專利名稱：基于一階導(dǎo)數(shù)特征的峰識(shí)別算法的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種信號(hào)處理中峰形的檢測(cè)和識(shí)別算法，屬于信號(hào)處理技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在某些信號(hào)處理中，需要檢測(cè)信號(hào)中出現(xiàn)的波峰，并識(shí)別出峰的起始點(diǎn)、峰點(diǎn)、結(jié)束點(diǎn)。如色譜峰的分割識(shí)別。現(xiàn)有的峰識(shí)別算法多通過一階和二階導(dǎo)數(shù)進(jìn)行識(shí)別。單獨(dú)使用一階導(dǎo)數(shù)的方法通過設(shè)定閾值，將一階導(dǎo)數(shù)超過閾值的點(diǎn)作為峰的起始點(diǎn)。這種方法無法適應(yīng)基線漂移的情況，對(duì)于重疊峰也較難處理。同時(shí)使用一階和二階導(dǎo)數(shù)的方法由于要計(jì)算二階導(dǎo)數(shù)使得計(jì)算量增加，處理重疊峰的方法也較復(fù)雜。另外還有些峰識(shí)別的方法通過高斯波進(jìn)行匹配，得到峰的位置信息。這種方法只能識(shí)別高斯峰，對(duì)于峰的起始點(diǎn)和終點(diǎn)位置判斷也不夠精確。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，提供一種基于一階導(dǎo)數(shù)特征的峰識(shí)別算法，基線漂移自適應(yīng)，無需設(shè)置導(dǎo)數(shù)閾值，可以準(zhǔn)確分割各種重疊峰，也無需計(jì)算復(fù)雜的二階導(dǎo)數(shù)。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種基于一階導(dǎo)數(shù)特征的峰識(shí)別算法，其特征是，包含以下步驟(1)定義一階導(dǎo)數(shù)特征點(diǎn)分別為局部最大值點(diǎn)、局部最小值點(diǎn)、零點(diǎn)；(2)基于一階導(dǎo)數(shù)特征點(diǎn)定義完整峰、左肩峰、右肩峰完整峰包含連續(xù)的三個(gè)一階導(dǎo)數(shù)特征點(diǎn)局部最大值點(diǎn)、零點(diǎn)、局部最小值點(diǎn)，左肩峰包含連續(xù)的兩個(gè)一階導(dǎo)數(shù)特征點(diǎn)局部最大值點(diǎn)、局部最小值點(diǎn)，并且局部最大值點(diǎn)的導(dǎo)數(shù)絕對(duì)值大于局部最小值點(diǎn)的導(dǎo)數(shù)，右肩峰包含連續(xù)的兩個(gè)一階導(dǎo)數(shù)特征點(diǎn)局部最大值點(diǎn)、局部最小值點(diǎn)，并且局部最大值點(diǎn)的導(dǎo)數(shù)絕對(duì)值小于局部最小值點(diǎn)的導(dǎo)數(shù)；(3)檢測(cè)識(shí)別出所述完整峰、左肩峰、右肩峰的算法步驟。檢測(cè)識(shí)別出所述完整峰、左肩峰、右肩峰的算法采用搜索特征點(diǎn)匹配的方式定位峰，完整峰搜索定位起始點(diǎn)、結(jié)束點(diǎn)，左肩峰搜索定位起始點(diǎn)，右肩峰搜索定位結(jié)束點(diǎn)。設(shè)原始數(shù)據(jù)為y = f (χ)，其一階導(dǎo)數(shù)為y' = f (χ)，定義三種一階導(dǎo)數(shù)特征點(diǎn)1. 一階導(dǎo)數(shù)局部最大值點(diǎn)設(shè)x= ，ε > 0，在 的鄰域 d = (χ。-ε，χ。+ε )中有f' (x0) ^ f ‘ (X)， X e d，則稱&是一階導(dǎo)數(shù)的局部最大值點(diǎn)，記為& e DMAX。DMAX是所有一階導(dǎo)數(shù)局部最大值點(diǎn)的集合。2. 一階導(dǎo)數(shù)局部最小值點(diǎn)設(shè)x=x0，ε > 0，在 的鄰域 d = (χ。-ε，χ。