一种荧光光谱特征峰提取方法与流程

本发明针对使用荧光分析测量粮食及其他含重金属元素极低的样品时能达到快速、无损、准确等要求，提出了一种荧光光谱特征峰提取方法。

背景技术：

随着科技的不断进步，越来越多的高科技产品开始进入我们的生活。X荧光分析技术广泛被使用于RoHS检测分析，地矿与合金(铜、不锈钢等)成分分析，金属镀层的厚度测量、电镀液和镀层含量的测定，黄金，铂，银等贵金属和各种首饰的含量检测等与人们生活息息相关的领域。特别是在重金属检测领域的应用非常广泛，比如矿产勘察、元素分析、食品安全等。

食品重金属快速分析仪是专门针对食品中的重金属元素的检测研发，通过能量色散X荧光分析技术快速分析的特性，实现对食品中的重金属快速准确的分析。可以为政府、企业提供着实有效、全方位的检测手段，保障食品安全。因此，食品重金属快速分析仪具有很好的推广和实施价值，将带来良好的实用价值和经济效益。

而食品重金属检测仪的研发中核心就是能量色散X荧光分析技术，该技术的关键就是荧光光谱的处理方法，传统的荧光光谱处理方法处理精确度不高，误差大，特别是对原始信号中弱峰的处理，极容易受到噪声的干扰而被淹没，于特征峰的提取不能够做到尽可能的准确，最终结果就是导致测量结果偏差较大，数据根本不可信。而采用本方法改进后的谱线，基本上排除了噪声信号对弱峰的干扰，保证谱线特征峰的准确，得出的比较精确的结果。

未来五年市场的总体需求将迅速增长，小型化、低成本的国产仪器任重道远。目前，我国正努力促进科学检测仪器设备向自主创新方向发展，逐步摆脱依赖进口跟踪模仿的不利局面，鼓励加强产、学、研、用结合，促进产品结构由中低端向高中端转变，企业由"小而弱"向"大而强"转变。采用本方法可以大大的提高测量的准确度，因此对于采用本方法的仪器将会有很好的市场，切合国家发展的方向。

技术实现要素：

针对国内能量色散荧光仪对微量元素测量精度不高、易受康普顿闪射影响的问题，降低本底、降低康普顿坪、光谱信号数字化处理是解决的核心技术。由于受探测器自身能量分辨率和测量样品中多种元素的影响，特别是含量低的元素，信号基本被噪声淹没，本方法主要针对荧光仪采集到的光谱进行处理，可以减少弱峰的丢失并大大提高探测效率，以提高测量的准确度。

为达到上述发明目的，本发明所采用的技术方案：先对采集到的原始谱线进行取对数处理，然后再去噪，再进行改进包络算法处理，最后得出处理过的谱线，所述方案包括以下步骤：

A、先对谱线取对数，这样可以样可以降低谱线幅度，尽量减少后续处理把微弱的谱线过滤掉的情况，比常规直接对谱线进行去噪分辨率更高；

B、对处理后谱线进行定阈值小波去噪，基本可以消除噪声对原始信号的影响；

C、再通过算法找出谱线上所有极小值点，在相邻两个极小值点间找到这两点间的极大值，由极大值位置将该段信号分为左右两片；

D、左边片段统一减去左边片段的极小值，右边片段统一减去右边片段的极小值，经过处理后多数情况下会出现左右两个片段不连续，此时需要将较高的片段进行缩放，即乘以一个比例系数f,f表示为

式中f_max为左右两个片段总的最大值，而a、b分别为分段后左右两边各自的最大值；

E、信号经过前面方法处理后，仍存在一些持续范围过大的峰。为减小峰的持续范围，进行如下操作：左边信号片段为X，其中X＝{x₁,x₂,...,x_n}，n为左边信号片段长度，令同样，右边信号片段为Y，其中Y＝{y₁,y₂,...,y_m}，m为右边信号段长度，令在把左右两边片段进行组合，经过放大还原，最终得到信号Z。

F、对信号Z取绝对值，然后得出最终具有明显特征峰谱图e^Z，以上所有运算用Matlab实现。

附图说明

图1为原始谱线图和原始谱线求对数图；

图2为去噪后求包络线图和求极值点的图；

图3为经改进包络算法处理后还原的谱线。

具体实现方式

为使发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本发明作进一步详细说明。

为了降低环境本底、康普顿坪等的影响,提高系统的分辨率，提供了一种荧光光谱处理方法。

本发明所提供的一种荧光光谱特征峰提取方法，其特征在于，不仅可以消除相邻特征峰之间的影响，还能提高微量元素的检出限，具体步骤如下：

A、先对谱线取对数，这样可以样可以降低谱线幅度，尽量减少后续处理把微弱的谱线过滤掉的情况，比常规直接对谱线进行去噪分辨率更高；

B、对处理后谱线进行定阈值小波去噪，基本可以消除噪声对原始信号的影响；

C、再通过算法找出谱线上所有极小值点，在相邻两个极小值点间找到这两点间的极大值，由极大值位置将该段信号分为左右两片；

D、左边片段统一减去左边片段的极小值，右边片段统一减去右边片段的极小值，经过处理后多数情况下会出现左右两个片段不连续，此时需要将较高的片段进行缩放，即乘以一个比例系数f,f表示为

式中f_max为左右两个片段总的最大值，而a、b分别为分段后左右两边各自的最大值；

E、信号经过前面方法处理后，仍存在一些持续范围过大的峰。为减小峰的持续范围，进行如下操作：左边信号片段为X，其中X＝{x₁,x₂,...,x_n}，n为左边信号片段长度，令同样，右边信号片段为Y，其中Y＝{y₁,y₂,...,y_m}，m为右边信号段长度，令在把左右两边片段进行组合，经过放大还原，最终得到信号Z。

F、对信号Z取绝对值，然后得出最终具有明显特征峰谱图e^Z，以上所有运算用Matlab实现。

如图1所示，原始信号和进过取对数后的谱图对比，可以看出，降低了谱线幅度，这样做的目的是尽量减少后续处理将微弱谱线过滤掉的情况，保证信号的失真度小，比常规直接对信号谱线去噪处理分辨率更高，保证后续处理的准确性。

如图2所示，第一个普线图是信号进过去噪后得出的普线图，和前一个谱线图进行对比，可以看出基本保留了去噪前谱线的样子，但是经过放大后可以看出，去掉了大多数具有微弱峰的噪声信号，保证了后续处理信号的精确度。第二个谱线为经过取极值点后的谱线图，目的是进行改进的包络算法处理，最终为了让谱峰更加明显，特征峰的面积计算更加精确。

图3为最终结果谱图，可以看出，进过前几个步骤处理过的特征峰非常明显，和原始谱线对比，计算更加方便，而且排除了噪声信号的干扰，最终峰的面积计算结果更加精确。

本发明具有如下特点：

1、在设计方法上，首先对原始数据采用先求对数的方法，减少了后续处理把微弱的峰过滤掉的情况。然后对原始数据求对数后的谱线进行小波去噪，基本消除了噪声的影响。

2、在关键技术上，采取改进的包络算法处理，使最终谱图的特征峰更加明显，谱峰面积更容易求得。

在上述发明的实施例中，对一种荧光光谱特征峰提取方法进行了详细说明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。