基于奇異值分解和中位數絕對偏差的拉曼成像數據去噪方法

范賢光， 吳騰達， 支瑜亮， 王 昕*

1. 廈門大學航空航天學院儀器與電氣系， 福建 廈門 361005 2. 傳感技術福建省高等學校重點實驗室， 福建 廈門 361005 3. 廈門市光電傳感技術重點實驗室， 福建 廈門 361005

引 言

拉曼成像是一種建立在拉曼光譜之上的成像技術， 由于其能夠良好地描述物質的空間分布， 兼具拉曼光譜的快速、 無創、 無損等特性， 在醫學、 生物化學、 食品安全等領域得到了廣泛的應用[1]。 高信噪比的拉曼成像數據是研究物質組分特征的前提。 由于拉曼散射的截面積小， 靈敏度低， 容易被噪聲干擾， 而在很多實驗中， 我們為了觀察某些動態過程， 往往縮短掃描時間， 這使得獲取到的拉曼成像數據信噪比不高， 導致最終的成像質量下降。 近年來， 國內外學者提出了各種算法用于拉曼光譜的去噪處理， 如： S-G濾波、 小波變換等。 S-G濾波是一種基于滑動窗口的平滑算法， 其基本思想是定義奇數大小的滑動窗口沿序列平移， 采用多項式擬合滑動窗口內的數據點， 從而達到去噪目的[2]。 小波變換則是一種時頻分析算法， 其將帶噪信號分解為低頻部分和高頻部分， 對高頻部分采用閾值法扣除噪聲， 最后經小波逆變換得到去噪后的信號[3-4]。

這些算法都是對單條光譜進行處理， 而在拉曼成像數據中， 多條光譜之間往往存在相互聯系， 故現有的算法對這樣的信號處理效果并不理想。 因此， 本文提出了一種適用于拉曼成像數據上的去噪方法。 該方法首先對拉曼成像數據進行奇異值分解(singular value decomposition， SVD)， 得到一系列奇異值。……