改進LMS的光譜信號去噪算法

鄭國梁, 朱紅求, 李勇剛

中南大學自動化學院, 湖南 長沙 410083

引 言

微型光譜儀是一種利用光的色散原理研制出的光學儀器， 實現對物質濃度和成分的定量和定性分析， 具有檢測精度高、 速度快、 非接觸等優點[1]。 在利用微型光譜儀對高濃度比背景下多種痕量重金屬離子濃度的檢測時， 由于離子之間化學特性相近， 導致不同離子之間的原始光譜信號存在一定的重疊[3]。 然而， 多種痕量重金屬離子的光譜信號幅值相對于高濃度鋅的光譜信號幅值微小， 極容易受到外部環境噪聲(包括光源發射功率的不穩定而引起的照射光幅值的波動以及電源、 地線帶來的噪聲)和內部電路引起的噪聲(包括靜電感應、 電磁感應以及漏電流感應而儀器的噪聲)的干擾[4]， 這些噪聲種類多、 來源廣且隨機性強， 給有效光譜信號的提取和高濃度比背景下多種痕量重金屬離子濃度的檢測帶來了極大的困難。

如何有效的從信號中消除噪聲， 針對具體的應用場景， 目前國內外學者已經進行了許多研究工作。 文獻[5]中利用Savitzky-Golay (SG)去噪算法對遙感領域中的高光譜數據進行降噪分析； 文獻[6]作者設計了一個收縮因子， 能夠正確區分高頻系數中包含的噪聲系數和信息系數。 文獻[7]提出了一種新的自適應閾值函數去噪法， 改進了傳統的軟硬閾值函數， 提升了去噪效果； 但其閾值函數較復雜， 不適用于工程實踐。

基于梯度下降法發展起來的最小均方(least mean square, LMS)自適應濾波算法[8]是依據最小均方誤差準則來不斷修正濾波器系數從而達到去噪目的的算法。……