【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及拉曼信號處理，特別是涉及一種拉曼光譜熒光基線校正方法、裝置、終端設備及計算機可讀存儲介質。
技術介紹
1、隨著光譜分析技術的不斷進步，拉曼光譜分析法作為一種非破壞性、非接觸的分析方法，逐漸在材料科學、生物醫學、化學等領域得到了廣泛應用。拉曼光譜能夠通過檢測樣品光子之間的非彈性散射效應，探測材料的分子振動模式，獲取樣品的分子振動信息，從而提供關于材料化學成分和結構的深入信息，實現對樣品的成分分析和結構鑒定。與傳統的紅外光譜相比，拉曼光譜不僅對水分不敏感，還能夠對非對稱振動模式進行檢測，因此在液體樣品和生物組織的分析中具有顯著優勢。近年來，隨著激光器、光譜儀和探測器技術的不斷發展，拉曼光譜的應用范圍不斷擴大，尤其在藥物檢測、食品安全和環境監測等領域，顯示出了巨大的潛力。然而，拉曼信號通常比其他散射信號弱得多，易受背景噪聲的干擾，因此需要高靈敏度的探測器和信號增強技術。同時，樣品的熒光干擾和環境噪聲也會影響信號的準確性，限制了拉曼光譜技術的應用。
2、拉曼光譜應用的一個主要挑戰是去除熒光背景的干擾。由于拉曼散射信號通常比激發光和熒光信號弱幾個數量級，熒光背景會顯著干擾拉曼信號的解析，影響其準確性。因此，有效去除熒光背景是拉曼數據處理中的關鍵任務。針對常規設備拉曼的基線校準，數據處理方法有很多，文獻（wold?s,martens?h,wold?h，the?multivariate?calibrationproblem?inchemistry?solved?by?the?pls?method，lecture?no
3、目前，針對時域數據校正熒光曲線獲得拉曼光譜，通常采用的信號處理方法主要為直接法和基于指數衰減模型擬合的反演法。直接法是通過對時域數據做irf解卷積，隨后直接對解卷積結果取窗從而獲得拉曼光譜，這種方法簡單易操作，但理想化地假設拉曼信號強度明顯，忽略了拉曼強度通常只占熒光強度的百分之一甚至更低，拉曼信號極容易淹沒在熒光背景噪聲中，此種方法往往很難獲得高信噪比拉曼光譜。基于指數衰減模型擬合的反演法是利用指數衰減模型擬合熒光曲線，繼而剔除熒光信號，是當前獲得拉曼光譜的主流方法。但仍然存在諸多問題，例如傳統的多指數擬合方法雖然可以擬合熒光衰減曲線，但在面對高噪聲環境或成分未知導致指數不確定時，容易導致擬合結果不準確，初始參數的設置也會帶來不可預期的結果。比如文獻（j.kekkonen,t.talala?and?i.nissinen,time-and?spectrally-resolved?mesoscopic?raman?and?fluorescenceimaging?ofcarious?enamel?by?a?cmos?spad-based?spectrometer,2023?ieee?internationalinstrumentation?and?measurement?technologyconference(i2mtc),kuala?lumpur,malaysia,2023）采用了單指數衰減模型擬合牙齒樣品數據的熒光基線，文獻中表示將牙齒生物樣本的熒光衰減曲線假設為單指數衰減，然后對反卷積之后的數據進行指數擬合，進而校正熒光基線，提取牙齒生物樣本的拉曼信號。這樣的做法是對熒光衰減模式的理想化簡化，缺乏嚴謹的理論支撐。同樣的，專利號cn202110290121.4采用最小二乘方法擬合熒光壽命曲線，建立多光子與單光子的測量關系，這種方法同樣是預設了熒光衰減模型及其參數。文獻（n.krstaji??et?al.,?a256×8?spad?line?sensor?for?time?resolvedfluorescence?and?raman?sensing，esscirc?2014-40th?european?solid?statecircuitsconference(esscirc)，venice?lido，italy，2014，pp143-146）利用非線性最小二乘方法，提取拉曼信號，同樣也是利用了指數衰減模型。