CN106802293B - 波形峰值检测方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供波形峰值检测方法及装置，获取原始数据，对原始数据进行分段得到各分段数据；将分段数据中大于两倍分段数据的标准差的数据确定为分段数据对应的待判断数据；对分段数据对应的待判断数据进行曲线拟合，得到分段数据对应的曲线函数；提取分段数据对应的曲线函数的极大值点作为分段数据对应的峰值点；根据各分段数据对应的峰值点确定原始数据的峰值。由于通过分段及将分段数据中大于两倍分段数据的标准差的数据确定为分段数据对应的待判断数据的方式可以降低对硬件资源的需求，因此，能够提高检测效率。

Description

波形峰值检测方法及装置

技术领域

本发明涉及信号检测技术领域，尤其涉及一种波形峰值检测方法及装置。

背景技术

传统的波形峰值检测方法，大致有模拟检测和数字检测方法两大类。模拟检测方法主要是利用模拟电路的方法得到峰值电压后再进行采样，得到峰值的大小；数字检测方法主要是首先对待检测信号进行采样得到数字信号，再对数字信号分析得到峰值。

模拟检测方法的核心是模拟峰值保持电路，输入需要检测的信号，电路以模拟信号的形式输出检测到的峰值，直到清零信号的到来。峰值保持电路的基本原理是输入信号与输出信号的电压通过比较器，比较器的比较结果通过二极管反馈到电容，对一个电容充电得到输出电压。当输入电压大于峰值输出时，二极管导通对电容充电，输出电压升高，到达峰值下降时，二极管关断，电容不会放电输出，峰值得到保持；当给出清零信号时，电容两端接通放电，输出重置为零。目前常见的模拟检测方法可以满足对窄脉冲的检测需求，但是由于反馈系统响应时间的问题，会造成波形峰值检测的线性度不佳，最后得到的波形峰值检测结果可能存在误差；而且，在流式细胞仪的应用中，还需要精确获得峰值出现的时间，硬件方法难以准确获得峰值出现的时间，如果需要获得峰值出现时间，则需要增加额外的部件。

数字检测方法的核心是波形峰值检测算法，输入信号转换为数字信号后，通过计算机或嵌入式处理器依据波形峰值检测算法进行计算，直接得到峰值。针对复杂信号波形峰值检测的算法大致有小波变换、人工神经网络、滤波、插值等进行计算，通常要占用大量的硬件资源，检测效率不高。

发明内容

基于此，有必要提供一种检测效率高的波形峰值检测方法及装置。

一种波形峰值检测方法，包括：

获取原始数据；

对所述原始数据进行分段得到各分段数据；

将所述分段数据中大于两倍所述分段数据的标准差的数据确定为所述分段数据对应的待判断数据；

对所述分段数据对应的待判断数据进行曲线拟合，得到所述分段数据对应的曲线函数；

提取所述分段数据对应的曲线函数的极大值点作为所述分段数据对应的峰值点；

根据各所述分段数据对应的峰值点确定所述原始数据的峰值。

一种波形峰值检测装置，其特征在于，包括：

数据获取模块，用于获取原始数据，对所述原始数据进行分段得到各分段数据；

待判数据确定模块，用于将所述分段数据中大于两倍所述分段数据的标准差的数据确定为所述分段数据对应的待判断数据；

曲线函数确定模块，用于对所述分段数据对应的待判断数据进行曲线拟合，得到所述分段数据对应的曲线函数；

分段峰值确定模块，用于提取所述分段数据对应的曲线函数的极大值点作为所述分段数据对应的峰值点；

整体峰值确定模块，用于根据各所述分段数据对应的峰值点确定所述原始数据的峰值。

上述波形峰值检测方法及装置，获取原始数据，对原始数据进行分段得到各分段数据；将分段数据中大于两倍分段数据的标准差的数据确定为分段数据对应的待判断数据；对分段数据对应的待判断数据进行曲线拟合，得到分段数据对应的曲线函数；提取分段数据对应的曲线函数的极大值点作为分段数据对应的峰值点；根据各分段数据对应的峰值点确定原始数据的峰值。由于通过分段及将分段数据中大于两倍分段数据的标准差的数据确定为分段数据对应的待判断数据的方式可以降低对硬件资源的需求，因此，能够提高检测效率。

