基于labview的光谱信号去噪设计【字数：10617】
信号在我们日常生活中是必不可少的，如今光谱分析技术被广泛的应用于重金属工业、水土与大气监测、地质、农业、化工等各个方向，是很重要的一项科学分支，因为其资源可重复使用、损耗低、效率高等优势而被重视。然而，光谱信号往往都会伴有噪声干扰，这些干扰会使我们光谱图失真，峰值不明显，信号的噪声问题是我们需要着手去解决的。随着科学技术的快速发展，许多光谱仪传统设备不能很有效地进行噪声处理，也不能实时改进去噪方式，浪费资源。本课题的设计是基于LabVIEW软件下的光谱去噪，LabVIEW和传统仪器相比，具有灵活、成本低、功能强等特点，很大程度上提高了我们的开发效率，充分利用了计算机的资源与效率。在试验中，对原始光谱数据的处理中，使用了去基线算法与寻峰函数，结合LabVIEW程序框图，实现了对光谱信号的去噪处理，处理结果与理论预期相符合。
目录
1. 绪论 1
1.1课题研究的背景及意义 1
1.2目前的研究现状 1
1.3课题研究的主要内容及实现方法 2
1.4论文的整体框架 3
2. LabVIEW的介绍 4
2.1关于LabVIEW应用的介绍 4
2.2 LabVIEW与传统仪器相比的优势 4
3. 基于SG滤波器的相关算法 6
3.1光谱分析的一般问题及常用的去噪方法 6
3.2基于SG滤波器的相关算法 6
3.2.1 SG滤波算法的简单介绍 7
3.2.2 自适应迭代惩罚最小二乘法的算法介绍 8
3.2.3 寻找峰函数findpeaks的介绍 9
4. 光谱去噪LabVIEW程序设计 11
4.1总体设计 11
4.2 LabVIEW程序的前面板设计 12
4.3 LabVIEW程序框图分析 13
4.4 去噪系统的结果分析 17
5. 课题总结 20
参考文献 21
致谢 22
1. 绪论
1.1课题研究的背景及意义
信号在我们日常的生活和生产中是必不可少的，起着十分重要的作用，并且会越来越重要。在这个信息科学尤为 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
重要的时代，对于信号的数据采集以及对其的检测和处理是很重要的一个科学分支。在我们日常的生活中，任何信号的传递都会伴随着各种各样的干扰，其带有的噪声会给我们带来一些不必要的麻烦，对于光谱信号来说也是这样的，这是我们需要着手去解决的重要问题，提高资源的利用率。随着当今信息处理技术和计算机技术的日益提升与发展，我们从之前完全用硬件实现的仪器处理方式，渐渐转化为软硬件来相结合的虚拟仪器的技术上来发展，虚拟仪器技术在成本低廉，操作方便且灵活，可以充分利用计算机资源，性价比极高等各个方面的优势，在科学研究上得到了广泛的使用[1]。对于光谱信号而言，其产生装置光谱仪的噪声和背景对信号产生的干扰，是光谱信号分析技术需要解决的问题，也是一个一直存在、难以完全解决的问题，这些因素会对光谱分析产生巨大的干扰。就现在而言，我们可以通过光谱仪对光信号进行信息的获取，或用电脑来自动显示数值以便仪器来进行显示和分析，就可以测得物品中含有的各类元素及成分。这种分析技术被广泛地应用于重金属工业、水土污染、大气污染、食品安全卫生及生活中其他一些重要的安全检测当中[2]。充分利用去噪技术来提升光谱信号信噪比，可以提高光谱仪的工作效率，更加精准地去监测我们所需要观测的领域，这对于科学技术与社会安全都具有很深远的意义。
1.2目前的研究现状
自从其诞生以来，LabVIEW图形化编程语言就开始提高了我们实验的效率，降低了系统复杂性，并在同一个平台上提供数据采集、分析和现实等强大的功能，同时也可以在使用计算机对过程自动化控制时，允许使用者在研发、制造和测试时提高了对软件及硬件的使用程度，不再像以前那样，因为研发原型、制造与测试的工具与技艺不同而产生的差异，从而使进程艰难而缓慢，模拟仪器技术则不同，效率会高很多。当如今，NI公司正在进一步开发和完善将LabVIEW移植到嵌入式运行环境中运行的技术，通过这种图形化程序设计的理念与技术，利用资源来降低开发门槛，节省时间从而加速了科学的发展。图形化设计理念改变了传统纯硬件的设计方法以及观念，它体现出足够的优势，得到了大部分研发者的支持与使用，如今各种仪器都开始利用虚拟仪器技术的强大功能与便捷性，节约成本提高效率[3]。
