一种基于峰体映射的双重叠谱峰解析方法
阅读说明：本技术 一种基于峰体映射的双重叠谱峰解析方法 (Dual-fold-spectrum peak analysis method based on peak body mapping ) 是由 刘卫 赵富胜 刘澍 米文忠 殷松峰 于 2021-07-23 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种基于峰体映射的双重叠谱峰解析方法,包括：定位图谱中重叠特征峰位置,对重叠特征峰进行边界确定；依据重叠特征峰的特征分布,统计分析单峰数量和位置；确定双重叠谱峰的左右边界,在双重叠谱峰区域中确定各单峰的对称轴线；结合已有的半边峰体,以垂直线为对称轴将已有的半边峰体进行映射,将双重叠谱峰解析为独立的单峰。本发明解决了红外光谱、拉曼光谱、气相色谱等谱图在样品检测过程中出现的双重叠谱峰无法分离,难以定位准确的问题,解决谱图中双重叠谱峰的解析问题,提高了谱图中双重叠谱峰分离分析水平。(The invention discloses a double-fold-spectrum peak analysis method based on peak body mapping, which comprises the following steps: positioning the position of the overlapped characteristic peak in the map, and determining the boundary of the overlapped characteristic peak; statistically analyzing the number and the position of the single peak according to the characteristic distribution of the overlapped characteristic peaks; determining the left and right boundaries of the double-overlapped spectrum peak, and determining the symmetry axis of each single peak in the double-overlapped spectrum peak region; and combining the existing half-edge peak bodies, mapping the existing half-edge peak bodies by taking a vertical line as a symmetry axis, and analyzing the double-fold spectrum peak into an independent single peak. The invention solves the problems that double-fold spectral peaks appearing in the process of detecting a sample in spectrograms such as infrared spectroscopy, Raman spectroscopy, gas chromatography and the like can not be separated and are difficult to locate accurately, solves the problem of analyzing the double-fold spectral peaks in the spectrograms, and improves the separation and analysis level of the double-fold spectral peaks in the spectrograms.)
技术领域
本发明涉及谱图检测技术领域，尤其是一种基于峰体映射的双重叠谱峰解析方法。
背景技术
各种谱图检测过程中，例如光谱/色谱检测过程中，会由于物质性质因素、实验条件因素、环境因素等各种原因导致检测的谱图出现谱峰重叠现象。
目前，对于双重叠谱峰的没有很好的解析方法，导致谱图检测结果的判断存在误差。
发明内容
为了克服上述现有技术中的缺陷，本发明提供一种基于峰体映射的双重叠谱峰解析方法，能够将双重叠谱峰解析成单体峰，提高检测结果，修正检测偏差，对谱图检测领域的发展具有十分重要的意义。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案，包括：
一种基于峰体映射的双重叠谱峰解析方法，包括以下步骤：
S1，提取双重叠谱峰；
S2，确定双重叠谱峰的左边界和右边界；
S3，根据双重叠谱峰中的单峰位置，从单峰峰顶做与左右边界连接线相垂直的垂直线，该垂直线即为对称轴线，从峰顶开始至峰底部连接线为止，计算峰边线到对称轴线的距离；所述峰边线为靠近对称轴的峰边线；
