[发明专利]一种自适应双密度双树复小波扣除本底方法

说明书

本发明公开了一种自适应双密度双树复小波扣除本底方法，该方法包括原始光谱数据导入；选取目标元素的峰值范围，确定最佳小波分解层数；利用迭代双密度双树复小波进行本底扣除；根据本底的峰值和误差来判断迭代次数。本发明首次将双密度双树复小波变换用于X射线荧光光谱预处理，它相比于普通小波具有平移不变性，紧支撑等优点；同时根据目标元素峰值来确定分解层数和迭代次数，有效防止目标元素峰值偏移和面积变化，提升了元素分析的快速性和准确性。

技术领域

本发明涉及X射线荧光光谱预处理领域，特别涉及一种自适应双密度双树复小波扣除本底方法。

背景技术

采用X荧光光谱法对元素含量进行定性定量分析是指通过初级X射线的光子或其他微观粒子激发待测样品中的原子，分析待测样品发出特征X射线的波长，即能确定元素的种类；测得谱线强度并与标准样品比较，即可确定该元素的含量。然而，在光谱的产生过程中，除了一些高频电子噪声的干扰外，还由于宇宙射线，样品辐射等因素产生的低频噪声附加在光谱图上，进而对元素含量的计算产生偏差。因此寻找合适的方法扣除光谱中的本底成为一项必要工作。为了扣除本底，除了在物理条件上使用滤光片，二次靶等技术，软件算法也发挥着重要的作用。

目前，用于本底扣除的算法有很多，包括top-hat滤波器、函数拟合法、剥峰法、仿真本底物理模型、傅立叶变换和小波变换等。但是它们都存在特征峰畸变，有平滑突起等缺点。小波变换作为目前扣除本底的主流方法，它主要通过不断迭代，提取原谱图的概貌信号，用概貌信号拟合本底进行扣除，进而达到特征峰无畸变，去除效率高的特点。但是它同样面临着根据人工经验确定小波分解层数和迭代次数，如果小波分解层数选取过大，则本底容易过拟合，估计偏小，使得元素含量估值偏大；如果分解层数选取过小，本底欠拟合，估计偏大，使得元素含量估值偏小。因此寻找一种能自适应选择小波分解层数和迭代次数的算法非常有必要。同时小波基的选取要兼具平移不变性和紧支撑等特点，选择一个合适有效的小波基对结果的分析也是至关重要。

针对以上方法在X荧光光谱扣除本底中的问题，本发明提供了一种双密度双树复小波的自适应扣除本底方法，该方法包括基于双密度双树复小波拟合扣除本底和小波分解层数的确定。该方法第一次将双密度双树复小波应用在X荧光光谱预处理领域，并根据所检测目标元素的峰值范围来确定小波分解层数和迭代收敛次数，通过连续两次迭代本底的相似性来判断本底收敛，避免无效循环，有效防止目标元素峰值偏移和面积变化，提升了元素分析的快速性和准确性。

发明内容

本发明提出了一种自适应双密度双树复小波扣除本底方法，具体包括如下步骤：

步骤1：用能量色散X荧光分析仪测量目标样品，得到每份目标样品的原始谱图数据DATA，DATA由2048个与通道对应的光谱强度数据W_p组成，其中p表示通道值(p＝1,2,...,2048)，W_p分别表示不同通道值上的光谱强度数据。原始光谱强度数据DATA的具体表示如下：

DATA＝[W₁,W₂,...,W₂₀₄₈] (1)

步骤2：选取m(m＝1,2,...)个目标元素E_x，1≤x≤m且x为整数，其中E_x表示第x个目标元素，目标元素为根据目标样品和后序操作需要确定的一些化学元素，x表示第x个目标元素的序号。并确定每个目标元素峰值的通道范围其中表示第x个目标元素E_x的起始通道，表示第x个目标元素E_x的截止通道。初始分解层数j设置为1。

步骤3：采用双密度双树复小波对原始谱图数据DATA进行j层小波分解，并得到j个小波细节系数CD_r和一个小波近似系数CA_j，r＝1,2,...,j。将j个CD_r全部置0，并利用CA_j重构信号得到第j次信号SIG_j。双密度双树复小波分解和重构的具体公式表示如下：