基于多尺度局部信噪比的拉曼谱峰识别算法

拉曼谱峰识别是拉曼光谱定性分析中的关键技术之一。针对现有方法的自动化程度不高、识别率低的问题,提出了一种新的基于多尺度局部信噪比(MLSNR)的拉曼谱峰识别算法。算法通过多尺度二阶差分运算,得到光谱的差分系数,再将差分系数除以估计出的噪声标准差,获得光谱的MLSNR矩阵,通过寻找MLSNR矩阵中的局部极大值形成的脊线来识别拉曼谱峰。算法采用自动阈值估计法去除噪声引起的局部极大值的干扰,可实现谱峰的自动化识别,不需设置任何参数。仿真实验结果表明:无论对单峰还是重叠峰,当拉曼谱峰信噪比大于等于6时MLSNR的谱峰识别准确率均高达100%,即使对处于检测限的单峰,仍有95%以上的识别准确率。MLSNR是一种切实可行的拉曼谱峰识别方法。     

拉曼光谱谱峰分辨技术

本文利用最小二乘拟合方法对一些拉曼光谱进行洛仑兹函数拟合,在PC机上编写了谱图分辨的程序,得到了较好的结果。     

基于自适应免疫算法重叠拉曼谱峰的解析

拉曼光谱测量速度快,可以实现原位实时测量,现已成为过程控制中物料检测的一种重要手段。但由于环境的复杂性以及拉曼光谱信号特点,目前在线检测时难免会出现一些重叠谱峰。基于免疫算法特点,将该方法用于芳烃重叠拉曼谱峰信号的解析中,提取混合物质中单个组分拉曼谱峰信息进行分析,结果表明该方法解析快速、定量准确,相对误差低于1%,是解析重叠拉曼光谱信号的有效方法。针对现场样品检测中出现的重叠谱峰伴随荧光背景信号,提出了结合独立成分分析的自适应免疫算法,有效地解析出荧光背景信号,为复杂样品的拉曼光谱检测分析提供了新的手段。     

基于拉曼光谱实验与密度泛函理论的宝石级红珊瑚拉曼谱峰归属研究

红珊瑚是一种珍贵的有机宝石,自古以来因其红润的颜色与细腻的质地深受人们的喜爱与追捧。颜色漂亮的天然红珊瑚产量稀少,故有些红珊瑚会经过染色处理来改善其外观。拉曼光谱测试是鉴定红珊瑚有无经过染色处理的有力手段,故红珊瑚拉曼谱峰的归属对于鉴定有着重要的理论指导意义。由于红珊瑚拉曼峰的归属问题一直没有被深入研究,基于此,该研究测试了三颗颜色深浅不同的红珊瑚（Corallium rubrum）的拉曼光谱。同时,使用量子化学程序Gaussian 16运用密度泛函理论计算了红珊瑚中色素分子角黄素的理论拉曼光谱。创新性对比红珊瑚的实验拉曼光谱与角黄素分子的理论拉曼光谱,并进一步分析红珊瑚拉曼峰的归属。结果发现,红珊瑚的拉曼光谱中主要有1 514,1 295,1 177,1 125,1 086和1 016 cm-1拉曼峰,其中1 086 cm-1处的拉曼峰是方解石的CO2-₃引起的。红珊瑚的红色越深,1 514,1 295,1 177,1 125和1 016 cm-1拉曼峰的强度越强,反之,红珊瑚的红色越浅,这些拉曼峰的强度越弱。红珊瑚拉曼光谱中的1 514,1 295,1 177,1 125和1 016 cm-1峰强与红珊瑚的红色深浅呈现出正相关的关系,故推测这套拉曼峰是由红珊瑚中的色素产生的。角黄素理论拉曼光谱中主要存在的拉曼峰位于1 512,1 269,1 189,1 159和999 cm-1处,与红珊瑚实验拉曼光谱中的1 514,1 295,1 177,1 125和1 016 cm-1峰的形状位置高度吻合。振动分析结果表明,角黄素的1 512,1 269,1 189,1 159和999 cm-1拉曼峰分别是由CC伸缩振动,C-H摇摆振动,C-C伸缩振动,C-C伸缩振动与甲基摇摆振动引起的。因此将红珊瑚拉曼光谱中的1 514,1 295,1 177,1 125和1 016 cm-1峰归属为CC伸缩振动,C-H摇摆振动,C-C伸缩振动,C-C伸缩振动与甲基摇摆振动。使用密度泛函理论的计算方法研究了红珊瑚拉曼谱峰的归属并对红珊瑚的拉曼谱峰进行了指认,为使用拉曼光谱鉴定红珊瑚提供了理论基础。同时为研究这类生物宝石材料拉曼谱峰的归属提供了一种新的方法。     

