一种光谱仪器的降噪方法技术

本发明专利技术提供一种光谱仪器的降噪方法，包括以下步骤：步骤1，选用若干不同宽度的光谱；步骤2，调整滤波参数，计算VFR值；步骤3，找出VFR的最优值；步骤4，使用得到的VFR的最优值相对应的滤波参数对仪器进行调整，即可实现对光谱仪器的最优降噪。本发明专利技术提供了一种优化滤波器参数的方法和基准，解决了目前降噪效果评价的难题，为光谱仪器的开发和使用提供了基础支持，对仪器用户而言，避免盲目设置和经验估计带来的疑虑；采用本发明专利技术可以有效提高仪器性能和易用性。

A noise reduction method of spectral instrument

【技术实现步骤摘要】
一种光谱仪器的降噪方法
本专利技术涉及光谱仪器领域，尤其涉及一种光谱仪器的降噪方法。
技术介绍
对于分析仪器的研发与制造，高信噪比是永远的目标之一。在现代仪器制造和使用中，由于算法与数据处理是提升仪器信噪比的有效途径，且不增加仪器成本，因此变得越来越重要。尤其是近年来阵列式光谱仪在光谱仪产品中的占比越来越大，这类仪器的特点是价格和成本相对于傅里叶型显著降低。但是，这类仪器对于降噪处理的结果一直缺乏一个有效合理的评价的指标，多数是基于经验和感官判断。降噪结果本身是矛盾的，更好平滑度的视觉感官也更好，但是也意味着失真增大，一个好看而不真实的结果，显然是一个严重的误区。对于阵列式光谱仪，需要一个降噪衡量指标，以及新衡量指标下的方法实现。滤波器，或者称为平滑算法，是一类非常重要的降噪手段，通常在各类光谱仪器操作界面上，都提供为可选项，以改善测量效果。需要强调的是，没有一种滤波器是普适或万能的。由于信号的频率、强度和噪声类型不同，需要设计或者调整滤波器的参数，才能满足降噪和保真的双重要求。以目前普遍认可且效果良好的Savitzky-Golay滤波器(或称为多项式最小二乘滤波)为例，滤波器需要设置多项式阶数和拟合数据窗宽两个参数；对于不同取样步长和光谱特性，需要针对性地对两个参数加以调整，才能满足降噪效果和保持真实性两方面的要求。目前各类仪器的滤波降噪选项，只是提供了参数调整，缺乏降噪效果评价和参数优化辅助功能，依靠用户的经验或直觉来调整，随意性大，难以实现优化的结果输出。
技术实现思路
r>为了解决上述问题，本专利技术提供一种光谱仪器的降噪方法，该提出通过“残差均方差-峰度比”，来评价滤波效果，实现滤波参数优化设置，输出准确且确定的测量结果。对于完善仪器功能，提高测量性能，具有重要的现实意义。本专利技术的一种光谱仪器的降噪方法是这样实现的：一种光谱仪器的降噪方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，选用若干不同宽度的光谱；步骤2，调整滤波参数，计算VFR值；步骤3，找出VFR的最优值；步骤4，使用得到的VFR的最优值相对应的滤波参数对仪器进行调整，即可实现对光谱仪器的最优降噪。优选的，所述滤波参数包括多项式阶和框架宽。优选的，所述VFR值是指残差值均方差-峰度比，所述残差值均方差-峰度比VFR值是通过以下步骤得到的：步骤1)，选定滤波算法，对原始测量信号xb，进行平滑降噪得到输出信号xa；步骤2)，求取xb与xa的残差值x步骤3)，计算残差值x的均方差-峰度比VFR；步骤4)，调整滤波参数，计算不同参数对应的VFR。优选的，所述滤波算法包括单参数滤波和双参数滤波。优选的，所述单参数滤波包括移动平均滤波，所述双参数滤波包括Savitzky-Golay滤波器。优选的，所述残差值x按照以下公式进行计算：x＝xb-xa。优选的，所述均方差-峰度比VFR按照以下公式进行计算：式中σ为均方差，g为峰度比。本专利技术提供了一种光谱仪器的降噪方法，也是一种优化滤波器参数的方法和基准，解决了目前降噪效果评价的难题，为光谱仪器的开发和使用提供了基础支持，对仪器用户而言，避免盲目设置和经验估计带来的疑虑。采用本专利技术可以有效提高仪器性能和易用性。附图说明附图用来提供对本专利技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本专利技术的实施例一起用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的限制。