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拉曼光谱预处理及多组分分析方法研究

作　者: 张帅
导　师: 徐伟
学　校: 哈尔滨工程大学
专　业: 光学工程
关键词: 拉曼光谱预处理小波变换免疫遗传算法
分类号: O433
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

拉曼光谱分析是一种以拉曼散射效应为基础的光谱分析技术,具有无损分析、分析速度快、效率高、实时检测等优点,在材料、石油、生物、地质等领域得到广泛应用。拉曼光谱分析包括定性分析和定量分析,拉曼光谱的定性分析已较为成熟,但是拉曼光谱的定量分析尤其是多组分混合物样品的定量分析至今为止还没有得到一种普遍认同的有效方法。而现实中碰到的大多是混合物的拉曼光谱,因此,对多组分混合物拉曼光谱的定量分析进行研究很有必要。本文以拉曼光谱为研究对象,对拉曼光谱定量分析方法进行了深入研究。主要内容包括拉曼光谱预处理技术及多组分分析方法原理介绍,算法实现和实验分析。本文首先介绍了拉曼光谱的特点、拉曼光谱的噪声特性和去除方法,详细分析了拉曼光谱定量分析的步骤。通过大量中外文文献阅读,分析比较了拉曼光谱预处理中的常用方法如平滑、标准正态变换、正交信号校正、小波变换等；分析比较了多组分定量分析的常用算法,包括主成分回归、偏最小二乘法、人工神经网络、遗传算法等。接着介绍了小波变换用于拉曼光谱去噪的原理和算法实现。针对现有小波阈值去噪方法中存在的不足,本文提出一种改进的小波阈值去噪方法,新方法对阈值函数和阈值做出改进,将改进的方法用于拉曼光谱去噪,并与其他预处理方法如平滑、小波变换模极大值法、小波软硬阈值法相比较,实验结果表明改进后的小波阈值去噪方法能够有效去除噪声,并很好的保留了光谱信号特征,优于其他方法。最后将基于疫苗接种的免疫遗传算法应用于十组分拉曼光谱定量分析,针对十进制编码设计了遗传算子和免疫算子,对算法中涉及的参数如种群规模、交叉概率、变异概率、疫苗接种概率、终止条件等做了详细的讨论,实验结果验证了该算法的可行性,准确性和有效性。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-10
第1章绪论  10-15
  1.1 课题研究背景和意义  10-11
  1.2 国内外研究现状  11-13
    1.2.1 拉曼光谱仪发展历程  11-12
    1.2.2 拉曼光谱分析技术发展历程  12-13
  1.3 本文的主要工作  13-15
第2章拉曼光谱理论和分析方法  15-25
  2.1 拉曼光谱特点  15-17
  2.2 拉曼光谱噪声及其去除方法  17-19
  2.3 拉曼光谱定量分析方法概述  19-24
    2.3.1 拉曼光谱定量分析理论基础  19-20
    2.3.2 拉曼光谱预处理  20-22
    2.3.3 定量分析校正模型的建立  22-24
  2.4 本章小结  24-25
第3章拉曼光谱预处理方法研究  25-40
  3.1 小波变换原理  25-27
    3.1.1 连续小波变换  25
    3.1.2 离散小波变换和二进小波变换  25-27
  3.2 小波变换用于拉曼光谱预处理  27-33
    3.2.1 小波变换模极大值法  27-28
    3.2.2 小波阈值去噪方法  28-30
    3.2.3 阈值函数及阈值的改进  30-33
  3.3 实验研究  33-39
    3.3.1 实验仪器与实验数据  33
    3.3.2 实验过程与结果分析  33-39
  3.4 本章小结  39-40
第4章多组分样品拉曼光谱分析方法研究  40-64
  4.1 免疫遗传算法概述  40-46
    4.1.1 简单遗传算法  40-41
    4.1.2 郭涛算法  41-44
    4.1.3 本文改进的基于疫苗接种的免疫遗传算法  44-46
  4.2 算法实现  46-52
    4.2.1 免疫遗传算子  46-50
    4.2.2 本文改进算法的实现步骤  50-52
  4.3 实验研究  52-63
    4.3.1 实验环境  52
    4.3.2 实验结果  52-54
    4.3.3 对种群规模的讨论  54-55
    4.3.4 对免疫遗传算子的讨论  55-60
    4.3.5 对终止条件的讨论  60-63
  4.4 本章小结  63-64
结论  64-66
参考文献  66-71
攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果  71-72
致谢  72

拉曼光谱预处理及多组分分析方法研究

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