单 鹏, 何 年, 李志刚, 吴 缀

(东北大学秦皇岛分校 控制工程学院, 河北 秦皇岛 066000)

现代光谱分析技术是一种通过分析物质的光谱来实现对物质类别及化学成分鉴定的方法,是一项结合了光谱检测、数据处理、模式识别和计算机等多种理论和方法的综合性分析技术,被广泛运用于生产生活中[1-3].因受到传感器、背景噪声、电路噪声以及随机误差等因素的影响,噪声是光谱信号探测时无法避免的现象.光滑去噪成为光谱分析中一个重要的预处理步骤,能够提高后续光谱分析算法的准确性和可靠性.光谱去噪算法得到了人们的广泛重视,产生了多种从不同角度实现光滑去噪的算法,从严格意义上可分成几类.

基于噪声与光谱信号的统计特性差异,可采用平滑滤波来消除或减少噪声,例如均值滤波、中值滤波、Kalman滤波、移动多项式平滑滤波等;基于噪声与光谱信号的频率特征差异,可采用傅里叶变换、小波变换[4]和经验模态分解[5](empirical mode decomposition,EMD)等;基于噪声与信号波形之间的差异,可采用形态滤波等.采用平滑滤波的算法需要人为设定一些参数(如移动窗口的宽度,拟合阶次),参数直接影响着算法的性能.具有代表性的算法有Savitzky-Golay(SG)多项式最小二乘法[6],SG对于一些较大的数据,计算量变大,不能快速计算出平滑序列;需要人为设定一些参数,且不能自动选择;使用宽度固定的平滑窗口,当平滑窗口宽度越大,平滑效果越好,但是光谱失真会越严重,即会导致峰……