信号的采集以及处理技术的应用和研究是近些年来世界多数国家研究的科学重点之一，它的应用广泛，普遍存在于无损工程、语处理、通信、智能仪器、遥控、光信号的应用等众多领域。在光谱信号的分析处理过程中，因为光谱仪环境背景的影响，光谱信号中往往会混有一些很难简单滤除的噪声，这些我们不想要的噪声会使光谱信号失真，这就使得人们在分析信号的时候，因为这些噪声的影响就很容易会得出错误的数据和结论导致结果不完美[4]。为了提高数据的精确性，开发研究者需要对信号数据进行去噪处理，尽可能地降低信号中的噪声，提高其信噪比，更精准地提取出对其有用的信息，来得到更好的结果。目前来讲，在光谱信号分析时，滤波的工作已经不可避免了。人们为了提高光谱信号的信噪比，我们需要去设计更加好的方案从而去使得信号更好地被提取和使用，随着计算机科学技术的不断进步和发展完善，虚拟仪器技术的应用也进一步提高了光电信号处理仪器的数字化的进程，朝着更好更快的方向发展，前途一片光明。
1.3课题研究的主要内容及实现方法
仪器的系统噪声和CCD的噪声对光谱探测会产生一些影响，这些噪声的干扰会导致光谱信号的信噪比降低，并对后续的光谱分析造成非常巨大的干扰，使得分析不够准确。现如今的处理方式很多样化，其中比较常见的有小波滤波、中值滤波和均值滤波等。但是就这些去噪的方法也各有其优缺点，他们都能起到一定的去噪功能，但如果只使用单一的滤波方法来对信号进行处理的话，很难达到预先想要的结果，所以现在的很多去噪手法是运用多种手段，结合其优点来增强去噪效果[5]。本课题要在拟针对高背景噪声下，利用SG滤波器对带噪声光谱去噪的方法，并通过自行设计LabVIEW程序的设计，来提高高背景噪声下的光谱信号的信噪比，使波形结果达到预期。其SG滤波算法是由萨维茨基和格雷在1964年时提出来的，其算法在很多领域都被很好地使用。其原理平滑滤波法是光谱分析中常用的预处理方法，减少噪声的干扰，提高信号的平滑性。
实现方法：
①基于光谱信号的特性，完成对光谱信号的分析
目录
1. 绪论 1
1.1课题研究的背景及意义 1
1.2目前的研究现状 1
1.3课题研究的主要内容及实现方法 2
1.4论文的整体框架 3
2. LabVIEW的介绍 4
2.1关于LabVIEW应用的介绍 4
2.2 LabVIEW与传统仪器相比的优势 4
3. 基于SG滤波器的相关算法 6
3.1光谱分析的一般问题及常用的去噪方法 6
3.2基于SG滤波器的相关算法 6
3.2.1 SG滤波算法的简单介绍 7
3.2.2 自适应迭代惩罚最小二乘法的算法介绍 8
3.2.3 寻找峰函数findpeaks的介绍 9
4. 光谱去噪LabVIEW程序设计 11
4.1总体设计 11
4.2 LabVIEW程序的前面板设计 12
4.3 LabVIEW程序框图分析 13
4.4 去噪系统的结果分析 17
5. 课题总结 20
参考文献 21
致谢 22
1. 绪论
1.1课题研究的背景及意义
信号在我们日常的生活和生产中是必不可少的，起着十分重要的作用，并且会越来越重要。在这个信息科学尤为 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
