CN105509888A - 基于频域分析的傅里叶光谱数据线性滤波处理方法 - Google Patents
基于频域分析的傅里叶光谱数据线性滤波处理方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN105509888A CN105509888A CN201510887218.8A CN201510887218A CN105509888A CN 105509888 A CN105509888 A CN 105509888A CN 201510887218 A CN201510887218 A CN 201510887218A CN 105509888 A CN105509888 A CN 105509888A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- data
- interferogram
- frequency
- window
- fourier
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000001914 filtration Methods 0.000 title claims abstract description 17
- 238000003672 processing method Methods 0.000 title claims abstract description 10
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 title claims abstract description 8
- 238000004611 spectroscopical analysis Methods 0.000 title abstract description 4
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 claims abstract description 8
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 35
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 13
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 11
- 238000012937 correction Methods 0.000 claims description 9
- 230000008030 elimination Effects 0.000 claims description 2
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 claims description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 5
- 238000012545 processing Methods 0.000 abstract description 4
- 230000009466 transformation Effects 0.000 abstract description 4
- 238000010183 spectrum analysis Methods 0.000 abstract description 3
- 238000007781 pre-processing Methods 0.000 abstract 1
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 5
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 3
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 230000002146 bilateral effect Effects 0.000 description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 230000003071 parasitic effect Effects 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
- G01J3/28—Investigating the spectrum
- G01J3/45—Interferometric spectrometry
Abstract
本发明涉及一种基于频域分析的傅里叶光谱数据线性滤波处理方法，属于光谱分析技术领域。本发明在进行数据预处理之后、非线性操作之前就进行频率滤波，避免了对干涉图进行傅里叶变换得到光谱图的数据处理流程中，补零和相位校正的过程所引入的非线性处理操作所引起的光谱数据发生错误的问题，从而提高了数据的准确性。
Description
技术领域
本发明涉及光谱分析技术领域，具体涉及一种基于频域分析的傅里叶光谱数据线性滤波处理方法。
背景技术
