光譜作為一種強(qiáng)大的物質(zhì)成分檢測(cè)手段,本質(zhì)是物質(zhì)接觸光時(shí)吸收部分頻率的光,使物質(zhì)中分子或原子發(fā)生了能級(jí)躍遷。作為無(wú)損檢測(cè)技術(shù),光譜已被廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)、化工、醫(yī)藥、食品、文物檢測(cè)等領(lǐng)域,極大促進(jìn)了相關(guān)行業(yè)的發(fā)展,為人類生活增添便利。在獲取物質(zhì)光譜圖過程中,通常存在噪聲干擾和基線漂移的干擾,影響譜峰區(qū)域識(shí)別和高度判定,導(dǎo)致后續(xù)光譜分析物質(zhì)成分的準(zhǔn)確率低,難以實(shí)際應(yīng)用。噪聲干擾主要來(lái)自于模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)的過程中和環(huán)境因素影響,基線漂移主要在儀器運(yùn)行過程中產(chǎn)生。傳統(tǒng)的方法只是單一地去除噪聲或校正基線,需要分步執(zhí)行才能完成光譜預(yù)處理,導(dǎo)致最終處理效果較差。針對(duì)該缺點(diǎn),本文基于光譜信號(hào)的稀疏表示,有針對(duì)性地設(shè)計(jì)出同時(shí)進(jìn)行光譜擬合與基線校正的稀疏模型,其主要內(nèi)容如下:1.在模型中對(duì)光譜信號(hào)表示系數(shù)進(jìn)行稀疏性約束及對(duì)純光譜信號(hào)進(jìn)行非負(fù)約束,以使表達(dá)系數(shù)更加稀疏,進(jìn)而提高信號(hào)的可解釋性。2.在稀疏模型中加入基線平滑性約束條件,以使求解出的基線更加平滑,更符合實(shí)際情況。3.利用可分離替代函數(shù)法進(jìn)行交替迭代求解基線和光譜表示系數(shù),同時(shí)實(shí)現(xiàn)了光譜擬合與基線校正,并隱式地去除了噪聲。4.不滿足于可分離替代函... 

【文章來(lái)源】：安徽大學(xué)安徽省211工程院校

【文章頁(yè)數(shù)】：64 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

光譜波長(zhǎng)區(qū)域及能量躍遷Fig.1.1Spectralwavelengthregionandenergytransition

安徽大學(xué)碩士學(xué)位論文3圖1.2光譜儀示意圖Fig.1.2Thediagramofspectrograph1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀光譜作為一種強(qiáng)大的物質(zhì)成分檢測(cè)手段，本質(zhì)是物質(zhì)接觸光時(shí)吸收部分頻率的光，引發(fā)物質(zhì)中分子轉(zhuǎn)動(dòng)或原子間的相對(duì)振動(dòng)，發(fā)生能級(jí)躍遷，這些信息會(huì)蘊(yùn)含在光譜中，研究人員對(duì)光譜進(jìn)行處理分析，確定所含物質(zhì)的內(nèi)部分子結(jié)構(gòu)和鑒定化合物種類及相對(duì)含量。對(duì)光譜圖處理一般包括信號(hào)去噪、基線校正、譜峰檢測(cè)和譜峰解析四個(gè)方面內(nèi)容。其中信號(hào)去噪、基線校正是針對(duì)所測(cè)原始光譜信號(hào)的處理，屬于光譜圖預(yù)處理內(nèi)容，目的是盡量減少儀器、環(huán)境等對(duì)真實(shí)光譜圖的干擾，使環(huán)境對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響降到最低，希望盡可能恢復(fù)成真實(shí)光譜圖，這有利于科研工作者后續(xù)對(duì)物質(zhì)更精準(zhǔn)的定量定性判斷。因此，實(shí)驗(yàn)者想要分析得到理想結(jié)果非常依賴于效果很好的光譜預(yù)處理方式。光譜信號(hào)的分析中，信號(hào)噪聲和基線漂移常常困擾著科研人員，也一直是一個(gè)不容易處理的問題。下面將簡(jiǎn)單介紹目前國(guó)內(nèi)外光譜預(yù)處理方法研究現(xiàn)狀。1.2.1光譜去噪由于光譜數(shù)據(jù)來(lái)源于光譜儀A/D轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換模擬信號(hào)后的得到的數(shù)字信號(hào)，噪聲干擾不可避免地存在于采樣和轉(zhuǎn)換過程中，其表現(xiàn)為光譜圖平緩區(qū)域出現(xiàn)鋸齒狀波動(dòng)。為了去除所測(cè)光譜信號(hào)中的噪聲，大量科研人員對(duì)此進(jìn)行了分析，提出了相應(yīng)的解決辦法。光譜去噪方法主要分為在時(shí)域和頻域上的處理。在時(shí)域上主要有均值濾波（又稱移動(dòng)平均平滑法）、中值濾波、Savitzky-Golay卷積平滑法[13]等，在頻域上主要有傅里葉變換、小波變換以及相應(yīng)的改進(jìn)算法等。1964年Savitzky-Golay卷積平滑法[13]被提出，

