[發(fā)明專利]一種基于二元狀態(tài)轉(zhuǎn)換的懲罰B樣條平滑光譜基線校正方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810813401.7
• 申請日: 2018-07-23
• 公開（公告）號: CN108801944B
• 公開（公告）日: 2021-02-09
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 徐德剛;劉松;蔡耀儀;陽春華;桂衛(wèi)華
• 申請（專利權(quán)）人: 中南大學(xué)
• 主分類號: G01N21/27
• 分類號: G01N21/27
• 代理公司: 長沙市融智專利事務(wù)所(普通合伙) 43114
• 代理人: 歐陽迪奇

1.一種基于二元狀態(tài)轉(zhuǎn)換的懲罰B樣條平滑光譜基線校正方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟一，參數(shù)初始化：對基于二元狀態(tài)轉(zhuǎn)換的懲罰B樣條平滑光譜基線校正方法的參數(shù)進行初始化，需要初始化的參數(shù)包括最大迭代次數(shù)、狀態(tài)轉(zhuǎn)移算法中的替代因子SF和交換率SR、B樣條平滑的懲罰參數(shù)p和每個光譜數(shù)據(jù)點的二元狀態(tài)信息變量

步驟二，通過狀態(tài)轉(zhuǎn)換算法中的交換和替代操作，改變二元狀態(tài)信息變量所形成的二元個體集合x′j的項；

步驟三，懲罰B樣條平滑擬合：將x′j與光譜橫坐標(biāo)對應(yīng)項相乘，刪除其中為0的項，并取剩余項對應(yīng)的光譜強度，組合得到背景迭代點；使用懲罰B樣條平滑擬合背景迭代點，獲得基線數(shù)據(jù)；

步驟四，計算適應(yīng)度函數(shù)，用于評判迭代過程中擬合的性能；

步驟五，迭代過程中最佳二元個體集合和基線選擇：用適應(yīng)度函數(shù)的最小值選擇當(dāng)前局部最佳二元個體集合和基線；

步驟六，終止迭代過程：當(dāng)連續(xù)兩次迭代過程中最優(yōu)個體適應(yīng)度函數(shù)之差小于設(shè)定閾值，或者達到最大迭代次數(shù)時，則轉(zhuǎn)至步驟八，否則轉(zhuǎn)到步驟七；

步驟七，更新二元個體集合：將背景基線與步驟五中的局部最優(yōu)估計基線進行比較從而更新二元個體集合，即通過查找大于局部最佳估計基線的擬合基線中所有數(shù)據(jù)點位置的原始光譜數(shù)據(jù)，如果該強度大于擬合基線對應(yīng)的強度，則該點為特征峰區(qū)域，即對應(yīng)x′i中該點的數(shù)據(jù)更新為0，然后返回步驟二中繼續(xù)執(zhí)行；

步驟八，輸出迭代背景基線作為全局最優(yōu)估計基線，完成校正；

其中步驟三中，基線的建模形式為：

y_i＝f(x_i)+ε_i

f(·)表示B樣條的線性組合，ε_i是誤差向量；B樣條表示為：

μ(x_i)＝∑B_j(x_i)β_j

β_j是B樣條系數(shù)，B_j(x_i)是具有m等距節(jié)點的j次B樣條在x_i處的B樣條基函數(shù)，B樣條選取4階均勻樣條，B_j(x)通過DeBoor-Cox定義遞推得到：

通過最小二乘和差異懲罰對參數(shù)β_j進行回歸：

Δ²β_j＝(β_j-β_j-1)-(β_j-1-β_j-2)

S代表目標(biāo)函數(shù)，Δ²是階數(shù)為2的差分算子，D₂β通過D₂矩陣求得，p是樣條平滑的懲罰參數(shù)；所以參數(shù)β_j通過是S取最小值求得：

通常選取的B樣條基函數(shù)小于背景基線迭代點個數(shù)，得到參數(shù)β_j的懲罰B樣條平滑估計值為：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于二元狀態(tài)轉(zhuǎn)換的懲罰B樣條平滑光譜基線校正方法，其特征在于，所述的步驟一中，初始化的參數(shù)進行初始化的取值分別為：最大迭代次數(shù)為20、狀態(tài)轉(zhuǎn)移算法中的替代因子SF＝0.2和交換率SR＝0.4、B樣條平滑的懲罰參數(shù)p＝10、每個光譜數(shù)據(jù)點的初始二元狀態(tài)信息變量隨機取0或1。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于二元狀態(tài)轉(zhuǎn)換的懲罰B樣條平滑光譜基線校正方法，其特征在于，所述的步驟一中，所述的二元狀態(tài)信息變量用于表示在第j次迭代中的光譜數(shù)據(jù)點{a_i，b_i}是否為背景點，其中光譜數(shù)據(jù)為a_i表示光譜波束，b_i表示對應(yīng)的光譜強度，m表示光譜數(shù)據(jù)的長度；取值0或1，其中表示對應(yīng)的光譜數(shù)據(jù)點{a_i，b_i}是背景點，表示為非背景點，即為光譜特征峰區(qū)域的點。