Программа для автоматического поиска и подгонки линий в спектрах

Назначение - Программа предназначена для автоматического поиска спектральных линий переходов в Фурье-спектрах высокого разрешения и подгонки к ним модельных контуров.

Область применения - Молекулярная спектроскопия, физика молекул, измерение состава газовых смесей.

 Используемый алгоритм - Метод Потенциальных Функций из теории распознавания образов.  Подробное описание методов, используемых в программе, - в статьях [1,2]. Распознавание пиков производится перемещением сканирующего окна установленной ширины, по всему спектру. Ширина окна устанавливается в зависимости от ширины искомых спектральных линий. В каждый момент времени, строго фиксированное количество N равномерно распределённых в окне точек используются для взятия значений поглощения в этих точках, для формирования N-мерного, нормированного на максимум, вектора признаков. Вектор признаков используется алгоритмом распознавания [4]. Количество точек N в сканирующем окне всегда одинаково, а их равномерное распределение по окну производится с использованием интерполяции между отсчётами спектра. Подгонка модельных контуров производится по методу наименьших квадратов, с использованием регуляризации, базовые принципы которой описаны в [4].Модифицированная процедура подгонки описана в [1]. Автоматическая процедура подгонки управляет параметрами регуляризации.

1. Т. В. Круглова, А. П. Щербаков. Автоматический поиск линий в молекулярных спектрах на основе методов непараметрической статистики. Регуляризация в оценке параметров спектральных линий. //Оптика и спектроскопия. - 2011. - Т. 111, N 3. - С. 383-386.

2. Shcherbakov A.P., Pshenichnicov A.M. Computer-aided system for automatic peak searching and contour fitting in molecular spectra. //SPIE, 2000, No 4341, P.60-63.

3. М.А.Айзерман, Э.И.Браверман,Л.И.Розоноэр, Метод потенциальных функций в задачах обучения машин. М.Наука 1970.

4. Тихонов А.Н., Арсенин В.Я., Методы решения некорректных задач. М:Наука, Главная редакция физико-математической литературы. 1979, 2-е изд.

 Функциональные возможности - В качестве входных данных программа использует  текстовые файлы, описывающие спектральную кривую. В каждой строке файла содержатся данные - частота и  коэфициент поглощения. Вместо коэффициента поглощения может использоваться другое входное данное - пропускание. В программе имеется функция преобразования данных (коэффициент пропускания преобразуется в коэффициент поглощения). Выходные файлы представляют собой список спектральных линий в текстовом виде. В каждой строке перечисляются параметры линий - частота центра, интенсивность, полуширина и др., и ошибки оценки этих параметров.

Программа обучается поиску линий на примерах пользователя, позволяет проводить автоматический поиск пиков в спектральной кривой и подгонку к ним модельных контуров Воигта, Лоренца, Доплера и Разенкранца. Алгоритм может автоматически опознавать спектральные линии, не имеющие явного максимума, наблюдающиеся в виде выпуклости на склоне более сильной линии. В программе есть возможность учёта аппаратной функции Фурье-спектрометра.

 Инструментальные средства создания - Компилятор Microsoft Visual C++ 6.0, Свободно распространяемая интерфейсная библиотека wxWidgets