【摘 要】
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拉曼光谱技术具有对样品无损伤、使用方便等特点,在生命科学、材料科学、医学及环境等众多领域得到了广泛的应用。便携式拉曼光谱仪如今已经进入了较为成熟的商品应用化阶段,国外的相关厂商已经推出了多种型号的便携式拉曼光谱仪,但是国内相关设备和配套设施的研发比国外还是相对落后,因此研制我国拥有独立知识产权的光谱仪设备和拉曼光谱分析软件等对追赶国外技术,突破卡脖子技术具有重大意义。本文对拉曼光谱分析软件中的数据
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拉曼光谱技术具有对样品无损伤、使用方便等特点,在生命科学、材料科学、医学及环境等众多领域得到了广泛的应用。便携式拉曼光谱仪如今已经进入了较为成熟的商品应用化阶段,国外的相关厂商已经推出了多种型号的便携式拉曼光谱仪,但是国内相关设备和配套设施的研发比国外还是相对落后,因此研制我国拥有独立知识产权的光谱仪设备和拉曼光谱分析软件等对追赶国外技术,突破卡脖子技术具有重大意义。本文对拉曼光谱分析软件中的数据处理算法展开了相关研究。由于实际中的软件的操作人员往往只是应用软件来做光谱的定性判别问题,因此一般并不具备专业的化学和光学信号处理相关的知识,为了方便软件的使用,文中主要研究了不需要人工干预的拉曼光谱的自动化处理算法。本文主要研究了多种拉曼光谱数据处理算法的流程,并在此基础上提出了更为高效的算法,同时完成了拉曼光谱分析软件的设计与实现。主要研究工作如下:(1)研究了拉曼光谱数据预处理相关的技术。实现了多种常见的光谱预处理算法,重点研究了拉曼光谱的去尖峰、降噪和去荧光背景算法。对于去尖峰方法的研究,提出了改进的Hampel滤波算法,该算法无需人工设置参数即可自动化去尖峰。对于降噪方法的研究,提出了一种改进的循环三点零阶Savitzky-Golay滤波法,并与传统的均值滤波法、中值滤波法和Savitzky-Golay滤波法进行了性能的比对,取得了更优秀的效果。对于去荧光背景方法的研究,提出了一种对多项式拟合算法的改进,先用小波变换抑制光谱中的低频信号,使得光谱的荧光背景更加平稳,便于拟合,改进后的算法无需人工设置参数即可取得很好的去荧光背景效果。(2)研究了拉曼光谱谱峰探测的相关算法。文中主要研究了连续小波变换和双尺度相关算法,并对双尺度相关算法提出了改进,实验表明改进的双尺度相关算法具有更好的峰值探测能力,并且不需要人工设置参数,故将该算法应用在软件的谱峰探测当中。(3)研究了拉曼光谱判别分析技术。主要研究了通过距离测度和相似形函数和谱峰匹配三种方式相关的判别分析技术,并提出了一种混合了相关系数和谱峰匹配两种方法的光谱判别算法,克服了单一判别标准的缺点。(4)基于上述提到的算法,开发了界面友好的拉曼光谱分析软件,分析了拉曼光谱分析软件的需求,并介绍了软件的总体架构及各个模块的实现流程,自主设计了软件的界面布局,通过功能测试验证了该软件可以自动化完成拉曼光谱的判别分析。
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