一种跨仪器LIBS光谱的交叉定标方法

本发明涉及光谱校正领域，尤其是涉及一种跨仪器libs光谱的交叉定标方法。

背景技术：

1、libs(激光诱导击穿光谱)在环境监测、生物考古、金属探测、矿物成分分析领域不断发挥出重要的作用。libs利用高功率密度的激光与物质相互作用产生瞬态等离子体，并采用光学系统对等离子体中的原子和离子发射光谱进行收集，通过分析光谱信息实现对物质化学元素的定性或定量分析。

2、但受到仪器参数与探测环境的影响，不同libs仪器在不同探测环境下对同一目标进行探测时，所获得的libs光谱的强度与峰位会存在一定差异，导致后续物质成分分析时同一目标的多次libs光谱观测及分析结果不一致，进而影响探测物质成分分析的准确性，降低不同libs载荷间数据分析结果交叉验证的可信度。因此需要使用跨仪器交叉定标方法，以修正由于仪器参数与探测环境不同而带来的libs光谱数据在强度与峰位上存在的差异，为不同libs载荷间的数据分析结果进行交叉验证提供一致性保证及数据基础。

3、现有的跨仪器交叉定标方法存在以下缺陷：

4、1)数据内插方法：现有方法主要是以参考光谱为基准去进行待定标光谱的数据内插，即对待定标光谱的波长进行数据内插之后，仅在内插的大量数据点中，选取波长值与参考光谱中波长值一致的像素点集合作为内插后的待定标数据。这种数据内插方式虽然保证了参考光谱的原始性，但是却在一定程度上改变了待定标光谱的光谱形状，特别是在两个仪器参数差异较大的情况下，会出现部分特征峰位丢失的情况。

5、2)峰位校正方法：现有方法主要是为了获得像素和波长之间的关系，因此在进行峰位校正时，多利用多项式拟合的方法进行修正。但由于仪器的分辨率有限，像素与像素之间仍然存在较大的波长间隔，这也使得元素特征峰的位置通常分布在两个像素之间。上述方法仅仅使(charge-coupled device)ccd中各个像素所对应的波长更加精确，而没有对最关键的元素特征峰位置进行修正。

6、因此，亟需设计一种能够进行特征峰峰位校正与强度校正的跨仪器libs光谱交叉定标方法。

技术实现思路

1、本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种能够进行特征峰峰位校正与强度校正的跨仪器libs光谱交叉定标方法。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

3、一种跨仪器libs光谱的交叉定标方法，包括以下步骤：

4、步骤s1、通过第一仪器获取目标的libs光谱作为参考光谱，通过第二仪器获取目标的libs光谱作为待定标光谱，自适应提取参考光谱与待定标光谱在各个相同波长范围的libs光谱的数据，以每个波长范围作为一个通道，分通道对提取后的参考光谱与待定标光谱进行数据内插；

5、步骤s2、计算参考光谱的光谱强度单位与待定标光谱的光谱强度单位的换算关系，对数据内插后的待定标光谱进行单位换算；

6、步骤s3、计算参考光谱与待定标光谱对同一目标获取libs光谱逐像素的强度比值，并根据比值对单位换算后的待定标光谱进行强度修正；

7、步骤s4、基于自适应光谱漂移修正的方法，以数据内插后的参考光谱为参照，对强度修正后的待定标光谱进行特征峰位置修正。

8、进一步地，步骤s1中自适应提取的方法为：

9、输入参考光谱与待定标光谱，遍历两条光谱的波长数值，根据两条光谱波长不连续情况的总数量，确定两条光谱相同范围的分段数，提取两条光谱在各分段内的交集，确定各交集的波长范围，并提取数据。