附图说明

图1为一实施例的波形峰值检测方法的流程图；

图2为另一实施例的波形峰值检测方法的流程图；

图3为一具体实施例的波形峰值检测方法中采集荧光数据的结构示意图；

图4为一具体实施例的波形峰值检测方法中原始数据的波形图；

图5为一具体实施例的波形峰值检测方法中SG滤波后的中间结果图；

图6为一具体实施例的波形峰值检测方法中曲线拟合的中间结果图；

图7为一具体实施例的波形峰值检测方法中波形峰值结果图；

图8为一实施例的波形峰值检测装置的结构图；

图9为另一实施例的波形峰值检测装置的结构图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳的实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“或/及”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

请参阅图1，本发明一实施例提供一种波形峰值检测方法，包括：

S110：获取原始数据。

原始数据(可以用A表示)为数字数据形式的波形数据。数字数据形式区别于模拟数据形式，为离散型的数据形式。

可以理解地，原始数据为二元数据。具体地，可以包括位置信息及幅度信息。此时，波形的峰值检测就是要检测到具体哪个位置上的幅度是峰值。在其中一个具体实施例中，位置信息可以采用序号的方式来表示。

S114：对原始数据进行分段得到各分段数据。

对获取到的原始数据进行分段，即A＝A1+A2+A3+...+An，其中，A1、A2、A3、······An为分段数据。在本实施例中，每个分段数据的数据长度可以没有特别的限制。

通过对原始数据进行分段，可以将对大数据的处理转变为对小数据的处理，从而可以在一定程度上降低对硬件资源的需求。

S120：将分段数据中大于两倍分段数据的标准差的数据确定为分段数据对应的待判断数据。

根据切比雪夫理论：任意一个数据集中，位于其平均数R个标准差范围内的比例(或部分)总是至少为1-1/R²，其中R为大于1的任意正数。在R＝2时,所有数据中，至少有3/4(或75％)的数据位于平均数2个标准差范围内。在R＝3时，所有数据中，至少有8/9(或88.9％)的数据位于平均数3个标准差范围内。那么可以认为分段数据Ai中数值大于2倍标准差的数据(即待判断数据Di)中有峰值存在。

因此，在本实施例中，将分段数据中大于两倍分段数据的标准差的数据确定为分段数据对应的待判断数据。从而可以大幅减少需处理的待判断数据的量，降低对硬件资源的需求。

S130：对分段数据对应的待判断数据进行曲线拟合，得到分段数据对应的曲线函数。

曲线拟合(curve fitting)是指选择适当的曲线类型来拟合观测数据，并用拟合的曲线方程(即曲线函数)分析两变量间的关系。在本实施例中，观测数据为待判断数据。可以采用Fi表示第i个分段数据Ai对应的待判断数据Di所对应的曲线函数。

S140：提取分段数据对应的曲线函数的极大值点作为分段数据对应的峰值点。

每一个分段数据可以对应有多个极大值点，由于待判断数据为大于两倍分段数据的标准层的数据，因此，待判断数据拟合而成的曲线函数的极大值点即为该待判断数据对应的分段数据所对应的峰值点。

可以理解地，每一个分段数据中可以包含多个极大值点，即每一个分段数据中可以包含多个峰值。可以采用Pi来表示第i个分段数据Ai对应的峰值点的集合。

S170：根据各分段数据对应的峰值点确定原始数据的峰值。

可以通过循环执行步骤S120至步骤S140的方式，得到各分段数据对应的峰值点。即首先在第一个循环得到D1、F1、P1；在第二个循环得到D2、F2、P2；·······直到第n个循环得到Dn、Fn、Pn。

也可以通过在步骤S120时，将各分段数据中大于两倍分段数据的标准差的数据确定为各分段数据分别对应的待判断数据；在步骤S130时，对各分段数据对应的待判断数据进行曲线拟合，得到各分段数据分别对应的曲线函数；在步骤S140时，提取各分段数据对应的曲线函数的极大值点作为各分段数据分别对应的峰值点。从而得到各分段数据对应的峰值点。即先得到D1、D2、·······Dn，再得到F1、F2、·······Fn，最后，得到P1、P2、·······Pn。

在本实施例中，可以根据各分段数据分别对应的峰值点的并集得到原始数据的峰值点，即P＝P1+P2+·······+Pn，进而可根据原始数据的峰值点，确定原始数据的峰值。可以理解地，原始数据的峰值包括各波峰的值。

