[发明专利]基于频域分析的傅里叶光谱数据线性滤波处理方法

说明书

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2^N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。