一種質(zhì)譜數(shù)據(jù)處理中譜峰位置檢測(cè)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及質(zhì)譜數(shù)據(jù)預(yù)處理W及信息提取方法，特別設(shè)及一種基于連續(xù)小波變換 的質(zhì)譜譜峰位置檢測(cè)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 質(zhì)譜法W其高靈敏度、高分辨率等優(yōu)點(diǎn)成為一種應(yīng)用廣泛的分析技術(shù)。質(zhì)譜計(jì)產(chǎn) 生原始譜圖數(shù)據(jù)后，需要利用算法進(jìn)行精確的譜峰位置和強(qiáng)度的檢測(cè)，W獲取樣品的成分 和結(jié)構(gòu)信息。譜峰位置的檢測(cè)結(jié)果直接影響著質(zhì)譜計(jì)的靈敏度和精度。目前常用的尋峰方 法包括直接比較法、導(dǎo)數(shù)法、曲線擬合和連續(xù)小波變換法（W下簡(jiǎn)稱(chēng):CWT)等。直接比較法和 導(dǎo)數(shù)法對(duì)譜圖噪聲和背景敏感，而曲線擬合法只能提取若干單峰的信息，不具備全譜尋峰 能力。
[0003] CWT采用特定小波基函數(shù)的伸縮和平移來(lái)分解譜圖，將譜圖由時(shí)域轉(zhuǎn)換到小波域， 形成一個(gè)二維的小波系數(shù)矩陣，利用小波系數(shù)矩陣進(jìn)行譜峰檢測(cè)。該方法具有準(zhǔn)確率高和 多尺度分辨的優(yōu)點(diǎn)，并且對(duì)噪聲和背景有較強(qiáng)抑制能力。目前CWT法尋峰通常的做法是:在 小波系數(shù)矩陣中采用簡(jiǎn)單的局部比較方式捜索局部極大值確定脊點(diǎn)，將不同尺度上的脊點(diǎn) 連接形成脊線，通過(guò)脊線確定譜峰位置。該方法單純根據(jù)小波系數(shù)確定譜峰位置，在進(jìn)行微 弱譜峰檢測(cè)時(shí)，易受到噪聲干擾，存在誤檢率上升的問(wèn)題。譜峰重疊時(shí)，強(qiáng)峰會(huì)對(duì)弱峰的小 波系數(shù)產(chǎn)生嚴(yán)重影響，導(dǎo)致弱峰處的局部極值減弱，甚至成為負(fù)值，此時(shí)無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)弱峰的 檢測(cè)，嚴(yán)重影響了算法對(duì)重疊峰的分辨能力。
[0004] 本發(fā)明從文獻(xiàn)[1 ]: R.A. Carmona ,W. L .Hwang ,and B. Torresani , "Multiridge detection and time-frequency reconstruction ,"Signal Processing , IEEE Transactions on,vol .47,卵.480-492,1999.中引入Craz;y-climbe;r尋峰方法的思想，根據(jù) 質(zhì)譜脊線特征提出了一種新的脊點(diǎn)捜索方式，結(jié)合傳統(tǒng)CWT方法形成了一種新的譜峰位置 檢測(cè)方法。該方法綜合利用了原始譜峰強(qiáng)度和小波系數(shù)矩陣信息進(jìn)行譜峰位置檢測(cè)，克服 了傳統(tǒng)CWT方法進(jìn)行弱峰和重疊峰檢測(cè)時(shí)誤檢率上升的問(wèn)題，提高了算法的靈敏度和對(duì)重 疊峰的分辨能力。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是針對(duì)上述現(xiàn)有尋峰方法的不足，提出一種質(zhì)譜數(shù)據(jù)處理中譜峰位 置檢測(cè)方法。
[0006] 本發(fā)明的目的是通過(guò)W下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：
[0007] -種質(zhì)譜數(shù)據(jù)處理中譜峰位置檢測(cè)方法，包括W下步驟：
[000引I、選擇一定尺度范圍對(duì)原始質(zhì)譜圖進(jìn)行連續(xù)小波變換，形成二維小波系數(shù)矩陣C (a，b)，其中a為尺度參數(shù)，b為位移參數(shù)；
[0009] n、在小波系數(shù)矩陣C(a，b)中均勻設(shè)置N個(gè)粒子，使粒子按照固定規(guī)則移動(dòng)，逐漸 聚集在局部極值點(diǎn)的位置；
[0010] 虹、根據(jù)粒子占據(jù)情況對(duì)小波系數(shù)矩陣中所有位置進(jìn)行度量，形成度量值矩陣，并 采用噪聲闊值和對(duì)應(yīng)位置譜峰強(qiáng)度對(duì)度量值矩陣進(jìn)行修正；