常温高压下水的拉曼谱峰标定压力的研究

 利用金刚石压腔测定了26 ℃高压下水的O—H伸缩振动拉曼谱峰的变化,并对其进行分峰处理,初步确定了水的拉曼拟合峰ν_{3 244}的峰位置与体系压力的关系,且论证了利用水的拉曼拟合峰ν_{3 244}的变化标定金刚石压腔压力的优点以及应用上的局限性。实验结果表明：26 ℃时,在实验的压力范围内,由水的拉曼谱峰拟合得到的ν_{3 244}峰位置随着体系压力的增加呈线性减小。其关系式为p (MPa)=32.9(ν_p)_{3 244}+200.7（3 215 cm^-1< ν_{3 244}<3 244 cm^-1）。     

一种基于连续小波变换的LIBS光谱自动寻峰方法

谱线寻峰在激光诱导击穿光谱(laser-induced breakdown spectroscopy)中是必不可少的步骤,然而噪声和背景的存在,干扰了寻峰的准确性。为了提高LIBS寻峰中重叠峰分辨能力和自适应能力,提出一种适用于LIBS谱图的自动寻峰方法。将基于连续小波变换的脊线寻峰法引入到LIBS中,探讨了连续小波变换中的小波母函数的选择并优化了尺度参数和平移参数,提出一套脊线校正方法对脊线寻峰法进行了改进。实验结果表明,该方法与直接比较法、导数法和脊线寻峰法相比,在重叠峰分辨能力和寻峰精度等方面优势显著,可应用于LIBS数据处理。     

基于特征提取的低信噪比拉曼光谱去噪方法研究

为了提高拉曼光谱检测系统的时间分辨率,常常需要采用较短的采样积分时间,此时带有分子结构振动谱的有用拉曼信号可能完全淹没在噪声中,严重影响信号的进一步分析,因此有必要对测量所得的光谱信号进行噪声消除处理。传统的消噪方法是基于信号与噪声在频域或统计特性之间的差异,通过平滑滤波或取平均值的方法来消除噪声,一般适用于噪声强度不高的情况,对于信噪比较低的情况处理效果并不理想。针对传统去噪方法的不足,从信号重构的角度,利用基于小波变换的谱峰识别、半峰宽检测提取光谱特征参数,再利用最小二乘拟合的方法,能够有效地提取淹没于强噪声背景下的有用拉曼信号。在仿真中,运用该算法得到的光谱曲线光滑,峰位置准确,信噪比改善明显。在实验中,分别利用该方法处理头孢呋辛酯片和罗红霉素拉曼光谱数据,得到了清晰的谱峰位置、幅值及半峰宽信息,实现了对短积分时间、强噪声背景的拉曼信号的有效还原,提高了检测系统的时间分辨率。仿真和实验结果表明,该方法需要调整参数少,易于实现,在信噪比比较低的情况下依然能够得到良好的去噪效果,为进一步分析光谱数据提供准确可靠的信息。     

基于小波变换的共焦拉曼图像去噪方法

针对现有共焦拉曼光谱显微图像噪声去除不足的问题,提出一种基于小波变换的拉曼图像全面去噪方法。首先对拉曼光谱图像进行小波变换处理,然后再对拉曼图像进行双边滤波处理,进而实现拉曼光谱显微图像中噪声干扰的抑制。理论分析和实验表明:与现有拉曼光谱显微图像去噪方法相比,所提方法使拉曼光谱显微图像的峰值信噪比和结构相似度分别改善了92.99%和197%,其有效提高了拉曼光谱图像的信噪比和物质成分分析的准确率。     

