[發明專利]一種基于影響力值的近紅外光譜降噪方法

有效

• 申請號: 202110466490.4
• 申請日: 2021-04-28
• 公開（公告）號: CN113189041B
• 公開（公告）日: 2022-09-13
• 發明（設計）人: 趙順毅;薛為;姚建國;俞水明;沈俊
• 申請（專利權）人: 江南大學
• 主分類號: G01N21/359
• 分類號: G01N21/359
• 代理公司: 蘇州市中南偉業知識產權代理事務所(普通合伙) 32257
• 代理人: 楊慧林

本發明涉及一種基于影響力值的近紅外光譜降噪方法。本發明包括利用近紅外光譜儀采集待測物表面的近紅外光譜；對所述近紅外光譜進行主成分分析降維處理；根據降維處理后的近紅外光譜，建立狀態空間模型；根據所述狀態空間模型利用Kalman濾波器進行處理；根據所述狀態空間模型進行擴展得到擴展模型，根據擴展模型利用無偏濾波器濾波處理，得到無偏濾波估計值與無偏濾波增益；建立損失函數，得到影響力融合濾波器估計值；根據影響力融合濾波器估計值獲得降噪后的近紅外光譜。本發明通過基于影響力函數的融合濾波器對近紅外光譜進行濾波，以達到對近紅外光譜的預處理目的，使的預處理過的近紅外光譜可以滿足監測、診斷、控制等需求。

技術領域

本發明涉及近紅外光譜無損檢測技術領域，尤其是指一種基于影響力值的近紅外光譜降噪方法。

背景技術

近紅外光譜儀(Near Infrared Spectrum Instrument，NIRS)是介于可見光(Vis)和中紅外(MIR)之間的電磁輻射波，美國材料檢測協會(ASTM)將近紅外光譜區定義為780-2526nm的區域，是人們在吸收光譜中發現的第一個非可見光區。近紅外光譜區與有機分子中含氫基團(O-H、N-H、C-H)振動的合頻和各級倍頻的吸收區一致，通過掃描樣品的近紅外光譜，可以得到樣品中有機分子含氫基團的特征信息，而且利用近紅外光譜技術分析樣品具有方便、快速、高效、準確和成本較低，不破壞樣品，不消耗化學試劑，不污染環境等優點，因此該技術受到越來越多人的青睞。因此近紅外光譜是反應分子級變化的監測手段。

利用近紅外光譜技術分析具有方便、快速、高效、準確和成本較低，不破壞樣品，不消耗化學試劑，不污染環境等優點，因此該技術受到越來越多人的青睞，可以將近紅外光譜作為一種分子級的傳感器用于工業現場。但是在充滿不確定性的工業環境中，尤其是在分子量級的領域，傳感器測量數據一定存在噪聲。因為近紅外光譜是分子級的量測手段，所以分子級及以上的干擾就會對近紅外光譜造成很大影響。初始的近紅外光譜由于含有大量無效信息，并不能直接進行使用。為了解決這一問題，必須對近紅外光譜進行預處理，才能用于隨后檢測、診斷、控制。一項重要的預處理方式就是濾波?，F有的濾波器分為兩種，有限脈沖響應濾波和無限脈沖響應濾波。這兩種方式由于其本質的不同，所以各有利弊，各有其適合的場合和條件。甚至在同一系統中，由于環境的變化，系統當前狀態的不同，參數設置的不同，兩種濾波器都會表現出不同的濾波效果。然而在工業現場，尤其是基于近紅外光譜的分子量級的工業現場，大多數情況下都無法及時準確的判斷出哪一種濾波器具有更好的濾波效果。因此便產生了融合濾波器，一種繼承了兩種濾波器的優點的融合濾波器。

現有的關于融合濾波器的方法在融合過程中都需要噪聲的統計特性，但在大多數情況下，系統噪聲統計特性都是時變未知的，即使通過選擇適當的噪聲協方差來擬合，仍然有一些異常情況的重要信息會丟失，況且往往選擇合適的噪聲協方差本身就是一個很難的任務。對于近紅外光譜的分子量級更是如此。因此，如何不需要噪聲統計特性進行兩種濾波器的融合從而用這種融合濾波器更好的對近紅外光譜進行濾波便成為了近紅外光譜是否能滿足診斷、檢測、控制的重要影響因素。

發明內容

為此，本發明所要解決的技術問題在于克服現有技術中在對樣品采集到的紅外光譜進行濾波時重要信息易丟失的問題，目的是降低近紅外光譜中的干擾，估計出當近紅外光譜不含干擾時的信息。

為解決上述技術問題，本發明提供了一種基于影響力值的近紅外光譜降噪方法，包括利用近紅外光譜儀采集待測物表面的近紅外光譜；對所述近紅外光譜進行主成分分析降維處理；根據降維處理后的近紅外光譜，建立狀態空間模型；根據所述狀態空間模型利用Kalman濾波器進行處理，得到Kalman估計值與Kalman增益；根據所述狀態空間模型進行擴展得到擴展模型，根據擴展模型利用無偏濾波器濾波處理，得到無偏濾波估計值與無偏濾波增益；根據所述Kalman估計值、Kalman增益、無偏濾波估計值與無偏濾波增益建立損失函數，根據損失函數計算影響力值，基于Kalman濾波器、無偏濾波器進行不同時刻的影響力值累計，得到影響力融合濾波器估計值；根據影響力融合濾波器估計值獲得降噪后的近紅外光譜。