[發(fā)明專利]一種基于改進(jìn)正弦余弦算法的光譜特征峰識別定位方法

有效

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• 申請日: 2019-04-30
• 公開（公告）號: CN110084212B
• 公開（公告）日: 2022-09-27
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 于坤;焦青亮;劉子龍;劉玉芳
• 申請（專利權(quán)）人: 河南師范大學(xué)
• 主分類號: G06K9/00
• 分類號: G06K9/00;G06F17/14
• 代理公司: 新鄉(xiāng)市平原智匯知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 41139
• 代理人: 路寬

本發(fā)明公開了一種基于改進(jìn)正弦余弦算法的光譜特征峰識別定位方法，在算法運行前需要用戶輸入特征峰的個數(shù)，算法初始化階段會生成15組初始候選波長，每組中候選波長的個數(shù)為用戶輸入的光譜特征峰的個數(shù)；然后根據(jù)波長的擴(kuò)展范圍X和允許的重合比例Y，決定是否重新選擇波長；之后用高斯、洛倫茲和Voigt三種方式分別對每個候選波長所在區(qū)域進(jìn)行擬合，計算其均方根誤差，并使用正弦余弦算法更新的方式進(jìn)行迭代更新；若達(dá)到最大迭代次數(shù)或滿足退出迭代條件，退出迭代，選出擬合效果最好的一組候選波長即為光譜特征峰的波長位置。本發(fā)明的識別定位方法在識別率和準(zhǔn)確度方面均有顯著提高。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于光譜特征峰識別定位方法技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于改進(jìn)正弦余弦算法的光譜特征峰識別定位方法。

背景技術(shù)

光譜特征峰的識別與定位不僅是光譜類儀器計量檢定中的關(guān)鍵步驟，而且在物質(zhì)定量分析、成分識別等方面具有至關(guān)重要的作用。例如，在分光光度計的計量檢定過程中，由于各種濾光片標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)有效特征峰數(shù)量較多，且分光光度計在不同種類的濾光片標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的光譜峰位置與大小存在差異，如何準(zhǔn)確快速的識別定位到光譜特征峰的位置則顯得尤其重要。

目前，很多學(xué)者對光譜尋峰算法進(jìn)行了研究，如傳統(tǒng)的數(shù)值比較法、導(dǎo)數(shù)算法、連續(xù)小波變換算法、對稱零面積變換算法、指數(shù)修正高斯擬合算法、多尺度譜峰定位算法、Fourier自去卷積法。雖然這些算法能夠?qū)崿F(xiàn)光譜尋峰，但是這些算法通常對光譜的信噪比、動態(tài)范圍和光譜特征等有較高的要求，如一階導(dǎo)數(shù)法對一些重疊嚴(yán)重的特征峰無法檢測，而二階三階導(dǎo)數(shù)法計算量較大，無法實現(xiàn)實時計算，小波變換無法準(zhǔn)確檢測特征峰中心波長的位置，對稱零面積變換算法如果基函數(shù)選擇不合適將會導(dǎo)致較大的誤差，高斯擬合方法需要待測光譜特征峰為高斯線型。針對上述問題，本發(fā)明提出了一種基于改進(jìn)正弦余弦算法的光譜特征峰識別定位算法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明為解決傳統(tǒng)光譜特征峰識別定位方法識別率較低，準(zhǔn)確度較差的問題而提供了一種基于改進(jìn)正弦余弦算法的光譜特征峰識別定位方法。

本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題采用如下技術(shù)方案，一種基于改進(jìn)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(shù)N、波長的擴(kuò)展范圍X和允許重疊的比例Y；

步驟S2：隨機(jī)生成15組候選波長，每組候選波長內(nèi)含候選波長的個數(shù)為N；

步驟S3：根據(jù)波長擴(kuò)展范圍將候選波長擴(kuò)展為候選波段，并檢驗同組內(nèi)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(jìn)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(shù)的類型存入集合A；

步驟S5：使用改進(jìn)的正弦余弦算法對每組候選波長進(jìn)行更新；

步驟S6：重復(fù)步驟S3和步驟S4；

步驟S7：檢驗是否達(dá)到最大迭代次數(shù)，若是則執(zhí)行步驟S7，若否則執(zhí)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(shù)類型，即為光譜特征峰對應(yīng)位置及光譜線型函數(shù)類型。

優(yōu)選的，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)