[發明專利]基于插值法的激光誘導擊穿光譜連續背景校正方法

有效

• 申請號: 201611249381.2
• 申請日: 2016-12-29
• 公開（公告）號: CN106770192B
• 公開（公告）日: 2019-04-16
• 發明（設計）人: 朱啟兵;檀兵;黃敏;郭亞
• 申請（專利權）人: 江南大學
• 主分類號: G01N21/71
• 分類號: G01N21/71
• 代理公司: 無錫市大為專利商標事務所(普通合伙) 32104
• 代理人: 曹祖良;屠志力

1.一種基于插值法的激光誘導擊穿光譜連續背景校正方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟S1，采集帶有連續背景干擾的激光誘導擊穿光譜，獲取光譜強度值的所有極小值點，將極小值點按照波長從小到大排序；

步驟S2，定義一個窗口函數，窗口函數定義如下：

其中rect(j,N)是一個函數值為1，邊界為l,k的矩形函數；j表示極小值點位置；l和k分別表示窗口函數內起始和終止極小值點位置，N表示窗口函數內極小值點個數；

步驟S3，將窗口函數內N個極小值點按照光譜強度值從小到大排序，選取前面的M個極小值點并保存，M≤N，此為一次排序與選取處理；

將窗口函數由光譜數據的第一個極小值點開始滑動，每滑動一次做一次排序與選取處理；遍歷所有極小值點后，將選取的點作為新的極小值點集；為保證數據的完整性，將光譜數據的起止點加入新的極小值點集中；

步驟S4，對新的極小值點集中的極小值點進行插值計算，插值結果用來估計連續背景，用原始光譜減去估計的連續背景，得到校正后的激光誘導擊穿光譜；

步驟S5，依據估計的連續背景計算出信背比，改變窗口函數的參數N和參數M，重復步驟S3～S4，將信背比最大時估計的連續背景作為最終的連續背景估計值；

步驟S1具體包括：光譜數據的每個數據點表示為(λ(u)，I(u)),其中λ(u)表示第u個數據點的波長，I(u)表示第u個數據點的光譜強度；采用相鄰點比較法獲取極小值點；即當I(u)≤I(u-1)，且I(u)≤I(u+1)時，就將該點看作是一個極小值點；遍歷整個波段的光譜數據尋找到所有極小值點；

步驟S3中，窗口函數滑動一次的距離是N個極小值點；

步驟S4具體包括：

假設光譜波段區域(a,b)被極小值點劃分為n個部分；假設每兩點之間的插值多項式為如下形式：

其中S(x)為波段區域(a,b)內的函數表達式；具體形式為：

S_i(x)＝a_i+b_i(x-x_i)+c_i(x-x_i)²+d_i(x-x_i)³ (3)

其中S_i(x)表示第i和i+1個極小值點所在波長之間區域內的插值多項式；x表示波長，x_i表示第i個極小值點對應波長；

插值多項式包含n個函數，因此，有4*n個系數來計算；需要求多項式及其一階和二階導數是連續的，也就是滿足下列條件：

其中y_i表示第i個極小值點對應強度值，S_i(x_i)和S_i(x_i+1)分別表示由第i、i+1個極小值點，在第i和i+1個極小值點所在波長之間區域內的插值多項式S_i(x)計算得到的函數值；

從表達式(4)中可以得到4*n-2個條件，想要求出4*n個系數還需要另外兩個條件，考慮波段區域的起止點即可；另外兩個條件表示如下：

通過表達式(3)和(4)可以得出：

其中h_i＝x_i+1-x_i，令m_i＝2c_i，通過表達式(6)可以得出表達式(3)中的系數為：

將表達式(7)中b_i,c_i,d_i的值帶入表達式(6)中的可以得到如下表達式：

由表達式(3),(5),(7)可以得出：

通過表達式(8)和(9)，可以得出如下矩陣表達式：

求解m_i的值并代入方程(7)，可得到表達式(3)的系數，進一步可以得到整個波段區域內的插值多項式；由插值多項式S(x)來估計整個波段區域的連續背景。

2.如權利要求1所述的基于插值法的激光誘導擊穿光譜連續背景校正方法，其特征在于，

步驟S5中信背比的定義如下：

x(t)為包含連續背景的原始光譜數據，x′(t)為原始光譜減去估計的連續背景后的數據，v為整個波段區域內數據點個數。