基于小波分析的光譜數(shù)據(jù)處理_馬翠紅

1、（）：冶金分析，（）：，（）文章編號：基于小波分析的光譜數(shù)據(jù)處理馬翠紅，劉立業(yè)（）河北聯(lián)合大學(xué)電氣工程學(xué)院，河北唐山摘要：原子發(fā)射光譜作為多元素同步分析技術(shù)具有巨大的在線分析潛力。由于光譜數(shù)據(jù)量大，干擾信息與有效信息并存，不利于對光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行定性定量分析。小波分析具有分時分頻本文介紹了小波變換去噪技術(shù)原理，通過對一組精細(xì)表達(dá)和多尺度多分辨率分析的獨(dú)特優(yōu)勢，光譜數(shù)據(jù)的去噪處理，說明利用小波分析法可以有效的消減光譜中的干擾信息。關(guān)鍵詞：原子發(fā)射光譜；小波分析；光譜數(shù)據(jù)；去噪中圖分類號：文獻(xiàn)標(biāo)識碼：）技術(shù)作為一種潛在的多原子發(fā)射光譜（已經(jīng)嘗試的應(yīng)用于工業(yè)元素同步快速檢測技術(shù)，。但在實驗中光譜數(shù)據(jù)過程

2、的實時在線控制息，最后經(jīng)系數(shù)調(diào)整后即可以得到重構(gòu)光譜。）其算法是把對信號（的積分變換）（）式（稱為小波變換。量巨大，且混入了各種噪聲波，產(chǎn)生了雜波的問題。而在光譜分析中，需要提取的只是光譜信號即特征峰的波長與光強(qiáng)強(qiáng)度信息等。的突變部分，因此在保證光譜基本特征不變的前提下，應(yīng)盡可能的剔除無關(guān)緊要的信息以減少光譜數(shù)據(jù)，進(jìn)而為存儲和后續(xù)處理帶來方便。目前可用于光譜分析去噪的方法有很多，例、如主成分分析法中值濾波法低通濾波、，法卡爾曼濾波法傅立葉變換法等。但這）（，）（）其中：是由（經(jīng)）（平移和放縮的結(jié)果，其逆變換為：）（）（，）（）（）其中：稱為允許條件。）中的連續(xù)變量在實際應(yīng)用中，通常將（）表示為

3、：將和取作整數(shù)離散形式，（）（），（相應(yīng)的小波變換表示為離散小波變換：些方法存在主成分分析計算量太大等問題。此傅立葉變換缺乏對局部信號的解析能力，其他外，方法都濾除了信號的細(xì)節(jié)有用部分。為此，本文研究基于小波變換對光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行消噪的處理技術(shù)，利用程序?qū)π〔ㄏ敕椒ㄔ诠庾V數(shù)據(jù)中消噪后的效果進(jìn)行對比研究與分析。），）（）（）（，（由以上可知，小波分析方法是將時域信號表示為若干描述了頻帶的時域分量之和，而傅立葉分析方法表示為若干精確的頻率分量之和。小波分析去噪技術(shù)小波分析去噪技術(shù)的基本原理是：將原信號投影到小波空間，形成原信號對應(yīng)的小波系數(shù)，在分解成各層近似系數(shù)和細(xì)節(jié)系數(shù)之后，進(jìn)行并保存處理后的系數(shù)

4、及其位置信閾值量化處理，收稿日期：光譜數(shù)據(jù)處理光譜信號受光源噪聲與檢測環(huán)境波動的干擾較大，且光譜分析信號存在較大噪聲干擾等情況，），）基金項目：河北省自然基金委（國家科技部科技人員服務(wù)企業(yè)行動項目（，：作者簡介：馬翠紅（女，教授，碩士生導(dǎo)師；）馬翠紅，劉立業(yè)基于小波分析的光譜數(shù)據(jù)處理（）：冶金分析，從而導(dǎo)致目前該定量分析技術(shù)的應(yīng)用精度與測量穩(wěn)定性存在著一定的局限性。這些噪聲的存在影響著準(zhǔn)確確定光譜峰值的位置及譜峰強(qiáng)度等，因此需要進(jìn)行處理，以便準(zhǔn)確的獲得實驗數(shù)據(jù)。在工程實踐中有效信號往往是低頻信號或一而噪聲信號則是一些高頻信號，對些平穩(wěn)的信號，高頻系數(shù)進(jìn)行小波去噪處理，其過程如圖所示 ：數(shù)據(jù)，其