同樣的，專利cn201810940171.0也采用了熒光衰減模型處理時域信號進而獲得拉曼光譜。可見，現有的利用指數衰減模型擬合熒光曲線的提取方法（無論是單指數模型還是多指數模型）往往需要借助大量的先驗知識，并預設大量參數，處理復雜度較高，無法在保證精度的同時實現高效處理和高泛化性。文獻(joseph?r，lakowicz，principlesof?fluorescence?spectroscop，springer，2006)中指出，不同的指數模型的擬合結果可以十分接近，相同的指數模型會因為預設參數的不同結果完全不同。因此即使使用指數衰減模型擬合熒光壽命曲線，得到的參本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種拉曼光譜熒光基線校正方法，其特征在于，所述方法包括：
2.根據權利要求1所述的拉曼光譜熒光基線校正方法，其特征在于，所述支持向量回歸模型通過在輸入的數據集上找到最優的回歸函數，使得大部分數據點都在該函數的容忍度內；同時，通過引入松弛變量，以處理不可避免的誤差。
3.根據權利要求2所述的拉曼光譜熒光基線校正方法，其特征在于，設引入的松弛變量為和，則目標函數為：
4.根據權利要求2所述的拉曼光譜熒光基線校正方法，其特征在于，所述支持向量回歸模型的回歸函數為：
5.根據權利要求1~4任一項所述的拉曼光譜熒光基線校正方法，其特征在于，所述預處理包括降噪和剔除異常值。
6.根據權利要求1~4任一項所述的拉曼光譜熒光基線校正方法，其特征在于，待測樣品采集系統為時間相關單光子計數系統，由脈沖激光器、光路模塊、光電探測器、單光子雪崩二極管探測器和TCSPC系統組成，脈沖激光經過光路模塊分為第一光束和第二光束；第一光束經過光電探測器后，將獲得的電信號傳輸給TCSPC系統作為基準同步信號記錄所收集的時域信號；第二光束經過光路模塊將激
7.根據權利要求6所述的拉曼光譜熒光基線校正方法，其特征在于，將第二光束耦合進25um的光纖內進行傳輸，且添加白光作為照明光輔助激光聚焦到待測樣品表面以獲得采集最好的拉曼信號；
8.一種拉曼光譜熒光基線校正裝置，其特征在于，所述裝置包括：
9.一種計算機設備，包括處理器以及用于存儲處理器可執行程序的存儲器，其特征在于，所述處理器執行存儲器存儲的程序時，實現權利要求1~7任一項所述的拉曼光譜熒光基線校正方法。
10.一種存儲介質，存儲有程序，其特征在于，所述程序被處理器執行時，實現權利要求1~7任一項所述的拉曼光譜熒光基線校正方法。
...【技術特征摘要】
1.一種拉曼光譜熒光基線校正方法，其特征在于，所述方法包括：
2.根據權利要求1所述的拉曼光譜熒光基線校正方法，其特征在于，所述支持向量回歸模型通過在輸入的數據集上找到最優的回歸函數，使得大部分數據點都在該函數的容忍度內；同時，通過引入松弛變量，以處理不可避免的誤差。
3.根據權利要求2所述的拉曼光譜熒光基線校正方法，其特征在于，設引入的松弛變量為和，則目標函數為：
4.根據權利要求2所述的拉曼光譜熒光基線校正方法，其特征在于，所述支持向量回歸模型的回歸函數為：
5.根據權利要求1~4任一項所述的拉曼光譜熒光基線校正方法，其特征在于，所述預處理包括降噪和剔除異常值。
6.根據權利要求1~4任一項所述的拉曼光譜熒光基線校正方法，其特征在于，待測樣品采集系統為時間相關單光子計數系統，由脈沖激光器、光路模塊、光電探測器、單光子雪崩二極管探測器和tcspc系統組成，脈沖激光經過光路模塊分為第一光束和第二光束；第一光束經...
【專利技術屬性】
技術研發人員：王振友，牛園園，張潤，張瀟，方廣有，張曉偉，
申請(專利權)人：廣東大灣區空天信息研究院，
類型：發明
國別省市：
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