CN114674817A - 光谱滴定方法的色度值信号去噪和平滑处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于测量数据处理领域，具体涉及光谱滴定方法的色度值信号去噪和平滑处理方法。本发明提供了一种基于小波分析和平滑滤波相结合的化学光谱滴定分析中CIELAB色空间信号去噪和平滑处理方法，该方法利用小波算法进行一次滤波，提高信号细节部分的分辨率，清晰体现信号的特征；然后，利用平滑滤波算法对信号进行二次滤波，降低信号的高频噪声含量。与现有技术相比，本发明实现了化学光谱滴定仪在化学滴定过程中CIELAB色空间信号的有效去除背景噪声的干扰，提高了检测信号的信噪比和准确性，并为后续的滴定终点的确定提供更准确的依据。
Description
技术领域
本发明属于测量数据处理领域，具体涉及光谱滴定方法的色度值信号去噪和平滑处理方法。
背景技术
CIE1976(L * a * b * )色空间方法是1976年CIE(Comnission Internationale de I’Eclairage，国际照明委员会)推荐的一种颜色评价方法，现已成为世界各国正式采纳、作为国际通用的测色标准。该方法用一组数字描述颜色，其优点在于颜色的表征参数只与光源和物体性质相关。因此，将CIE1976(L * a * b * )色空间方法应用于化学光谱滴定分析中的颜色表征，便可以将传统滴定分析中的颜色变化由语言描述转变为数字化描述，利用与反应试剂量关联的CIE1976(L * a * b * )色空间的参数与衍生参数的变化轨迹，实现颜色状态的量值溯源，为滴定分析的自动化、人工智能化发展打下基础。
然而，在将化学光谱滴定方法应用于不同的化学滴定过程中，动态扰动测量给光谱信号带来背景干扰噪声。一方面，背景干扰噪声会掩盖部分测量信号，不利于观察滴定过程中的化学反应变化规律；另一方面，噪声信号的存在也会影响滴定终点的人工智能识别。因此，实现化学光谱滴定过程中CIELAB彩色均匀空间的色度值信号L * 值、a * 值和b * 值的信号峰去噪，不仅是当前化学光谱滴定方法应用的一个难点，也是信号处理应用领域的一个关键环节。
针对化学光谱的滴定分析，现有技术多是利用空白样品产生的白噪声对测量信号进行近似拟合，但实际的光谱噪声成分会由于多种因素而发生变动，无法对化学光谱滴定全过程进行有效的白噪声扣除。另外，虽然信号处理领域有很多的去噪算法可供选择，但通过单一固定的去噪算法同样无法应对不同应用背景下信号去噪的要求，无法高精度地实现光谱定信号的去噪处理。因此，目前尚无算法成功应用到化学光谱滴定过程中CIELAB彩色均匀空间色度值信号值的去噪计算中。
因此，开发一种综合利用信号处理算法实现化学光谱滴定过程中CIELAB彩色均匀空间的色度值信号L * 值、a * 值和b * 值的信号峰去噪和平滑的信号处理方法就成为了本领域技术人员亟需解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是针对现有技术中存在的问题，提供一种基于小波分析和平滑滤波相结合的化学光谱滴定分析中CIELAB色空间信号去噪和平滑处理方法，该方法利用小波进行一次滤波，提高信号细节部分的分辨率，清晰体现信号的特征；然后，利用平滑滤波对信号进行二次滤波，降低信号的高频噪声含量。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
化学光谱滴定分析中CIELAB色空间信号去噪和平滑处理方法，包括以下步骤：
S1、采用化学光谱滴定分析方法测定待测体系的CIELAB色空间的明度值L * 、红-绿色品指数a * 或黄-蓝色品指数b * 的信号值数据，并依次进行小波函数降噪处理；
S2、对经步骤S1降噪处理后的明度值L * 、红-绿色品指数a * 或黄-蓝色品指数b * 的信号值数据依次进行平滑滤波降噪处理。
