本發(fā)明針對(duì)使用熒光分析測(cè)量糧食及其他含重金屬元素極低的樣品時(shí)能達(dá)到快速、無(wú)損、準(zhǔn)確等要求，提出了一種熒光光譜特征峰提取方法。

背景技術(shù)：

隨著科技的不斷進(jìn)步，越來(lái)越多的高科技產(chǎn)品開(kāi)始進(jìn)入我們的生活。X熒光分析技術(shù)廣泛被使用于RoHS檢測(cè)分析，地礦與合金(銅、不銹鋼等)成分分析，金屬鍍層的厚度測(cè)量、電鍍液和鍍層含量的測(cè)定，黃金，鉑，銀等貴金屬和各種首飾的含量檢測(cè)等與人們生活息息相關(guān)的領(lǐng)域。特別是在重金屬檢測(cè)領(lǐng)域的應(yīng)用非常廣泛，比如礦產(chǎn)勘察、元素分析、食品安全等。

食品重金屬快速分析儀是專(zhuān)門(mén)針對(duì)食品中的重金屬元素的檢測(cè)研發(fā)，通過(guò)能量色散X熒光分析技術(shù)快速分析的特性，實(shí)現(xiàn)對(duì)食品中的重金屬快速準(zhǔn)確的分析?？梢詾檎⑵髽I(yè)提供著實(shí)有效、全方位的檢測(cè)手段，保障食品安全。因此，食品重金屬快速分析儀具有很好的推廣和實(shí)施價(jià)值，將帶來(lái)良好的實(shí)用價(jià)值和經(jīng)濟(jì)效益。

而食品重金屬檢測(cè)儀的研發(fā)中核心就是能量色散X熒光分析技術(shù)，該技術(shù)的關(guān)鍵就是熒光光譜的處理方法，傳統(tǒng)的熒光光譜處理方法處理精確度不高，誤差大，特別是對(duì)原始信號(hào)中弱峰的處理，極容易受到噪聲的干擾而被淹沒(méi)，于特征峰的提取不能夠做到盡可能的準(zhǔn)確，最終結(jié)果就是導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果偏差較大，數(shù)據(jù)根本不可信。而采用本方法改進(jìn)后的譜線(xiàn)，基本上排除了噪聲信號(hào)對(duì)弱峰的干擾，保證譜線(xiàn)特征峰的準(zhǔn)確，得出的比較精確的結(jié)果。

未來(lái)五年市場(chǎng)的總體需求將迅速增長(zhǎng)，小型化、低成本的國(guó)產(chǎn)儀器任重道遠(yuǎn)。目前，我國(guó)正努力促進(jìn)科學(xué)檢測(cè)儀器設(shè)備向自主創(chuàng)新方向發(fā)展，逐步擺脫依賴(lài)進(jìn)口跟蹤模仿的不利局面，鼓勵(lì)加強(qiáng)產(chǎn)、學(xué)、研、用結(jié)合，促進(jìn)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)由中低端向高中端轉(zhuǎn)變，企業(yè)由"小而弱"向"大而強(qiáng)"轉(zhuǎn)變。采用本方法可以大大的提高測(cè)量的準(zhǔn)確度，因此對(duì)于采用本方法的儀器將會(huì)有很好的市場(chǎng)，切合國(guó)家發(fā)展的方向。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)國(guó)內(nèi)能量色散熒光儀對(duì)微量元素測(cè)量精度不高、易受康普頓閃射影響的問(wèn)題，降低本底、降低康普頓坪、光譜信號(hào)數(shù)字化處理是解決的核心技術(shù)。由于受探測(cè)器自身能量分辨率和測(cè)量樣品中多種元素的影響，特別是含量低的元素，信號(hào)基本被噪聲淹沒(méi)，本方法主要針對(duì)熒光儀采集到的光譜進(jìn)行處理，可以減少弱峰的丟失并大大提高探測(cè)效率，以提高測(cè)量的準(zhǔn)確度。

