本發(fā)明公開了一種基于光譜分峰擬合的光譜分段和光譜比對方法，步驟包括：對未知物的光譜中的譜峰使用數(shù)學函數(shù)進行擬合，對擬合后的譜峰參數(shù)分段得到各個光譜片段以及其對應波長起始、結束位置；根據(jù)所述光譜片段的起始、結束位置對標準光譜進行相同的分段得到標準光譜的光譜片段；對具有相關波長范圍的每對未知物和標準物的光譜片段進行擬合，并利用擬合參數(shù)校正未知物光譜；將校正后的未知物光譜片段和標準光譜片段分別進行合并，重構整個光譜，并計算重構的未知物光譜與標準光譜的相似度。該方法可應用于紅外光譜、近紅外光譜、拉曼光譜、紫外可見光譜的比較和比對，能顯著提升光譜比對的正判率。

技術領域

本發(fā)明屬于光譜數(shù)據(jù)處理領域，具體涉及一種光譜的譜峰分段和光譜比對算法。

背景技術

作為重要的分子光譜技術，拉曼光譜和紅外光譜在結構鑒定和物質快速鑒別等方面得到了廣泛的應用，比如毒品、爆炸物、化工原料等的快速鑒定。光譜鑒別的通常做法是：建立光譜數(shù)據(jù)庫(一般是純化合物)；對未知物質采集光譜，與數(shù)據(jù)庫中的光譜進行比對，計算相關系數(shù)，根據(jù)相關系數(shù)的大小判斷未知物與標準物(數(shù)據(jù)庫中的物質)匹配程度。相關系數(shù)的計算是物質鑒別最重要的環(huán)節(jié)之一，它也稱為相似度、匹配度、匹配指數(shù)等。

目前已有的光譜匹配方法通常是將未知物光譜與標準光譜(數(shù)據(jù)庫光譜)，在全光譜范圍或者人為選擇的光譜范圍計算相關系數(shù)。但是，不同的拉曼或紅外光譜儀測得的光譜在出峰位置或信號強度等方面會有所不同，這對于相關系數(shù)的計算會產生影響，有時影響很大，會出現(xiàn)嚴重的誤判現(xiàn)象。

影響相關系數(shù)正確計算的光譜通常具有如下特點：光譜具有嚴重的非線性基線漂移；光譜具有比較嚴重的波長或波數(shù)偏移；光譜的出峰位置相同，但強度的變化趨勢在不同波長或波數(shù)范圍具有明顯的不同(比如，在低波數(shù)和高波數(shù)兩個范圍，標準光譜信號是高和低，而未知物光譜卻是低和高)。

發(fā)明內容

針對不同光譜儀測得的光譜信號可能有所不同而導致的光譜匹配問題，本發(fā)明提供一種基于光譜分峰擬合的光譜分段和光譜比對方法，以提升光譜匹配的正判率。

本發(fā)明提供一種基于光譜分峰擬合的光譜分段和光譜比對方法，其技術方案為：

對未知物光譜中的譜峰使用數(shù)學函數(shù)進行擬合，以擬合后的譜峰參數(shù)作為分段依據(jù)對未知物光譜進行分段，得到多個未知物光譜片段以及與每一未知物光譜片段對應的波長起始位置和結束位置；根據(jù)所述波長起始和結束位置對標準光譜進行分段，以得到多個與所述多個未知物光譜片段對應的標準光譜片段；對具有相關波長范圍的每對未知物光譜片段和標準物光譜片段進行擬合，并利用擬合參數(shù)校正每個未知物光譜片段，以獲得校正后的未知物光譜；以及，將所述校正后的未知物光譜片段和標準光譜片段分別進行合并和重構，以獲得重構的未知物光譜和重構的標準光譜，并計算所述重構的未知物光譜與所述重構的標準光譜的相似度。

在一些實施例中，對未知物的光譜中的譜峰使用數(shù)學函數(shù)進行擬合的步驟中，所述數(shù)學函數(shù)為高斯函數(shù)、洛倫茲函數(shù)或Voigt函數(shù)；

其中，擬合用Voigt函數(shù)的函數(shù)形式和參數(shù)定義如下：

以及對拉曼光譜峰進行Voigt函數(shù)擬合的優(yōu)化目標定義如下：

其中，ν為光譜波數(shù)(cm^-1)，α為峰強度，ω為峰中心位置，γ為半峰寬，θ為Gauss-Lorentz系數(shù)，A(ν)表示待擬合光譜，表示L個Voigt函數(shù)擬合后的拉曼峰的疊加。

在一些實施例中，在對擬合后的譜峰參數(shù)分段得到多個未知物光譜片段以及其對應波長起始、結束位置的步驟中，所述譜峰參數(shù)為峰中心位置和半峰寬。

在一些實施例中，在對具有相關波長范圍的每對未知物光譜片段和標準物光譜片段進行擬合的步驟中，以最小二乘擬合法對具有相關波長范圍的每對未知物光譜片段和標準物光譜片段進行擬合。