第31卷，第12期 2011年12月
光谱学与光谱
分析
Spectroscopy and Spectral Analysis
Vol. 31,No. 12.pp3285-3288 December，2011
激光诱导击穿光谱数据特征自动提取方法研究
刘立拓，刘建国，赵南京，鲁翠萍，陈东，石焕，王春龙，张玉钩，刘文清
230031
中国科学院安敬光学精密机械研究所，中国科学院环境光学与技术重点实验室，安敬合肥
摘要根据激光诱导击穿光谱(LIBS)展宽主要为非线性Lorentz函数模型，利用Levenberg-Marquardt(L M)算法对该理论模型中的待定参数进行优化估值，扣除了光谱信号中的连续背景，校正和还原了峰位和峰强，并对拟合数据点自动提取方法进行了分析；以MatrixVB与VB混合编程相结合，实现了基于L-M算法的LIBS光谱数据自动拟合与特征参数提取，与手动操作的常用数据分析软件Origin7.5的拟合结果进行了比较，验证了该方法的稳定性与可靠性。
激光诱导击穿光谱；特征提取；Levenberg-Marquardt算法；非线性拟合
关键词
中图分类号：O433.5
引言
文献标识码：A
DOI: 10. 3964/j. issn. 1000-0593(2011)12-3285-04
对初值的限制，已提出不少改进方法，其中L-M是较好和比较常用的一种，大量实验分析说明，L-M算法是在Gauss Newton基础之上通过引人阻尼因子，在选代过程中动态调
激光诱导击穿光谱技术(LIBS)是当前操测物质成分信息的一项新技术，它是利用激光激发物质产生等离子体，再利用适当的探测系统得到等离子体中含有物质成分的光谱信号，经过数据处理提取物质成分信息。与传统的物质成分分析方法相比，LIBS技术具有实时、快速、原位检测等特点。随着光技术的飞速发展，LIBS技术正逐渐走向成熟，并在各个领域开展了广泛的研究，正发展成为一种极具应用前景的物质成分检测技术(14)
LIBS技术的关键是对光谱信息的准确提取，并建立光谱强度与物质浓度之间的关系。通过光谱仪采集到的光谱数据为离散数字信号，是有用信号与噪声的餐加。LIBS光谱存在连续的背景辅射，为了准确的提取光谱信息，必须扣除背景与噪声的影响，校准峰位、还原峰强。等离子体形成过程中大量粒子之间相互碰撞，谱线展宽主要为Lorentz型[5.)，可以通过对离散的LIBS光语数据进行Lorentz线型拟合来消除背景与噪声的影明，提取相对较为“干净”的光谱信息。含有非线性参数的Lorentz函数拟合可以采用非线性最小二乘法。Gauss-Newton法是一种对非线性参数进行最小二乘拟合的方法，但该方法对初值的选取要求应充分接近最小二乘估计值，否则选代过程不容易收敏，基至发。为了放宽
整阻尼因子的大小，进而使选代收敏性较好，收敛速度比较快[88]。另外，为了实现对选定的一条谱线自动拟合，需要自动提取拟合数据点。
，考虑到由于分光系统的分辨率及环境
实验数据中波长跟标准谱线数据库中的波长存
温度的影利，
在偏差，分光系统不同，偏差也不间。又由于外界环境的影
明，光谱仪
在波长漂移，漂移的大小及方向不但随外
界环境变化，面且还
。在拟合数据点提取
不随波长变化而变化。
无论存在波长漂移还
过程中，如何让程序像人眼观察一
是噪声或其他峰的干扰都能准确的判断哪此
是要提取的拟合
数据点是
项很关键和承要的工作，尤其是在光谱仪分辨率
不其理想的情况下，拟合数据点代表了更多的信
及采样间隔不
息，其选取的是否准确变得更为关键。必须结合实验仪器的具体性能参数来做相应的处理。
利用VB6.0可以进行丰富友好的界面设计，但其数学运算能力尤其是对矩阵运算及图形处理能力较差；MAT-LAB虽具有强大的数值计算能力，俱其界面设计能力较差，且不能脱离其环境运行；在VB中加载MatrixVB，既保留了 MATLAB的矩阵运算及图形处理的强大功能，又集成了VB 界面友好的特点，本文的研究是以MatrixVB与VB混合编程相结合来实现L-M算法的选代计算过程。
收稿日期：2011-01-15，修订日期：2011-06-05
基金项目：国家自然科学基金项目（60908018)，中国科学院知识创新工程重大项目（kzcx-1yw-06-01)，安微徽省科技计划项目（083H3b1581)
和所长基金项日(073H371141)资助
作者简介：刘立拓，1982年生，中国科学院安徽光学精密机械研究所博士研究生
*通讯联系人
万方数据
e-mail; njzhao@aiofm, ac. cn
e-mail, Ituoliu@aiofm, ac, cn