傅里叶光谱仪通过对干涉图进行傅里叶变换得到光谱图，具有多通道、高通量、高光谱分辨率、测量快速和高信噪比等独特的优点。目前已经形成了标准的数据处理方法，然而，通常的方法流程所得到的光谱图数据准确性差。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题是：如何设计一种新的光谱图重建之前的数据处理方法，以提高光谱图数据的准确性。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种基于频域分析的傅里叶光谱数据线性滤波处理方法，包括以下步骤：
S1、对采集的干涉图进行数据预处理；
S2、针对目标波长生成光谱图域内的矩形滤波器，并对其做傅里叶变换，得到光程差-干涉强度内的滤波器，用光程差-干涉强度内的滤波器对预处理后的数据进行滤波；
S3、对于滤波后的数据，利用切趾法，通过加窗来缓和边缘的不连续性，使旁瓣的高度趋近于零，从而使能量相对集中在主瓣；
S4、对步骤S3处理后的数据进行相位校正，以消除傅里叶光谱仪干涉图测量中所引起的非对称性；
S5、将干涉图数据补零至2N个；
S6、通过傅里叶变换将经过步骤S1至S5处理后的干涉图转换为光谱图。
优选地，步骤S1具体包括消除趋势项步骤和抑制随机噪声干扰步骤。
优选地，步骤S3中采用三角窗、梯形窗、Hanning窗、布莱克曼窗、高斯函数和Norton-Beer函数中的一种进行加窗处理。
优选地，步骤S4中采用Connes求平方根法、Mertz乘积法和Forman卷积法中的一种进行相位校正。
(三)有益效果
本发明在进行数据预处理之后、非线性操作之前就进行频率滤波，避免了对干涉图进行傅里叶变换得到光谱图的数据处理流程中，补零和相位校正的过程所引入的非线性处理操作所引起的光谱数据发生错误的问题，从而提高了数据的准确性。
附图说明
图1为本发明实施例的方法流程图；
图2为目标光谱域内的滤波器波形图；
图3为本发明实施例的方法中使用的经过傅里叶变换后得到的光程差-强度域内的滤波器波形图；
图4为引入非线性噪声的正弦信号波形图；
图5为采用本发明的频域滤波方法的变换结果；
图6为不采用本发明的频域滤波方法的变换结果。
具体实施方式
为使本发明的目的、内容、和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
对于傅里叶光谱仪通过对干涉图进行傅里叶变换得到光谱图的过程，目前的数据处理方法中，频域滤波作为一种常用的噪声处理方法并没有在其中，其原因在于光谱图得到后可以根据硬件的特性，如光源的波长范围，探测器响应范围等等来直接确定光谱图的有效性范围，这样的做法实际上是建立在傅里叶变换之前的所有处理方法均为线性的假设基础之上的。然而我们发现事实并非如此，对干涉图进行傅里叶变换得到光谱图的数据处理过程中补零和相位校正的过程中均会引入非线性变换的方法，因此在光谱图上的滤波和傅里叶变换之前的滤波并不等效，因此为了除去非目标谱段范围内的噪音，本发明设计了一种新的处理流程，即，在傅里叶变换之前，尤其是非线性操作之前进行带通滤波，以减小噪声对于数据准确性的影响。
基于以上分析，如图1所示，本发明的基于频域分析的傅里叶光谱数据线性滤波处理方法，采用以下步骤：
S1、对采集的干涉图进行数据预处理：去除直流分量(此步有时在电路设计部分已经去除直流分量，根据需要进行选择)、采用最小二乘法消除趋势项(由于测量系统性能、杂散光以及操作等原因，会产生一个线性的或渐变的趋势误差，因此需要这一步)、抑制随机噪声干扰。
S2、针对目标波长生成光谱图域内的矩形滤波器，比如图2所示为1000nm至1800nm的滤波器，并对其做傅里叶变换，得到光程差-干涉强度内的滤波器，如图3所示，用光程差-干涉强度内的滤波器对预处理后的数据进行带通滤波；
S3、对于滤波后的数据，利用切趾法，通过加窗来缓和边缘的不连续性，使旁瓣的高度趋近于零，从而使能量相对集中在主瓣。
离散频谱分析由于时域截断为有限长度，不可避免存在能量泄漏现象，导致光谱畸变，产生旁瓣现象，影响邻近谱线尤其是较弱谱线的准确测量。因此本步骤利用切趾法，通过加窗来缓和边缘的不连续性，使旁瓣的高度趋近于零，从而使能量相对集中在主瓣，得到较为接近真实的频谱。可以根据情况采用三角窗、梯形窗、Hanning窗、布莱克曼窗、高斯函数和Norton-Beer函数中的一种进行加窗处理。
S4、对步骤S3处理后的数据进行相位校正，以消除傅里叶光谱仪干涉图测量中所引起的非对称性；
本步骤相位校正的目的在于消除傅里叶变换光谱仪干涉图测量中各种原因所引起的非对称性。理想情况下，双边采样干涉图是完全对称于零光程差点，并且采样从零光程差对称地、等间隔地进行。但是，由于干扰因素的存在，采样点偏离光程差位置，造成双边采样干涉图不对称；对于单边采样干涉图而言，未从零光程差开始采样，影响复原光谱的准确性。根据情况采用Connes求平方根法、Mertz乘积法和Forman卷积法中的一种进行相位校正。
S5、将干涉图数据补零至2N个。
通常情况下，傅里叶变换要求计算数据为2N个，而采集获得的干涉图数据往往不能够满足这一条件，因此本步骤中进行补零操作，本例中数据量为1000，因此需要将数据补零至1024个。
S6、通过傅里叶变换将经过步骤S1至S5处理后的干涉图转换为光谱图。
下面说明本发明方法的实验结果：对于单一频率的正旋波，引入非线性噪声后，结果如图4所示，采取包含频域滤波和不包含频域滤波后的傅立叶变换结果如图5和图6所示，其中采用频域滤波后目标型号的峰峰对比度为19.96比不采用频域滤波的峰峰值17.74高出了12.5％，说明本发明的方法在非线性噪声的影响下对于信号的还原能力比传统方法有着更好的表现。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。
Claims (4)
