[發明專利]基于指數軟硬擇中閾值函數的光譜去噪方法

在審

• 申請號: 201410456371.0
• 申請日: 2014-09-09
• 公開（公告）號: CN104182946A
• 公開（公告）日: 2014-12-03
• 發明（設計）人: 高美鳳;于力革;朱建鴻
• 申請（專利權）人: 江南大學
• 主分類號: G06T5/00
• 分類號: G06T5/00
• 代理公司: 無
• 代理人: 無

技術領域

本發明屬于圖像處理技術領域，更進一步涉及基于指數軟硬擇中閾值函數的光譜去噪方法，可作為用于CCD全譜直讀光譜儀采集的光譜數據的降噪處理。

背景技術

全譜直讀光譜儀是鋼鐵行業的主要分析檢測校準儀器。根據光譜檢測器件的不同，目前市場上的全譜直讀光譜儀主要有兩種：基于光電倍增管(PMT)和基于電荷耦合器件(Charge-coupled?Device，CCD)。其中基于CCD的全譜直讀光譜儀具有體積小，重量輕，功耗低，使用方便，單次采集光譜范圍寬，響應速度快，靈敏度高，數據采集處理快捷方便等特點。因此，采用線陣CCD實現全譜直讀光譜分析儀是一個發展趨勢。在光譜數據的定量分析中，噪聲的存在往往會影響分析結果的準確性，為了提高光譜數據的分析精度，對線陣CCD采集的光譜數據進行降噪處理是十分必要。

根據圖像光譜的特點和噪聲的統計特性，發展了各種各樣的去噪方法。常用的去噪算法有很多種，比如均值濾波、平滑濾波、窗函數法、自適應中值濾波、中值濾波和小波變換濾波。盡管去噪方法多種多樣，但降噪研究的工作都是在去噪和保留高頻信息之間進行權衡。總體來說減少信號噪聲的方法可以在信號空間域和在信號變換域內完成。在全譜直讀光譜儀中，線陣CCD采集到的光譜數據含有以下噪聲：由雜散光引起的低頻背景噪聲和由暗電流噪聲、轉移噪聲所組成的高頻噪聲。這些噪聲在光譜圖上會形成波動和毛刺，對光譜的峰值位置和波峰的高度會產生一定的影響。根據CCD采集到的光譜特性以及各種去噪方法的特點，采用小波閾值和中值濾波相結合的方法對含噪光譜數據進行處理。

經過小波分解，信號的能量主要分布在低分辨的尺度函數上，而噪聲的能量分布不變，仍然均勻分布在所有小波系數上。基于此特性，小波閾值去噪方法就是保留或收縮大的小波系數(低頻系數)，剔除小的小波系數(高頻系數)。在使用小波閾值法對光譜數據進行去噪處理時，選取不同的閾值函數反映了對小波稀疏模的不同處理策略，通常閾值函數采用Donoho等在文章“Ideal?Spatial?Adaptation?by?Wavelet?Shrinkage”(Biometrika,Vol.81,No.3,pp.425-455,1994)提出的硬閾值函數(Hard?Threshold?Function)和軟閾值函數(Soft?Threshold?Function)兩種。其中硬閾值函數對于信號的細節特征可以很好地保留，但在閾值±T處不連續，且不可導，同時其剔除了小于閾值的小波系數，不加處理的完全保留了大于閾值的小波系數，因此重構信號容易產生較大的均方差，出現振蕩；軟閾值函數在閾值±T處是連續的，可以避免去噪后的信號產生振蕩現象，但估計的小波系數與實際信號的小波系數之間存在恒定的偏差，使得重構的信號過度平滑，使得邊緣相對模糊，同樣影響去噪效果。

發明內容

本發明針對上述現有的閾值函數的缺陷，提出了一種指數軟硬擇中閾值函數，對光譜信號進行去噪處理，以減少了降噪后光譜信號的噪聲殘留，提高了光譜信號的信噪比。

為了實現上述目標，本發明包括以下步驟：

步驟1：對輸入的含噪光譜信號進行多層小波變換。采用db4小波對含噪光譜信號進行5層分解，分別得到小波的低頻系數和高頻系數；

步驟2：對步驟1得到的各層高頻小波系數進行收縮處理。在收縮處理中閾值函數采用了本發明所提出的指數軟硬擇中閾值函數，即