+ε )中有f' (x0) ≤f' (X)，χ e d，則稱&是一階導(dǎo)數(shù)的局部最小值點(diǎn)，記為X0 e DMIN。DMIN是所有一階導(dǎo)數(shù)局部最小值點(diǎn)的集合。3. 一階導(dǎo)數(shù)零點(diǎn)設(shè)χ = Xq，f ‘ (χ0) = 0，則稱x0是一階導(dǎo)數(shù)零點(diǎn)，記為 e擬ER0。擬ERO是所有一階導(dǎo)數(shù)零點(diǎn)的集合。定義三種峰類型1.完整峰包含上升沿和下降沿的峰。其一階導(dǎo)數(shù)必包含連續(xù)的三個(gè)特征點(diǎn)局部最大值點(diǎn)、 零點(diǎn)、局部最小值點(diǎn)。2.左肩峰只含有上升沿的峰。其一階導(dǎo)數(shù)必包含連續(xù)的兩個(gè)特征點(diǎn)局部最大值點(diǎn)、局部最小值點(diǎn)，并且局部最大值點(diǎn)的導(dǎo)數(shù)絕對(duì)值大于局部最小值點(diǎn)的導(dǎo)數(shù)。3.右肩峰只含有下降沿的峰。其一階導(dǎo)數(shù)必包含連續(xù)的兩個(gè)特征點(diǎn)局部最大值點(diǎn)、局部最小值點(diǎn)，并且局部最大值點(diǎn)的導(dǎo)數(shù)絕對(duì)值小于局部最小值點(diǎn)的導(dǎo)數(shù)。檢測(cè)識(shí)別所述完整峰、左肩峰、右肩峰的算法步驟為1.輸入原始數(shù)據(jù)，進(jìn)行濾波去噪，計(jì)算一階導(dǎo)數(shù)。2.根據(jù)一階導(dǎo)數(shù)特征點(diǎn)的定義得到所有的一階導(dǎo)數(shù)特征點(diǎn)Ci，i = l..n, η是特征點(diǎn)個(gè)數(shù)。3.在一階導(dǎo)數(shù)特征點(diǎn)中搜索峰若(V1 e DMAX, Ci e DZERO, ci+1 e DMIN,則Ci點(diǎn)為峰的最高點(diǎn)。取Cj為峰的起始點(diǎn)，j = max(l)，C1 e (DMIN U DZER0)，1 < i_l。取 ck 為峰的結(jié)束點(diǎn)，k = min(m)， cm e (DMAX U DZER0)，m > i+Ι。標(biāo)記此峰為完整峰。若Ch e DMAX, Ci e DMIN, f' (C^1) | > f' (Ci) |，則 Ci 點(diǎn)為峰的最高點(diǎn)及結(jié)束點(diǎn)。取Cj為峰的起始點(diǎn)，j = max(l)，C1 e (DMIN U DZER0)，1 < i_l。標(biāo)記此峰為左肩峰。若Ci e DMAX, ci+1 e DMIN, f' (Ci) | < f' (ci+1) |，則 Ci 點(diǎn)為峰的最高點(diǎn)及起始點(diǎn)。取Cj為峰的結(jié)束點(diǎn)，j = min(l)，C1 e (DMAX U DZER0)，1 > i+1。標(biāo)記此峰為右肩峰。本發(fā)明所達(dá)到的有益效果本發(fā)明的基于一階導(dǎo)數(shù)特征的峰識(shí)別算法，首先定義了三種一階導(dǎo)數(shù)特征點(diǎn)，基于一階導(dǎo)數(shù)特征點(diǎn)給出了完整峰、左肩峰和右肩峰的定義。根據(jù)三種峰形的定義給出了檢測(cè)識(shí)別三種峰形的算法。該算法靈敏度高，峰的起始點(diǎn)、結(jié)束點(diǎn)和最高點(diǎn)定位準(zhǔn)確；各種重疊峰分割準(zhǔn)確；基線漂移自適應(yīng)；無需設(shè)置導(dǎo)數(shù)閾值；無需計(jì)算二階導(dǎo)數(shù)。


