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多道γ能谱分析软件中寻峰算法比较总结

多道γ能谱分析软件中寻峰算法比较总结
多道γ能谱分析软件中寻峰算法比较总结

自动寻峰由于谱结构的复杂和统计涨落的影响,从谱中正确地找到全部存在的峰是比较困难的。

尤其是找到位于很高本底上的弱峰,分辨出相互靠得很近的重峰更为困难。谱分析对寻峰方法的基本要求如下:

(1) 比较高的重峰分辨能力。能确定相互距离很近的峰的峰位。

(2) 能识别弱峰,特别是位于高本底上的弱峰。

(3) 假峰出现的几率要小。

(4) 不仅能计算出峰位的整数道址,还能计算出峰位的精确值,某些情况下要求峰位的误差小于0.2 道。

很多作者对寻峰方法进行了研究,提出了很多有效的寻峰方法。

目的:

判断有没有峰存在

确定峰位(高斯分布的数学期望) ,以便把峰位对应的道址,转换成能量确定峰边界——为计算峰面积服务(峰边界道的确定,直接影响峰面积的计算) 分为两个步骤:谱变换和峰判定

要求:支持手动/自动寻峰,参数输入,同时计算并显示峰半高宽、精确峰位、峰宽等信息,能够区分康普顿边沿和假峰

感兴区内寻峰

人工设置感兴趣大小,然后在感兴区内采用简单方法寻峰重点研究:对感兴区内的弱峰寻峰、重峰的分解对于一个单峰区,当峰形在峰位两侧比较对称时,可以由峰的FWHM 计算峰区的左、

右边界道址。峰区的宽度取为3FWHM ,FWHM 的值可以根据峰位m p 由测量系统的FWHM 刻度公式计算。由于峰形对称,左、右边界道和峰位的距离都是 1.5FWHNM

mi L INT(m p 1.5FWHM 0.5) m R INT(m p1.5FWHM 0.5)

式中m p是峰位,INT的含义是取整数。

对于存在有低能尾部的峰,其峰形函数描述(参见图)。

y m HEXP[ (m m p)2/2 2] , m> mp_ j

y m HEXP[J(2m 2m p J)/2 2] , m< mp_ J

式中H为峰高,mp为峰位,是高斯函数的标准偏差,J为接点的道址和峰位之间的距离。在峰位的左侧,有一个接点,其道址为mp-J。在接点的右侧,峰函数是高斯函数。在接点的左侧,峰函数用指数曲线来描述。这时峰区的左、右边界道址为

m L INT(m p1.12FWHM 2/ J 0.5J 0.5)

m R INT(m p 1.5FWHM 0.5)

全谱自动寻峰

基于核素库法:能量刻度完成后,根据核素库中的能量计算对应的道址,在各个道址附近(左右10道附近)采用简单的寻峰方法(导数法)

方法:

根据仪器选择开发

IF函数法/简单比较法(适于寻找强单峰,速度快)

满足条件:data i m data i k data i data i m 可认为有峰存在

然后在data i-m 至data i+m 中找最大值,对应的道值即为峰位

k :找峰阈值,根据高斯分布,一般 k 取值1—1.5

常用5点、7点极大值法(m 取2, 3) 判定峰是否有意义

一般,用R=N0 / Nb > RO 确定峰是否有意义

R 为峰谷比,R0为设定值 (经验值) NO 为净峰幅度与基底之和 Nb 为基底计数

int CMmcaView::SearPeakCompare (i nt Begin ch, int En dch, int m, float k )

高斯乘积函数找峰法(可靠性差,不建议采用) 描述谱峰形状的函数主要是高斯函数旳2A exp 0 i 0)2/2 2则由相邻的数据点定义 一个新的函数(第一高斯乘积函数,只与 FWHM 2.3556有关):

m 是步长(用道表示),是高斯乘积函数的阶数,则 Pm (i )称为第m 阶高斯乘积函数。找 峰

的灵敏度与m 有关,随m 的增加灵敏度提高。

为避免基线参数的影响,最好扣除本底后,再应用高斯乘积函数找峰。

峰位的确定:由Pm (i )过1的两点求平均来确定;峰边界的确定: 单位带”下限的两个最 端点;半高宽的确定:函数Pm (i )在 “ 1上的截距;组合峰的确定:在乘积函数的两个峰之

P m (i)

G(i)G(i m 1) G(i 2)G(i m)

“11.092m 、

exX

2

)

