[發明專利]一種提升小波與SG濾波結合的近紅外光譜去噪方法

在審

• 申請號: 202110783857.5
• 申請日: 2021-07-12
• 公開（公告）號: CN113538361A
• 公開（公告）日: 2021-10-22
• 發明（設計）人: 顧雯雯;尹欣慧
• 申請（專利權）人: 西南大學
• 主分類號: G06T7/00
• 分類號: G06T7/00;G06T5/00
• 代理公司: 北京同恒源知識產權代理有限公司 11275
• 代理人: 楊柳岸

1.一種提升小波與SG濾波結合的近紅外光譜去噪方法，其特征在于：該方法包括以下步驟：

步驟1：選取合適的小波基函數，獲取該小波基函數的提升方案；

步驟2：對含噪近紅外光譜信號進行提升小波分解得到多層小波系數；

步驟3：對多層提升小波系數中高頻系數進行硬閾值去噪得到去噪后多層小波系數；

步驟4：將去噪后的小波系數進行提升小波逆變換重構得到去噪后的近紅外光譜信號；

步驟5：將重構的近紅外光譜信號用Savitzky-Golay濾波進行去噪。

2.根據權利要求1所述的一種提升小波與SG濾波結合的近紅外光譜去噪方法，其特征在于：所述步驟1中，選取的小波基函數為sym3，使用函數liftwave獲取該小波基的提升方案，用小波提升方案lifting scheme提升小波。

3.根據權利要求2所述的一種提升小波與SG濾波結合的近紅外光譜去噪方法，其特征在于：所述步驟2中，對含噪近紅外光譜信號進行提升小波分解，分解層數選4層，將近紅外光譜信號分解為4層小波系數，提升小波分解過程分為分裂、預測、和更新三個環節，通過預測和更新兩個環節實現信號的高低頻分離；其中分裂環節將近紅外信號s_i分為兩個互不相交子集s_i-1和d_i-1，按奇偶性分為2組，即

s_i-1＝s[2n]；d_i-1＝s[2n-1]

預測環節中，用偶信號s_i-1的預測值P(s_i-1)去預測或者內插奇信號d_i-1，也就是使用濾波器P對偶信號進行處理得到了奇信號的預測值，即

d_i-1＝d_i-1-P(s_i-1)

d_i-1比之前包含更少的信息；經過n次重復進行分裂和預測的過程，原信號用{s_n，d_n，s_n-1，d_n-1，.....，s₁，d₁}表示；

更新環節是使子集s_i-1中保持原信號集的某些全局特性，利用已經得到的小波子集d_i-1對s_i-1進行更新，從而使得s_i-1保持原信號集的某一標量特性Q(x)；構造一個更新算子U去更新s_i-1，即

s_i-1＝s_i-1+U(d_i-1)。

4.根據權利要求3所述的一種提升小波與SG濾波結合的近紅外光譜去噪方法，其特征在于：所述步驟3中，對多層小波系數高頻系數進行硬閾值去噪為：

對每一層小波系數高頻系數進行硬閾值去噪，硬閾值的計算公式為：

其中，θ為每層的小波去噪閾值，ω為含噪近紅外光譜信號的高頻系數，D_λ為去噪后的高頻系數，θ的計算公式為

其中i為硬閾值去噪時的層數，/第i層高頻系數長度，sigma_i為其公式為

sigma_i＝|ν|/0.6745

其中，v為i層高頻系數從小到大排列后，高頻系數長度為奇取中間系數的值，長度為偶取中間兩系數的平均值。

5.根據權利要求4所述的一種提升小波與SG濾波結合的近紅外光譜去噪方法，其特征在于：所述步驟4中，對去噪的提升小波系數進行提升小波逆變換與步驟2中提升小波分解近紅外光譜信號三個環節相反。

6.根據權利要求5所述的一種提升小波與SG濾波結合的近紅外光譜去噪方法，其特征在于：所述步驟5中，Savitzky-Golay濾波的計算方法為

其中，平滑窗口寬度為2m+1，A為歸一化常數，x′_i為近紅外光譜數據x_i平滑后的數據，w_j為相應的權重系數，在窗口寬度確定后，w_j就確定了；，使用Savitzky-Golay濾波選取得擬合階次和窗口寬度分別為2和45。