基于稀疏表示的離子遷移譜譜圖去噪及基線校正算法研究

張根偉，彭思龍，曹樹亞*，趙 將，楊 柳， 楊 杰，楊俊超，黃啟斌*

1. 軍事科學(xué)院防化研究院，北京 102205 2. 國民核生化災(zāi)害防護國家重點實驗室，北京 102205 3. 中國科學(xué)院自動化研究所，北京 100190 4. 中國科學(xué)院大學(xué)，北京 100190

引 言

離子遷移譜(ion mobility spectrometry, IMS)技術(shù)是目前最為廣泛使用的痕量化學(xué)物質(zhì)檢測技術(shù)之一。離子遷移譜檢測儀具有常壓下檢測、分析靈敏度高、響應(yīng)時間短、成本低等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于化學(xué)戰(zhàn)劑、爆炸物和毒品等檢測領(lǐng)域[1-5]。

IMS檢測儀產(chǎn)生的原始信號具有如下的特點： 信號小； 干擾信號多，其中主要有來自漂移管的高壓電場(約300 V·cm-1)、多路氣泵的PWM控制脈沖信號及其工作時的振動，此外還有來自控制電路等的電磁干擾。因此，采集到的原始離子遷移譜譜圖信號噪聲較大，微弱信號容易淹沒在噪聲中而無法檢測。此外，由于儀器自身及外部環(huán)境干擾，采集到的譜圖基線基本都不在零基線上，不可避免的存在基線漂移現(xiàn)象。Jiang等[6-7]研究了滑動時間數(shù)據(jù)平均、多項式數(shù)據(jù)平滑、傅里葉變換降噪濾波、小波分析降噪方法對實際采集到的離子遷移譜信號數(shù)據(jù)進行處理的降噪效果。基線一般被看作是緩變的背景，經(jīng)過譜圖的下方但是不能越過波峰，它無任何明確的數(shù)學(xué)定義。通過對基線賦予不同的先驗知識，能夠建立不同的基線校正模型。目前主要有以下幾類基線校正方法： 導(dǎo)數(shù)與光滑性方法、曲線擬合方法，非對稱最小二乘方法、背景估計方法及稀疏性約束方法等[7-9]。

稀疏表示是……