[發明專利]一種基于改進正弦余弦算法的光譜特征峰識別定位方法

有效

• 申請號: 201910362997.8
• 申請日: 2019-04-30
• 公開（公告）號: CN110084212B
• 公開（公告）日: 2022-09-27
• 發明（設計）人: 于坤;焦青亮;劉子龍;劉玉芳
• 申請（專利權）人: 河南師范大學
• 主分類號: G06K9/00
• 分類號: G06K9/00;G06F17/14
• 代理公司: 新鄉市平原智匯知識產權代理事務所(普通合伙) 41139
• 代理人: 路寬

1.一種基于改進正弦余弦算法的光譜特征峰識別定位方法，其特征在于具體步驟為：

步驟S1：用戶輸入待測光譜的光譜特征峰的個數N、波長的擴展范圍X和允許重疊的比例Y；

步驟S2：隨機生成15組候選波長，每組候選波長內含候選波長的個數為N；

步驟S3：根據波長擴展范圍將候選波長擴展為候選波段，并檢驗同組內兩兩候選波段重疊比例是否存在小于Y，若小于Y，則重新選擇該候選波長；

步驟S4：對每組候選波長分別進行高斯、洛倫茲和Voigt擬合，取擬合效果最好的一組及其擬合函數的類型存入集合A；

步驟S5：使用改進的正弦余弦算法對每組候選波長進行更新；

步驟S6：重復步驟S3和步驟S4；

步驟S7：檢驗是否達到最大迭代次數或滿足迭代退出條件，若是則執行步驟S8，若否則執行步驟S4；

步驟S8：選取集合A中擬合效果最好的一組候選波長及其擬合函數類型，即為光譜特征峰對應位置及光譜線型函數類型。

2.根據權利要求1所述的基于改進正弦余弦算法的光譜特征峰識別定位方法，其特征在于步驟S4中對某波段的高斯、洛倫茲和Voigt擬合，其主要形式如下所示：

Voigt(ν,ν₀)＝kQ(ν,ν₀)+(1-k)G(ν,ν₀) (3)

其中，α_L表示高斯線型和洛倫茲線型的半高寬，ν₀表示被測物質光譜特征峰的中心頻率，k為合成因子，是一個在開區間(0,1)上的定值，a表示高斯線型的最大值，即光譜峰值大小，同樣的可以得到洛倫茲線型的最大值為：

3.根據權利要求1所述的基于改進正弦余弦算法的光譜特征峰識別定位方法，其特征在于步驟S4中擬合效果的評價方式有以下兩種方式：

假設某候選波段存在N個點，隨機選取M個作為檢驗樣本，剩下的為擬合樣本，其中M需要滿足：

(1)均方均誤差(RMSE)：該評價方式，結果越小，表明擬合效果越好，將檢驗樣本帶入擬合好的光譜線型函數中，將計算出的數值記為y'，檢驗樣本對應的光譜數據為y，則誤差均方根如下可以表示為：

(2)決定系數(R²)：該評價方式，結果越接近1，表明擬合效果越好，將檢驗樣本帶入擬合好的光譜線型函數中，將計算出的數值記為y'，檢驗樣本對應的光譜數據為y，檢驗樣本的平均值記為則決定系數所示：

4.根據權利要求1所述的基于改進正弦余弦算法的光譜特征峰識別定位方法，其特征在于步驟S5中使用改進的正弦余弦算法更新方式如下所示：

其中，t表示當前迭代次數，X表示某個候選波長，B表示當前最優解，i表示第i個候選波長組，r₁是一個常數，r₂是一個在閉區間[0,2π]上服從均勻分布的隨機數，r₃是一個在閉區間[0,2]上服從均勻分布的隨機權重，r₄是一個在[0,1]上服從均勻分布的隨機數，a是本發明提出的動態轉換概率，a的計算如同式(9)所示，其中，rand(0,0.4)表示在閉區間[0,0.4]服從均勻分布的隨機數，L表示當前迭代所有解與最優解的歐氏距離的平均值，M為所設置的參數，用于控制改進正弦余弦算法在全局搜索和局部挖掘兩大步驟間的轉換。