值得说明的是，为了解决单一固定的去噪算法无法满足不同应用背景下信号去噪要求的问题，本发明采用小波和平滑滤波组合式去噪方案，综合利用小波去噪和平滑滤波这两种经典去噪算法各自的优点，实现了化学光谱滴定分析中CIELAB色空间信号去噪和平滑处理。
进一步的，所述步骤S1的子步骤包括：
S1-1、选择光谱滴定分析中同一被测样品溶液的一组连续的可见光光谱的明度值L * 、红-绿色品指数a * 或黄-蓝色品指数b * 的信号值；
S1-2、确定小波基函数、分解层数、阈值函数、阈值选择准则及阈值调整策略；
S1-3、利用步骤S1-2选择的小波基函数及分解层数，对步骤S1-1获得的信号值进行小波变换，得到变换小波系数向量
；
S1-4、依据步骤S1-2选择的阈值选择准则计算得到每一层的小波阈值
；
S1-5、将步骤S1-3得到的
及步骤S1-4得到的
代入公式
，计算得到新的小波系数向量
；
S1-6、对步骤S1-5得到的小波系数向量
进行逆小波变换处理，得到重构CIELAB色空间的明度值L * 、红-绿色品指数a * 和黄-蓝色品指数b * 的信号值数据。
更进一步的，子步骤S1-1中明度值L * 、红-绿色品指数a * 或黄-蓝色品指数b * 的信号值选择方法为：
在化学光谱滴定分析过程中，设定指定测量点的明度值L * 、红-绿色品指数a * 和黄-蓝色品指数b * 信号值为待处理信号值；或
在化学光谱滴定分析过程中，设定完整测量周期中的任意滴定过程为测量窗口，选取测量窗口范围内连续或不连续的多个测量点的明度值L * 、红-绿色品指数a * 和黄-蓝色品指数b * 信号值为待处理信号值；或
在化学光谱滴定分析过程完成后，设定完整测量周期中所有测量点的明度值L * 、红-绿色品指数a * 和黄-蓝色品指数b * 信号值为待处理信号值。
更进一步的，所述子步骤S1-2中的小波基函数包括Haar小波基、db系列小波基、Biorthogonal(biorNr.Nd)小波系、Coiflet(coifN)小波系、SymletsA(sym N)小波系、Molet(morl)小波、Mexican Hat (mexh)小波或Meyer小波。
并且，根据多分辨率分析理论，高层分解的小波系数对应的是低频部分，而低频部分主要由信号构成。因此分解层次越高，去掉的低频成分越多，去噪效果越明显，但失真度也相应增大。故而，本发明限定分解层数为1层-10层。
本发明所述的阈值函数为软阈值函数或硬阈值函数，两种阈值选择函数的数学表达式为：
软阈值函数： 
（1）
硬阈值函数： 
（2）
其中，公式（1）和（2）中的
为第j层中的所选用的阈值函数中的小波阈值，
为第j层小波系数的个数。
本发明所述的阈值选择准则包括无偏风险估计准则、固定阈值准则、混合准则或极小极大准则。具体计算公式如下：
（1）无偏风险估计准则（rigrsure）：即一种基于Stein的无偏似然估计原理的自适应阈值选择方法。对每个阈值求出对应的风险值，风险最小的即为所选，其具体算法为：将某一层小波系数的平方按由小到大排列，得到一个向量：
，其中
，n为小波系数的个数。由此计算风险向量
，
, 然后求出风险向量R的最小点所对应的下标k值，从而得到阈值
为：
其中，
为待分析小波系数中噪声的标准差，它的计算公式为：
（2）固定阈值准则（sgtwolog）：
（3）混合准则（heursure）：它是rigrsure和sqtwolog准则的混合，当信噪比很低时，rigrsure准则估计有很大噪声，这时采用固定阈值。其阈值计算方法为：首先判断两个变量
和
的大小，它们的表达式分别为：
若
，则选取固定阈值，否则选取rigrsure准则和sqtwolog准则的较小者作为本准则阈值。
(4) 极小极大准则：
以及，本发明所述的阈值调整策略为分层阈值策略。
进一步的，所述步骤S2的子步骤包括：
S2-1、在经过小波降噪后的明度值L * 、红-绿色品指数a * 和黄-蓝色品指数b * 的信号值数据
的左右两侧分别添加m个数据，形成新的数据序列
，所述m个数据分别满足二次多项式模型
和
S2-2、利用最小二乘法求出回归系数
和回归系数
；
