基于fir滤波器拉曼光谱去噪程序的研究【字数：11228】
近年来,随着时代的发展,拉曼光谱主要在化学物质检测、识别、医疗、生物等科学研究方面被采用。拉曼光谱作为一种分子散射光谱,其特征是能显示分子信息的频率偏移,光谱的一些细节信息可以采用滤波去噪的方法保存下来，在今后发展中有着广阔的应用前景。拉曼光谱主要来自于分子的振动和位移，表现在入射光源照射被检测物体或者样品上时，物质内部的一些分子结构会发生相应的变化，因此，需要用相应的仪器对这些信号进行捕捉分析，对信号数据进行处理。在光谱分析中,由于光谱信号中的噪声存在而不能更好地进行信息处理,而去除原始光谱中的噪声能够从光谱信号中提取有用信息,之后得出结论加以分析，达到更好地利用光谱数据的目的。由于FIR滤波器系统稳定,易于设计,利用FIR滤波器去噪可采用软件方式调整滤波器参数达到调整滤波器性能的目的,自适应性高，还具有软件调试的优势，可以用来抑制滤波器的噪声，减少消除一些无用信号，保证光谱信号的完整平缓，有利于以后的分析和数据的采用，所以本文在结合拉曼光谱的理论信息上介绍FIR滤波器的去噪研究。
目录
第一章 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 阐述课题的研究内容与方法 2
1.4论文的整体框架 3
第二章 拉曼光谱的应用以及去噪方法 4
2.1 Raman的分析 4
2.2 Raman的实际应用 5
2.3经典的去噪方法 7
第三章 FIR滤波器 10
3.1 FIR滤波器的概述 10
3.2 基于窗函数法FIR滤波器的设计 11
第四章 拉曼光谱去噪方法 12
4.1 FIR数字滤波器设计准则 12
4.2拉曼光谱去噪实验分析 12
第五章 课题总结 17
参考文献 18
第一章 绪论
1.1课题研究的背景及意义
拉曼光谱技术在很多领域得到应用,因此对于提取光谱信息,则需要一个好的分析工具。为了更好的分析提取物质信息,将拉曼光谱看做一种信号,放到信号处理中来进行分析。对于产生的光谱信号在传输中,受到各种噪声源的干扰。因此,对信号的去噪就是必要的过 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
程。拉曼光谱是一种基于拉曼效应的分子结构技术，它的信号来自分子振动和旋转，拉曼散射是一种应用比较普遍的检测手段,主要采用激光作为激发光源,被广泛应用于无机、有机、材料、环境与生物等领域的科学研究中,取得了很大的成就。
为了满足各个领域不同检测对象的检测需求,在科学技术飞速发展的前提下,光谱学家开发和研究了一系列的新型拉曼光谱,在温度高、压强大的领域增加了技术的使用，其中的表面增强技术也被广泛应用于工业领域。现如今，拉曼光谱仪器的使用率越来越高，检测物质样品的灵敏度大幅度增长，速度也在稳步提升。拉曼光谱在农业、生物学、医学、考古、化学等方面有着广阔的应用前景。许多科学家长期对代表性、新培养的晶体进行了拉曼光谱的测试与研究,以便于科学家们对这些晶体内部的结构、性质、发展空间有着更深入的了解;在科学生物方面,由于拉曼光谱一些特有优势，可以用来检测一些分子运动及其相应变化,拉曼光谱大多是应用来检测蛋白质,碳水化合物,生物膜等的空间结构,在使用激光拉曼光谱仪获得的测量信号;在考古方面,由于拉曼光谱不具有破坏性,而且方便携带,空间占用率与光谱分析率都比较高,重现性好、结构信息丰富、谱线直观,考古学家利用拉曼光谱作为分析检测仪,对古代的文稿、书画、瓷器、玉石、颜料与金属等进行鉴定和研究。
1.2目前的研究现状
瑞利散射在天空中得以体现，因为人们所看到的蓝色的天空主要是由于这种散射的原因，因此科研人员发现了瑞利散射和其他的散射光谱。这种现象引起了科学界的极大反响,为研究新型分子提供了依据与重要手段。在20世纪当中的年份，一种作为直线型光波——激光光源的引入与发现，可以被用来验证细小微弱的数据，计算机当时的蓬勃兴起，都给拉曼光谱的发展带来了生机，之后这种现象蓬勃发展。
