[发明专利]基于平稳小波变换的微型光谱仪信号去噪方法

说明书

技术领域

本发明属于信号处理及仪表仪器领域，特别涉及微型光谱仪光谱信号处理领域，具体是指一种基于平稳小波变换的光谱信号阈值处理方法。

背景技术

随着微电子技术和微加工技术的发展，微型光谱仪的应用越来越广泛，包括航空、农业、食品、医学、化学等领域。然而，实际测得光谱信号常常伴随噪声的干扰，光谱信号的噪声中包含CCD本身的随机噪声、像素感光度不均匀带来的噪声、A/D转换带来的量化噪声，噪声类型为白噪声。因此，必须对实测光谱信号进行消噪处理，以使噪声对有用光谱信号的影响降低到最小。

均值滤波是最简单的信号处理方法，算法实现简单，但只适用于静态或低动态情况，且容易造成光谱信号失真。傅里叶变换是信号处理领域常用的处理方法，但其不能将信号时域特征和频域特征有机结合起来，通过傅里叶变换虽然能了解到有多少频率成分存在于信号中，但不能知道这些频率成分是什么时候出现，因此和傅里叶变换相关的噪声处理方式得到的效果总是不尽人意。

小波变换是近年来新兴的一种信号处理方法，其提供了信号的时-频复合表示，明显解决了傅里叶变换的弊端，具有良好的低熵性、多分辨率、去相关性和选基灵活性的特点，并且能更准确的得到信号上特定点的奇异性信息。信号和噪声在小波变换下表现出截然不同的性质，所以小波变换能在小波域很好地实现信噪分离，更成功的用于信号处理、图像处理领域。

因传统小波不具有平移不变性，致使阈值量化的去噪方法具有一定的局限性，在非连续点区域容易产生Gibbs震荡现象，造成光谱信号失真，破坏光谱信号几何特征。平稳小波变换是一种非正交小波变换，利用一维离散平稳小波变换对光谱信号去噪既可以利用小波变换的优点，又可以克服正交小波变换的缺点，保持光谱信号几何特征，且对于静态、动态信号均适用。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，克服现有技术中的不足，提供一种基于平稳小波变换的微型光谱仪信号去噪方法，解决微型光谱仪光谱信号含有噪声的问题。该方法通过选取软阈值函数，Heuristic SURE（多分辨率启发式算法）阈值选取规则确定光谱信号去噪的自适应阈值。去噪后光谱信号仍保持原始信号的几何特征，不产生Gibbs震荡现象，提高了微型光谱仪光谱信号输出精度。

为解决技术问题，本发明的解决方案是：

提供一种基于平稳小波变换的微型光谱仪光谱信号去噪方法，包括以下步骤：

（1）对微型光谱仪产生的光谱信号进行平稳小波分解处理，获得光谱信号的平稳小波的细节系数d_j[n]和近似系数a_j[n]；

（2）采用软阈值函数及多分辨率启发式阈值选取规则的方法，对步骤（1）所得的细节系数进行变换处理以去除噪声，并保存为新的平稳小波细节系数；

（3）利用新的细节系数和步骤（1）所得的近似系数进行平稳小波逆变换处理，获得去噪后的微型光谱仪光谱信号。

本发明中，所述步骤（1）包括以下步骤：

（a）选用symlet5小波基作为平稳小波变换的小波基；

（b）采用a′trous算法对光谱信号进行5层平稳小波分解，获得平稳小波的近似系数a_j[n]和细节系数d_j[n]。

本发明中，所述步骤（2）包括以下步骤：

（a）选取软阈值函数作为阈值处理函数，软阈值函数定义如下：