S2-3、分别根据步骤S2-2得到的
求出
的前m个数据，根据
求出
的后m个数据；
S2-4、将步骤S2-3得到的数据带入公式
，计算得到平滑滤波后的信号
。
进一步的，所述光谱滴定方法的色度值信号去噪和平滑处理方法还包括以下步骤：
S3、利用步骤S2平滑处理后得到的明度值L * 、红-绿色品指数a * 或黄-蓝色品指数b * 的信号值数据计算彩度值C或色调角h * 或色差△E的信号值数据。
更进一步的，所述光谱滴定方法的色度值信号去噪和平滑处理方法还包括以下步骤：
S4、利用步骤S3得到的彩度值C和色调角h * 值的信号值数据计算其光谱滴定参数数据。
示范性的，所述光谱滴定参数包括S =│（M x-M y）n/Nm│
式中，
S—光谱滴定的色变曲线；
n—1,2,3，…；
m—1,2,3，…；
x—1,2,3，…；
y—2,3,4，…；
M—CIELAB彩色均匀空间的色度值的明度L *值、红-绿色品指数a *值、黄-蓝色品指数b *值和其衍生参数彩度C值、色调角h *值和色差△E值中的一种，或者该参数的差值；
N—滴定过程中的时间t参数、脉冲信号f参数、加入试剂体积v参数、反应液物质浓度c参数、pH值和氢离子浓度c [H+]参数中的一种为坐标参数，或者该参数的差值。
更进一步的，所述光谱滴定方法的色度值信号去噪和平滑处理方法还包括以下步骤：
S5、利用步骤S2获得的明度值L * 、红-绿色品指数a * 或黄-蓝色品指数b * 的信号值数据，步骤S3获得的彩度值C或色调角h * 的信号值数据，步骤S4获得的色度学参数的信号值数据建立化学光谱滴定分析中基于CIELAB色空间信号的光谱滴定曲线。
与现有技术相比，本发明实现了化学光谱滴定仪在化学滴定过程中CIELAB色空间信号的有效去噪，提高了检测信号的信噪比和准确性，并为后续的滴定终点的确定提供更准确的依据。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的sym8小波基的小波函数和尺度函数图。
图2为实施例1以儿茶酚紫为指示剂的光谱滴定分析得到的CIELAB色空间L *值、a *值和b *值信号的原始信号、去噪及平滑处理后的信号。
图3为实施例2以二甲基黄为指示剂的光谱滴定分析得到的CIELAB色空间L *值、a *值和b *值信号的原始信号、去噪及平滑处理后的信号。
图4为实施例3以甲基红为指示剂的光谱滴定分析得到的CIELAB色空间L *值、a *值和b *值信号的原始信号、去噪及平滑处理后的信号。
图5为实施例4以亚甲基蓝为指示剂的光谱滴定分析得到的CIELAB色空间L *值、a *值和b *值信号的原始信号、去噪及平滑处理后的信号。
图6为实施例5以酚酞为指示剂的光谱滴定分析得到的CIELAB色空间L *值、a *值和b *值信号的原始信号、去噪及平滑处理后的信号。
图7为实施例5以酚酞为指示剂的光谱滴定分析得到CIELAB色空间ΔE信号的原始信号、一次降噪处理后的信号及二次平滑处理后的信号。
图8为实施例5以酚酞为指示剂的光谱滴定分析得到CIELAB色空间ΔΔE2/ΔV2信号的原始信号、一次降噪处理后的信号及二次平滑处理后的信号。
图9为实施例5以酚酞为指示剂的光谱滴定分析得到CIELAB色空间ΔΔE3/ΔV3信号的原始信号、一次降噪处理后的信号及二次平滑处理后的信号。
图10为实施例6光谱滴定法测量中药白芍中二氧化硫的CIELAB参数a *、b *降噪的效果比对，其中a *、b *为未降噪，a * 降、b * 降为降噪。
图11为实施例6光谱滴定法测量中药白芍中二氧化硫的CIELAB参数C降噪的效果比对，其中C为未降噪，C 降为降噪。
图12为实施例6光谱滴定法测量中药白芍中二氧化硫的CIELAB参数h * 降噪的效果比对，其中h * 为未降噪，h * 降为降噪。
图13为实施例6光谱滴定法测量中药白芍中二氧化硫的CIELAB参数△E降噪的效果比对，其中，△E为未降噪，△E降为降噪。
图14为实施例7光谱滴定法测量矿石中铁含量的CIELAB参数L *降噪的效果比对，其中，L * 原为未降噪，L * 降为降噪。
