基于小波分析的光谱数据处理_马翠红

1、（）：冶金分析，（）：，（）文章编号：基于小波分析的光谱数据处理马翠红，刘立业（）河北联合大学电气工程学院，河北唐山摘要：原子发射光谱作为多元素同步分析技术具有巨大的在线分析潜力。由于光谱数据量大，干扰信息与有效信息并存，不利于对光谱数据进行定性定量分析。小波分析具有分时分频本文介绍了小波变换去噪技术原理，通过对一组精细表达和多尺度多分辨率分析的独特优势，光谱数据的去噪处理，说明利用小波分析法可以有效的消减光谱中的干扰信息。关键词：原子发射光谱；小波分析；光谱数据；去噪中图分类号：文献标识码：）技术作为一种潜在的多原子发射光谱（已经尝试的应用于工业元素同步快速检测技术，。但在实验中光谱数据过程

2、的实时在线控制息，最后经系数调整后即可以得到重构光谱。）其算法是把对信号（的积分变换）（）式（称为小波变换。量巨大，且混入了各种噪声波，产生了杂波的问题。而在光谱分析中，需要提取的只是光谱信号即特征峰的波长与光强强度信息等。的突变部分，因此在保证光谱基本特征不变的前提下，应尽可能的剔除无关紧要的信息以减少光谱数据，进而为存储和后续处理带来方便。目前可用于光谱分析去噪的方法有很多，例、如主成分分析法中值滤波法低通滤波、，法卡尔曼滤波法傅立叶变换法等。但这）（，）（）其中：是由（经）（平移和放缩的结果，其逆变换为：）（）（，）（）（）其中：称为允许条件。）中的连续变量在实际应用中，通常将（）表示为

3、：将和取作整数离散形式，（）（），（相应的小波变换表示为离散小波变换：些方法存在主成分分析计算量太大等问题。此傅立叶变换缺乏对局部信号的解析能力，其他外，方法都滤除了信号的细节有用部分。为此，本文研究基于小波变换对光谱数据进行消噪的处理技术，利用程序对小波消噪方法在光谱数据中消噪后的效果进行对比研究与分析。），）（）（）（，（由以上可知，小波分析方法是将时域信号表示为若干描述了频带的时域分量之和，而傅立叶分析方法表示为若干精确的频率分量之和。小波分析去噪技术小波分析去噪技术的基本原理是：将原信号投影到小波空间，形成原信号对应的小波系数，在分解成各层近似系数和细节系数之后，进行并保存处理后的系数

4、及其位置信阈值量化处理，收稿日期：光谱数据处理光谱信号受光源噪声与检测环境波动的干扰较大，且光谱分析信号存在较大噪声干扰等情况，），）基金项目：河北省自然基金委（国家科技部科技人员服务企业行动项目（，：作者简介：马翠红（女，教授，硕士生导师；）马翠红，刘立业基于小波分析的光谱数据处理（）：冶金分析，从而导致目前该定量分析技术的应用精度与测量稳定性存在着一定的局限性。这些噪声的存在影响着准确确定光谱峰值的位置及谱峰强度等，因此需要进行处理，以便准确的获得实验数据。在工程实践中有效信号往往是低频信号或一而噪声信号则是一些高频信号，对些平稳的信号，高频系数进行小波去噪处理，其过程如图所示 ：数据，其

5、焦距为光谱范围，远红分辨率发射光线经透镜引入光谱仪，外，以光电倍增管作为检测器件，获得光谱数据，如图所示 。图光谱数据在程序如下：中进行小波去噪处理，（：，）；（，）；，（：，）；用），（小波进行层分解（，）；（，）；取各层高频系数图小波去噪流程图（，）；（，）；（：，），）；（，）；，对各高频系数进行消噪（，）；，（，）；，；对层高频系数消噪后重构光谱；（，）；（，）；（：，），（：，），）；（：，），）；程序中使用的小波属于小没有明确的表达式，但转换波系紧支撑正交小波，系数的平方模明确。假设：对于噪声信号的消除可以按以下步骤进行：选择子波及小波分解层数，对信号：进行层多尺度小波分解用以实现

6、信号的小波分解。对高频系数进行阈值量化。求得阈值：以后，有两种在信号上作用阈值的方法：一种是令绝对值小于阈值信号点的值为零，称为硬阈值，这种方法的缺点是在某些点会产生间断；另一种软阈值方法是在硬阈值的基础上将边界出现不连续这样可以有效的避免间断，使得重建点收缩到零，不同的噪声的信号比较光滑。针对不同的信号，强度和分解层次，阈值选取也是不同的，应具体问题具体分析。本实验采用软阈值法，对高频系数进行阈值量化处理，用以消除高频噪声。根据第层的低频系数和从第层：到第层的经过修改的高频系数，计算小波重建。在实验中，采用光谱仪采集光谱（）则有：（），（）：，）（）（）（滤波结果分析图为原光谱数据图，从中可

7、以看出波长在受之间的光谱相对强度波动较大，到较强的干扰作用。图是各层分解系数，从图中可以清楚看到，小波分解的实质是把信号分 解为不同频率下的时域信号。图滤波后光谱图结束语本文详细介绍基于小波分析的光谱数据处理过程，小波变换具有很强的数据去噪相关性，从滤经过去噪后的光谱数据噪声波减少，能波结果看，有利于提高分析够比较真实地重构出光谱数据，结果的可靠性。图原光谱图 参考文献：，：，（）：，李士民原子发射光谱法测定合金结构钢和电工钢中），氮冶金分析（，（）：张毅，赵涛，朱莉火花源原子发射光谱法分析钢中酸溶铝的准确性探讨冶金分析（），（）：，：（），李鸿林，张忠民，羿宗琪中值滤波技术在图像处理图各层分解系数，中的应用信息技术（）（）：，（：，），（）：，从图可以看出经层小波分解后，若去除则重构的波形光滑，但同时也会出全部高频系数，若只去除，现缺少细节的现象；层高频系数则波形细节较明显，但也有可能出现去噪不明显的现象。具体如何