[0011] IV、在修正后的度量值矩陣中進(jìn)行局部極大值捜索，并設(shè)置強(qiáng)度闊值過(guò)濾局部極 值得到脊點(diǎn)；
[0012] V、連接脊點(diǎn)形成脊線，設(shè)置脊線長(zhǎng)度闊值，去除過(guò)短脊線；
[0013] VI、根據(jù)脊線確定譜峰位置，完成譜峰位置檢測(cè)，譜峰位置為脊線中度量值最大的 脊點(diǎn)位置。
[0014] 步驟I中所述的一定尺度范圍a=l~化，尺度間隔為指數(shù)間隔，最大尺度化的確定 方法包括W下步驟：
[0015] a、在所處理的譜圖中截取一個(gè)獨(dú)立的譜峰，選擇一個(gè)大的尺度范圍對(duì)譜峰進(jìn)行小 波變換，觀察譜峰位置處小波系數(shù)隨尺度參數(shù)的變化曲線；
[0016] b、隨尺度參數(shù)增加，小波系數(shù)應(yīng)表現(xiàn)為先增大后減小的趨勢(shì)，若未出現(xiàn)該趨勢(shì)，貝U 繼續(xù)增大尺度范圍進(jìn)行小波變換；
[0017] C、出現(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì)后，選擇小波系數(shù)達(dá)到最大后的2-3個(gè)尺度點(diǎn)作為最 大尺度Na。
[0018] 步驟n所述的粒子移動(dòng)規(guī)則如下：
[0019] A、對(duì)于小波系數(shù)矩陣C(a，b)，Wb為水平方向，a為垂直方向，先進(jìn)行垂直方向移 動(dòng)，然后進(jìn)行水平方向移動(dòng)；
[0020] B、粒子進(jìn)行垂直方向移動(dòng)時(shí)，判斷粒子是否處于上下邊界，若處于邊界則向內(nèi)移 動(dòng)，否認(rèn)按照相同概率向上或向下移動(dòng)；
[0021] C、粒子進(jìn)行水平移動(dòng)時(shí)，仍先判斷粒子是否處于左右邊界，處于邊界則向內(nèi)移動(dòng)， 否則各按相同概率準(zhǔn)備向左或向右移動(dòng)，是否移動(dòng)根據(jù)移動(dòng)前后位置小波系數(shù)大小進(jìn)行判 斷，滿足判斷標(biāo)準(zhǔn)則移動(dòng)，否則不移動(dòng)。
[0022] 設(shè)計(jì)粒子水平移動(dòng)判斷標(biāo)準(zhǔn)的主要依據(jù)是使粒子逐漸聚集至譜峰形成的脊線上， 且不被噪聲形成的個(gè)別局部極小值阻隔，判斷標(biāo)準(zhǔn)如下：
[0023] ①、若下一位置小波系數(shù)值大于當(dāng)前位置，則一定發(fā)生該移動(dòng)。
[0024] ②、若下一位置小波系數(shù)值小于當(dāng)前位置，則將小波系數(shù)值做差，若差值小于某一 闊值則發(fā)生該移動(dòng)，否則不動(dòng)。
[0025] ③、隨移動(dòng)次數(shù)增加將準(zhǔn)則②中的闊值逐漸減小，使粒子逐漸趨于穩(wěn)定。
[0026] 步驟虹所述的矩陣位置度量方式為：
[0027] 設(shè)t次移動(dòng)后矩陣位置化J)的粒子個(gè)數(shù)為n(M)(t)，粒子移動(dòng)次數(shù)為T(mén)，則矩
[0028] 陣位置初始度量值為：
[0029]
(。
[0030] 度量值矩陣修正方法如下：
[0031] 設(shè)闊值io為噪聲點(diǎn)所產(chǎn)生的度量值，從上述初始度量值中減去闊值，并與原始譜 圖譜峰強(qiáng)度S(j)作乘積形成最終的度量值矩陣：
[0032] I(kj) = S(j) ? (i(kj)-io) (2)
[0033] 度量值矩陣中所有度量值均為非負(fù)實(shí)數(shù)，上述度量方式中，初始度量值減去噪聲 闊值io后，若度量值小于零則將該值歸零，若噪聲闊值選擇得當(dāng)，此時(shí)度量值矩陣將成為稀 疏矩陣，從而有效突出小波系數(shù)矩陣中的局部極值點(diǎn)，降低后續(xù)脊點(diǎn)捜索難度。
[0034] 有益效果:本發(fā)明與一般采用簡(jiǎn)單的局部比較方式捜索局部極大值確定脊點(diǎn)進(jìn)行 譜峰位置檢測(cè)的方法不同。提出一種粒子隨機(jī)移動(dòng)，根據(jù)粒子占據(jù)情況度量矩陣位置，采用 噪聲闊值和譜峰強(qiáng)度修正度量值，在度量值矩陣中進(jìn)行脊線捜索，確定譜峰位置的方法。綜 合利用了原始譜峰強(qiáng)度和小波系數(shù)矩陣信息進(jìn)行譜峰位置檢測(cè)，有效增加微弱譜峰的檢測(cè) 能力。通過(guò)粒子占據(jù)情況進(jìn)行矩陣位置度量，采用噪聲闊值修正度量值，去除大部分噪聲對(duì) 應(yīng)的局部極值點(diǎn)，降低誤檢率?？朔藗鹘y(tǒng)CWT方法進(jìn)行弱峰和重疊峰檢測(cè)時(shí)誤檢率上升的 問(wèn)題，提高了算法的靈敏度和對(duì)重疊峰的分辨能力。