图15为实施例7光谱滴定法测量矿石中铁含量的CIELAB参数a *降噪的效果比对，其中，a * 原为未降噪，a * 降为降噪。
图16为实施例7光谱滴定法测量矿石中铁含量的CIELAB参数b *降噪的效果比对，其中，b * 原为未降噪，b * 降为降噪。
图17为实施例7光谱滴定法测量矿石中铁含量的CIELAB参数△E降噪的效果比对，其中，△E为未降噪，△E降为降噪。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明公开了光谱滴定方法的色度值信号去噪和平滑处理方法，步骤包括：
步骤S1：化学反应光谱的CIELAB色空间小波去噪的计算方法，具体计算步骤为：
S1-1、读取待处理的CIELAB彩色均匀空间的L *值、a *值和b *值的信号值数据；
S1-2、对小波降噪参数进行设置，选择小波基函数为sym8函数，分解层数为5层，阈值选择函数为硬阈值函数，阈值的选取准则为固定式阈值准则，阈值调整策略为分层阈值策略，即为根据每一层小波分解的噪声水平估计进行调整；
S1-3选取sym8函数为小波基函数，对所给数据进行5层小波变换，得到变换小波系数
；
S1-4、计算小波阈值
，选取硬阈值函数对小波系数进行阈值处理，对获得的小波系数进行阈值处理；
S1-5、将各小波系数与相应阈值比较，代入公式
S1-6、在经过阈值处理后的小波系数
上进行逆小波变换，重构CIELAB彩色均匀空间的L *值、a *值和b *值的信号值数据，即去噪后的信号。
需要说明的是，所述步骤S1中，在对所述小波系数进行阈值处理之前，用马拉特Mallat快速算法对含噪数据进行5层小波变换，得到各层小波系数（包括细节系数和近似系数），并根据各层细节系数来估计出各层小波系数中的噪声方差。第j层小波系数中噪声的标准差
为：
其中，d j 为第j层细节系数，N j 为第j层细节系数的个数。
并且，在对所述小波系数进行阈值处理之前，需要根据估计出的各层噪声方差确定各层不同细节系数对应的小波系数的阈值。第j层小波阈值
为：
进一步的，所述步骤S1中，在对所述小波系数进行阈值处理之前，需要选取硬阈值函数对小波系数进行处理。硬阈值函数为：
其中，
为阈值处理前第j层第k个的小波系数，
为经过硬阈值函数处理后的小波系数。
步骤S2：为了进一步抑制噪声的影响，对经过小波去噪后的L *值、a *值和b *值的信号值数据进行平滑滤波处理。L *值、a *值和b *值的信号值数据在整个时间区间上可视为非平稳信号，但在适当的局部时间区间内可视为接***稳的，因此在某个局部时间区间内对它作某种局部二次多项式的拟合，可以有效减小噪声对信号所造成的影响。因此通过设置一个平稳区间长度（滑动窗口），对信号进行逐一的局部二次多项式平滑。滑动窗口的大小一般应设置为一个小于信号长度的奇数2m+1（m为任意整数），因此2m+1个相邻数据组成的小区间是接***稳的，然后对当前窗口内2m+1个数据的平均值作为当前窗口内第5个数据（对应窗口中心点）的取值，不断进行窗口的平移、计算均值和替代，最终得到降噪后的较平滑的信号。即用基于二次多项式的平滑滤波处理小波去噪后的CIELAB彩色均匀空间的L *值、a *值和b *值的信号值数据，以进一步去除噪声。
具体计算步骤为：
S2-1、在原来信号
的左右两侧分别添加m个数据，形成一个新的数据序列
；这两组m个数据分别满足下列二次多项式模型：
和
。
S2-2、利用最小二乘方法分别求出方程（1）和（2）的回归系数
和
。
S2-3、根据得到的
和
分别求出
的前m个数据和后m个数据，公式为
S2-4、平滑滤波后的信号
由公式
计算得出。
步骤S3：利用步骤S2平滑处理后得到的明度值L * 、红-绿色品指数a * 或黄-蓝色品指数b * 的信号值数据计算彩度值C、色调角h * 或色差△E的信号值数据。
步骤S4：利用步骤S2获得的明度值L * 、红-绿色品指数a * 或黄-蓝色品指数b * 的信号值数据，以及步骤S3得到的彩度值C、色调角h * 或色差△E的信号值数据计算其光谱滴定参数数据；
