[发明专利]基于二维光谱数据的拉曼光谱背景噪声去除方法

说明书

本发明属于拉曼光谱检测技术领域，为实现拉曼光谱数据和纯背景光谱数据在空间维度的分离，有效地去除夹杂在拉曼光谱数据中的背景噪声，提高信噪比，并且保护拉曼光谱信息的完整性。本发明采用的技术方案是，基于二维光谱数据的拉曼光谱背景噪声去除方法，步骤如下：1.在阵列式检测器感应面处划分拉曼散射光检测区域和背景光检测区域；2.二维光谱数据是由阵列式检测器采集的沿波长维度和一维空间维度两个维度变化的光强数据组成的；3.当拉曼散射光束和背景光束经过分光元件后，不同波长的光束沿阵列式检测器感应面的横轴方向入射到感应面的不同位置；4.通过记录入射到不同垂直高度h处的光束的光谱数据。本发明主要应用于拉曼光谱检测。

技术领域

本发明属于拉曼光谱检测技术领域，尤其涉及一种基于二维光谱数据的拉曼光谱背景噪声去除方法。

背景技术

拉曼光谱属于分子光谱，基于拉曼散射效应，通过激发光照射到物质上发生光子与分子间能量交换而产生的具有特征频移的非弹性散射，表征物质分子的振动能级或者转动能级的特征变化，从而区分不同的物质分子基团的振动形式或者转动形式，识别物质的分子组成和结构，从定性的角度实现物质成分的检测。在此基础上，结合化学计量学的方法，实现物质成分含量信息的准确测定，从定量的角度实现物质成分的检测。随着激光技术和计算机技术的不断发展，拉曼光谱检测技术日益成熟，体现出显著的优势，包括：实现无损检测，适合黑色样品和含水样品的检测，适应高温、低温和高压等复杂、恶劣的检测环境，检测过程快速、简便、实时等。因此，拉曼光谱检测技术成为医学和药学、化学和材料科学、食品科学、环境保护、地质考古、刑侦鉴定等领域中一种可靠的检测方法。

拉曼光谱数据是实现拉曼光谱检测技术的基础，其质量决定着检测结果的可靠与否，然而，在拉曼光谱数据的采集过程中往往会伴随着强烈的背景噪声干扰，因此，需要对采集到的拉曼光谱数据进行预处理，去除背景噪声。目前，背景噪声的去除主要是基于一维拉曼光谱数据的预处理，主要方法包括：数字平滑滤波，去除高频随机噪声的干扰；多项式拟合基线校正，去除低频噪声的干扰；小波变换，通过其多分辨率的特性实现噪声的去除；高通、低通滤波法等。由于一维拉曼光谱数据仅仅记录波长维度的光强信息，将待分析的拉曼光谱信号和背景噪声干扰叠加混合在一起，造成对一维拉曼光谱数据的预处理在去除背景噪声的同时难免会丢失部分有用的拉曼光谱信号，影响后续的信息提取的准确性。

发明内容

为克服现有技术的不足，本发明旨在提供一种基于二维光谱数据的拉曼光谱背景噪声去除方法，实现拉曼光谱数据和纯背景光谱数据在空间维度的分离。在此基础上，根据提取的纯背景光谱数据，有效地去除夹杂在拉曼光谱数据中的背景噪声，提高信噪比，并且保护拉曼光谱信息的完整性。本发明采用的技术方案是，基于二维光谱数据的拉曼光谱背景噪声去除方法，步骤如下：

1.在阵列式检测器感应面处划分拉曼散射光检测区域和背景光检测区域，其中，拉曼散射光检测区域是指拉曼散射光能够到达的检测器感应面区域，不仅检测到拉曼散射光，而且检测到背景光，该区域获取的是夹杂着背景噪声的拉曼光谱数据；背景光检测区域是指只有背景光能够到达的检测器感应面区域，该区域获取的是纯背景光谱数据；

2.二维光谱数据是由阵列式检测器采集的沿波长维度和一维空间维度两个维度变化的光强数据组成的，其中，阵列式检测器感应面的横轴对应波长维度，具体是指波长λ的变化方向；纵轴对应空间维度，具体是指垂直高度h的变化方向；

3.当拉曼散射光束和背景光束经过分光元件后，不同波长的光束沿阵列式检测器感应面的横轴方向入射到感应面的不同位置，沿横轴方向的每一行像素记录的一组光强数据构成了入射到某一垂直高度h处的拉曼散射光束或背景光束的一维光谱数据，仅记录了沿波长维度的光强变化信息；

4.通过记录入射到不同垂直高度h处的光束的光谱数据，增加了一维空间维度的光强变化信息，构成了二维光谱数据，获取纯背景光谱数据，实现拉曼光谱数据和纯背景光谱数据在空间维度的分离。