吸收峰混疊的太赫茲光譜區(qū)間組合特征提取算法

何偉健， 程良倫， 鄧廣水

廣東工業(yè)大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院， 廣東 廣州 510006

引 言

大部分物質(zhì)的振動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)都處于太赫茲波段范圍， 不同物質(zhì)在該波段的吸收光譜位置、 形狀存在差異。 同時(shí)太赫茲光子的能量很低， 一般不會(huì)破壞被檢測物質(zhì)。 因此太赫茲光譜是進(jìn)行物質(zhì)識(shí)別的重要手段， 在食品安全、 醫(yī)藥健康、 公共安全等方面有重要應(yīng)用[1-3]。

目前太赫茲光譜提取特征常用的方法有主成分分析、 偏最小二乘法、 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、 深度置信網(wǎng)絡(luò)等方法， 然后再使用學(xué)習(xí)器對(duì)提取到的特征進(jìn)行學(xué)習(xí)[4]。 雖然這些方法在進(jìn)行物質(zhì)種類較少時(shí)的物質(zhì)識(shí)別有效， 但提取到的特征并沒有明確的物理意義， 很難用于對(duì)成分含量不同的混合物進(jìn)行成分檢測。 由于分子內(nèi)原子的三維排列、 低頻運(yùn)動(dòng)以及非共價(jià)化學(xué)鍵的影響， 許多物質(zhì)的太赫茲吸收譜在特定頻率上會(huì)出現(xiàn)吸收峰[5]。 吸收峰特征由分子內(nèi)部結(jié)構(gòu)引起， 是物質(zhì)的固有屬性， 可以作為混合物成分檢測時(shí)的重要特征， 有效準(zhǔn)確地提取這些特定吸收峰的參數(shù)， 是提高識(shí)別率的關(guān)鍵。

曲線擬合是進(jìn)行吸收峰提取的重要方法。 多峰擬合算法可以將復(fù)雜曲線擬合成多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)峰函數(shù)之和， 如高斯函數(shù)、 洛倫茲函數(shù)等， 從而提取到光譜曲線中存在的吸收峰參數(shù)[6]。 純凈物的吸收峰參數(shù)容易提取， 但混合物的光譜曲線是多類物質(zhì)光譜的近似線性疊加， 可能會(huì)出現(xiàn)吸收峰相互重疊的情況。 目前多峰擬合算法以各種尋峰算法結(jié)果為基礎(chǔ)確定吸收峰所在的大致位置和數(shù)量， 在混疊光譜中很難準(zhǔn)確定位吸收峰[7-8]。……