步骤S5：利用步骤S2获得的明度值L * 、红-绿色品指数a * 或黄-蓝色品指数b * 的信号值数据，步骤S3获得的彩度值C、色调角h * 或色差△E的信号值数据，以及步骤S4获得的色度学参数的信号值数据建立光谱滴定曲线。
为更好地理解本发明，下面通过以下实施例对本发明作进一步具体的阐述，但不可理解为对本发明的限定，对于本领域的技术人员根据上述发明内容所作的一些非本质的改进与调整，也视为落在本发明的保护范围内。
实施例1
光谱滴定方法的色度值信号去噪和平滑处理方法：
先将反应器中加入100 mL水，调节零点。再于反应器中，依次加入100 mL水，加入浓度10%的硫酸调节pH值为1，再加入4滴浓度为0.1 g/100 mL的儿茶酚紫指示剂溶液，用浓度为0.1 mol/L氢氧化钠溶液进行滴定，滴定速度2 mL/min。检测完整测量周期的明度值L *、红-绿色品指数a *和黄-蓝色品指数b *信号值。
设定完整测量周期中所有测量点的明度值L *、红-绿色品指数a *和黄-蓝色品指数b *信号值为待处理信号值，按上述方法进行信号的去噪和平滑处理。利用平滑处理后得到的明度值L *、红-绿色品指数a *或黄-蓝色品指数b *的信号值数据建立化学光谱滴定分析中基于CIELAB色空间信号的光谱滴定曲线。
图2为实施例1以儿茶酚紫为指示剂的光谱滴定分析得到的CIELAB色空间L*值、a*值和b*值信号的原始信号、去噪及平滑处理后的信号。
实施例2
光谱滴定方法的色度值信号去噪和平滑处理方法：
先将反应器中加入100 mL水，调节零点。再于反应器中，依次加入100 mL水，加入浓度10%的硫酸调节pH值为1，再加入4滴浓度为1 g/100 mL的二甲基黄指示剂溶液，用浓度为0.1 mol/L氢氧化钠溶液进行滴定，滴定速度2 mL/min。检测完整测量周期的明度值L *、红-绿色品指数a *和黄-蓝色品指数b *信号值。
设定完整测量周期中所有测量点的明度值L *、红-绿色品指数a *和黄-蓝色品指数b *信号值为待处理信号值，按上述方法进行信号的去噪和平滑处理。利用平滑处理后得到的明度值L *、红-绿色品指数a *或黄-蓝色品指数b *的信号值数据建立化学光谱滴定分析中基于CIELAB色空间信号的光谱滴定曲线。
图3为实施例2以二甲基黄为指示剂的光谱滴定分析得到的CIELAB色空间L *值、a *值和b *值信号的原始信号、去噪及平滑处理后的信号。
实施例3
光谱滴定方法的色度值信号去噪和平滑处理方法：
先将反应器中加入100 mL水，调节零点。再于反应器中，依次加入100 mL水，加入浓度10%的硫酸调节pH值为1，再加入4滴浓度为0.1 g/100 mL的甲基红指示剂溶液，用浓度为0.1 mol/L氢氧化钠溶液进行滴定，滴定速度2 mL/min。检测完整测量周期的明度值L *、红-绿色品指数a *和黄-蓝色品指数b *信号值。
设定完整测量周期中所有测量点的明度值L *、红-绿色品指数a *和黄-蓝色品指数b *信号值为待处理信号值，按上述方法进行信号的去噪和平滑处理。利用平滑处理后得到的明度值L *、红-绿色品指数a *或黄-蓝色品指数b *的信号值数据建立化学光谱滴定分析中基于CIELAB色空间信号的光谱滴定曲线。
图4为实施例3以甲基红为指示剂的光谱滴定分析得到的CIELAB色空间L*值、a*值和b*值信号的原始信号、去噪及平滑处理后的信号。
实施例4
光谱滴定方法的色度值信号去噪和平滑处理方法：
先将反应器中加入100 mL水，调节零点。再于反应器中，依次加入100 mL水，加入浓度10%的硫酸调节pH值为1，再加入4滴浓度为0.5 g/100 mL的中性红指示剂溶液，用浓度为0.1 mol/L氢氧化钠溶液进行滴定，滴定速度2 mL/min。检测完整测量周期的明度值L *、红-绿色品指数a *和黄-蓝色品指数b *信号值。