上述波形峰值检测方法，获取原始数据，对原始数据进行分段得到各分段数据；将分段数据中大于两倍分段数据的标准差的数据确定为分段数据对应的待判断数据；对分段数据对应的待判断数据进行曲线拟合，得到分段数据对应的曲线函数；提取分段数据对应的曲线函数的极大值点作为分段数据对应的峰值点；根据各分段数据对应的峰值点确定原始数据的峰值。由于通过分段及将分段数据中大于两倍分段数据的标准差的数据确定为分段数据对应的待判断数据的方式可以降低对硬件资源的需求，因此，能够提高检测效率。

需要说明的是，本发明所提供的峰值检测方法可以在计算机的处理器中执行，也可以在在单片机、DSP等微处理器中执行。

为提高检测的准确性，在其中一个实施例中，对原始数据进行分段得到各分段数据的步骤，包括：

(a)、对原始数据进行分段得到各中间数据。

每个分段数据的数据长度可以没有特别的限制，对原始数据进行分段的方式可以根据需要进行确定。在其中一个具体实施例中，可以采用固定时间长度或固定分段数量的形式进行分段。其中，固定时间长度的形式，即为按照原始数据的采集时间的时间间隔的长度进行分段。固定分段数量的形式，即为按照将原始数据中的数据固定分为一个预设的固定段数的方式对原始数据进行分段。

(b)、对各中间数据进行滤波处理得到各分段数据。

如此，通过滤波的方式去除干扰、降噪，从而达到提高检测的准确性的有益效果。

进一步地，可以通过卷积分平滑滤波器对各中间数据进行滤波处理，得到各分段数据。由于普通滤波器都会产生一个与频率有关的相位偏移，容易造成提取的峰值和原始的峰值有偏差，因此通过卷积分平滑滤波器(Savitzky-Golay滤波器，简称SG滤波器)对各中间数据进行滤波处理，得到各分段数据的方式可以进一步提高检测的准确性。

请参阅图2，为避免因滤波或其它原因遗漏分段点附近的峰值点而造成检测结果不准确的问题。在其中一个实施例中，提取分段数据对应的曲线函数的极大值点作为分段数据对应的峰值点的步骤之后，根据各分段数据对应的峰值点确定原始数据的峰值的步骤之前，还包括：

S150：将分段数据的最后一个峰值点以及最后一个峰值点之后的待判断数据添加到下一个分段数据中，更新下一个分段数据；

S160：重复执行确定分段数据对应的待判断数据、得到分段数据对应的曲线函数、提取分段数据对应的曲线函数的极大值点作为分段数据对应的峰值点及更新下一个分段数据的步骤，得到各分段数据对应的峰值点。

如此，可以避免因滤波或其它原因遗漏分段点附近的峰值点，从而，可以提高检测的准确性。

由于本发明的有益效果在数据量大的情况下，其效果更为明显，尤其适用于微滴式数字PCR(Polymerase Chain Reaction，聚合酶链式反应)的波形峰值检测中。在其中一个实施例中，获取原始数据的步骤，包括：

(a)、通过光采集系统采集流道中的微滴的荧光数据，并将荧光数据转变为荧光电信号。

可以理解地，荧光数据为光数据、荧光电信号为电信号。将荧光数据转变为荧光信号的过程是光电转化。

(b)、对荧光电信号进行数字化处理，得到原始数据。

在本实施例中，对电信号形式的荧光电信号进行数字化处理，从而得到数字数据形式的原始数据。

在其中一个具体实施例中，如图3所示，光采集系统与光发光系统配合工作，微滴在流道中顺序排队流过时，发光系统发出光打到微滴内荧光物质上激发荧光，光采集系统采集荧光数据，并将该荧光数据转变为荧光电信号。

请继续参阅图2，为方便用户查看检测结果，在其中一个实施例中，根据各分段数据对应的峰值点确定原始数据的峰值的步骤之后，还包括：

S180：将原始数据的峰值进行存储或/及显示。

可以通过将原始数据的峰值进行存储的方式，为用户后续查看检测结果提供数据资源，从而方便用户后续查看检测结果。可以通过将原始数据的峰值进行显示的方式，为用户当前查看检测结果提供平台，从而方便用户查看检测结果。