圖1為本發(fā)明定義的完整峰及特征點(diǎn)；圖2為本發(fā)明定義的左肩峰及特征點(diǎn)；圖3為本發(fā)明定義的右肩峰及特征點(diǎn)。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。以下實(shí)施例僅用于更加清楚地說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而不能以此來限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。如圖1、圖2、圖3所示，為本發(fā)明的基于一階導(dǎo)數(shù)特征的峰識(shí)別算法中定義的三種峰類型。圖中，向上的正三角形表示一階導(dǎo)數(shù)局部最大值點(diǎn)，圓圈表示一階導(dǎo)數(shù)零點(diǎn)，向下的倒三角形表示一階導(dǎo)數(shù)局部最小值點(diǎn)。1.完整峰如圖1所示，包含上升沿和下降沿的峰。其一階導(dǎo)數(shù)包含連續(xù)的三個(gè)特征點(diǎn)局部最大值點(diǎn)、零點(diǎn)、局部最小值點(diǎn)。2.左肩峰如圖2所示，只含有上升沿的峰。其一階導(dǎo)數(shù)包含連續(xù)的兩個(gè)特征點(diǎn)局部最大值點(diǎn)，局部最小值點(diǎn)，并且局部最大值點(diǎn)的導(dǎo)數(shù)絕對(duì)值大于局部最小值點(diǎn)的導(dǎo)數(shù)。3.右肩峰如圖3所示，只含有下降沿的峰。其一階導(dǎo)數(shù)必包含連續(xù)的兩個(gè)特征點(diǎn)局部最大值點(diǎn)，局部最小值點(diǎn)，并且局部最大值點(diǎn)的導(dǎo)數(shù)絕對(duì)值小于局部最小值點(diǎn)的導(dǎo)數(shù)。以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和變形，這些改進(jìn)和變形也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種基于一階導(dǎo)數(shù)特征的峰識(shí)別算法，其特征是，包含以下步驟(1)定義一階導(dǎo)數(shù)特征點(diǎn)分別為局部最大值點(diǎn)、局部最小值點(diǎn)、零點(diǎn)；(2)基于一階導(dǎo)數(shù)特征點(diǎn)定義完整峰、左肩峰、右肩峰完整峰包含連續(xù)的三個(gè)一階導(dǎo)數(shù)特征點(diǎn)局部最大值點(diǎn)、零點(diǎn)、局部最小值點(diǎn)， 左肩峰包含連續(xù)的兩個(gè)一階導(dǎo)數(shù)特征點(diǎn)局部最大值點(diǎn)、局部最小值點(diǎn)，并且局部最大值點(diǎn)的導(dǎo)數(shù)絕對(duì)值大于局部最小值點(diǎn)的導(dǎo)數(shù)，右肩峰包含連續(xù)的兩個(gè)一階導(dǎo)數(shù)特征點(diǎn)局部最大值點(diǎn)、局部最小值點(diǎn)，并且局部最大值點(diǎn)的導(dǎo)數(shù)絕對(duì)值小于局部最小值點(diǎn)的導(dǎo)數(shù)；(3)檢測(cè)識(shí)別出所述完整峰、左肩峰、右肩峰的算法步驟。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于一階導(dǎo)數(shù)特征的峰識(shí)別算法，其特征是，檢測(cè)識(shí)別出所述完整峰、左肩峰、右肩峰的算法采用搜索特征點(diǎn)匹配的方式定位峰，完整峰搜索定位起始點(diǎn)、結(jié)束點(diǎn)，左肩峰搜索定位起始點(diǎn)，右肩峰搜索定位結(jié)束點(diǎn)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于一階導(dǎo)數(shù)特征的峰識(shí)別算法，其特征是，定義一階導(dǎo)數(shù)局部最大值點(diǎn)過程為設(shè)原始數(shù)據(jù)為y = f(x)，則其一階導(dǎo)數(shù)為y' = f' (χ),設(shè)x = h，ε >0，在 的鄰域d= (χ。-ε，h+0 中有f' (X0) ^ f‘ (x)，xed， 則稱&是一階導(dǎo)數(shù)的局部最大值點(diǎn)，記為& e DMAX，DMAX是所有一階導(dǎo)數(shù)局部最大值點(diǎn)的皇A朱口 ο
