一種質(zhì)譜數(shù)據(jù)處理中譜峰位置檢測方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明設及質(zhì)譜數(shù)據(jù)預處理W及信息提取方法，特別設及一種基于連續(xù)小波變換 的質(zhì)譜譜峰位置檢測方法。
【背景技術】
[0002] 質(zhì)譜法W其高靈敏度、高分辨率等優(yōu)點成為一種應用廣泛的分析技術。質(zhì)譜計產(chǎn) 生原始譜圖數(shù)據(jù)后，需要利用算法進行精確的譜峰位置和強度的檢測，W獲取樣品的成分 和結構信息。譜峰位置的檢測結果直接影響著質(zhì)譜計的靈敏度和精度。目前常用的尋峰方 法包括直接比較法、導數(shù)法、曲線擬合和連續(xù)小波變換法（W下簡稱:CWT)等。直接比較法和 導數(shù)法對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)的伸縮和平移來分解譜圖，將譜圖由時域轉(zhuǎn)換到小波域， 形成一個二維的小波系數(shù)矩陣，利用小波系數(shù)矩陣進行譜峰檢測。該方法具有準確率高和 多尺度分辨的優(yōu)點，并且對噪聲和背景有較強抑制能力。目前CWT法尋峰通常的做法是:在 小波系數(shù)矩陣中采用簡單的局部比較方式捜索局部極大值確定脊點，將不同尺度上的脊點 連接形成脊線，通過脊線確定譜峰位置。該方法單純根據(jù)小波系數(shù)確定譜峰位置，在進行微 弱譜峰檢測時，易受到噪聲干擾，存在誤檢率上升的問題。譜峰重疊時，強峰會對弱峰的小 波系數(shù)產(chǎn)生嚴重影響，導致弱峰處的局部極值減弱，甚至成為負值，此時無法實現(xiàn)對弱峰的 檢測，嚴重影響了算法對重疊峰的分辨能力。
[0004] 本發(fā)明從文獻[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捜索方式，結合傳統(tǒng)CWT方法形成了一種新的譜峰位置 檢測方法。該方法綜合利用了原始譜峰強度和小波系數(shù)矩陣信息進行譜峰位置檢測，克服 了傳統(tǒng)CWT方法進行弱峰和重疊峰檢測時誤檢率上升的問題，提高了算法的靈敏度和對重 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 置檢測方法。
[0006] 本發(fā)明的目的是通過W下技術方案實現(xiàn)的：
[0007] -種質(zhì)譜數(shù)據(jù)處理中譜峰位置檢測方法，包括W下步驟：
[000引I、選擇一定尺度范圍對原始質(zhì)譜圖進行連續(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)中均勻設置N個粒子，使粒子按照固定規(guī)則移動，逐漸 聚集在局部極值點的位置；
[0010] 虹、根據(jù)粒子占據(jù)情況對小波系數(shù)矩陣中所有位置進行度量，形成度量值矩陣，并 采用噪聲闊值和對應位置譜峰強度對度量值矩陣進行修正；
[0011] IV、在修正后的度量值矩陣中進行局部極大值捜索，并設置強度闊值過濾局部極 值得到脊點；
[0012] V、連接脊點形成脊線，設置脊線長度闊值，去除過短脊線；
[0013] VI、根據(jù)脊線確定譜峰位置，完成譜峰位置檢測，譜峰位置為脊線中度量值最大的 脊點位置。
[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獨立的譜峰，選擇一個大的尺度范圍對譜峰進行小 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)應表現(xiàn)為先增大后減小的趨勢，若未出現(xiàn)該趨勢，貝U 繼續(xù)增大尺度范圍進行小波變換；
[0017] C、出現(xiàn)先增大后減小的趨勢后，選擇小波系數(shù)達到最大后的2-3個尺度點作為最 大尺度Na。
[0018] 步驟n所述的粒子移動規(guī)則如下：
[0019] A、對于小波系數(shù)矩陣C(a，b)，Wb為水平方向，a為垂直方向，先進行垂直方向移 動，然后進行水平方向移動；
[0020] B、粒子進行垂直方向移動時，判斷粒子是否處于上下邊界，若處于邊界則向內(nèi)移 動，否認按照相同概率向上或向下移動；
[0021] C、粒子進行水平移動時，仍先判斷粒子是否處于左右邊界，處于邊界則向內(nèi)移動， 否則各按相同概率準備向左或向右移動，是否移動根據(jù)移動前后位置小波系數(shù)大小進行判 斷，滿足判斷標準則移動，否則不移動。
[0022] 設計粒子水平移動判斷標準的主要依據(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別局部極小值阻隔，判斷標準如下：
[0023] ①、若下一位置小波系數(shù)值大于當前位置，則一定發(fā)生該移動。
[0024] ②、若下一位置小波系數(shù)值小于當前位置，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，否則不動。
