太赫茲光譜是物質(zhì)識(shí)別的前沿方法之一。由于不同物質(zhì)的分子組成或結(jié)構(gòu)各異,許多物質(zhì)的太赫茲吸收譜會(huì)在特定頻率上出現(xiàn)吸收峰,可以作為混合物成分檢測(cè)的重要特征。有效準(zhǔn)確地提取這些吸收峰的參數(shù),是提高識(shí)別率的關(guān)鍵。多峰擬合算法將光譜曲線擬合成若干個(gè)標(biāo)準(zhǔn)峰函數(shù)之和,能夠同時(shí)提取到吸收峰的頻率、峰高、峰寬等信息。但是該算法以尋峰算法結(jié)果為基礎(chǔ)確定吸收峰的大致位置和數(shù)量,尋峰結(jié)果不一定是最優(yōu)的擬合結(jié)果,而且很難準(zhǔn)確識(shí)別定位混疊狀態(tài)的吸收峰。為了提高混疊光譜中吸收峰的識(shí)別定位精度,提出以大幅度平滑后的曲線波谷為分界點(diǎn),將預(yù)處理后的光譜分成若干個(gè)子區(qū)間。然后將子區(qū)間組合起來(lái)進(jìn)行多峰擬合,通過(guò)遺傳算法得到最優(yōu)的擬合子區(qū)間組合和吸收峰頻率近似值,擬合時(shí)每個(gè)子區(qū)間中通過(guò)峰數(shù)遞增最優(yōu)化方法確定擬合的吸收峰數(shù),最后微調(diào)優(yōu)化得到最優(yōu)的吸收峰頻率、峰高值。為了實(shí)現(xiàn)物質(zhì)的識(shí)別,通過(guò)密度聚類算法得到同一類純凈物在多次測(cè)量中的共同吸收峰,以此作為標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù),通過(guò)提出的基于吸收峰特征的光譜匹配算法實(shí)現(xiàn)了純凈物和不同含量混合物的快速識(shí)別。對(duì)10類純凈物的實(shí)際光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合聚類,得到其吸收峰參數(shù),結(jié)果與太赫茲光譜數(shù)據(jù)庫(kù)一致。通過(guò)識(shí)... 

【文章來(lái)源】：光譜學(xué)與光譜分析. 2020,40(02)北大核心EISCICSCD

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【部分圖文】：

本文特征提取算法流程圖

TAS7400太赫茲光譜儀實(shí)物圖

取葡萄糖、 乳糖、 果糖等10種常見(jiàn)純凈物按照上述制樣方法制作壓片, 重復(fù)測(cè)量30次。 隨機(jī)選取20次測(cè)量數(shù)據(jù)作為訓(xùn)練集, 其余10次數(shù)據(jù)作為測(cè)試集。 采用1.5節(jié)提出的算法對(duì)光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行處理, 由于純凈物的吸收峰一般沒(méi)有混疊, 用較少的標(biāo)準(zhǔn)峰去擬合即可, 式(3)中的參數(shù)設(shè)置為k1=0.4, k2=3, k3=10。 其中乳糖單次測(cè)量的吸收系數(shù)譜擬合結(jié)果如圖3所示, 截取其中信噪比較高的頻段[0.3, 2], 可以看到在預(yù)處理后乳糖的吸收系數(shù)譜主要由四個(gè)吸收峰組成。 擬合后可以同時(shí)得到吸收峰頻率、 峰高、 峰寬等吸收峰信息。由于在測(cè)量中存在各種誤差, 同一物質(zhì)每次測(cè)量時(shí)提取到的吸收峰特征不盡相同, 吸收峰的位置、 參數(shù)可能會(huì)出現(xiàn)不同程度的漂移, 甚至出現(xiàn)峰高較大的假峰。 為了確定某一物質(zhì)的特征吸收峰數(shù)量, 并盡可能精確地確定純凈物光譜中的吸收峰, 提出使用密度聚類算法確定同一物質(zhì)在多次測(cè)量中的共同吸收峰。 由于吸收峰峰高波動(dòng)較大, 僅根據(jù)吸收峰頻率位置確定吸收峰之間的密度關(guān)系, 當(dāng)兩個(gè)吸收峰頻率差值小于0.01 THz時(shí), 則認(rèn)為它們密度相連。 乳糖20次測(cè)量的吸收峰聚類效果如圖4所示, 取同一類吸收峰的平均頻率作為該物質(zhì)的特征吸收峰。 通過(guò)這一方法可以得到純凈物的吸收峰平均頻率、 平均峰高、 平均頻率距離等參數(shù), 其中吸收峰頻率匯總?cè)绫?所示。 由于光譜儀設(shè)備所限, 頻率較高、 吸收性較強(qiáng)的吸收峰難以檢測(cè)。 表中所列吸收峰頻率與太赫茲光譜數(shù)據(jù)庫(kù)(http://thzdb.org/)中的吸收峰頻率在誤差允許范圍內(nèi)一致[13]。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]小波變換與高斯擬合在光譜重疊峰解析中的應(yīng)用[J]. 馮飛,王府北,謝非,吳瓊水,曾立波.  光子學(xué)報(bào). 2015(06)
[2]紫外-可見(jiàn)吸收光譜結(jié)合高斯多峰擬合技術(shù)測(cè)定甲基紅酸離解常數(shù)（英文）[J]. 張建華,劉瓊,陳玉苗,劉兆清,徐常威.  物理化學(xué)學(xué)報(bào). 2012(05)



本文編號(hào)：3580064