进一步地，将原始数据的峰值进行存储及显示的步骤，包括：

将原始数据的峰值存储至存储器，以进行存储；将存储器中存储的原始数据的峰值通过通信模块发送至显示终端进行检测结果显示。

下面以一个具体的实施例进行说明。

首先，光采集系统采集荧光数据，并通过光电传感器将光信号形式的荧光数据转变成电信号形式的荧光电信号，作为荧光输入信号；通过多路模数转换器(ADC)将荧光电信号转化为数字信号形式的原始数据；接下来对原始数据进行分段，得到中间数据，并对中间数据进行滤波处理得到分段数据；然后将分段数据中大于两倍分段数据的标准差的数据确定为分段数据对应的待判断数据；对分段数据对应的待判断数据进行曲线拟合，得到分段数据对应的曲线函数；提取分段数据对应的曲线函数的极大值点作为分段数据对应的峰值点；将分段数据的最后一个峰值点以及最后一个峰值点之后的待判断数据添加到下一个分段数据中，更新下一个分段数据；重复执行确定分段数据对应的待判断数据、得到分段数据对应的曲线函数、提取分段数据对应的曲线函数的极大值点作为分段数据对应的峰值点及更新下一个分段数据的步骤，得到各分段数据对应的峰值点。根据各分段数据对应的峰值点确定原始数据的峰值；将确定的原始数据的峰值数据及各处理阶段得到的中间数据写入存储器进行存储；数据处理及显示模块通过通信模块从存储器读取原始数据的峰值及中间结果并显示出来。

在一个具体示例中，显示出来的结果可以如图4-7所示，分别为原始数据的波形图、SG滤波后的中间结果图、曲线拟合的中间结果图、波形峰值结果图。

本发明还提供一种与上述波形峰值检测方法对应的波形峰值检测装置。请参阅图8，一实施例的波形峰值检测装置，包括：

数据获取模块810，用于获取原始数据；

数据分段模块814，用于对原始数据进行分段得到各分段数据；

待判数据确定模块820，用于将分段数据中大于两倍分段数据的标准差的数据确定为分段数据对应的待判断数据；

曲线函数确定模块830，用于对分段数据对应的待判断数据进行曲线拟合，得到分段数据对应的曲线函数；

分段峰值确定模块840，用于提取分段数据对应的曲线函数的极大值点作为分段数据对应的峰值点；

整体峰值确定模块870，用于根据各分段数据对应的峰值点确定原始数据的峰值。

上述波形峰值检测装置，获取原始数据，对原始数据进行分段得到各分段数据；将分段数据中大于两倍分段数据的标准差的数据确定为分段数据对应的待判断数据；对分段数据对应的待判断数据进行曲线拟合，得到分段数据对应的曲线函数；提取分段数据对应的曲线函数的极大值点作为分段数据对应的峰值点；根据各分段数据对应的峰值点确定原始数据的峰值。由于通过分段及将分段数据中大于两倍分段数据的标准差的数据确定为分段数据对应的待判断数据的方式可以降低对硬件资源的需求，因此，能够提高检测效率。

请参阅图9，在其中一个实施例中，还包括数据滤波模块915；

数据分段模块914，用于对原始数据进行分段得到各中间数据；

数据滤波模块915，用于对各中间数据进行滤波处理得到各分段数据。

进一步地，数据滤波模块915，用于通过卷积分平滑滤波器对各中间数据进行滤波处理，得到各分段数据。

在其中一个实施例，还包括：

分段数据更新模块950，用于将分段数据的最后一个峰值点以及最后一个峰值点之后的待判断数据添加到下一个分段数据中，更新下一个分段数据；

循环调用判断模块960，用于根据更新后的所述分段数据，循环调用待判数据确定模块、曲线函数确定模块、曲线函数确定模块及分段数据更新模块，直至得到各分段数据对应的峰值点。

在其中一个实施例中，数据获取模块，包括：

数据采集转化单元(图未示)，用于通过光采集系统采集流道中的微滴的荧光数据，并将荧光数据转变为荧光电信号；

数字处理单元(图未示)，用于对荧光电信号进行数字化处理，得到原始数据。

请继续参阅图9，在其中一个实施例中，还包括：数据存储显示模块980，用于将原始数据的峰值进行存储或/及显示。

由于上述装置与上述方法相互对应，对于装置与方法相对应的细节技术特征，在此不作赘述。

以上实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出多个变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种波形峰值检测方法，其特征在于，包括：