图1是本专利技术的一种实施例的一种光谱仪器的降噪方法的流程框图；图2是本专利技术一种实施例得到VFR值的流程框图；图3是本专利技术实施例1未添加噪声的光谱；图4是本专利技术实施例1添加噪声后的光谱；图5是本专利技术实施例1不同移动窗宽下的VFR值与输出值和真值偏离结果(移动平均滤波)；图6是本专利技术实施例1按最优条件平滑后的效果(移动平均滤波)；图7是本专利技术实施例2不同多项式阶和框架宽下的VFR值(S-G滤波，模拟样本)；图8是本专利技术实施例2输出值和真值偏离结果(S-G滤波，模拟样本)；图9是本专利技术实施例3不同多项式阶和框架宽下的VFR值(S-G滤波，布洛芬样本)；图10是本专利技术实施例3按本专利技术法最优条件平滑后的效果(S-G滤波，布洛芬样本)；图11是本专利技术实施例3中690cm-1-780cm-1的基线局部效果(S-G滤波，布洛芬样本)；图12是本专利技术实施例3降噪与降噪前和S-G降噪的效果对比图。具体实施方式以下由特定的具体实施例说明本专利技术的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本专利技术的其他优点及功效。本专利技术中未详细说明的结构或工作原理属于现有技术和本领域的公知常识，本
的技术人员应当知晓。实施例1一种光谱仪器的降噪方法，包括以下步骤：步骤1，选用若干不同宽度的高斯峰构成序列；步骤2，给所述序列添加一定强度的高斯白噪声，模拟不同宽度的光谱；步骤3，调整滤波参数，计算VFR值；步骤4，找出VFR的最优值；步骤5，使用得到的VFR的最优值相对应的滤波参数对仪器进行调整，即可实现对光谱仪器的最优降噪。所述VFR值是指残差值的均方差-峰度比，所述残差值均方差-峰度比VFR值是通过以下步骤得到的：步骤1)，选定滤波算法，对原始测量信号xb，进行平滑降噪得到输出信号xa；步骤2)，求取xb与xa的残差值x；步骤3)，计算残差值x的均方差-峰度比VFR；步骤4)，调整滤波参数，计算不同参数对应的VFR。所述滤波算法为单参数滤波，所述单参数滤波为移动平均滤波，所述双参数滤波包括Savitzky-Golay滤波器。所述滤波参数为框架宽。所述残差值x按照以下公式进行计算：x＝xb-xa。所述均方差-峰度比VFR按照以下公式进行计算：式中σ为均方差，g为峰度比；其中均方差采用以下公式计算：峰度采用以下公式计算：上述式中：信号序列包含n个数据单值，残差序列x是滤波前信号xb与滤波后信号xa的差值，按照方差和峰度公式分别计算方差σ2和g。均方差-峰度比(VFR)是校正后的方差值，即峰度值减3的绝对值，反映了残差偏离高斯分布的程度，加1后作为方差的校正系数，偏离高斯分布的程度越大，降噪后方差增大的意义响应缩小。用三个不同宽度的高斯峰构成序列，并添加5％强度的高斯白噪声，模拟不同宽度的光谱，图3是未添加噪声的光谱，图4是添加噪声后的光谱。用最常用的“移动平均滤波”方法，按最大VFR值找出最佳滤波参数。其中“移动平均滤波”是指单参数滤波，变化参数为移动平均窗口的宽度。图5是不同移动窗宽下的VFR值(⊙)，与输出值与真值偏离(滤波结果与真实值之差的均方差值)的对比。由图4可看出，VFR最大值出现在移动窗宽19和20本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光谱仪器的降噪方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤1，选用若干不同宽度的光谱；/n步骤2，调整滤波参数，计算VFR值；/n步骤3，找出VFR的最优值；/n步骤4，使用得到的VFR的最优值相对应的滤波参数对仪器进行调整，即可实现对光谱仪器的最优降噪。/n

【技术特征摘要】
1.一种光谱仪器的降噪方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，选用若干不同宽度的光谱；
步骤2，调整滤波参数，计算VFR值；
步骤3，找出VFR的最优值；
步骤4，使用得到的VFR的最优值相对应的滤波参数对仪器进行调整，即可实现对光谱仪器的最优降噪。


2.一种光谱仪器的降噪方法，其特征在于，步骤1所述的不同宽度的光谱包括模拟不同宽度的光谱，所述不同宽度的光谱是通过不同宽度的高斯峰构成序列，再给所述序列添加一定强度的高斯白噪声实现的。


3.如权利要求1所述的一种光谱仪器降噪方法，其特征在于，所述滤波参数包括多项式阶和框架宽。


4.如权利要求1所述的一种光谱仪器的降噪方法，其特征在于，所述VFR值是指残差值均方差-峰度比，所述残差值均方差-峰度比VFR值是通过以下步骤得到的：
步骤1)，选定滤波算法，对原始测量信号xb，进行平滑降噪得...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚志湘，粟晖，洪刚，尧伟峰，
申请(专利权)人：苏州沓来软件科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32