[發(fā)明專(zhuān)利]小波中值近紅外光譜去噪方法和裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410293139.X
• 申請(qǐng)日: 2014-06-25
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104020136A
• 公開(kāi)（公告）日: 2014-09-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 趙健;劉永福;何國(guó)田;徐澤宇;林遠(yuǎn)長(zhǎng);朱曉強(qiáng);何驥鳴;吳姣嬌;何瑞英;石珍
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院重慶綠色智能技術(shù)研究院
• 主分類(lèi)號(hào): G01N21/359
• 分類(lèi)號(hào): G01N21/359
• 代理公司: 成都賽恩斯知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 51212
• 代理人: 張帆;肖國(guó)華

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及近紅外光譜信號(hào)預(yù)處理技術(shù)，特別涉及一種小波中值近紅外光譜去噪方法和裝置。

背景技術(shù)

近紅外光譜分析技術(shù)是在分析化學(xué)領(lǐng)域迅速發(fā)展的高新分析技術(shù)，其具有無(wú)破壞、無(wú)污染、分析重現(xiàn)性好、成本低等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于石油化工、農(nóng)業(yè)、食品等行業(yè)。近紅外光譜是指近紅外的吸收光譜在波長(zhǎng)780nm-2500nm范圍內(nèi)，近紅外光譜可以有效的反映出樣品中有機(jī)分子含氫基團(tuán)的特征信息。因此，可以用近紅外光譜分析技術(shù)對(duì)化合物中C-H、O-H、N-H等含氫原子團(tuán)進(jìn)行定量分析。

然而，探測(cè)器采集到的原始光譜信號(hào)存在一定的噪聲。其中主要是由于環(huán)境、儀器等的影響而造成的，而噪聲對(duì)定量分析模型的預(yù)測(cè)精度有著較大的影響。目前常用的信號(hào)去噪方法有均值濾波、中值濾波、小波閾值去噪等。其中小波閾值對(duì)于高斯噪聲去噪的效果明顯優(yōu)于均值濾波和中值濾波。但是對(duì)于脈沖噪聲的去噪效果不佳。而中值濾波可以有效的去除脈沖噪聲。專(zhuān)利(201210138387.8)中采用使用平穩(wěn)小波變換對(duì)光譜信號(hào)去噪。該方法中沒(méi)有考慮到小波變換存在的層內(nèi)相關(guān)性和小波去噪不能很好的去除脈沖噪聲的不足。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服小波閾值去噪中對(duì)脈沖噪聲不能很好濾波的不足，本發(fā)明提出了小波中值近紅外光譜去噪方法和裝置。

作為本發(fā)明的第一方面，提供了一種小波中值近紅外光譜去噪方法，包括：步驟1，對(duì)光譜信號(hào)進(jìn)行小波變換，從而得到各層的小波系數(shù)；步驟2，根據(jù)設(shè)定的上閾值和下閾值對(duì)近紅外光譜進(jìn)行小波閾值去噪；步驟3，將經(jīng)過(guò)去噪后的小波系數(shù)根據(jù)小波逆變換進(jìn)行重構(gòu)；步驟4，對(duì)重構(gòu)后的光譜進(jìn)行極值中值濾波，從而得到去噪后的光譜。

進(jìn)一步地，步驟2包括：步驟21，將大于上閾值的小波系數(shù)保留，小于下閾值的小波系數(shù)置零。

進(jìn)一步地，步驟2還包括：步驟22，判斷所述上閾值和下閾值之間的小波系數(shù)的鄰域是否存在大于所述上閾值的小波系數(shù)，如果有，則判斷該小波系數(shù)為有用信號(hào)的小波系數(shù)，并保留；否則判斷該小波系數(shù)為噪聲的小波系數(shù)，并置零。

進(jìn)一步地，步驟4包括：步驟41，根據(jù)光譜數(shù)據(jù)點(diǎn)是否為其鄰域的極大或極小值點(diǎn)、及該光譜數(shù)據(jù)點(diǎn)的方差判斷該光譜數(shù)據(jù)點(diǎn)是否為脈沖噪聲點(diǎn)；步驟42，對(duì)信號(hào)點(diǎn)集的光譜保留，對(duì)脈沖噪聲點(diǎn)集的光譜進(jìn)行中值濾波。

進(jìn)一步地，步驟41具體包括：

(1)當(dāng)min(W[x_i])＜x_i＜max(W[x_i])時(shí)，

x_i∈S

(2)當(dāng)min(W[x_i])＝x_i或x_i＝max(W[x_i])

其中，S為信號(hào)點(diǎn)集，N為脈沖噪聲點(diǎn)集，var(x_i)是以x_i為中心的窗口內(nèi)光譜數(shù)據(jù)的方差，var(x_i-1)、var(x_i+1)是x_i左右相鄰窗口內(nèi)光譜數(shù)據(jù)的方差，W[X_i]是以x_i為中心的窗口內(nèi)的小波系數(shù)，min(W[x_i])是W[x_i]中的最小值，max(W[x_i])是W[x_i]中的最大值。

作為本發(fā)明的第二方面，提供了一種小波中值近紅外光譜去噪裝置，包括：變換模塊，用于對(duì)光譜信號(hào)進(jìn)行小波變換，從而得到各層的小波系數(shù)；閾值去噪模塊，用于根據(jù)設(shè)定的上閾值和下閾值對(duì)近紅外光譜進(jìn)行小波閾值去噪；重構(gòu)模塊，用于將經(jīng)過(guò)去噪后的小波系數(shù)根據(jù)小波逆變換進(jìn)行重構(gòu)；濾波模塊，用于對(duì)重構(gòu)后的光譜進(jìn)行極值中值濾波，從而得到去噪后的光譜。

進(jìn)一步地，閾值去噪模塊包括：第一閾值去噪模塊，用于將大于上閾值的小波系數(shù)保留，小于下閾值的小波系數(shù)置零。

進(jìn)一步地，閾值去噪模塊還包括：第二閾值去噪模塊，用于判斷所述上閾值和下閾值之間的小波系數(shù)的鄰域是否存在大于所述上閾值的小波系數(shù)，如果有，則判斷該小波系數(shù)為有用信號(hào)的小波系數(shù)，并保留；否則判斷該小波系數(shù)為噪聲的小波系數(shù)，并置零。

進(jìn)一步地，濾波模塊包括：第一波濾模塊，用于根據(jù)光譜數(shù)據(jù)點(diǎn)是否為其鄰域的極大或極小值點(diǎn)、及該光譜數(shù)據(jù)點(diǎn)的方差判斷該光譜數(shù)據(jù)點(diǎn)是否為脈沖噪聲點(diǎn)；第二波濾模塊，用于對(duì)信號(hào)點(diǎn)集的光譜保留，對(duì)脈沖噪聲點(diǎn)集的光譜進(jìn)行中值濾波。