為達(dá)到上述發(fā)明目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案：先對(duì)采集到的原始譜線(xiàn)進(jìn)行取對(duì)數(shù)處理，然后再去噪，再進(jìn)行改進(jìn)包絡(luò)算法處理，最后得出處理過(guò)的譜線(xiàn)，所述方案包括以下步驟：

A、先對(duì)譜線(xiàn)取對(duì)數(shù)，這樣可以樣可以降低譜線(xiàn)幅度，盡量減少后續(xù)處理把微弱的譜線(xiàn)過(guò)濾掉的情況，比常規(guī)直接對(duì)譜線(xiàn)進(jìn)行去噪分辨率更高；

B、對(duì)處理后譜線(xiàn)進(jìn)行定閾值小波去噪，基本可以消除噪聲對(duì)原始信號(hào)的影響；

C、再通過(guò)算法找出譜線(xiàn)上所有極小值點(diǎn)，在相鄰兩個(gè)極小值點(diǎn)間找到這兩點(diǎn)間的極大值，由極大值位置將該段信號(hào)分為左右兩片；

D、左邊片段統(tǒng)一減去左邊片段的極小值，右邊片段統(tǒng)一減去右邊片段的極小值，經(jīng)過(guò)處理后多數(shù)情況下會(huì)出現(xiàn)左右兩個(gè)片段不連續(xù)，此時(shí)需要將較高的片段進(jìn)行縮放，即乘以一個(gè)比例系數(shù)f,f表示為

式中f_max為左右兩個(gè)片段總的最大值，而a、b分別為分段后左右兩邊各自的最大值；

E、信號(hào)經(jīng)過(guò)前面方法處理后，仍存在一些持續(xù)范圍過(guò)大的峰。為減小峰的持續(xù)范圍，進(jìn)行如下操作：左邊信號(hào)片段為X，其中X＝{x₁,x₂,...,x_n}，n為左邊信號(hào)片段長(zhǎng)度，令同樣，右邊信號(hào)片段為Y，其中Y＝{y₁,y₂,...,y_m}，m為右邊信號(hào)段長(zhǎng)度，令在把左右兩邊片段進(jìn)行組合，經(jīng)過(guò)放大還原，最終得到信號(hào)Z。

F、對(duì)信號(hào)Z取絕對(duì)值，然后得出最終具有明顯特征峰譜圖e^Z，以上所有運(yùn)算用Matlab實(shí)現(xiàn)。

附圖說(shuō)明

圖1為原始譜線(xiàn)圖和原始譜線(xiàn)求對(duì)數(shù)圖；

圖2為去噪后求包絡(luò)線(xiàn)圖和求極值點(diǎn)的圖；

圖3為經(jīng)改進(jìn)包絡(luò)算法處理后還原的譜線(xiàn)。

具體實(shí)現(xiàn)方式

為使發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下參照附圖并舉實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。

為了降低環(huán)境本底、康普頓坪等的影響,提高系統(tǒng)的分辨率，提供了一種熒光光譜處理方法。

本發(fā)明所提供的一種熒光光譜特征峰提取方法，其特征在于，不僅可以消除相鄰特征峰之間的影響，還能提高微量元素的檢出限，具體步驟如下：

A、先對(duì)譜線(xiàn)取對(duì)數(shù)，這樣可以樣可以降低譜線(xiàn)幅度，盡量減少后續(xù)處理把微弱的譜線(xiàn)過(guò)濾掉的情況，比常規(guī)直接對(duì)譜線(xiàn)進(jìn)行去噪分辨率更高；

B、對(duì)處理后譜線(xiàn)進(jìn)行定閾值小波去噪，基本可以消除噪聲對(duì)原始信號(hào)的影響；

C、再通過(guò)算法找出譜線(xiàn)上所有極小值點(diǎn)，在相鄰兩個(gè)極小值點(diǎn)間找到這兩點(diǎn)間的極大值，由極大值位置將該段信號(hào)分為左右兩片；