1.一种基于频域分析的傅里叶光谱数据线性滤波处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、对采集的干涉图进行数据预处理；
S2、针对目标波长生成光谱图域内的矩形滤波器，并对其做傅里叶变换，得到光程差-干涉强度内的滤波器，用光程差-干涉强度内的滤波器对预处理后的数据进行滤波；
S3、对于滤波后的数据，利用切趾法，通过加窗来缓和边缘的不连续性，使旁瓣的高度趋近于零，从而使能量相对集中在主瓣；
S4、对步骤S3处理后的数据进行相位校正，以消除傅里叶光谱仪干涉图测量中所引起的非对称性；
S5、将干涉图数据补零至2N个；
S6、通过傅里叶变换将经过步骤S1至S5处理后的干涉图转换为光谱图。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S1具体包括消除趋势项步骤和抑制随机噪声干扰步骤。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S3中采用三角窗、梯形窗、Hanning窗、布莱克曼窗、高斯函数和Norton-Beer函数中的一种进行加窗处理。
4.如权利要求1或2或3所述的方法，其特征在于，步骤S4中采用Connes求平方根法、Mertz乘积法和Forman卷积法中的一种进行相位校正。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201510887218.8A CN105509888A (zh) | 2015-12-04 | 2015-12-04 | 基于频域分析的傅里叶光谱数据线性滤波处理方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201510887218.8A CN105509888A (zh) | 2015-12-04 | 2015-12-04 | 基于频域分析的傅里叶光谱数据线性滤波处理方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN105509888A true CN105509888A (zh) | 2016-04-20 |
Family
ID=55718036
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201510887218.8A Pending CN105509888A (zh) | 2015-12-04 | 2015-12-04 | 基于频域分析的傅里叶光谱数据线性滤波处理方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN105509888A (zh) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106600565A (zh) * | 2016-12-26 | 2017-04-26 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 一种剔除光谱图像噪声点的方法及装置 |
| CN106644075A (zh) * | 2016-11-17 | 2017-05-10 | 天津津航技术物理研究所 | 一种傅立叶光谱仪的高效去噪方法 |
| CN107152969A (zh) * | 2017-06-05 | 2017-09-12 | 湖北久之洋红外系统股份有限公司 | 一种离岸式傅里叶成像光谱仪数据处理方法 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0836083A1 (en) * | 1996-10-09 | 1998-04-15 | Perkin-Elmer Limited | Digitisation of interferograms in fourier transform spectroscopy |
| CN101598798A (zh) * | 2008-12-31 | 2009-12-09 | 中国资源卫星应用中心 | 一种对高光谱干涉数据进行光谱重建的系统和方法 |
| CN102222318A (zh) * | 2010-04-16 | 2011-10-19 | 深圳迈瑞生物医疗电子股份有限公司 | 一种滤线栅伪影检测及抑制方法及其装置 |
| CN104048758A (zh) * | 2014-07-08 | 2014-09-17 | 中国科学院电子学研究所 | 提高基于电光调制波导的傅立叶变换光谱测量精度的方法 |
-
2015
- 2015-12-04 CN CN201510887218.8A patent/CN105509888A/zh active Pending
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0836083A1 (en) * | 1996-10-09 | 1998-04-15 | Perkin-Elmer Limited | Digitisation of interferograms in fourier transform spectroscopy |
| CN101598798A (zh) * | 2008-12-31 | 2009-12-09 | 中国资源卫星应用中心 | 一种对高光谱干涉数据进行光谱重建的系统和方法 |
