自动调焦方法已被广泛应用到各种光学仪器中。为了解决推扫式高光谱相机自动调焦问题, 提出了一种利用基于四元数小波变换的光谱质量评价函数估计相机焦距的方法。首先将推扫线上单行光谱数据顺序排列成一个二维矩阵, 利用四元数小波变换对光谱像元矩阵进行分解得到低频和高频4个子带。通过对低频和高频的幅值和相位信息构造光谱质量评价函数, 指导相机自动调焦。调焦过程中, 利用自动调焦机构按一定步长旋转镜头, 计算不同离焦状态下的光谱质量指标值, 拟合光谱质量指标值与镜头伸缩量之间的高斯分布函数, 最终估算最佳调焦量。实验表明, 提出的光谱质量评价函数灵敏度高、准确度强。该调焦方法仅利用单行光谱数据进行调焦, 调焦准确。

以北京地区的96个潮土土样的有机质含量为研究对象， 以传统光谱变换为参照， 研究分析传统光谱变换与连续小波的耦合在估测土壤有机质含量的可行性； 首先采用传统光谱变换与连续小波处理土壤光谱数据， 然后将处理后的光谱数据与土壤有机质含量进行相关性分析， 提取敏感波段， 并采用偏最小二乘法构建土壤有机质含量估测模型。 结果表明： 耦合传统光谱变换技术与连续小波技术可大幅提升光谱对有机质含量的敏感性， 其相关系数R2最高可达0.714， 这表明耦合传统光谱变换技术与连续小波技术可深入挖掘光谱内的有益信息； 与传统光谱变换技术相比， 基于耦合传统光谱变换技术与连续小波技术构建的模型精度更高， 稳定性更好， 其中以微分变换构建的模型最优， 其R2=0.772， RMSE=0.223， 这表明耦合传统光谱变换技术与连续小波技术可有效压制噪声的负面影响， 提升光谱的稳定性。

提出一种稀疏降噪自编码结合高斯过程的近红外光谱药品鉴别方法。 首先对近红外光谱数据进行小波变换以消除基线漂移, 然后用稀疏降噪自编码(SDAE)网络提取光谱特征并降维表示, 最后采用高斯过程(GP)进行二分类, 其中GP选用光谱混合(SM)核函数作为协方差函数, 记此分类网络为wSDAGSM。 自编码网络具有很强的模型表示能力, 高斯过程分类器在处理小样本数据时具有优势。 wSDAGSM网络通过稀疏降噪自编码学习得到维数更低但更有价值的特征来表示输入数据, 同时将具有很好表达力的光谱混合核作为高斯过程的协方差函数, 有利于更准确的光谱数据分类。 以琥乙红霉素及其他药品的近红外光谱为实验数据, 将该方法与经过墨西哥帽小波变换的BP神经网络(wBP)、 支持向量机(wSVM), SDAE结合Logistic二分类(wSDAL)、 SDAE结合采用平方指数(SE)协方差核的GP二分类(wSDAGSE), 以及未采用小波变换的SDAGSM网络等方法进行对比。 实验结果表明, 对光谱数据进行墨西哥帽小波变换预处理能有效提升SDAGSM网络的分类准确率和稳定性。 wSDAGSM方法无论从分类准确率还是分类结果稳定性方面, 都优于其他分类器。

In optical techniques, noise signal is a classical problem in medical image processing. Recently, there has been considerable interest in using the wavelet transform with Bayesian estimation as a powerful tool for recovering image from noisy data. In wavelet domain, if Bayesian estimator is used for denoising problem, the solution requires a prior knowledge about the distribution of wavelet coefficients. Indeed, wavelet coefficients might be better modeled by super Gaussian density. The super Gaussian density can be generated by Gaussian scale mixture (GSM). So, we present new minimum mean square error (MMSE) estimator for spherically-contoured GSM with Maxwell distribution in additive white Gaussian noise (AWGN). We compare our proposed method to current state-of-the-art method applied on standard test image and we quantify achieved performance improvement.

