基于小波包分析的心磁信号消噪

心磁图(Magnetocardiography)是一种无创性记录和分析心脏电磁场的方法.由于心磁场强度极其弱小,必须使用超导量子干涉仪(SQUID)才能检测,其中心磁信号消噪处理十分重要.本文对心磁测量中的消噪进行了研究,在小波分析的基础上,提出使用小波包分析方法消噪,通过实验发现小波包分析消噪能获得很好的效果.     

互补型自适应滤波器在心磁信号处理中的应用

将心磁信号从干扰噪声中加以提取并有效地消除噪声干扰是心磁信号处理中尤为重要的环节 .从改进算法的角度出发，提出互补型自适应滤波器结构以实现心磁信号的消噪处理.该滤波器针对心磁这类非平稳信号进行设计，有效地解决了常规自适应滤波器应用于心磁信号处理时收敛速度和稳态误差的矛盾.通过仿真实验和心磁实验结果表明，该算法能有效地消除心磁信号的背景噪声和工频干扰噪声.同时该算法也可用于其他非平稳信号的消噪处理. 关键词： 自适应滤波 心磁图 最小均方误差     

基于小波变换技术的荧光光纤温度传感器研究

提出了一种荧光光纤温度测量系统.采用双光路双通道测量方式以及化学镀膜和热处理工艺相结合的微小荧光探头制作技术,在研究微弱信号的检测和处理技术的基础上,选用小波变换技术对荧光信号进行消噪处理.系统的温度实验、标定实验和重复性实验.结果表明该系统具有较高的准确度和温度分辨能力.     

基于小波变换技术的荧光光纤温度传感器研究

提出了一种荧光光纤温度测量系统.采用双光路双通道测量方式以及化学镀膜和热处理工艺相结合的微小荧光探头制作技术,在研究微弱信号的检测和处理技术的基础上,选用小波变换技术对荧光信号进行消噪处理.系统的温度实验、标定实验和重复性实验.结果表明该系统具有较高的准确度和温度分辨能力.     

改进的小波阈值消噪法在湍流信号处理中的应用

湍流数据采集中有用信号往往不同程度地受到干扰噪声的污染,小波阈值消噪法一定程度上能将有用信号的高频成分和噪声区分开,将其应用于湍流信号消噪是相对合理的.针对现有小波阈值消噪法的不足,提出了一种改进的阈值函数和基于小波能量熵的阈值自适应选取方法.仿真实验表明,新方法具备连续性好、偏差小、自适应阈值选取等优点,不但可以实现高信噪比信号的合理消噪,而且能有效检测出强噪声干扰下的微弱有用信号.以两组实测湍流信号的消噪处理为例,考察了新方法在湍流信号处理中的消噪效果.结果表明,该方法能为湍流信号的后处理提供可靠的数据.     

基于提升小波变换的雷达生命信号去噪技术

对于噪声干扰严重、非线性、非平稳、多奇异点的微弱雷达生命信号而言,去噪是对有用信号进行分析前的必要手段。基于多普勒效应原理和雷达噪声的统计特性,建立了雷达生命信号的模型,分别用传统小波变换和提升小波变换对强噪声干扰下的生命雷达信号进行了去噪处理,结果表明被强噪声污染的雷达生命信号可以用传统小波变换的方法和提升小波变换法对其有效去噪,提升小波变换去噪效果优于传统小波变换去噪效果,其信噪比(SNR)和均方误差(MSE)两个性能指标均高于传统小波去噪。对雷达生命信号进行去噪处理时,使用的小波基函数是sym8,分解层数为3层。     

近红外光谱预处理中几种小波消噪方法的分析

以菜籽油的一阶导数近红外光谱为研究对象,探讨小波变换在近红外光谱信号消噪方面的应用,分别采用九点平滑法、小波分解与重构法、非线性小波软阈值法和小波变换模极大值法对导数光谱进行消噪处理并对消噪效果进行比较分析。结果表明,小波变换模极大值光谱消噪法得到了较高的信噪比,小波软阈值法次之,其余两种方法消噪效果较差。小波变换模极大值法有效的保留了光谱的有用信息,为近红外光谱的分析精度和模型的稳健性奠定了良好的基础。     

小波分析在汽车车灯光源色测量中CCD光谱的消噪平滑处理

本文依据小波变换原理 ,提出利用小波变换技术对汽车车灯光源色测量中实时采集的光源光谱信号进行多分辨分解 ,有效地消除噪声 ,提高了光谱的信噪比。由CCD接收的标准A光源谱进行了多层分解 ,讨论了不同小波基和分解阶次对信号分析结果的影响。选取最佳小波基 ,为光谱信号消噪平滑处理提供了较有效的数据处理方法。通过对CCD接收的光谱信号进行了消噪和平滑处理 ,解决了实时采集光谱信号在分析和数据处理上的困难 ,该研究充分体现了小波变换在数据处理方面的优势 ,在依赖于光谱信号的颜色测量领域中起重要的作用。     