D、左邊片段統(tǒng)一減去左邊片段的極小值，右邊片段統(tǒng)一減去右邊片段的極小值，經(jīng)過(guò)處理后多數(shù)情況下會(huì)出現(xiàn)左右兩個(gè)片段不連續(xù)，此時(shí)需要將較高的片段進(jìn)行縮放，即乘以一個(gè)比例系數(shù)f,f表示為

式中f_max為左右兩個(gè)片段總的最大值，而a、b分別為分段后左右兩邊各自的最大值；

E、信號(hào)經(jīng)過(guò)前面方法處理后，仍存在一些持續(xù)范圍過(guò)大的峰。為減小峰的持續(xù)范圍，進(jìn)行如下操作：左邊信號(hào)片段為X，其中X＝{x₁,x₂,...,x_n}，n為左邊信號(hào)片段長(zhǎng)度，令同樣，右邊信號(hào)片段為Y，其中Y＝{y₁,y₂,...,y_m}，m為右邊信號(hào)段長(zhǎng)度，令在把左右兩邊片段進(jìn)行組合，經(jīng)過(guò)放大還原，最終得到信號(hào)Z。

F、對(duì)信號(hào)Z取絕對(duì)值，然后得出最終具有明顯特征峰譜圖e^Z，以上所有運(yùn)算用Matlab實(shí)現(xiàn)。

如圖1所示，原始信號(hào)和進(jìn)過(guò)取對(duì)數(shù)后的譜圖對(duì)比，可以看出，降低了譜線(xiàn)幅度，這樣做的目的是盡量減少后續(xù)處理將微弱譜線(xiàn)過(guò)濾掉的情況，保證信號(hào)的失真度小，比常規(guī)直接對(duì)信號(hào)譜線(xiàn)去噪處理分辨率更高，保證后續(xù)處理的準(zhǔn)確性。

如圖2所示，第一個(gè)普線(xiàn)圖是信號(hào)進(jìn)過(guò)去噪后得出的普線(xiàn)圖，和前一個(gè)譜線(xiàn)圖進(jìn)行對(duì)比，可以看出基本保留了去噪前譜線(xiàn)的樣子，但是經(jīng)過(guò)放大后可以看出，去掉了大多數(shù)具有微弱峰的噪聲信號(hào)，保證了后續(xù)處理信號(hào)的精確度。第二個(gè)譜線(xiàn)為經(jīng)過(guò)取極值點(diǎn)后的譜線(xiàn)圖，目的是進(jìn)行改進(jìn)的包絡(luò)算法處理，最終為了讓譜峰更加明顯，特征峰的面積計(jì)算更加精確。

圖3為最終結(jié)果譜圖，可以看出，進(jìn)過(guò)前幾個(gè)步驟處理過(guò)的特征峰非常明顯，和原始譜線(xiàn)對(duì)比，計(jì)算更加方便，而且排除了噪聲信號(hào)的干擾，最終峰的面積計(jì)算結(jié)果更加精確。

本發(fā)明具有如下特點(diǎn)：

1、在設(shè)計(jì)方法上，首先對(duì)原始數(shù)據(jù)采用先求對(duì)數(shù)的方法，減少了后續(xù)處理把微弱的峰過(guò)濾掉的情況。然后對(duì)原始數(shù)據(jù)求對(duì)數(shù)后的譜線(xiàn)進(jìn)行小波去噪，基本消除了噪聲的影響。

2、在關(guān)鍵技術(shù)上，采取改進(jìn)的包絡(luò)算法處理，使最終譜圖的特征峰更加明顯，譜峰面積更容易求得。

在上述發(fā)明的實(shí)施例中，對(duì)一種熒光光譜特征峰提取方法進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。