_S＝E[SS^H]，E[NN^H]＝σ²∑₀；σ²為噪聲能量；

令λ_i和u_i為等式R_xu＝λΣ₀u的解，其中i＝1,2,…,M，λ_i按照降序排列，則λ_i和u_i為矩陣束(R_x,Σ₀)的特征值和特征向量，如果R_S為滿秩矩陣，則矩陣A的每一列都正交于矩陣U_n＝[u_P+1 u_P+2 … u_M]

因此，在獲得矩陣U_n，令

其中A(τ)＝|1 e^h/τ … e^(M-1)h/τ|，則Q_search(τ)的最大的P個峰值對應的時間就是熒光壽命的估計時間，

首先，對TCSPC輸出的直方圖數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)聚合，把相鄰的b個數(shù)據(jù)加起來，假設聚合后，共有K個區(qū)間，數(shù)據(jù)如下

其中：為了消除R_S將缺秩的情況，對自相關(guān)矩陣進行平滑處理，采用如下的平滑處理：

其中，X_i為一系列從X中取出的連續(xù)數(shù)據(jù)，各個X_i均等長，l為熒光成分數(shù)；

對R進行特征值分解，求解出各個熒光壽命的估計，

在獲得熒光壽命的估計結(jié)果后，用下式獲得各組分的含量信息：

S＝(B^HB)^-1B^HB