考虑统计涨落的影响,把判断无峰存在的

1变为一个 单位带”即峰的判断为:

P m (i)

1 k /、.. y i (1 kT. y i )

无峰

有峰k

间没有处于 带内”的乘积函数值 导数法(一阶、二阶、三阶)

m

C j y i j

m

Nm 为规范化常数,Cj 平滑的变换系数。 3次多项式5点光滑一阶导数公式:(可以采用)

y '丄(%2 8y 「8% ! % 2)峰位确定:一阶导数值由正变负=0处;峰边界确定:一阶导数

12

由负变正=0处

CalculateDiffere ntial(0, size, m, differ); for (int j = m; j <= size-m; j++) {

for(i nt i=1;i<=m;i++)

{

if(differ[j-i])>0&&differ[j-i]>maxtemp) {maxtemp=differ[j-i]; nmax=j-i;} if(differ[j+i])< 0&&differ[j+i]< min temp) {min temp=differ[j+i]; nmin =j+i;} }

if ((nmin-nmax)>0.8* fwhm && (nmin-nmax)<3* fwhm ) //FWHM 参数根据仪器能量分辨率可人工确定, fwhm~20 peakposition[p++]=j+0.5;〃保持峰位对应的道址 }

5点光滑二阶导数公式(软件中推荐采用)

1 y i 7(2%

2 y i 1 2y i y i 1 2y i 2)

//7点二阶导数

(5*(cou ntsdata[j-3]+cou ntsdata[j+3])-3*(cou ntsdata[j-1]+cou ntsdata[j+1])-4*cou ntsdata[j])/42;

Y i' 1

(22.0y i

3

67.0y i 2 58.0y i

1

58.0y i

1

67.0^ 2 22.0y i

3

)

252.0

软件中推荐采用11点以上的公式

峰位确定:二阶导数最小值对应的道址;峰边界确定:二阶导数正极大值点

for (int j = m; j <= size-m; j++)//m~30 {

int maxtemp=-0.5,mi ntemp=-0.5;

y '

N m j

If(differ[j]< -0.05)

for(i nt i=1;i<=m;i++)

{

if(differ[j-i]>maxtemp) {maxtemp=differ[j-i]; nmax=j-i;} if(differ[j+i]>mintemp) {mintemp=differ[j+i]; nmin=j+i;}

}

if ((nmin-nmax)>0.8* fwhm && (nmin-nmax)<3* fwhm )

//FWHM参数根据仪器能量分辨率可人工确定,fwhm~20

peakposition[p++]=j+0.5;〃保持峰位对应的道址

}

试验:系列1为处理后的原始能谱,系列2为5点一阶导数,系列3为5点二阶导数,系列4为对称零面积法寻峰

只要选择好合适的寻峰阈值,足以满足准确寻找到全能峰,并剔除假峰(如康普顿边沿,反散射峰)

5点光滑三阶导数公式判定各感兴区是单峰还是重峰

,” 1

y 2( y 2 2y 1 2y 1

* 2)

峰位确定:三阶导数由负变正=0处;峰边界确定:三阶导数由正变负=0处 判定峰是否有意义 0.8FWHM < N < 3FWHM

1 2 S

4

列気列 系系系系

50.00

12 3

4 列列列列 系系系强■

9

|y m | max TRH J ym p e 。占 /

这个公式就是在一阶导数法寻峰程序中实际应用的峰高判定条件。

CalculateDiffere ntial(Begi nch, En dch, m, differ);

int CMmcaView::SearPeakDiffere ntial( int Begi nch, int En dch, int fwhm, int differ[], i nt m) {

intn 1=0, differ[E ndch-Beg in ch+1], nm ax=0, nmin=0, maxtemp, min temp,temp; maxtemp=differ[0]; min temp=differ[0]; for (int j = 1; j <= En dch-Begi nch; j++) {

temp=differ[j-1];

if(_copysign(temp,differ[j])!=differ[j-1] && differ[j]<0) n1=j+Beginch ; if(differ[j]maxtemp) {maxtemp=differ[j]; nm ax=j+Begi nch;} }

if ((nmin-nm ax)>0.8*fwhm && (n mi n-nm ax)<3*fwhm) return n1;

else return (0);

}

对称零面积法(推荐自动寻峰中采用,可探测弱峰和重峰)

面积为零的“窗”函数与实验谱数据进行褶积变换,且要求“窗”函数为对称函数。对 线性基底的褶积变换将为零,只有存在峰的地方不为零。

峰高判定条件

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