第三章基于稀疏表示的算法模型及求解22圖3.1稀疏表示模型Fig.3.1Sparserepresentationmodel3.1.10范數(shù)表示模型對(duì)于不含噪聲的線性模型b=Ax來(lái)說，稀疏表示優(yōu)化模型為：00(P):minxs.t.Ax=b(3.2)生產(chǎn)生活中，信號(hào)不可避免會(huì)被噪聲污染。相應(yīng)地構(gòu)造含噪線性模型版本為：002(P):minxs.t.Axbε≤ε(3.3)考慮一個(gè)充分稀疏的向量0x，并假設(shè)信號(hào)0b=Ax+e，其中e是噪聲，是一個(gè)干擾向量，能量有限，222e=ε。大體上0(P)ε的目標(biāo)就是找到0x，這和在無(wú)噪數(shù)據(jù)0Ax上進(jìn)行的0(P)處理完全相同。通過交換目標(biāo)函數(shù)與約束條件，也可重新寫為020():min..kxPAxbstx≤k(3.4)其中k為稀疏度。借助于拉格朗日乘子λ，可以將上述形式統(tǒng)一為：20201():minx2QAxbxλ+λ(3.5)式中，λ稱為正則化參數(shù)，用于平衡擬合誤差與稀疏度。最小化求解0范數(shù)稀疏表示模型有兩個(gè)困難點(diǎn)：一個(gè)是0范數(shù)非凸；第二個(gè)是求解

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]紅外光譜在文物保護(hù)中的應(yīng)用介紹[J]. 孫鳳,李依林,馬彥妮,呂佳昕.  文物保護(hù)與考古科學(xué). 2019(06)
[2]基于改進(jìn)迭代多項(xiàng)式擬合的紅外光譜基線校正方法[J]. 寧志強(qiáng),劉家祥,吳越,陶孟琪,方勇華.  激光與光電子學(xué)進(jìn)展. 2020(03)
[3]中值濾波結(jié)合小波變換在光譜去噪中的應(yīng)用[J]. 龔夢(mèng)龍.  科技與創(chuàng)新. 2018(12)
[4]基于匹配追蹤的拉曼光譜信號(hào)重構(gòu)算法[J]. 王昕,何浩,范賢光,湯明.  光譜學(xué)與光譜分析. 2018(01)
[5]基于改進(jìn)雙樹復(fù)小波的光譜去噪算法研究[J]. 張立國(guó),胡永濤,張淑清,李軍鋒,吳迪,姜萬(wàn)錄.  儀器儀表學(xué)報(bào). 2016(09)
[6]拉曼光譜技術(shù)在農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全檢測(cè)中的應(yīng)用[J]. 劉燕德,靳曇曇.  光譜學(xué)與光譜分析. 2015(09)
[7]寬譜段空間外差干涉光譜儀[J]. 馮玉濤,孫劍,李勇,王姝娜,白清蘭.  光學(xué)精密工程. 2015(01)
[8]表面拉曼增強(qiáng)效應(yīng)在生物醫(yī)藥檢測(cè)中的應(yīng)用[J]. 韓冬,胡琴.  西北藥學(xué)雜志. 2015(01)
[9]基于提升小波改進(jìn)閾值的光譜信號(hào)去噪研究[J]. 蔣薇薇,魯昌華,張玉鈞,汪濟(jì)洲,肖明霞.  電子測(cè)量與儀器學(xué)報(bào). 2014(12)
[10]單色儀與成像光譜儀的交互光譜定標(biāo)[J]. 曹海霞,吳娜,馮樹龍,潘明忠,張永超,崔繼承.  光學(xué)精密工程. 2014(10)

博士論文
[1]基于光譜與光譜成像技術(shù)的油菜病害檢測(cè)機(jī)理與方法研究[D]. 張初.浙江大學(xué) 2016
[2]采用雙光柵多色儀的純轉(zhuǎn)動(dòng)拉曼測(cè)溫激光雷達(dá)：光機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、研制和測(cè)量結(jié)果分析[D]. 賈靜宇.武漢大學(xué) 2014
[3]光譜技術(shù)在食品安全檢測(cè)中的應(yīng)用研究[D]. 郭沫然.長(zhǎng)春理工大學(xué) 2014



本文編號(hào)：3616930