[发明专利]一种光谱分辨增强滤波器

说明书

一种光谱分辨增强滤波器，将频率截止响应函数和频率调整响应函数复合成一个滤波器，在收缩峰宽的同时，将新产生且不希望保留的高频部分截止，有效地避免了噪声干扰，保证了光谱分辨增强操作的稳健性，是一种稳定、准确、易用且广泛的分辨增强算法，适用于解决各种仪器在不同场合的分辨增强问题。在光谱分辨增强过程中，通过参数调整确定合适的频率截止响应函数和频率调整响应函数，可渐进调整卷积核与原始光谱的卷积次数，输出需求的结果。

技术领域

本发明涉及滤波器领域，特别涉及光谱分辨增强滤波器。

背景技术

分辨率是衡量光谱仪性能的关键指标，直接影响光谱仪的适用范围和价格定位。传统上多采用硬件改良，影响光谱分辨率的因素包括光谱仪的分光器件、光路和检测器等硬件选材和设计等。随着技术发展，信号处理手段逐步发挥更重要的作用，目前报道的技术主要有两类，一是频域上的反傅里叶变换技术，二是时域上的去卷积技术。这些技术遇到的共同限制是受噪声影响，方法稳健性无法保证。

光谱分辨率改善的实质是收缩所蕴藏独立的峰的宽度。峰宽收缩，相应的会提升峰高，越窄的原始峰，收缩后的峰高变化越明显。噪声中均匀的高低频成分，随着峰收缩，噪声中高频部分会变得很显著。因此，微小的原始噪声，会在处理后掩盖感兴趣的信号，甚至于导致不可行的输出。

发明内容

为解决上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种光谱分辨增强滤波器；

为达到上述目的，本发明的技术方案为：

一种光谱分辨增强滤波器，其实施步骤如下：

步骤一、将输入的光谱SR变换至频域，确定须保留的频率分率b；

步骤二、定义频率截止响应函数FRS：FRS＝Sech((ω/b)^ps)，其中ps为峰型截止参数，建议ps的范围为1-3的任意数，如果光谱底部展宽越大，即越偏向于劳伦兹峰型，ps的取值越小；

步骤三、定义频率调整响应函数FRT；FRT＝exp((ω/(2b))^pt)，其中pt与ps的作用相似，为峰型调整参数，建议pt的范围为1-2的任意数。同样的，光谱偏向于劳伦兹峰型，pt的取值也越小；pt和ps可以取相同值，也可以按照实际峰型分布复杂程度取不同值；

步骤四、将FRS与FRT复合为统一的频率响应函数FR，FR＝FRS·FRT；

步骤五、FR经FFT(快速傅里叶变换)变换，取变换后的实部为时域的卷积核KC；

步骤六、逐次计算KC与SR的卷积，逐渐收缩SR的峰宽至需要的程度。

相对于现有技术，本发明的有益效果为：

本发明一种光谱分辨增强滤波器，将频率截止响应函数和频率调整响应函数复合成一个滤波器，在收缩峰宽的同时，将新产生且不希望保留的高频部分截止，有效地避免了噪声干扰，保证了光谱分辨增强操作的稳健性，是一种稳定、准确、易用且广泛的分辨增强算法，适用于解决各种仪器在不同场合的分辨增强问题。在光谱分辨增强过程中，通过参数调整确定合适的频率截止响应函数和频率调整响应函数，可渐进调整卷积核与原始光谱的卷积次数，输出需求的结果。

附图说明

图1为包含三个独立宽峰的原始谱线图；

图2为原始谱线变换至频域的归一化频率图；

图3为频率截止响应函数图；

图4为频率调整响应函数图；

图5为复合后的频率响应函数图；

图6为时域上的卷积核图；

图7为重叠峰在不同卷积次数下的处理效果图；