10、进一步地，步骤s1中数据内插使用样条插值法，对各通道分别内插指定的点数。

11、进一步地，点数的范围是大于内插前数据点数。

12、进一步地，步骤s2中，单位换算的计算表达式为：

13、

14、式中，ia为参考光谱的强度单位，ib为待定标光谱的强度单位，h为普朗克常量，c为光速，λ为待定标光谱各像素对应的波长。

15、进一步地，步骤s3中强度比值是将多次获取的libs光谱构造成数值矩阵，对该数值矩阵每列求平均数得到的。

16、进一步地，步骤s3中将强度比值用于修正待定标光谱的强度，具体方法为：

17、将单位换算后的待定标光谱各个像素的强度，分别乘以步骤s3中计算出的逐像素上的强度比值。

18、进一步地，步骤s4中的自适应光谱漂移修正方法，具体为：

19、根据数据内插后参考光谱的特征峰峰位分布，对参考光谱进行进一步分段，获取参考光谱的分段结果，将分段结果应用于单位换算后的待定标光谱，分别寻找参考光谱与待定标光谱在同一分段内的特征峰所在位置，将待定标光谱各个分段内的最强峰平移至参考光谱同一分段内特征峰所在位置后，即完成自适应光谱漂移修正。

20、根据本发明的第二方面，提供了一种电子设备，包括存储器和处理器，处理器执行程序时实现任一的跨仪器libs光谱的交叉定标方法。

21、根据本发明的第三方面，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，程序被处理器执行时实现任一的跨仪器libs光谱的交叉定标方法。

22、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

23、1)本发明通过自适应选取相同范围波长的光谱进行数据内插，保护了待定标数据的光谱形状，避免了特征峰的丢失，通过强度单位换算使本发明的方法可以应用于不同类型的libs设备，根据比值对光谱进行强度修正，修正由于仪器参数与探测环境产生的强度差异，采用自适应分段校正的漂移修正方式，根据特征峰位置对光谱进行进一步分段，提高了交叉定标前后参考光谱数据与待定标光谱数据相同特征峰位置的一致性，降低了由于仪器参数与探测环境差异对特征峰位置差异的影响；

24、2)本发明可以根据两台仪器的相关信息，实现两台仪器下任意libs光谱之间的交叉定标工作，消除存在的强度与峰位之间的差异，具有广泛的应用面。

技术特征：

1.一种跨仪器libs光谱的交叉定标方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种跨仪器libs光谱的交叉定标方法，其特征在于，所述步骤s1中自适应提取的方法为：

3.根据权利要求1所述的一种跨仪器libs光谱的交叉定标方法，其特征在于，所述步骤s1中数据内插使用样条插值法，对各通道分别内插指定的点数。

4.根据权利要求3所述的一种跨仪器libs光谱的交叉定标方法，其特征在于，所述点数的范围是大于内插前数据点数。

5.根据权利要求1所述的一种跨仪器libs光谱的交叉定标方法，其特征在于，所述步骤s2中，所述单位换算的计算表达式为：

6.根据权利要求1所述的一种跨仪器libs光谱的交叉定标方法，其特征在于，所述步骤s3中强度比值是将多次获取的libs光谱构造成数值矩阵，对该数值矩阵每列求平均数得到的。

7.根据权利要求1所述的一种跨仪器libs光谱的交叉定标方法，其特征在于，所述步骤s3中将强度比值用于修正待定标光谱的强度，具体方法为：

8.根据权利要求1所述的一种跨仪器libs光谱的交叉定标方法，其特征在于，所述步骤s4中的自适应光谱漂移修正方法，具体为：

9.一种电子设备，包括存储器和处理器，所述存储器上存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1～8任一所述的一种跨仪器libs光谱的交叉定标方法。

10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述程序被处理器执行时实现如权利要求1～8中任一所述的一种跨仪器libs光谱的交叉定标方法。

技术总结
本发明涉及一种跨仪器LIBS光谱的交叉定标方法。与现有技术相比，包括以下步骤：提取参考光谱与待定标光谱在相同波长范围通道的LIBS光谱，使用数据内插方法进行数据处理；计算光谱强度单位的换算关系，将待定标光谱的强度单位换算至参考光谱的强度单位；计算对同一目标获取的LIBS光谱逐像素上的强度比值，并将该比值用于修正待定标光谱的强度；以参考光谱为参照，对待定标光谱进行谱峰位置校正。本发明保护了待定标数据的光谱形状，避免了特征峰的丢失，可以应用于不同类型的LIBS设备，修正由于仪器参数与探测环境产生的强度差异，提高了交叉定标前后特征峰位置的一致性，降低了仪器参数与探测环境差异对特征峰位置差异的影响。

技术研发人员：柳思聪,曾浩峰,童小华,谢欢,金雁敏,冯永玖,叶真,王超,许雄,刘世杰,陈鹏
受保护的技术使用者：同济大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16