重要的时代，对于信号的数据采集以及对其的检测和处理是很重要的一个科学分支。在我们日常的生活中，任何信号的传递都会伴随着各种各样的干扰，其带有的噪声会给我们带来一些不必要的麻烦，对于光谱信号来说也是这样的，这是我们需要着手去解决的重要问题，提高资源的利用率。随着当今信息处理技术和计算机技术的日益提升与发展，我们从之前完全用硬件实现的仪器处理方式，渐渐转化为软硬件来相结合的虚拟仪器的技术上来发展，虚拟仪器技术在成本低廉，操作方便且灵活，可以充分利用计算机资源，性价比极高等各个方面的优势，在科学研究上得到了广泛的使用[1]。对于光谱信号而言，其产生装置光谱仪的噪声和背景对信号产生的干扰，是光谱信号分析技术需要解决的问题，也是一个一直存在、难以完全解决的问题，这些因素会对光谱分析产生巨大的干扰。就现在而言，我们可以通过光谱仪对光信号进行信息的获取，或用电脑来自动显示数值以便仪器来进行显示和分析，就可以测得物品中含有的各类元素及成分。这种分析技术被广泛地应用于重金属工业、水土污染、大气污染、食品安全卫生及生活中其他一些重要的安全检测当中[2]。充分利用去噪技术来提升光谱信号信噪比，可以提高光谱仪的工作效率，更加精准地去监测我们所需要观测的领域，这对于科学技术与社会安全都具有很深远的意义。
1.2目前的研究现状
自从其诞生以来，LabVIEW图形化编程语言就开始提高了我们实验的效率，降低了系统复杂性，并在同一个平台上提供数据采集、分析和现实等强大的功能，同时也可以在使用计算机对过程自动化控制时，允许使用者在研发、制造和测试时提高了对软件及硬件的使用程度，不再像以前那样，因为研发原型、制造与测试的工具与技艺不同而产生的差异，从而使进程艰难而缓慢，模拟仪器技术则不同，效率会高很多。当如今，NI公司正在进一步开发和完善将LabVIEW移植到嵌入式运行环境中运行的技术，通过这种图形化程序设计的理念与技术，利用资源来降低开发门槛，节省时间从而加速了科学的发展。图形化设计理念改变了传统纯硬件的设计方法以及观念，它体现出足够的优势，得到了大部分研发者的支持与使用，如今各种仪器都开始利用虚拟仪器技术的强大功能与便捷性，节约成本提高效率[3]。
信号的采集以及处理技术的应用和研究是近些年来世界多数国家研究的科学重点之一，它的应用广泛，普遍存在于无损工程、语处理、通信、智能仪器、遥控、光信号的应用等众多领域。在光谱信号的分析处理过程中，因为光谱仪环境背景的影响，光谱信号中往往会混有一些很难简单滤除的噪声，这些我们不想要的噪声会使光谱信号失真，这就使得人们在分析信号的时候，因为这些噪声的影响就很容易会得出错误的数据和结论导致结果不完美[4]。为了提高数据的精确性，开发研究者需要对信号数据进行去噪处理，尽可能地降低信号中的噪声，提高其信噪比，更精准地提取出对其有用的信息，来得到更好的结果。目前来讲，在光谱信号分析时，滤波的工作已经不可避免了。人们为了提高光谱信号的信噪比，我们需要去设计更加好的方案从而去使得信号更好地被提取和使用，随着计算机科学技术的不断进步和发展完善，虚拟仪器技术的应用也进一步提高了光电信号处理仪器的数字化的进程，朝着更好更快的方向发展，前途一片光明。
1.3课题研究的主要内容及实现方法
仪器的系统噪声和CCD的噪声对光谱探测会产生一些影响，这些噪声的干扰会导致光谱信号的信噪比降低，并对后续的光谱分析造成非常巨大的干扰，使得分析不够准确。现如今的处理方式很多样化，其中比较常见的有小波滤波、中值滤波和均值滤波等。但是就这些去噪的方法也各有其优缺点，他们都能起到一定的去噪功能，但如果只使用单一的滤波方法来对信号进行处理的话，很难达到预先想要的结果，所以现在的很多去噪手法是运用多种手段，结合其优点来增强去噪效果[5]。本课题要在拟针对高背景噪声下，利用SG滤波器对带噪声光谱去噪的方法，并通过自行设计LabVIEW程序的设计，来提高高背景噪声下的光谱信号的信噪比，使波形结果达到预期。其SG滤波算法是由萨维茨基和格雷在1964年时提出来的，其算法在很多领域都被很好地使用。其原理平滑滤波法是光谱分析中常用的预处理方法，减少噪声的干扰，提高信号的平滑性。
实现方法：
①基于光谱信号的特性，完成对光谱信号的分析
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