[發(fā)明專利]一種基于改進(jìn)閾值函數(shù)的微流控芯片信號(hào)去噪方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010050886.6
• 申請(qǐng)日: 2020-01-17
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111245389A
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-06-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 童耀南;李金桂;陳松;周峰
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 湖南理工學(xué)院
• 主分類號(hào): H03H7/01
• 分類號(hào): H03H7/01
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

一種基于改進(jìn)閾值函數(shù)的微流控芯片信號(hào)去噪方法，包括以下步驟：(1)選擇小波基，確定分解層數(shù)，對(duì)含噪微流控芯片信號(hào)進(jìn)行離散平穩(wěn)小波變換，得到小波系數(shù)；(2)選取合適的閾值，并采用改進(jìn)閾值函數(shù)對(duì)小波系數(shù)進(jìn)行閾值量化處理；(3)對(duì)閾值量化處理后的小波系數(shù)進(jìn)行離散平穩(wěn)小波逆變換，得到去噪后的微流控芯片信號(hào)。本發(fā)明解決了硬閾值方法因不連續(xù)導(dǎo)致重構(gòu)信號(hào)產(chǎn)生震蕩，軟閾值方法因存在恒定偏差使重構(gòu)信號(hào)產(chǎn)生失真的問(wèn)題。本發(fā)明可以提高微流控芯片信號(hào)去噪效果，去噪后的微流控芯片信號(hào)基線光滑，特征保留完好，滿足微流控芯片信號(hào)定量分析的需求。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及微流控芯片信號(hào)噪聲處理技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種基于改進(jìn)閾值函數(shù)的微流控芯片信號(hào)去噪方法。

背景技術(shù)

微流控芯片技術(shù)是指把生化、醫(yī)學(xué)分析過(guò)程的樣品預(yù)處理、反應(yīng)、分離檢測(cè)等多種基本操作單元集成在具有微米或納米微通道網(wǎng)絡(luò)的芯片上，自動(dòng)完成復(fù)雜的分析過(guò)程。因其具有樣品和試劑消耗量小、分析速度快、分離效率高以及便于微型化等特點(diǎn)，已經(jīng)發(fā)展成生化、醫(yī)學(xué)、流體等多學(xué)科交叉研究領(lǐng)域，在生物醫(yī)學(xué)、食品檢驗(yàn)、環(huán)境監(jiān)測(cè)和刑事偵察等方面有廣泛用途。根據(jù)采集到的微流控芯片信號(hào)分析可知，微流控芯片信號(hào)中有一些峰，一般都是高斯峰，其反映某種特定物質(zhì)的特征譜線，在作物質(zhì)組份分析時(shí)，將所得的譜圖與某些物質(zhì)的特征譜線相對(duì)照，若該譜圖中含某一物質(zhì)的特征譜線，則說(shuō)明該混合物中含有這種成分。從分析檢測(cè)儀上得到的微流控芯片信號(hào)是一種非平穩(wěn)且伴隨嚴(yán)重噪聲干擾的信號(hào)，噪聲信號(hào)的干擾大大降低微流控芯片信號(hào)分析的準(zhǔn)確性，因此去噪是研究微流控芯片信號(hào)極其重要的前提。

傳統(tǒng)去噪是建立在傅里葉變換基礎(chǔ)上的線性濾波方法，這種方法雖然簡(jiǎn)單且易于實(shí)現(xiàn)，但在同時(shí)提高分辨率和信噪比兩個(gè)指標(biāo)上存在矛盾。而小波變換能將時(shí)頻特征同時(shí)局部化，是一種多分辨率的分析方法，被廣泛應(yīng)用于信號(hào)去噪。1995年，Donoho等人在小波變換的基礎(chǔ)上提出了一種小波閾值去噪算法，該法因?yàn)樵贐esov空間上可得到最佳估計(jì)值，能達(dá)到其它線性估計(jì)都不能達(dá)到的估計(jì)結(jié)果，引起了廣大學(xué)者的極大關(guān)注。小波閾值去噪是在小波變換的基礎(chǔ)上對(duì)含噪信號(hào)進(jìn)行分解和重構(gòu)，之所以能有效的去噪達(dá)到好的視覺(jué)效果，主要理論依據(jù)在于：屬于Besov空間的信號(hào)在小波域內(nèi)主要集中在有限的幾個(gè)系數(shù)中，而噪聲能量卻分布在整個(gè)小波域中。因此，經(jīng)小波分解后，有用信號(hào)的系數(shù)要大于噪聲的系數(shù)，于是可以通過(guò)選取合適的閾值限定分解后的小波系數(shù)，認(rèn)為絕對(duì)值比該閾值小的小波系數(shù)主要由噪聲引起，直接置為零，而把絕對(duì)值比該閾值大的系數(shù)認(rèn)為是由信號(hào)引起的，通過(guò)某個(gè)閾值函數(shù)處理將其收縮(軟閾值方法)或者保留(硬閾值方法)得到預(yù)估的小波系數(shù)，最后通過(guò)對(duì)預(yù)估的小波系數(shù)重構(gòu)得到去噪信號(hào)。

小波閾值去噪，去噪效果取決于閾值的選取和閾值函數(shù)的設(shè)計(jì)，常用的閾值去噪方法有硬閾值和軟閾值兩種去噪方法。采用硬閾值方法能更多保留真實(shí)信號(hào)的尖峰等特點(diǎn)，但因其在閾值處不連續(xù)，去噪的效果會(huì)出現(xiàn)震蕩；軟閾值去噪方法克服了硬閾值法在閾值處不連續(xù)的缺點(diǎn)，能在去噪后產(chǎn)生光滑的結(jié)果，但原始小波系數(shù)與閾值量化處理后的小波系數(shù)之間總存在恒定偏差，容易丟失信號(hào)的高頻信息，一定程度上影響了去噪結(jié)果。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是，克服常用微流控芯片信號(hào)去噪方法存在不連續(xù)和恒定偏差的缺陷，提供一種基于改進(jìn)閾值函數(shù)的微流控芯片信號(hào)去噪方法。該方法能抑制震蕩，消除恒定偏差，減少信號(hào)丟失，有效提高微流控芯片信號(hào)的去噪效果。

本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是：

一種基于改進(jìn)軟閾值函數(shù)的微流控芯片信號(hào)去噪方法，包括以下步驟：

(1)選擇小波基，確定分解層數(shù)，對(duì)含噪微流控芯片信號(hào)進(jìn)行離散平穩(wěn)小波變換，得到小波系數(shù)w_jk，具體步驟為：

①定義小波函數(shù)ψ_m,n(t)，對(duì)其進(jìn)行伸縮和平移，得小波序列：

其中，m為尺度因子，n為平移因子，且m＞0，n∈R