分子在某些运动状态下的详细信息，例如位移、或者周围环境变化分子结构也随之产生一些相应的细小的变化时，通过红外光谱或者时拉曼光谱当中的任何一种都难以检测出来，只有将两者联合一起使用检测，相辅相成，共同促进，才能更好的应用，将其中的信息具体的展示出来。毕竟，拉曼散射强度很大，而红外光谱的吸收很弱，这两者优缺点得以结合，一些没办法用红外光谱分析检测的样品可采用拉曼光谱检测出来，在检测分子对称性的情况下，拉曼光谱起了很大作用。
增强表面的拉曼技术可以直接分析液体中各种基因团、链接骨架之间的研究，它被用来分析与检测各种离子分子，探究药物的合成过程等,也可以检测水中含有的离子。
拉曼光谱在刚出世的时候，不被看好和利用，初始的技术不成熟不先进、落后，很少有人知道并且利用它来促进科学的发展，它的发展收到了限制。自从一列的聚焦的光谱仪的出现，改变了原来入射光高的入射功率，改变了原来的灵敏度，在这样的情况下，拉曼光谱才发展起来。
傅里叶拉曼光谱技术被利用此技术来提升信噪比，因为信噪比是衡量信号质量好坏的关键。傅里叶变换常用来分析信号的幅频特性,傅里叶变换分析方法,只能把被测信号放到某一个域来分析,而且是全时间域的。有时候分析一段信号,只需要某一个局部的信息,这样的话,使用傅里叶分析,很明显会多很多计算。因此,经过很多数学家以及科学家的不懈努力,找到了一种便捷的分析方法,适用于信号的处理与分析，光导纤维的出现也促使了技术的发展，此种技术被应用到散射性模拟的系统之中，取得了很大的发展以及优秀的效果。此次应用成为工业检测中一种新型的装置。总而言之，拉曼光谱的应用方向与发展是与科学技术的发展紧密相关的，科学技术的发展会给拉曼光谱带来相应的发展。
1.3 阐述课题的研究内容与方法
课题研究的主要内容在于研究基于FIR滤波器拉曼光谱的去噪程序研究，拟针对高背景噪声下，利用FIR滤波器对带噪光谱去噪的方法，并通过matlab程序的设计，主要解决抑制噪声，提升高背景噪声下的光谱信号信噪比。
实现方法：
基于光谱信号特性，完成对光谱信号的分析。拉曼光谱被广泛地应用于化学物质的识别与表征，与红外光谱互补，但在光谱分析中常常由于噪声的存在而不能从所记录的数据中提取有用的信息，所以滤波去噪是光谱分析处理中最基本的数据预处理环节之一。
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第一章 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 阐述课题的研究内容与方法 2
1.4论文的整体框架 3
第二章 拉曼光谱的应用以及去噪方法 4
2.1 Raman的分析 4
2.2 Raman的实际应用 5
2.3经典的去噪方法 7
第三章 FIR滤波器 10
3.1 FIR滤波器的概述 10
3.2 基于窗函数法FIR滤波器的设计 11
第四章 拉曼光谱去噪方法 12
4.1 FIR数字滤波器设计准则 12
4.2拉曼光谱去噪实验分析 12
第五章 课题总结 17
参考文献 18
第一章 绪论
1.1课题研究的背景及意义
拉曼光谱技术在很多领域得到应用,因此对于提取光谱信息,则需要一个好的分析工具。为了更好的分析提取物质信息,将拉曼光谱看做一种信号,放到信号处理中来进行分析。对于产生的光谱信号在传输中,受到各种噪声源的干扰。因此,对信号的去噪就是必要的过 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
程。拉曼光谱是一种基于拉曼效应的分子结构技术，它的信号来自分子振动和旋转，拉曼散射是一种应用比较普遍的检测手段,主要采用激光作为激发光源,被广泛应用于无机、有机、材料、环境与生物等领域的科学研究中,取得了很大的成就。
