[發明專利]一種拉曼光譜信噪比評估方法

有效

• 申請號: 201810022311.6
• 申請日: 2018-01-10
• 公開（公告）號: CN108051425B
• 公開（公告）日: 2020-08-21
• 發明（設計）人: 劉峰;劉恩凱;王梓儒;殷磊;蔡圣聞
• 申請（專利權）人: 南京簡智儀器設備有限公司
• 主分類號: G01N21/65
• 分類號: G01N21/65
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 王安琪

本發明公開了一種拉曼光譜信噪比評估方法，包括如下步驟：(1)CCD光譜儀譜圖極值點間距統計；(2)確定CCD暗電流噪聲；(3)信噪比計算。本發明提出了一種簡便可行的信噪比評估方法，可以通過單張譜圖估算設備拉曼光譜采集的信噪比，理論和實驗表明：對于基于CCD探測器的拉曼光譜儀器，當確定樣品和特征峰時，可以基于此方法獲得信噪比，比對不同配置的拉曼光譜設備，作為控制譜圖質量一致性的標準，該方法對基于拉曼光譜技術的智能鑒別系統的開發具有指導意義。

技術領域

本發明涉及CCD光譜儀技術領域，尤其是一種快速有效的拉曼光譜信噪比評估方法。

背景技術

近年來，CCD光譜儀模塊發展迅速，推動了便攜光譜儀器的發展，而基于CCD光譜檢測器的便攜拉曼光譜儀由于其快速性和對樣品的無損性，不僅在科學研究上，在軍用領域和民用領域都表現突出。對光譜分析來說，光譜質量的穩定和準確的評價相當重要，而拉曼光譜信噪比決定被測樣品本身特征信號是否可以從背景干擾中被有效提取，是設備比對的重要參數。

傳統光譜檢測器是基于移動光柵原理單點檢測器掃描光譜，譜圖的噪聲為檢測器由于電流隨時間波動產生的噪聲和系統機械運動的影響，據此前人在對光譜的研究中，提出了若干種評估信噪比的方法，思路基本為使用光譜信號值或信號標準差除以噪聲的標準差，而標準差描述的是數據集的離散程度，這個指標更適合于描述時域的噪聲，反映傳感器在采集數據時的電流波動造成的噪聲影響。

對比于傳統拉曼光譜儀的單檢測器光柵移動法掃描光譜，CCD光譜儀采用多點檢測器同時收集不同波長信號，單次掃描速度更快，避免了時間上的誤差。掃描光譜的噪聲也由傳統光譜儀中電流波動引起的噪聲變成了CCD暗噪聲及像素差異引起的噪聲。噪聲類型發生改變，導致原有的光譜質量評價方法適用性變差，基于實測光譜提出更具適應性的光譜質量評價方法具有很強的現實意義。

發明內容

本發明所要解決的技術問題在于，提供一種拉曼光譜信噪比評估方法，能夠對已知閾值的設備，通過單張拉曼光譜確定信噪比，并且不同設備采用該方法獲得的信噪比具有可比性。

為解決上述技術問題，本發明提供一種拉曼光譜信噪比評估方法，包括如下步驟：

(1)CCD光譜儀譜圖極值點間距統計；采用相同標準樣品，固定積分時間，多次采集拉曼光譜圖，對不同疊加平均次數的譜圖，根據譜圖中極值點間距進行分類統計；

(2)確定CCD暗電流噪聲；根據(1)中分類統計結果，確定像素間距閾值，將短間距且分類計數不隨譜圖疊加平均次數增加的相鄰極值點間極差值的平均值作為噪聲，對應拉曼光譜儀暗噪聲的單位時間平均功率；

(3)信噪比計算；將CCD光譜儀信噪比定義為：SNR＝S/Noise，其中，S代表指定樣品的指定特征峰信號強度，Noise定義為噪聲；該設備采集拉曼光譜圖上極值點間距小于(2)步驟中確定的極值間距的極值點極差值的統計平均。

優選的，步驟(1)中，針對CCD光譜儀噪聲的特點，將拉曼光譜儀返回的譜圖中信號分為三部分，具體為：(a)樣品光譜信號，含樣品受激發射的光譜信號，用S表示；(b)與檢測器暗噪聲相關噪聲，主要由每個像素暗電流隨機波動引起，在譜圖上的波動頻率與CCD像素數相關，是一張譜圖噪聲中最高頻的部分，用于代表設備的噪聲水平，用Noise_H表示；(c)由雜散光信號波動產生的、與樣品無關的與光學系統分辨力相關的噪聲，不做考慮，用Noise_L表示。

優選的，步驟(1)只執行1次。

優選的，當通過步驟(1)確定閾值后，對于單幅拉曼光譜圖，通過步驟(2)和步驟(3)給出光譜圖的信噪比。

優選的，步驟(3)中，所計算的信噪比S采用拉曼特征峰強度，需要給出使用的標準樣品，并指定特征峰拉曼位移。