5、焦距為光譜范圍，遠(yuǎn)紅分辨率發(fā)射光線經(jīng)透鏡引入光譜儀，外，以光電倍增管作為檢測器件，獲得光譜數(shù)據(jù)，如圖所示 。圖光譜數(shù)據(jù)在程序如下：中進(jìn)行小波去噪處理，（：，）；（，）；，（：，）；用），（小波進(jìn)行層分解（，）；（，）；取各層高頻系數(shù)圖小波去噪流程圖（，）；（，）；（：，），）；（，）；，對各高頻系數(shù)進(jìn)行消噪（，）；，（，）；，；對層高頻系數(shù)消噪后重構(gòu)光譜；（，）；（，）；（：，），（：，），）；（：，），）；程序中使用的小波屬于小沒有明確的表達(dá)式，但轉(zhuǎn)換波系緊支撐正交小波，系數(shù)的平方模明確。假設(shè)：對于噪聲信號的消除可以按以下步驟進(jìn)行：選擇子波及小波分解層數(shù)，對信號：進(jìn)行層多尺度小波分解用以實現(xiàn)

6、信號的小波分解。對高頻系數(shù)進(jìn)行閾值量化。求得閾值：以后，有兩種在信號上作用閾值的方法：一種是令絕對值小于閾值信號點(diǎn)的值為零，稱為硬閾值，這種方法的缺點(diǎn)是在某些點(diǎn)會產(chǎn)生間斷；另一種軟閾值方法是在硬閾值的基礎(chǔ)上將邊界出現(xiàn)不連續(xù)這樣可以有效的避免間斷，使得重建點(diǎn)收縮到零，不同的噪聲的信號比較光滑。針對不同的信號，強(qiáng)度和分解層次，閾值選取也是不同的，應(yīng)具體問題具體分析。本實驗采用軟閾值法，對高頻系數(shù)進(jìn)行閾值量化處理，用以消除高頻噪聲。根據(jù)第層的低頻系數(shù)和從第層：到第層的經(jīng)過修改的高頻系數(shù)，計算小波重建。在實驗中，采用光譜儀采集光譜（）則有：（），（）：，）（）（）（濾波結(jié)果分析圖為原光譜數(shù)據(jù)圖，從中可

7、以看出波長在受之間的光譜相對強(qiáng)度波動較大，到較強(qiáng)的干擾作用。圖是各層分解系數(shù)，從圖中可以清楚看到，小波分解的實質(zhì)是把信號分 解為不同頻率下的時域信號。圖濾波后光譜圖結(jié)束語本文詳細(xì)介紹基于小波分析的光譜數(shù)據(jù)處理過程，小波變換具有很強(qiáng)的數(shù)據(jù)去噪相關(guān)性，從濾經(jīng)過去噪后的光譜數(shù)據(jù)噪聲波減少，能波結(jié)果看，有利于提高分析夠比較真實地重構(gòu)出光譜數(shù)據(jù)，結(jié)果的可靠性。圖原光譜圖 參考文獻(xiàn)：，：，（）：，李士民原子發(fā)射光譜法測定合金結(jié)構(gòu)鋼和電工鋼中），氮冶金分析（，（）：張毅，趙濤，朱莉火花源原子發(fā)射光譜法分析鋼中酸溶鋁的準(zhǔn)確性探討冶金分析（），（）：，：（），李鴻林，張忠民，羿宗琪中值濾波技術(shù)在圖像處理圖各層分解系數(shù)，中的應(yīng)用信息技術(shù)（）（）：，（：，），（）：，從圖可以看出經(jīng)層小波分解后，若去除則重構(gòu)的波形光滑，但同時也會出全部高頻系數(shù)，若只去除，現(xiàn)缺少細(xì)節(jié)的現(xiàn)象；層高頻系數(shù)則波形細(xì)節(jié)較明顯，但也有可能出現(xiàn)去噪不明顯的現(xiàn)象。具體如何