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于一階導(dǎo)數(shù)特征的峰識(shí)別算法，其特征是，定義一階導(dǎo)數(shù)局部最小值點(diǎn)過程為設(shè)x = ，ε >0，在 的鄰域 d= (χ。-ε， +0 中有f' (x0) ^ f ‘ (x)，xed， 則稱&是一階導(dǎo)數(shù)的局部最小值點(diǎn)，記為& e DMIN，DMIN是所有一階導(dǎo)數(shù)局部最小值點(diǎn)的皇A朱口 ο
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于一階導(dǎo)數(shù)特征的峰識(shí)別算法，其特征是，定義一階導(dǎo)數(shù)零點(diǎn)過程為設(shè)χ =、，f ‘ (x0) = 0，則稱X0是一階導(dǎo)數(shù)零點(diǎn)，記為x0 e DZERO, DZERO是所有一階導(dǎo)數(shù)零點(diǎn)的集合。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于一階導(dǎo)數(shù)特征的峰識(shí)別算法，其特征是，檢測(cè)識(shí)別所述完整峰、左肩峰、右肩峰的算法步驟為(1)輸入原始數(shù)據(jù)，濾波去噪，計(jì)算一階導(dǎo)數(shù)；(2)根據(jù)一階導(dǎo)數(shù)特征點(diǎn)的定義得到所有的一階導(dǎo)數(shù)特征點(diǎn)Ci，i= l..n,n是特征點(diǎn)個(gè)數(shù)；(3)在一階導(dǎo)數(shù)特征點(diǎn)中搜索峰若(V1 e DMAX, Ci e DZERO, ci+1 e DMIN,則Ci點(diǎn)為峰的最高點(diǎn)，取Cj為峰的起始點(diǎn)，j = max(l)，C1 e (DMIN U DZERO)，1 < i_l，取 ck 為峰的結(jié)束點(diǎn)，k = min(m)， cm e (DMAX U DZER0)，m > i+Ι，標(biāo)記此峰為完整峰；若Ch e DMAX,Ci e DMIN, f' (C^1) | > f' (Ci)，則Ci點(diǎn)為峰的最高點(diǎn)及結(jié)束點(diǎn)， 取Cj為峰的起始點(diǎn)，j = max(l)，C1 e (DMIN U DZERO)，1 < i_l，標(biāo)記此峰為左肩峰； 若Ci e DMAX,ci+1 e DMIN, f' (Ci) | < f' (ci+1) |，則Ci點(diǎn)為峰的最高點(diǎn)及起始點(diǎn)，取C1為峰的結(jié)束點(diǎn)，j = min(l)，C1 e (DMAX U DZER0)，1 > i+Ι，標(biāo)記此峰為右肩峰。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于一階導(dǎo)數(shù)特征的峰識(shí)別算法，屬于信號(hào)處理技術(shù)領(lǐng)域。首先定義了三種一階導(dǎo)數(shù)特征點(diǎn)，基于一階導(dǎo)數(shù)特征點(diǎn)給出了完整峰、左右肩峰的準(zhǔn)確定義。根據(jù)三種峰形的定義給出了檢測(cè)識(shí)別三種峰形的算法。本發(fā)明的算法靈敏度高，峰的起始點(diǎn)、結(jié)束點(diǎn)和最高點(diǎn)定位準(zhǔn)確；各種重疊峰分割準(zhǔn)確；基線漂移自適應(yīng)；無需設(shè)置導(dǎo)數(shù)閾值；無需計(jì)算二階導(dǎo)數(shù)。
文檔編號(hào)G06F17/00GK102193900SQ201110182499
公開日2011年9月21日 申請(qǐng)日期2011年7月1日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月1日
發(fā)明者唐平, 宗起振, 朱清華, 李志軍, 胡銦, 謝奇峰 申請(qǐng)人:國電南京自動(dòng)化股份有限公司