如何实现半自动峰值拾取

Posted 2023-02-25

【中文标题】如何实现半自动峰值拾取

【英文标题】：How can I implement semi-automatic peak-picking

【发布时间】：2013-03-16 09:37:46

【问题描述】：

我正在研究光致发光温度系列。因此，我有几个在不同温度下拍摄的强度与能量 (eV) 光谱。

我的问题是到目前为止我发现的信号处理/峰值查找包（Peaks、hyperSpec、msProcess、Timp 和其他面向质谱/化学计量学的包）并不真正适合我的需求：

峰找不到“肩部”（峰位置太近，产生混合峰（见 3.75 eV）） hyperSpec 和 msProcess 对于我的使用来说过于自动化：光致发光峰的位置取决于温度，因此峰识别在整个温度系列中是不可重复的。

我认为我应该实现的是：检测峰和肩（自动或使用 locate() 进行原始估计），要求手动识别找到的峰，并输出标签、位置、强度和 @987654321每个峰的@。这将使我能够准确跟踪温度序列中给定峰值（由其标签标识）的位置、强度和半高宽。

这是温度序列图的示例：

所以我的问题是：

你知道已经实现了类似功能的包吗？ 您认为我建议的方法合理/可行吗？

非常感谢！

蒂博·鲁尔

PS：我希望我已经足够清楚了，请随时向我寻求澄清。 PS2：我希望这个问题不要太笼统，如果需要我可以提供一个典型的光谱。

【问题讨论】：

您认为我们对您的工作了解一切。我建议您稍微简化一下术语，然后用外行的方式对其进行分解。这里的重叠峰是什么？什么是 FWHM？​​

好的，我想知道我是否应该这样做。非常感谢！

我过去使用的一种方法是 1) 通过数据获取smooth.spline()； 2) 定位这个平滑函数的极值（例如查看diff() 的符号变化；3）将这些猜测作为优化函数的起点。

也尝试阅读有关 fda 包的小插图，我感觉您的问题很可能属于功能数据分析领域。

非常感谢您的建议！我现在正在调查它。乍一看（我试图确认），主要问题是峰值不应该随参数改变位置。

【参考方案1】：

免责声明：我个人从未做过任何严重的峰值拟合。

话虽如此，我在这里看到了两种方式，最终可能并没有那么不同：

功能数据分析，就像 @baptiste 所说的那样。 拟合预设数量的已知形状的峰（例如高斯或洛伦兹或福伊特） 然后将这些的拟合参数作为新的特征集进行进一步分析。 FWHM 将在拟合参数中编码。

哪种方法更适合您可能取决于您计划的进一步分析。

还有一些零碎的东西：

当您在寻找肩峰时，一阶导数将不允许您检测所有峰。您可能会从二阶导数的最小值获得足够有用的峰值拟合起点。但是，对于仅在某个较大峰上显示为肩峰的峰，这些位置将非常偏离（在较大峰的低强度侧太远）。 package signal 实现了 Savitzky-Golay 过滤器，可以帮助实现这种方法。 去卷积可能是检测峰位置的更好选择。 您应该知道，这些方法往往会迅速“消耗”您的信噪比，如果您的基线低于峰值，则解决方案可能会大打折扣。我不知道 fda 是否在这方面做得更好，但我怀疑这是您要解决的问题所固有的。 你会想要检查你得到的解决方案的稳定性。 SNR 和可能的基线。

（不，hyperSpec 不提供类似的东西。但是，如果您最终获得了普遍适用的功能，欢迎您通过 hyperSpec 分发它，它仍然可以是您自己的包.如果这是一项实质性的编程工作，你可以考虑用这个申请一个谷歌夏季代码项目——今年的申请期即将开始）。

【讨论】：

非常感谢您的建议！反卷积和功能数据分析的主要问题是它们不允许“跟随”位置随温度变化的给定峰。因此，我认为最有希望的方法是使用nls() 将一组峰值拟合到数据中。然而，另一个问题是峰的数量随温度而变化（发生转变），所以我可能不得不使用在（a）给定温度下变化的模型（也许也可以适应这些转变温度）。

另一种方法是使用locate() 手动选择峰值，然后使用这些起始值与nls() 进行拟合。这将允许半自动存储不同温度下不同峰的强度、位置和 FWHM。这可能是一种更稳健的方法。

@ThibaudRuelle：不，他们不遵循，但他们可以生成一组新功能，然后您可以在这些功能上使用，例如将位置与温度联系起来。我想多元曲线分辨率的功能版本可能是您正在寻找的 - 但我想我刚刚发明了这个非常棒的方法;-)。至于locate，这可能至少与衍生产品具有相同的问题。但如果你选择它，hyperSpec::spc.identify 可能会帮助你（它默认寻找本地最大值，但你可以关闭它）。

我会花更多时间考虑一下，但我想我可能必须从手工开始。这只是一个学期的项目，所以很遗憾，我花在它上面的时间有限。我会及时向大家发布。谢谢！

最后，结构太复杂了，考虑到最后期限，我不得不手工完成。然而，有一个想法是使用迭代起始值来跟踪从光谱到光谱的“移动”峰，我将尝试实现这一点（我希望在不久的将来）。 @cbeleites 如果我想出一些值得引入到 hyperspec 包中的东西，我会通知你。