汶川地震断裂带岩脉矿物拉曼谱峰特征

对汶川地震断裂带深溪沟出露的基岩错动面两侧岩脉中的石英矿物进行了拉曼谱峰测定, 并根据所测石英的464 cm-1拉曼谱峰向高波数的偏移量估算了断裂带中的压应力分布。测试结果表明, 错动面附近岩脉中石英的464 cm-1拉曼谱峰向高波数偏移量为3.29 cm-1, 相应的压应力值为368.63 MPa, 明显低于错动面两侧应力积累, 这可能是由于错动面的多次活动导致了应力不断得到释放。断裂南东盘(下盘)远离错动面, 岩脉中石英的464 cm-1拉曼谱峰向高波数偏移量具有增加的趋势, 相应的应力积累也逐渐增强, 距错动面21 m处的石英样品的464 cm-1拉曼谱峰向高波数偏移4.40 cm-1, 相应压应力可达到494.77 MPa。剖面北西盘(上盘)在距错动面10 m处, 样品464 cm-1拉曼谱峰的偏移量达到最大值, 相应的应力积累为519.87 MPa, 其后远离错动面应力积累开始减弱, 在北西盘17 m处, 应力积累骤然下降至400.37 MPa。在西北盘距错动面27 m处, 岩脉石英的464 cm-1拉曼谱峰向高波数偏移量下降至3.21 cm-1, 应力已经减弱到359.59 MPa, 这可能是由于该处位于断裂带的边缘, 远离错动面, 受到了较小的断层活动的影响。因此, 汶川地震断裂带内的应力虽然得到部分释放, 但剩余的应力分布并不均匀, 而且在局部还存在较高的应力积累, 这反应了断裂带中岩石的力学性质在空间上具有不均匀性。     

汶川地震断裂带岩脉矿物拉曼谱峰特征

对汶川地震断裂带深溪沟出露的基岩错动面两侧岩脉中的石英矿物进行了拉曼谱峰测定,并根据所测石英的464 cm-1拉曼谱峰向高波数的偏移量估算了断裂带中的压应力分布。测试结果表明,错动面附近岩脉中石英的464 cm-1拉曼谱峰向高波数偏移量为3.29 cm-1,相应的压应力值为368.63 MPa,明显低于错动面两侧应力积累,这可能是由于错动面的多次活动导致了应力不断得到释放。断裂南东盘(下盘)远离错动面,岩脉中石英的464 cm-1拉曼谱峰向高波数偏移量具有增加的趋势,相应的应力积累也逐渐增强,距错动面21 m处的石英样品的464 cm-1拉曼谱峰向高波数偏移4.40 cm-1,相应压应力可达到494.77 MPa。剖面北西盘(上盘)在距错动面10 m处,样品464 cm-1拉曼谱峰的偏移量达到最大值,相应的应力积累为519.87 MPa,其后远离错动面应力积累开始减弱,在北西盘17 m处,应力积累骤然下降至400.37 MPa。在西北盘距错动面27 m处,岩脉石英的464 cm-1拉曼谱峰向高波数偏移量下降至3.21 cm-1,应力已经减弱到359.59 MPa,这可能是由于该处位于断裂带的边缘,远离错动面,受到了较小的断层活动的影响。因此,汶川地震断裂带内的应力虽然得到部分释放,但剩余的应力分布并不均匀,而且在局部还存在较高的应力积累,这反应了断裂带中岩石的力学性质在空间上具有不均匀性。     

基于小波变换的紫外光信号降噪处理

介绍了小波变换的基本理论以及利用小波变换进行信号处理的方法和步骤.选择db8小波对紫外光信号进行小波阈值降噪处理.实验结果表明采用小波阈值降噪法能够有效地抑制信号中的噪声,信噪比提高了8.519 2 dB.     

基于峰值信噪比和小波方向特性的图像奇异值去噪技术

提出一种利用小波变换子图像不同的方向特性和峰值信噪比进行奇异值分解的图像去噪算法。由于图像经过小波变换后,低频子图像集中了原图像的大部分能量噪声,故仅作简单维纳滤波;而噪声则主要集中在小波域中的三个不同方向的高频子图中,且系数较小,因此可以利用奇异值分解进行去噪处理,即用较大的奇异值和对应的特征向量重构出去噪图像,然而由于奇异值分解固有的行列方向性,对于高频对角线子图重构出的图像去噪效果不理想,故采取旋转至行列方向后再进行常用的奇异值滤波;最后将去噪后的低频和高频子图进行小波反变换重构出最终的去噪图像,其中重构所需的奇异值个数由图像的峰值信噪比确定。 实验结果表明,该方法在有效去噪的同时较好的保留了原有的高频细节信息。     

改进的相干光照明强度相干成像方法

在主动照明强度相干成像方法中,考虑相干性变化对成像频谱模值的影响.建立上行链路光场空间相干性变化模型;引入相干因子建立基于相干性变化的强度相干成像模型;仿真相干性变化对强度相干成像频谱模值的影响;最后设计实验验证模型的正确性,分析所提模型和原模型恢复频谱模值与真实频谱模值的峰值信噪比.结果表明：在有激光主动照明时引入相干性因子是必要的,不同湍流相干长度下峰值信噪比较原模型提高了3.6%~6.2%.基于相干性变化建立的强度相干成像模型恢复的频谱模值质量更好.     