[0025] ③、隨移動次數(shù)增加將準則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t次移動后矩陣位置化J)的粒子個數(shù)為n(M)(t)，粒子移動次數(shù)為T，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] 設闊值io為噪聲點所產(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實數(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，此時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，降低后續(xù)脊點捜索難度。
[0034] 有益效果:本發(fā)明與一般采用簡單的局部比較方式捜索局部極大值確定脊點進行 譜峰位置檢測的方法不同。提出一種粒子隨機移動，根據(jù)粒子占據(jù)情況度量矩陣位置，采用 噪聲闊值和譜峰強度修正度量值，在度量值矩陣中進行脊線捜索，確定譜峰位置的方法。綜 合利用了原始譜峰強度和小波系數(shù)矩陣信息進行譜峰位置檢測，有效增加微弱譜峰的檢測 能力。通過粒子占據(jù)情況進行矩陣位置度量，采用噪聲闊值修正度量值，去除大部分噪聲對 應的局部極值點，降低誤檢率?？朔藗鹘y(tǒng)CWT方法進行弱峰和重疊峰檢測時誤檢率上升的 問題，提高了算法的靈敏度和對重疊峰的分辨能力。
【附圖說明】
[0035] 圖1 一種質(zhì)譜數(shù)據(jù)處理中譜峰位置檢測方法中尋峰方法流程圖
[0036] 圖2錯石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方法流程圖
[0038] 圖4尺度參數(shù)對小波系數(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原始譜圖及其脊點圖
[0042] 圖8尋峰結果圖
【具體實施方式】
[0043] 下面結合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明作進一步詳細描述：
[0044] -種質(zhì)譜數(shù)據(jù)處理中譜峰位置檢測方法，包括W下步驟：
[0045] I、選擇一定尺度范圍對原始質(zhì)譜圖進行連續(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)中均勻設置N個粒子，使粒子按照固定規(guī)則移動，逐漸 聚集在局部極值點的位置；
[0047] 虹、根據(jù)粒子占據(jù)情況對小波系數(shù)矩陣中所有位置進行度量，形成度量值矩陣，并 采用噪聲闊值和對應位置譜峰強度對度量值矩陣進行修正；
[0048] IV、在修正后的度量值矩陣中進行局部極大值捜索，并設置強度闊值過濾局部極 值得到脊點；
[0049] V、連接脊點形成脊線，設置脊線長度闊值，去除過短脊線；
[0050] VI、根據(jù)脊線確定譜峰位置，完成譜峰位置檢測，譜峰位置為脊線中度量值最大的 脊點位置。
[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獨立的譜峰，選擇一個大的尺度范圍對譜峰進行小 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)應表現(xiàn)為先增大后減小的趨勢，若未出現(xiàn)該趨勢，貝U 繼續(xù)增大尺度范圍進行小波變換；
[0054] C、出現(xiàn)先增大后減小的趨勢后，選擇小波系數(shù)達到最大后的2-3個尺度點作為最 大尺度Na。
[0055] 步驟n所述的粒子移動規(guī)則如下：
[0056] A、對于小波系數(shù)矩陣C(a，b)，Wb為水平方向，a為垂直方向，先進行垂直方向移 動，然后進行水平方向移動；
[0057] B、粒子進行垂直方向移動時，判斷粒子是否處于上下邊界，若處于邊界則向內(nèi)移 動，否認按照相同概率向上或向下移動；
[0058] C、粒子進行水平移動時，仍先判斷粒子是否處于左右邊界，處于邊界則向內(nèi)移動， 否則各按相同概率準備向左或向右移動，是否移動根據(jù)移動前后位置小波系數(shù)大小進行判 斷，滿足判斷標準則移動，否則不移動。
[0059] 設計粒子水平移動判斷標準的主要依據(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別局部極小值阻隔，判斷標準如為：
[0060] ①、若下一位置小波系數(shù)值大于當前位置，則一定發(fā)生該移動。
[0061] ②、若下一位置小波系數(shù)值小于當前位置，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，否則不動。
[0062] ③、隨移動次數(shù)增加將準則②中的闊值逐漸減小，使粒子逐漸趨于穩(wěn)定。
[006