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1、第25卷第8期光谱学与光谱分析Vol.25No.8pp133213352005年8月SpectroscopyandSpectralAnalysisAgggst2005基于小波包分析的光谱识别方法研究熊宇虹1温志渝1陈刚1黄俭1徐溢21.重庆大学光电工程学院重庆4000442.重庆大学化学工程学院重庆400044摘要光谱信号的自动识别技术是光谱分析技术中的重要组成部分是指运用模式识别方法借助计算机技术对相同测定条件下的光谱信号进行比较根据信号之间的相似程度从而得出两者之间化学组成关系的技术主要应用于光谱的定性分析也可用于光
2、谱的验证0文章以符合朗伯比尔定律的光谱信号为研究对象简单介绍了光谱识别技术的基本原理和方法随后为简化识别难度进行了光谱信号的归一化处理再在概述小波分析基本原理的基础上提出了采用小波包分析的技术对光谱信号进行相关特征提取的方法并根据统计学知识得出了计算标准特征向量和允许误差向量的公式然后运用二叉树分级判别的方法实现了光谱信号的快速识别最后举例对该方法进行了说明0主题词光谱分析G小波变换G小波包分析G模式识别中图分类号TP39文献标识码A文章编号10000593(2005)08133204别算法方面主要有统计识别~模糊识别~
3、逻辑识别~神经引言网络等模式识别方法0近年来小波分析的方法因为具有时频局域化和多分辨率分析的特点被称为分析信号的数学显随着光谱学和计算机技术的发展光谱识别技术已成为微镜在信号处理领域得到广泛的应用本文在对光谱信号光谱分析技术的重要组成部分0光谱识别技术是指在相同测归一化处理的基础上运用小波包分析的方法对光谱信号进定条件下比较光谱信号之间的相似程度从而得出两者之行了相应的特征提取然后根据光谱信号的特点运用二叉间化学组成关系的技术其基本的功能模块如图1所示0光树分级判别的方法实现了光谱信号的快速识别0谱识别主要应用于光谱定性
4、分析方面判别待测物质与标准样品是否为同一物质一般应用在红外和紫外波段G其次1光谱信号的归一化处理也可用于光谱的验证对可见波段而言相同光谱不一定是同一物质但同一物质一定具有相同的光谱根据这一性为简化识别难度~便于进行识别先进行光谱信号的归质采用光谱识别技术可对测量的光谱信号起到初步的判一化处理0在紫外~可见光~红外范围内应用光谱仪进行别和校验的作用0光谱分析的理论基础是朗伯比尔定理{12]0朗伯比尔定理描述了光的吸收程度与溶液的浓度和吸收光程(即液层的厚度)的关系可用如下公式表示10A=lg=bc(1)1其中A为溶液的吸光
5、度G1为入射光强度G1为透过光强度G0-1-1为吸光系数单位为L-mol-cmGb为液层的厚度单位为cmGc为溶液浓度单位为mol-L-1Fig.1Basicfunctionstructureofspectralrecognition0吸光系数是表征吸光物质吸光大小的量度在数值上光谱识别技术采用的方法很多在信号特征提取方面等于单位吸光度对吸光物质而言在特定波长~溶剂和温主要有提取信号的时域~频域和自相关等特征的方式G在识度条件下是一个特征常数0与吸光物质本身的特性有关收稿日期20040408修订日期20040722基金项
6、目国家863项目(2002AA431180)国家自然科学基金重点项目(09476023)国家自然科学基金面上项目(60308007)和重庆市十五攻关项目(7341G8149)资助作者简介熊宇虹1971年生重庆大学光电工程学院博士研究生第8期光谱学与光谱分析l在相同条件下,同种吸光物质的e相同0根据朗伯-比尔定理浓度无关,这就使得在光谱识别的过程中,无需考虑浓度的可知,在其他条件不变的情况下,吸光度和溶液浓度成正变化0比0假设某吸光物质在c浓度为的条件下,测得波长范围l2光谱信号的小波包特征提取[Aa,Ab]内的吸光度光谱
7、信号曲线为zl,Almax和Almin分别为zl上吸光度的最大和最小值,elmax和elmin分别为其对应的吸小波分析的基本思想是,利用小波函数,通过小波变光系数,A为波长范围[A内对应的任一吸光度值,e换,把信号变换到小波域,在小波域对变换后的信号进行滤xa,Ab]x为其对应的吸光系数,A/为进行归一化处理后与A相对应波,再通过小波逆变换得到重构的信号0在小波变换的多分xx的吸光度值0对光谱信号的吸光度曲线进行如下归一化处辨率分析中,对信号进行了有效的逐层分解,但每层分解都理0是将上层分解的低频信号再分解为低频和高频两
8、部分,没有/Ax-Alminexbcl-elminbclex-elmin对高频部分再进行分解,因而高频段的分辨率较差0小波包Ax===Almax-Alminelmaxbcl-elminbclelmax-elmin分析是对多分辨率分析的一种改进,它将没有细分的高频部(2)分作进一步分解,使信号在全频带内进行分解,并能进