非下采样小波变换红外光谱数据去噪

为了降低噪声对实测红外光谱信号的影响,引入了一种非下采样小波变换的红外光谱数据去噪方法。采用非下采样小波变换对原始光谱信号进行多尺度分解,提取信号的多尺度细节特征;根据光谱信号和噪声在不同尺度上的差异,通过应用变分偏微分方程方法调整分解后的各子带系数;重构各子带就可以将原始光谱信号中真实信号和噪声分离,从而达到剔除噪声的目的。通过两组实验对比传统小波和该方法针对红外光谱数据的消噪效果,实验结果表明:非下采样小波变换在红外光谱数据去噪方面具有明显的优势,不仅能够有效地去除噪声,很好地保持信号的形状,并且均方误差较小;在实际的红外光谱数据处理中能够获得较好的去噪效果。     

脉冲星信号的经验模态分解模态单元比例萎缩消噪算法

针对脉冲星信号的消噪问题, 提出了一种基于模态单元比例萎缩的经验模态分解(EMD)消噪方法. 利用经验模态分解将含噪脉冲星信号分解为一组内蕴模态函数(IMF), 将IMF中两个过零点间的部分定义为模态单元, 以模态单元为基本单位构造最优比例萎缩因子, 对IMF中的每个模态单元进行比例萎缩去噪, 进而建立基于模态单元比例萎缩的脉冲星信号滤波模型.对含噪脉冲星信号进行了消噪实验分析, 实验结果表明, 与小波硬阈值消噪法、比例萎缩小波消噪法和基于模态单元阈值的EMD消噪法相比, 该方法可以更有效地去除脉冲星信号中的噪声, 同时更好地保留了原信号中的有用细节信息. 关键词： 经验模态分解 脉冲星信号 模态单元比例萎缩 消噪     

基于贪婪稀疏方法的心脏磁场源重构

心脏磁场源重构, 即通过人体胸腔表面的磁场阵列测量信号反演产生该磁场的电流源分布, 是一种无创地研究心脏电活动的方法. 本文用线性化方程描述测量磁场与心脏内部电流源的关系, 并通过一种贪婪优化的方法得到了源重构的稀疏解. 通过近似正交化过程和改变迭代算法中原子的选择方式, 降低了优化算法的复杂度, 可在保证源重构精度的情况下, 快速搜索源空间中强度比较大的位置. 文中通过一组正常人的心磁测量数据, 说明了源重构方法的有效性. 这组数据的研究结果表明, 强度大于65%的重构电流源的空间移动轨迹与心脏除极和复极电活动的传导过程基本符合. 其QRS 和ST-T 段的实测心磁图与重构电流源产生的磁场图的平均拟合优度分别为99.36%和99.78%. 关键词： 心磁图 逆问题 稀疏解 正交匹配追踪     

一种应用于心磁噪声抑制的选择性平均方法研究

在心磁信号探测中, 抑制环境噪声是提取心磁信号的关键. 为了提高心磁信号的信噪比, 信号平均得到了广泛地使用. 然而, 由于局部干扰噪声的存在, 对整段数据进行平均的传统方法不可避免地会带来心磁信号的失真. 本文通过采取模版匹配的方式, 提出了一种选择性平均方法. 结果显示, 本方法能有效剔除带有低频波动、脉冲毛刺等干扰的数据段, 获取高质量的平均心磁信号. 关键词： 心磁 信号平均 噪声抑制 信噪比     

A digital filtering scheme for SQUID based magnetocardiography

Considering the properties of slow change and quasi-periodicity of magnetocardiography (MCG) signal, we use an integrated technique of adaptive and low-pass filtering in dealing with two-channel MCG data measured by high $T_{\rm c}$ SQUIDs. The adaptive filter in the time domain is based on a noise feedback normalized least-mean-square (NLMS) algorithm, and the low-pass filter with a cutoff at 100Hz in the frequency domain characterized by Gaussian functions is combined with a notch at the power line frequency. In this way, both relevant and irrelevant noises in original MCG data are largely eliminated. The method may also be useful for other slowly varying quasi-periodical signals.     