获取原始数据；所述原始数据为微滴式数字PCR数据；

对所述原始数据进行分段得到各分段数据；

将所述分段数据中大于两倍所述分段数据的标准差的数据确定为所述分段数据对应的待判断数据；

对所述分段数据对应的待判断数据进行曲线拟合，得到所述分段数据对应的曲线函数；

提取所述分段数据对应的曲线函数的极大值点作为所述分段数据对应的峰值点；

根据各所述分段数据对应的峰值点确定所述原始数据的峰值。

2.根据权利要求1所述的波形峰值检测方法，其特征在于，所述对所述原始数据进行分段得到各分段数据的步骤，包括：

对所述原始数据进行分段得到各中间数据；

对各所述中间数据进行滤波处理得到各所述分段数据。

3.根据权利要求2所述的波形峰值检测方法，其特征在于，通过卷积分平滑滤波器对各所述中间数据进行滤波处理，得到各所述分段数据。

4.根据权利要求1所述的波形峰值检测方法，其特征在于，所述提取所述分段数据对应的曲线函数的极大值点作为所述分段数据对应的峰值点的步骤之后，所述根据各所述分段数据对应的峰值点确定所述原始数据的峰值的步骤之前，还包括：

将所述分段数据的最后一个峰值点以及所述最后一个峰值点之后的所述待判断数据添加到下一个所述分段数据中，更新下一个所述分段数据；

根据更新后的所述分段数据重复执行确定所述分段数据对应的待判断数据、得到所述分段数据对应的曲线函数、提取所述分段数据对应的曲线函数的极大值点作为所述分段数据对应的峰值点及更新下一个分段数据的步骤，直至得到各所述分段数据对应的峰值点。

5.根据权利要求1所述的波形峰值检测方法，其特征在于，所述获取原始数据的步骤，包括：

通过光采集系统采集流道中的微滴的荧光数据，并将所述荧光数据转变为荧光电信号；

对所述荧光电信号进行数字化处理，得到所述原始数据。

6.根据权利要求1所述的波形峰值检测方法，其特征在于，所述根据各所述分段数据对应的峰值点确定所述原始数据的峰值的步骤之后，还包括：

将所述原始数据的峰值进行存储或/及显示。

7.一种波形峰值检测装置，其特征在于，包括：

数据获取模块，用于获取原始数据；所述原始数据为微滴式数字PCR数据；

数据分段模块，用于对所述原始数据进行分段得到各分段数据；

待判数据确定模块，用于将所述分段数据中大于两倍所述分段数据的标准差的数据确定为所述分段数据对应的待判断数据；

曲线函数确定模块，用于对所述分段数据对应的待判断数据进行曲线拟合，得到所述分段数据对应的曲线函数；

分段峰值确定模块，用于提取所述分段数据对应的曲线函数的极大值点作为所述分段数据对应的峰值点；

整体峰值确定模块，用于根据各所述分段数据对应的峰值点确定所述原始数据的峰值。

8.根据权利要求7所述的波形峰值检测装置，其特征在于，还包括数据滤波模块；

所述数据分段模块，用于对所述原始数据进行分段得到各中间数据；

所述数据滤波模块，用于对各所述中间数据进行滤波处理得到各所述分段数据。

9.根据权利要求7所述的波形峰值检测装置，其特征在于，还包括：

分段数据更新模块，用于将所述分段数据的最后一个峰值点以及所述最后一个峰值点之后的所述待判断数据添加到下一个所述分段数据中，更新下一个所述分段数据；

循环调用判断模块，用于根据更新后的所述分段数据循环调用所述待判数据确定模块、所述曲线函数确定模块、所述曲线函数确定模块及所述分段数据更新模块，直至得到各所述分段数据对应的峰值点。

10.根据权利要求7所述的波形峰值检测装置，其特征在于，所述数据获取模块，包括：

数据采集转化单元，用于通过光采集系统采集流道中的微滴的荧光数据，并将所述荧光数据转变为荧光电信号；

数字处理单元，用于对所述荧光电信号进行数字化处理，得到所述原始数据。