定义双重叠谱峰上各点到对称轴线的函数为：Im＝f(x)；峰边线到对称轴线的距离即为：
式中，Δx为峰边线到对称轴线的距离，n为峰的取值高度，n的取值范围为0～h，h为峰高；
S4，依据峰边线到对称轴线的距离Δx，以对称轴线为中心，从峰顶开始至峰底部连接线为止，在对称轴线的另一边取相同距离的映射点，此时距离公式为
将映射点连接，与靠近对称轴的峰边线形成完整的单峰。
步骤S1中，先将谱图中信噪比低于设定阈值的峰剔除；再根据谱峰特征，识别谱图中的单峰，并将谱图中的单峰剔除；最后确定符合双重叠谱峰特征的双重叠谱峰。
步骤S2中，先对双重叠谱峰进行基线校正，获得水平基线，再确定双重叠谱峰的左边界和右边界，具体如下所示：
使用一条连接线，从与峰的一边基线的相切位置开始，到与峰的另一边基线的相切位置结束；使用高斯函数，验证双重叠谱峰的边界位置及区域范围。
根据解析得到的各个单峰的峰面积对各个单峰进行验证，要求各个单峰的峰面积均小于双重叠谱峰的峰面积，且各个单峰的峰面积之和大于双重叠谱峰的峰面积。
在双重叠谱峰的左右边界内，对双重叠谱峰区域进行卷积计算：
式中，f(·)、g(·)均为函数；h、k均为函数自变量；
对卷积计算后的区域进行波峰数量和波谷数量的计算，其中，波峰数量＝波谷数量+1，计算拟合双重叠谱峰中所包含的单峰数量，并定位双重叠谱峰。
峰面积的计算公式为：
式中，L为峰的左边界；R为峰的右边界；A为峰面积。
本发明的优点在于：
(1)本发明依据双重叠特征峰的特征分布，统计分析单峰数量和位置，确定双重叠谱峰的左右边界，在双重叠谱峰区域中确定各单峰的对称轴线；结合已有的半边峰体，以垂直线为对称轴线将已有的半边峰体进行映射，将双重叠谱峰解析为独立的单体峰。本发明解决了红外光谱、拉曼光谱、气相色谱等谱图在样品检测过程中出现的双重叠谱峰无法分离，难以定位准确的问题，解决谱图中双重叠谱峰的解析问题，提高了谱图中双重叠谱峰的分离分析水平，提高检测结果，修正检测偏差，对谱图检测领域的发展具有十分重要的意义。
附图说明
图1为本发明的一种基于峰体映射的双重叠谱峰解析方法的流程图。
图2为双重叠特征峰的示意图。
图3为双重叠特征峰中单峰映射的示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
由图1所示，本发明的一种基于峰体映射的双重叠谱峰解析方法，包括以下步骤：
S1，由图2所示，提取双重叠谱峰。
对于谱峰数量较多，且含有不同谱峰类型的谱图，先将信噪比低于设定阈值的峰剔除，本实施例中，将信噪比S/N≤5的峰剔除；再根据谱峰特征，识别谱图中的单峰，并将谱图中的单峰剔除；最后确定符合双重叠谱峰特征的双重叠谱峰。
S2，对双重叠谱峰进行基线校正，获得水平基线。确定双重叠谱峰的左边界和右边界，如下所示：
使用一条连接线，从与峰的一边基线的相切位置开始，到与峰的另一边基线的相切位置结束；使用高斯函数即验证双重叠谱峰的边界位置及区域范围是否在对应区间。
在双重叠谱峰的左右边界内，对双重叠谱峰区域进行卷积计算，确定双重叠谱峰的关键信息，卷积计算如下所示：
式中，f(·)、g(·)均为函数；h、k均为函数自变量；
对卷积计算后的区域进行波峰数量和波谷数量的计算，其中，波峰数量＝波谷数量+1，计算拟合双重叠谱峰中所包含的单峰数量，并定位双重叠谱峰。
双重叠谱峰的峰面积的计算公式为：
式中，L为峰的左边界；R为峰的右边界；A为峰面积。
S3，由图3所示，根据双重叠谱峰中的单峰位置，从单峰峰顶做与左右边界连接线相垂直的垂直线，该垂直线即为对称轴线，从峰顶开始至峰底部连接线为止，计算峰边线到对称轴线的距离；所述峰边线为靠近对称轴的峰边线。
定义双重叠谱峰上各点到对称轴线的函数为：Im＝f(x)；峰边线到对称轴线的距离即为：
式中，Δx为峰边线到对称轴线的距离，n为峰的取值高度，n的取值范围为0～h，h为峰高。
S4，依据峰边线到对称轴线的距离Δx，以对称轴线为中心，从峰顶开始至峰底部连接线为止，在对称轴线的另一边取相同距离的映射点，此时距离公式为
将映射点连接，与靠近对称轴的峰边线形成完整的单峰。
S5，按照步骤S3和S4的方式，分别解析出各个完整单峰；分别确定各个完整单峰的左边界和右边界，具体如下所示：
使用一条连接线，从与峰的一边基线的相切位置开始，到与峰的另一边基线的相切位置结束；使用高斯函数即验证双重叠谱峰的边界位置及区域范围是否在对应区间。
对解析出的各个单峰区域分别进行卷积计算，确定各个单峰的关键信息，卷积计算的方式如下所示：
式中，f(·)、g(·)均为函数；h、k均为函数自变量；
对解析出的各个单峰的峰面积进行计算，计算方式如下所示：
式中，L为峰的左边界；R为峰的右边界；A为峰面积；
根据解析出的各个单峰的峰面积，对解析出的各个单峰进行验证，要求各个完整单峰的峰面积均小于双重叠谱峰的峰面积，且各个完整单峰的峰面积之和大于双重叠谱峰的峰面积。
关于峰面积的计算方式可参见现有技术。
以上仅为本发明创造的较佳实施例而已，并不用以限制本发明创造，凡在本发明创造的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明创造的保护范围之内。