[發明專利]一種基于隨機抽樣一致性的光譜漂移標定與校正方法

在審

• 申請號: 202211112891.0
• 申請日: 2022-09-14
• 公開（公告）號: CN115586143A
• 公開（公告）日: 2023-01-10
• 發明（設計）人: 劉向鋒;徐衛明;舒嶸;賈良辰;許學森
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海技術物理研究所
• 主分類號: G01N21/27
• 分類號: G01N21/27
• 代理公司: 上海滬慧律師事務所 31311
• 代理人: 郭英

1.一種基于隨機抽樣一致性的光譜漂移標定與校正方法，其特征在于包括如下步驟：

(1)基于相同物質具有相同特征譜線，將光譜儀首次測量物質的光譜作為參考光譜，利用光譜尋峰算法識別出歸一化光譜中主要特征譜線的譜峰位置，即記錄像元和響應幅值，作為參考像元序列，假設該物質的參考譜線中存在m條特征譜線，譜線的像元序列記作A-Ref＝[Id₁,Id₂,…,Id_m]，其中Id_i為m中第i條譜線的像元值；

利用標準光源或主要特征譜線的已知波長值，確定并建立光譜儀像元與波長間的轉換模型及系數，假設光譜儀響應的像元值為P＝[p₁,p₂,…,p_k]，對應波長值為λ＝[λ₁,λ₂,…,λ_k]，k表示獲得譜線的數量；通過多項式擬合法建立兩者之間關系的轉換模型方程λ＝f(p)：

式中，j為多項式的階數。采用最小二乘法對該方程中系數進行解算，得到系數α₀,α₁,…,α_j，獲得能描述像元與波長轉換關系的擬合方程；

(2)光譜儀再次測量該物質的光譜作為測量光譜，利用光譜尋峰算法識別出歸一化光譜中主要特征譜線的譜峰位置，作為實測像元序列，假設該物質的測量譜線中存在n條特征譜線，譜線的位置記作A-Mea＝[Id’₁,Id’₂,…,Id’_n]，其中Id’_i為n中第i條譜線的像元值，且m≠n；

(3)利用隨機抽樣一致性算法匹配測量特征譜線與參考特征譜線間相匹配的譜線，通過迭代反復從參考光譜和測量光譜中已識別的譜峰像元序列樣本中隨機選取一些子集，假設是局內點的子集，建立一個擬合模型和相關的模型參數，并設置閾值條件；根據擬合模型計算其樣本到擬合模型的距離，小于閾值的點作為局內點，大于閾值的點作為局外點，然后通過內點重新估計模型；此過程不斷迭代直到找到一組能滿足條件的最大概率的局內點，進而識別出符合模型的測量特征譜線位置與參考特征譜線位置且相匹配的譜線；

(4)利用匹配出的特征譜線，將參考譜線局內點與測量譜線局內點相減，計算所有匹配譜線間像元差的均值作為光譜漂移量，假設匹配出q條項對應的特征譜線，記作數組A-Mat＝[Id₁,Id₂,…,Id_q；Id’₁,Id’₂,…,Id’_q]，光譜漂移量為D＝mean([Id₁,Id₂,…,Id_q]-[Id’₁,Id’₂,…,Id’_q])；

(5)將測量光譜中所有像元加上(4)中計算的光譜漂移量，使波段內測量光譜的像元得到校正后的像元，再利用(1)中標定參考光譜的像元與波長轉換模型及系數，計算校正后測量光譜像元所對應的波長，作為校正后光譜波長；

(6)利用校正后測量光譜主要特征譜線的波長值與參考光譜對應特征譜線的波長值比較，對于相匹配的q條特征譜線，在參考光譜中的波長序列為λ＝[λ₁,λ₂,…,λ_q]，校正后測量光譜中的波長序列為λ’＝[λ’₁,λ’₂,…,λ’_q]，則兩者間的差為Δλ＝λ-λ’，利用Δλ內所有元素的絕對平均值和均方根定量描述校正后測量光譜的波長精度。