| CN102222318A (zh) * | 2010-04-16 | 2011-10-19 | 深圳迈瑞生物医疗电子股份有限公司 | 一种滤线栅伪影检测及抑制方法及其装置 |
| CN104048758A (zh) * | 2014-07-08 | 2014-09-17 | 中国科学院电子学研究所 | 提高基于电光调制波导的傅立叶变换光谱测量精度的方法 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 杨露: "干涉成像光谱技术中干涉图处理的研究", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库》 * |
| 黄旻等: "空间调制型干涉光谱成像仪数据处理方法", 《光谱学与光谱分析》 * |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106644075A (zh) * | 2016-11-17 | 2017-05-10 | 天津津航技术物理研究所 | 一种傅立叶光谱仪的高效去噪方法 |
| CN106600565A (zh) * | 2016-12-26 | 2017-04-26 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 一种剔除光谱图像噪声点的方法及装置 |
| CN106600565B (zh) * | 2016-12-26 | 2019-10-01 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 一种剔除光谱图像噪声点的方法及装置 |
| CN107152969A (zh) * | 2017-06-05 | 2017-09-12 | 湖北久之洋红外系统股份有限公司 | 一种离岸式傅里叶成像光谱仪数据处理方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN108764073B (zh) | 一种结合频谱能量形态拟合的加速度滤噪和积分方法 | |
| CN106644075A (zh) | 一种傅立叶光谱仪的高效去噪方法 | |
| CN105509888A (zh) | 基于频域分析的傅里叶光谱数据线性滤波处理方法 | |
| CN102818930B (zh) | 一种高精度快速计算电力谐波参数的方法 | |
| CN108427031B (zh) | 基于多项式拟合及非干扰区域划分的间谐波检测方法 | |
| CN103941091A (zh) | 基于改进emd端点效应的电力系统hht谐波检测方法 | |
| Sharma et al. | Improved eigenvalue decomposition-based approach for reducing cross-terms in Wigner–Ville distribution | |
| CN106680585B (zh) | 谐波/间谐波的检测方法 | |
| CN102519597B (zh) | 一种傅里叶变换光谱仪相位校正切趾方法 | |
| CN108267657B (zh) | 一种基于s变换的电能质量扰动检测方法及系统 | |
| CN112362966A (zh) | 基于小波包变换与stft相融合的电网谐波检测方法及装置 | |
| CN110260797B (zh) | 一种应用于恒/变速光栅信号的自适应滤波方法 | |
| CN102998528A (zh) | 动态正弦畸变信号中频率分量的提取方法及其实现装置 | |
| CN103543331B (zh) | 一种计算电信号谐波和间谐波的方法 | |
| CN111257266A (zh) | 一种傅里叶变换红外光谱处理装置及方法 | |
| CN103197143A (zh) | 基于汉宁窗fft算法与遍历滤波的谐波、间谐波检测方法 | |
| CN104316188B (zh) | 一种干涉光谱成像仪相位误差修正方法及装置 | |
| CN107656134B (zh) | 一种自适应滤除直流分量的故障电流检测方法及装置 | |
| Yan et al. | Adaptive synchroextracting transform and its application in bearing fault diagnosis | |
| CN107315714B (zh) | 一种去卷积功率谱估计方法 | |
| CN105467209B (zh) | 一种新的金属氧化物避雷器泄漏电流分析方法 | |
| CN107610055A (zh) | 傅里叶变换光谱仪干涉图噪声检测及抑制方法 | |
| CN105223906A (zh) | 一种数控系统伺服驱动信号谐波频率的自动校正方法 | |
| Liu et al. | A new motor fault detection method using multiple window S-method time-frequency analysis | |
| CN115859083A (zh) | 一种水电机组中多振源耦合振动信号的解耦方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| AD01 | Patent right deemed abandoned |
Effective date of abandoning: 20181019 |
|
| AD01 | Patent right deemed abandoned |