光譜作為一種強大的物質(zhì)成分檢測手段,本質(zhì)是物質(zhì)接觸光時吸收部分頻率的光,使物質(zhì)中分子或原子發(fā)生了能級躍遷。作為無損檢測技術(shù),光譜已被廣泛應用于農(nóng)業(yè)、化工、醫(yī)藥、食品、文物檢測等領(lǐng)域,極大促進了相關(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)域識別和高度判定,導致后續(xù)光譜分析物質(zhì)成分的準確率低,難以實際應用。噪聲干擾主要來自于模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號的過程中和環(huán)境因素影響,基線漂移主要在儀器運行過程中產(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)行才能完成光譜預處理,導致最終處理效果較差。針對該缺點,本文基于光譜信號的稀疏表示,有針對性地設(shè)計出同時進行光譜擬合與基線校正的稀疏模型,其主要內(nèi)容如下:1.在模型中對光譜信號表示系數(shù)進行稀疏性約束及對純光譜信號進行非負約束,以使表達系數(shù)更加稀疏,進而提高信號的可解釋性。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,更符合實際情況。3.利用可分離替代函數(shù)法進行交替迭代求解基線和光譜表示系數(shù),同時實現(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... 

【文章來源】：安徽大學安徽省211工程院校

【文章頁數(shù)】：64 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

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

安徽大學碩士學位論文3圖1.2光譜儀示意圖Fig.1.2Thediagramofspectrograph1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀光譜作為一種強大的物質(zhì)成分檢測手段，本質(zhì)是物質(zhì)接觸光時吸收部分頻率的光，引發(fā)物質(zhì)中分子轉(zhuǎn)動或原子間的相對振動，發(fā)生能級躍遷，這些信息會蘊含在光譜中，研究人員對光譜進行處理分析，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含量。對光譜圖處理一般包括信號去噪、基線校正、譜峰檢測和譜峰解析四個方面內(nèi)容。其中信號去噪、基線校正是針對所測原始光譜信號的處理，屬于光譜圖預處理內(nèi)容，目的是盡量減少儀器、環(huán)境等對真實光譜圖的干擾，使環(huán)境對測量結(jié)果的影響降到最低，希望盡可能恢復成真實光譜圖，這有利于科研工作者后續(xù)對物質(zhì)更精準的定量定性判斷。因此，實驗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處理方式。光譜信號的分析中，信號噪聲和基線漂移常常困擾著科研人員，也一直是一個不容易處理的問題。下面將簡單介紹目前國內(nèi)外光譜預處理方法研究現(xiàn)狀。1.2.1光譜去噪由于光譜數(shù)據(jù)來源于光譜儀A/D轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換模擬信號后的得到的數(shù)字信號，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。為了去除所測光譜信號中的噪聲，大量科研人員對此進行了分析，提出了相應的解決辦法。光譜去噪方法主要分為在時域和頻域上的處理。在時域上主要有均值濾波（又稱移動平均平滑法）、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、小波變換以及相應的改進算法等。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)表示模型對于不含噪聲的線性模型b=Ax來說，稀疏表示優(yōu)化模型為：00(P):minxs.t.Ax=b(3.2)生產(chǎn)生活中，信號不可避免會被噪聲污染。相應地構(gòu)造含噪線性模型版本為：002(P):minxs.t.Axbε≤ε(3.3)考慮一個充分稀疏的向量0x，并假設(shè)信號0b=Ax+e，其中e是噪聲，是一個干擾向量，能量有限，222e=ε。大體上0(P)ε的目標就是找到0x，這和在無噪數(shù)據(jù)0Ax上進行的0(P)處理完全相同。通過交換目標函數(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困難點：一個是0范數(shù)非凸；第二個是求解

【參考文獻】：
期刊論文
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博士論文
[1]基于光譜與光譜成像技術(shù)的油菜病害檢測機理與方法研究[D]. 張初.浙江大學 2016
[2]采用雙光柵多色儀的純轉(zhuǎn)動拉曼測溫激光雷達：光機系統(tǒng)設(shè)計、研制和測量結(jié)果分析[D]. 賈靜宇.武漢大學 2014
[3]光譜技術(shù)在食品安全檢測中的應用研究[D]. 郭沫然.長春理工大學 2014



本文編號：3616930