为了满足各个领域不同检测对象的检测需求,在科学技术飞速发展的前提下,光谱学家开发和研究了一系列的新型拉曼光谱,在温度高、压强大的领域增加了技术的使用，其中的表面增强技术也被广泛应用于工业领域。现如今，拉曼光谱仪器的使用率越来越高，检测物质样品的灵敏度大幅度增长，速度也在稳步提升。拉曼光谱在农业、生物学、医学、考古、化学等方面有着广阔的应用前景。许多科学家长期对代表性、新培养的晶体进行了拉曼光谱的测试与研究,以便于科学家们对这些晶体内部的结构、性质、发展空间有着更深入的了解;在科学生物方面,由于拉曼光谱一些特有优势，可以用来检测一些分子运动及其相应变化,拉曼光谱大多是应用来检测蛋白质,碳水化合物,生物膜等的空间结构,在使用激光拉曼光谱仪获得的测量信号;在考古方面,由于拉曼光谱不具有破坏性,而且方便携带,空间占用率与光谱分析率都比较高,重现性好、结构信息丰富、谱线直观,考古学家利用拉曼光谱作为分析检测仪,对古代的文稿、书画、瓷器、玉石、颜料与金属等进行鉴定和研究。
1.2目前的研究现状
瑞利散射在天空中得以体现，因为人们所看到的蓝色的天空主要是由于这种散射的原因，因此科研人员发现了瑞利散射和其他的散射光谱。这种现象引起了科学界的极大反响,为研究新型分子提供了依据与重要手段。在20世纪当中的年份，一种作为直线型光波——激光光源的引入与发现，可以被用来验证细小微弱的数据，计算机当时的蓬勃兴起，都给拉曼光谱的发展带来了生机，之后这种现象蓬勃发展。
分子在某些运动状态下的详细信息，例如位移、或者周围环境变化分子结构也随之产生一些相应的细小的变化时，通过红外光谱或者时拉曼光谱当中的任何一种都难以检测出来，只有将两者联合一起使用检测，相辅相成，共同促进，才能更好的应用，将其中的信息具体的展示出来。毕竟，拉曼散射强度很大，而红外光谱的吸收很弱，这两者优缺点得以结合，一些没办法用红外光谱分析检测的样品可采用拉曼光谱检测出来，在检测分子对称性的情况下，拉曼光谱起了很大作用。
增强表面的拉曼技术可以直接分析液体中各种基因团、链接骨架之间的研究，它被用来分析与检测各种离子分子，探究药物的合成过程等,也可以检测水中含有的离子。
拉曼光谱在刚出世的时候，不被看好和利用，初始的技术不成熟不先进、落后，很少有人知道并且利用它来促进科学的发展，它的发展收到了限制。自从一列的聚焦的光谱仪的出现，改变了原来入射光高的入射功率，改变了原来的灵敏度，在这样的情况下，拉曼光谱才发展起来。
傅里叶拉曼光谱技术被利用此技术来提升信噪比，因为信噪比是衡量信号质量好坏的关键。傅里叶变换常用来分析信号的幅频特性,傅里叶变换分析方法,只能把被测信号放到某一个域来分析,而且是全时间域的。有时候分析一段信号,只需要某一个局部的信息,这样的话,使用傅里叶分析,很明显会多很多计算。因此,经过很多数学家以及科学家的不懈努力,找到了一种便捷的分析方法,适用于信号的处理与分析，光导纤维的出现也促使了技术的发展，此种技术被应用到散射性模拟的系统之中，取得了很大的发展以及优秀的效果。此次应用成为工业检测中一种新型的装置。总而言之，拉曼光谱的应用方向与发展是与科学技术的发展紧密相关的，科学技术的发展会给拉曼光谱带来相应的发展。
1.3 阐述课题的研究内容与方法
课题研究的主要内容在于研究基于FIR滤波器拉曼光谱的去噪程序研究，拟针对高背景噪声下，利用FIR滤波器对带噪光谱去噪的方法，并通过matlab程序的设计，主要解决抑制噪声，提升高背景噪声下的光谱信号信噪比。
实现方法：
基于光谱信号特性，完成对光谱信号的分析。拉曼光谱被广泛地应用于化学物质的识别与表征，与红外光谱互补，但在光谱分析中常常由于噪声的存在而不能从所记录的数据中提取有用的信息，所以滤波去噪是光谱分析处理中最基本的数据预处理环节之一。
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