[發(fā)明專利]一種基于稀疏表示的拉曼光譜特征提取方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810047671.1
• 申請日: 2018-01-18
• 公開（公告）號: CN108133203B
• 公開（公告）日: 2021-09-03
• 發(fā)明（設計）人: 韓彩芹;方政
• 申請（專利權）人: 江蘇師范大學
• 主分類號: G06K9/00
• 分類號: G06K9/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明公開了一種基于稀疏表示的拉曼光譜特征提取方法，包括以下步驟：a.獲取原始拉曼光譜信息；b.根據(jù)峰的位置將步驟a中的原始拉曼光譜分為N塊；c.將步驟b中處理后的拉曼光譜進行變換域變換，得到光譜信息域圖像；d.獲取步驟c中的光譜信息域圖像的最相關分量；e.將步驟d中的最相關分量進行反變換，恢復原光譜；f.將步驟e中的原光譜進行合并，得到重構后的拉曼光譜。本發(fā)明采用了拉曼光譜在變換域是稀疏的特性，提取稀疏域中最相關的分量，減小了各種噪聲對拉曼光譜信號的影響；同時，對原始光譜進行分段處理，提高了光譜重構的準確性，保證想要特征峰的信息能夠從噪聲中還原出來。

技術領域

本發(fā)明涉及一種拉曼光譜特征提取方法，具體涉及一種基于稀疏表示的拉曼光譜特征提取方法。

背景技術

拉曼光譜圖是利用拉曼光譜對物質(zhì)進行分析的根據(jù)，拉曼光譜圖的質(zhì)量會直接影響對物質(zhì)的分析。然而，從光譜儀采集到的原始光譜信號存在一定的噪聲。其中有雜散光引起的低頻背景噪聲，有探測器和放大系統(tǒng)自身的噪聲，有因為激光光強所引起的漂移，樣品放置位置與方向等多方面因素引起的噪聲。這些噪聲導致不能從拉曼光譜圖中準確的提取有用的信息，對于后續(xù)的分析造成巨大的影響，導致準確度和精度下降。

現(xiàn)在的拉曼光譜去噪方法主要包括小波去噪、Savitzky-Golay濾波器、經(jīng)驗模態(tài)分解、有限沖擊響應數(shù)字濾波器等方法，這些方法多數(shù)是針對特定的一個模擬數(shù)據(jù)或者實例來驗證單一算法的有效性，應用到另一個實例可能并不會有太好的效果。同時，因為算法中各參數(shù)對性能的影響不宜，如今只是采用經(jīng)驗的手段獲得較佳的性能指標。

發(fā)明內(nèi)容

針對上述現(xiàn)有技術存在的問題，本發(fā)明提供一種基于稀疏表示的拉曼光譜特征提取方法，解決了現(xiàn)有技術中噪聲干擾特征提取的問題，提高光譜分析檢出限。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術方案是：一種基于稀疏表示的拉曼光譜特征提取方法，包括以下步驟：

a.獲取原始拉曼光譜信息；

b.根據(jù)峰的位置將步驟a中的原始拉曼光譜分為N塊；

c.將步驟b中處理后的拉曼光譜進行變換域變換，得到光譜信息域圖像；

d.獲取步驟c中的光譜信息域圖像的最相關分量；

e.將步驟d中的最相關分量進行反變換，恢復原光譜；

f.將步驟e中的原光譜進行合并，得到重構后的拉曼光譜。

進一步的，所述的步驟d中通過正交匹配追蹤算法獲取光譜信息域圖像的最相關分量；

正交匹配追蹤算法以貪婪迭代的方法選擇字典原子，使得每次迭代的過程中原子與信號最大相關(內(nèi)積最大)，從信號向量減去相關部分得到殘差，殘差按照上述方法反復迭代，直到迭代次數(shù)達到稀疏度K或者殘差小于誤差閾值，停止迭代。

進一步的，所述的正交匹配追蹤算法具體步驟為：

a.找出殘差和字典內(nèi)積最大的原子索引，即λ_t＝argmax_j＝1...N|r_t-1,φ_j|，

式中，r-殘差，λ-殘差和字典原子的最大內(nèi)積；

b.更新索引集Λ_t＝Λ_t-1∪{λ_t}，記錄字典的重建原子集合Φ_t＝[Φ_t-1,φ_λt]，

式中，Λ-索引集，Φ-重建原子集合，φ-字典原子；

c.有最小二乘法得到

式中，的估計值，y-原始光譜；