【附圖說(shuō)明】
[0035] 圖1 一種質(zhì)譜數(shù)據(jù)處理中譜峰位置檢測(cè)方法中尋峰方法流程圖
[0036] 圖2錯(cuò)石TOF-SIMS原始譜圖
[0037] 圖3-種質(zhì)譜數(shù)據(jù)處理中譜峰位置檢測(cè)方法流程圖
[0038] 圖4尺度參數(shù)對(duì)小波系數(shù)的影響圖
[0039] 圖5初始度量值圖
[0040] 圖6修正度量值圖
[0041] 圖7原始譜圖及其脊點(diǎn)圖
[0042] 圖8尋峰結(jié)果圖
【具體實(shí)施方式】
[0043] 下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述：
[0044] -種質(zhì)譜數(shù)據(jù)處理中譜峰位置檢測(cè)方法，包括W下步驟：
[0045] I、選擇一定尺度范圍對(duì)原始質(zhì)譜圖進(jìn)行連續(xù)小波變換，形成二維小波系數(shù)矩陣C (a，b)，其中a為尺度參數(shù)，b為位移參數(shù)；
[0046] n、在小波系數(shù)矩陣C(a，b)中均勻設(shè)置N個(gè)粒子，使粒子按照固定規(guī)則移動(dòng)，逐漸 聚集在局部極值點(diǎn)的位置；
[0047] 虹、根據(jù)粒子占據(jù)情況對(duì)小波系數(shù)矩陣中所有位置進(jìn)行度量，形成度量值矩陣，并 采用噪聲闊值和對(duì)應(yīng)位置譜峰強(qiáng)度對(duì)度量值矩陣進(jìn)行修正；
[0048] IV、在修正后的度量值矩陣中進(jìn)行局部極大值捜索，并設(shè)置強(qiáng)度闊值過(guò)濾局部極 值得到脊點(diǎn)；
[0049] V、連接脊點(diǎn)形成脊線，設(shè)置脊線長(zhǎng)度闊值，去除過(guò)短脊線；
[0050] VI、根據(jù)脊線確定譜峰位置，完成譜峰位置檢測(cè)，譜峰位置為脊線中度量值最大的 脊點(diǎn)位置。
[0051] 步驟I中所述的一定尺度范圍a=l~化，尺度間隔為指數(shù)間隔，最大尺度化的確定 方法包括W下步驟：
[0052] a、在所處理的譜圖中截取一個(gè)獨(dú)立的譜峰，選擇一個(gè)大的尺度范圍對(duì)譜峰進(jìn)行小 波變換，觀察譜峰位置處小波系數(shù)隨尺度參數(shù)的變化曲線；
[0053] b、隨尺度參數(shù)增加，小波系數(shù)應(yīng)表現(xiàn)為先增大后減小的趨勢(shì)，若未出現(xiàn)該趨勢(shì)，貝U 繼續(xù)增大尺度范圍進(jìn)行小波變換；
[0054] C、出現(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì)后，選擇小波系數(shù)達(dá)到最大后的2-3個(gè)尺度點(diǎn)作為最 大尺度Na。
[0055] 步驟n所述的粒子移動(dòng)規(guī)則如下：
[0056] A、對(duì)于小波系數(shù)矩陣C(a，b)，Wb為水平方向，a為垂直方向，先進(jìn)行垂直方向移 動(dòng)，然后進(jìn)行水平方向移動(dòng)；
[0057] B、粒子進(jìn)行垂直方向移動(dòng)時(shí)，判斷粒子是否處于上下邊界，若處于邊界則向內(nèi)移 動(dòng)，否認(rèn)按照相同概率向上或向下移動(dòng)；
[0058] C、粒子進(jìn)行水平移動(dòng)時(shí)，仍先判斷粒子是否處于左右邊界，處于邊界則向內(nèi)移動(dòng)， 否則各按相同概率準(zhǔn)備向左或向右移動(dòng)，是否移動(dòng)根據(jù)移動(dòng)前后位置小波系數(shù)大小進(jìn)行判 斷，滿足判斷標(biāo)準(zhǔn)則移動(dòng)，否則不移動(dòng)。
[0059] 設(shè)計(jì)粒子水平移動(dòng)判斷標(biāo)準(zhǔn)的主要依據(jù)是使粒子逐漸聚集至譜峰形成的脊線上， 且不被噪聲形成的個(gè)別局部極小值阻隔，判斷標(biāo)準(zhǔn)如為：
[0060] ①、若下一位置小波系數(shù)值大于當(dāng)前位置，則一定發(fā)生該移動(dòng)。
[0061] ②、若下一位置小波系數(shù)值小于當(dāng)前位置，則將小波系數(shù)值做差，若差值小于某一 闊值則發(fā)生該移動(dòng)，否則不動(dòng)。
[0062] ③、隨移動(dòng)次數(shù)增加將準(zhǔn)則②中的闊值逐漸減小，使粒子逐漸趨于穩(wěn)定。
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