太赫兹连续波成像的质量改进与降噪

太赫兹波成像具有电离辐射小,对有机物鉴别力高等多种技术优势,因而非常适合应用于非接触式、非破坏性成像检测。然而这种成像手段易受到成像时电磁环境干扰和设备功率变化等问题的影响,因而存在一些特定的干扰模式,导致大部分的太赫兹脉冲扫描图像很难获得高清晰度的图像。利用搭建的太赫兹连续波源透射光路成像系统实现了逐点扫描式太赫兹成像。通过阈值灰度变换算法的改进优化,对卡片、树叶、一元硬币和钥匙四种样品的太赫兹波图像进行了去噪,然后基于拉普拉斯算子对图像进行锐化增强,并用均方误差和峰值信噪比估计等对去噪效果进行评价。去噪后太赫兹波扫描的部分样品峰值信噪比估计值提高可达4～5 dB,图像质量得到明显改善。研究证明所搭建的太赫兹成像系统具有一定的应用前景。     

Three-dimensional display using computer-generated hologram based on virtual optics

The technique of using computer-generated hologram (CGH) for 2-D and 3-D display based on virtual optics was researched widely. A new way, modified peak signal to noise ratio (PSNR) method was used to assess 3-D image quality reconstructed by CGH, and an iterative arithmetic was proposed to synthesize CGH perfectly. Furthermore, in the paper a novel way to encrypt 3-D information was proposed. Simulation experiments showed that CGH was an effective encryption technique, and Modified PSNR was a proper definite quantity analysis method for 3-D imaging.     

Developing an algorithm for compression, multiplexing and enhancement of multiple images

Image compression is one of the important fields that has useful applications in data storage and transmission. In this research a new algorithm is developed and tested for multiple-image compression and enhancement. The algorithm, in addition, is applied to multiple noisy images. Also, the effect of compression ratio on the peak signal to noise ratio (PSNR) is explored by applying different compression ratios. The developed algorithm gives good compression and noise immunity. It can be used for storage/transmission of encrypted and compressed information.     

非下采样Contourlet变换域混合统计模型图像去噪

提出了一种基于非下采样Contourlet变换(NSCT)域图像去噪算法.首先根据尺度间与尺度内的NSCT系数之间的相关性,用非高斯分布模型对NSCT系数与其邻域系数及父系数进行建模,给出分类准则,把系数分为重要系数和非重要系数,再采用广义高斯分布来模拟重要系数的概率分布,根据贝叶斯理论得到自适应阈值,并求出最佳参量范围.为了克服软、硬阈值函数的缺点,提出一种自适应的新阈值函数,利用新阈值函数估计出不含噪音的变换系数,并通过非下采样Contourlet逆变换得到去噪后的图像.仿真实验表明,本文方法在峰值信噪比、结构相似性与视觉效果上均优于目前许多优秀的去噪算法.     

小波降噪提高时延估计精度的研究

为了估计两个在空间上分离的传感器所接收信号之间的时间延迟,结合小波降噪的特点,提出了一种基于小波降噪的广义相关时延估计算法.鉴于传统阈值降噪的不足,对小波阙值的选取进行改进,研究出一种新的小波阈值降噪技术.该算法克服了传统广义相关法需要信号和噪声先验知识的局限性,放宽了直接互相关法对信号和噪声的假设条件.仿真和实验结果...     

对分布式光纤温度传感器背向拉曼散射信号提取方法的改进

本文提出了一种改进的分布式光纤温度传感器背向拉曼散射信号的提取方案。该方案在不影响反斯托克斯光的前提下，取得了斯托克斯信号，实验证实了它的可行性。这有利于提高系统的信噪比     

基于混沌粒子群优化的图像Contourlet阈值去噪

提出了基于混沌粒子群优化的图像Contourlet阈值去噪方法.该方法在Contourlet变换域内利用混沌粒子群算法来确定最优阈值,再通过软阈值函数去噪,且不需要噪音方差等先验信息.实验结果表明：该方法与小波Bayeshrink阈值、基于粒子群的小波阈值、Contourlet自适应阈值等去噪方法相比,能有效地去除高斯白噪音和椒盐噪音的混合噪音,提高峰值信噪比,并较好地保留图像的细节和纹理,从而明显地改善了图像的视觉效果.