Residual field suppression for magnetocardiography measurement inside a thin magnetically shielded room using bi-planar coil

For a magnetocardiography (MCG) system inside a magnetically shielded room (MSR), the residual field should be further suppressed to obtain high-quality MCG signals. In this paper, a compensation system has been developed based on the bi-planar coil and the proportional-integral-derivative (PID) controller. The bi-planar coil, derived from the target-field theory and the Tikhonov regularization method, is utilized to generate magnetic field with high uniformity in the pre-defined target region. And the PID controller is introduced to provide dynamic compensation current for the coil, according to the residual field change monitored by a reference SQUID magnetometer. The measurement results show that the noise suppression ratio (NSR) can reach above 20 dB in the low-frequency range from 0.1 Hz to 50 Hz. The DC component and the fluctuation of the residual field in time-domain can be respectively suppressed to 0 pT and 4 pT, indicating that this proposed compensation method is useful for the MCG measurement.     

Microbubbles containing gadolinium as contrast agents for both phase contrast and magnetic resonance imaging

Portal vein imaging is an important method for investigating portal venous disorders. However, the diagnostic requirements are not usually satisfied when using single imaging techniques. Diagnostic accuracy can be improved by combining different imaging techniques. Contrast agents that can be used for combined imaging modalities are needed. In this study, the feasibility of using microbubbles containing gadolinium (MCG) as contrast agents for both phase contrast imaging (PCI) and magnetic resonance imaging (MRI) are investigated. MCG were made by encapsulating sulfur hexafluoride (SF₆) gas with gadolinium and lyophilized powder. Absorption contrast imaging (ACI) and PCI of MCG were performed and compared in vitro. MCG were injected into the main portal trunk of living rats. PCI and MRI were performed at 2 min and 10 min after MCG injection, respectively. PCI exploited the differences in the refractive index and visibly showed the MCG, which were not detectable by ACI. PCI could facilitate clear revelation of the MCG‐infused portal veins. The diameter of the portal veins could be determined by the largest MCG in the same portal vein. The minimum diameter of clearly detected portal veins was about 300 µm by MRI. These results indicate that MCG could enhance both PCI and MRI for imaging portal veins. The detection sensitivity of PCI and MRI could compensate for each other when using MCG contrast agents for animals.     

实用高温超导MCG系统研究

本文研究了一种自建的低成本简易磁屏蔽室及其操控条件，提出了能被高温超导rf SQUID仪器所接受的简易磁屏蔽室，并且运用由该磁屏蔽室和rf SQUID梯度计所构成的组合系统测量了微弱的生物磁信号．研究结果表明，该磁屏蔽室能够有效降低电磁干扰，确保SQUID长时稳定工作，基于该磁屏蔽室的复合MCG测量系统具备捕捉微弱生物磁信号的能力，且所得信号具有可接受的信噪比．这将使得开发一种低造价的实用高温超导MCG测量系统成为现实．     

A Novel Filter Scheme of Data Processing for SQUID-Based Magnetocardiogram

We present a new filter scheme for magnetocardiogram （MCG） signal processing based on the quasi-periodic characteristic of the signals. The key points of this scheme are to determine the exact numbers of data points in each cardiac cycle by using electrocardiogram （ECG） data acquired simultaneously with the MCG signal and to normalize the MCG data sequence in each cycle into an identical length. Compared with conventional filters, the scheme has the advantage of more powerful noise suppression with less signal distortion. The desire for having high quality output signals from raw MCG data acquired in a simple shielded room or even in unshielded environment may be realized with the scheme.     

数字滤波在心磁噪声抑制中的应用

提出了一种基于数据重置最小均方算法的自适应数字滤波器, 并将其应用于抑制心磁信号的背景噪声. 数值模拟结果表明该滤波器对于相关噪声,尤其是有幅值变化和时间延迟的情况, 有很强的抑制效果. 该滤波器有很宽的带宽.利用它可以使心磁信号的信噪比提高到器件的本征噪声水平. 利用周期平均的方法进一步提高信噪比, 对滤波前后心磁信号的频谱进行了分析.     

显微红外光谱法无损识别林下山参与园参

显微红外光谱分析技术是将红外光谱仪和显微镜结合发展而来的分析技术。该技术样品处理简单,可用于微区分析和微量分析,并且能反映样品的本质特征。人参包括林下山参、园参和野山参,而我国禁止采挖野山参。因此,药典只收录了林下山参和园参。该工作使用显微红外光谱技术,结合判别分析建立了对林下山参和园参的无损识别模型。收集了20个林下山参和24个园参后,采集了其显微红外光谱。其中,33个样品被随机划分为校正集,11个为验证集。建立模型时,优化了预处理方法、主成分数、建模波段和扫描部位。最后,使用多元散射校正+Savitzky-Golay平滑的预处理方法、3932.14～669.18 cm-1的波段、4个主成分数和芦头部位建立了最优的判别分析模型,准确率达到100%。结果表明,结合判别分析的显微红外光谱技术,样品处理简单、快速、无损、有效,可用于林下山参和园参的无损识别。