温度是激光诱导等离子体特性研究最重要的参数之一, 为降低光谱连续背景对Boltzmann平面法计算等离子体温度的精密度的影响, 利用小波变换对等离子体光谱进行分解, 并采用软阈值法对代表光谱基线的低频信号进行扣除。 选择合适的小波分解层数L及阈值系数α能有效提高Boltzmann图的线性相关度, 即有更高的拟合系数R2, 从而提高等离子体温度的计算精密度。 对低合金钢样品417～445 nm波段LIBS光谱采用db4小波函数进行分解、 基线扣除和信号重构, 选用12条Fe原子谱线建立Boltzmann图, 由Boltzmann图拟合直线的斜率计算得到等离子体温度。 对L和α系数进行了优化选择, 研究发现, 采用8层小波分解时Boltzmann图具有较高的R2, 而α的选择与时延td有关, td≤4.0 μs时, α=0.3可获得最佳R2值, 之后随td的增大, α逐渐减小; 在td≥6.5 μs后, α=0, 即光谱低频信号被完全扣除, 说明基线对光谱特征谱线的干扰随时延的增加逐渐减弱。 基线扣除后各时延的等离子体温度降低约2 000～3 000 K, 温度随时延的增加逐渐降低, 与等离子体膨胀过程中温度逐渐下降的物理过程相吻合, 且变化过程中的波动变小。

针对强背景光下, Mie散射激光雷达回波信号所含噪声的特点, 提出小波滤波消噪方法.该方法通过小波变换分离出背景光的直流部分, 并利用小波软阈值消除来自背景光的白噪声和探测系统的电噪声.为了验证该方法的有效性,提取并反演了Mie散射激光雷达系统实际探测得到的大气回波信号.反演结果显示有效探测距离从2.5 km提高到5 km, 表明该方法能够在白天背景下有效降低Mie散射激光雷达回波信号中的电噪声和背景光的噪声污染.

测量了高功率976nm InGaAs量子阱半导体激光器在低于1/30阈值电流下的低频电噪声，提出了以1/f噪声时域信号小波系数相关性与电流的关系来分析噪声来源的方法.结合1/f噪声源理论模型及小波变换系数的特性，完成了不同偏置电流下纯1/f噪声、加白噪声后的1/f噪声两种情况下的对比实验.实验结果表明：所测的低频噪声表现为明显的1/f噪声，对于纯1/f噪声，噪声幅度和小波系数相关性在判断噪声来源时具有相同的结果；对于加白噪声后的1/f噪声，噪声幅度变化很大且不能正确表征1/f噪声来源，而部分尺度下的小波系数相关性仍能作为判断噪声来源的可靠参量.

拉曼光谱分析方法结合表面增强技术用于亚胺硫磷农药的检测。 连续小波变换(continuous wavelet transforms, CWT)和连续投影算法(successive projections algorithm, SPA)分别用于拉曼光谱的预处理和特征拉曼位移的选择, 多元线性回归(multi-linear regression, MLR)用于特征拉曼吸收的回归分析。 结果表明, 芯片增强可以实现低浓度农药溶液拉曼响应的增强; CWT可以提高拉曼光谱的分辨率和平滑度, 消除光谱的平移误差; 基于SPA方法的特征位移选择方法, 既可以提高模型的分析精度, 又可以简化MLR模型的回归变量; 与特征增强波段的MLR模型比较, CWT-SPA-MLR模型可将验证集的预测相关系数(correlation coefficient, r)和预测均方根误差(root mean square error of prediction, RMSEP)由0.823和1.640改善为0.903和1.122。 CWT-SPA-MLR可用于拉曼光谱定量解析模型的建立, 该方法简单易用具有良好的重复性。

针对相干光正交频分复用系统中出现的高峰值平均功率比问题, 提出用小波包变换取代传统快速傅里叶变换的相干光正交频分复用系统.仿真实验证明了具有良好正交性的小波包变换对高峰值平均功率比起到一定程度上的抑制作用, 且误码率性能优于传统的快速傅里叶变换.随着小波尺度函数及小波函数对称性的提升, 其避免信号处理过程中的相移的能力提高, 系统性能有所改善.与传统的快速傅里叶变换系统相比, 基于小波包变换的系统中, 小波基函数haar小波的互补累计分布函数为0.01时, 门限值降低约2 dB, 且在误码率为10-3的情况下, 性能优化1.5 dB.在此基础上, 将小波提升算法应用到相干光正交频分复用系统中, 得到的抑制峰均比及误码率性能与应用Mallat算法时一致, 但算法的结构复杂度降低.

针对高压输电线路电晕检测及定位问题,设计了基于DM8148的双谱段视频融合电晕检测系统,实现了双路视频的采集、处理、融合、压缩和存储.采用时域递归滤波算法对日盲紫外图像进行去噪处理,利用基于小波变换自适应加权融合法将日盲紫外、可见光两路视频进行实时融合.实验结果表明融合图像具有较好的视觉效果,能够很好地将紫外、可见光检测图像融合,实现电晕放电点检测的准确定位,系统能满足电晕检测的需求.