设定完整测量周期中所有测量点的明度值L *、红-绿色品指数a *和黄-蓝色品指数b *信号值为待处理信号值，按上述方法进行信号的去噪和平滑处理。利用平滑处理后得到的明度值L *、红-绿色品指数a *或黄-蓝色品指数b *的信号值数据建立化学光谱滴定分析中基于CIELAB色空间信号的光谱滴定曲线。
图5为实施例4以中性红为指示剂的光谱滴定分析得到的CIELAB色空间L *值、a *值和b *值信号的原始信号、去噪及平滑处理后的信号。
实施例5
光谱滴定方法的色度值信号去噪和平滑处理方法：
配置浓度约为0.1 mol/L的氢氧化钠标准溶液为待标定的氢氧化钠溶液，按照GB/T 601规定的氢氧化钠标准溶液标定的方法，精密称取约0.75 g在称取于105℃～110℃电烘箱中干燥至恒量的工作基准试剂邻苯二甲酸氢钾，加无二氧化碳的水约100 ml溶解，加2滴酚酞指示液(10g/L)，用配制的氢氧化钠溶液，采用光谱滴定分析方法滴定至凸变峰，滴定速度2 mL/min。检测完整测量周期的明度值L *、红-绿色品指数a *和黄-蓝色品指数b *信号值。
设定完整测量周期中所有测量点的明度值L *、红-绿色品指数a *和黄-蓝色品指数b *信号值为待处理信号值，按上述方法进行信号的去噪和平滑处理。
利用平滑处理后得到的明度值L *、红-绿色品指数a *或黄-蓝色品指数b *的信号值数据计算彩度值C或色调角h *值的信号值数据；并进一步计算其光谱滴定参数数据ΔE、ΔΔE 2/ΔV2和ΔΔE 3/ΔV3。利用上述信号值数据建立化学光谱滴定分析中基于CIELAB色空间信号的光谱滴定曲线。
图6为以酚酞为指示剂的光谱滴定分析得到的CIELAB色空间L *值、a *值和b *值信号的原始信号、去噪及平滑处理后的信号。
图7是以酚酞为指示剂的光谱滴定分析得到CIELAB色空间ΔE信号的原始信号、一次降噪处理后的信号及二次平滑处理后的信号。
图8是以酚酞为指示剂的光谱滴定分析得到CIELAB色空间ΔΔE2/ΔV2信号的原始信号、一次降噪处理后的信号及二次平滑处理后的信号。
图9是以酚酞为指示剂的光谱滴定分析得到CIELAB色空间ΔΔE3/ΔV3信号的原始信号、一次降噪处理后的信号及二次平滑处理后的信号。
实施例6
光谱滴定方法的色度值信号去噪和平滑处理方法：
被测量样品为中药白芍，测量项目为二氧化硫含量，测量依据为参考药典（2015）滴定法。按照药典（2015）滴定法前处理，获得被测量样品溶液。设定光谱滴定仪：测量波长为380 nm～780 nm，△λ为5 nm，测量周期200 ms，光程10 mm，滴定速度5 mL/min（每步加入体积0.0004154 mL），一次降噪，先进行仪器空白校正液测量和校正，再进行备测量样品的测量。仪器空白校正液：以一级水为仪器空白校正液。开机后，置于光谱滴定仪的仪器空白校正容器进行测量，获取其吸光度值后归零。将待测样品置于光谱滴定仪的仪器待测样品容器中，在吸收液中加入甲基红指示剂（2.5 mg/ml）3滴，用浓度为0.01 mol/L的NaOH滴定。检测完整测量周期的明度值L *、红-绿色品指数a *和黄-蓝色品指数b *信号值。
设定完整测量周期中所有测量点的明度值L *、红-绿色品指数a *、黄-蓝色品指数b *、彩度值C、色调角h *、色差△E及衍生信号ΔE3/ΔV3信号值为待处理信号值。
按上述方法进行信号的去噪和平滑处理，利用平滑处理后得到的明度值L *、红-绿色品指数a *或黄-蓝色品指数b *的信号值数据建立化学光谱滴定分析中基于CIELAB色空间信号的光谱滴定曲线。
图10是光谱滴定法测量中药白芍中二氧化硫的CIELAB参数a *、b * 降噪的效果比对，其中a *、b *为未降噪，a * 降、b * 降为降噪。
图11是光谱滴定法测量中药白芍中二氧化硫的CIELAB参数C降噪的效果比对，其中C为未降噪，C降为降噪。
图12是光谱滴定法测量中药白芍中二氧化硫的CIELAB参数h *降噪的效果比对，其中h * 为未降噪，h * 降为降噪。
图13是光谱滴定法测量中药白芍中二氧化硫的CIELAB参数△E 降噪的效果比对，其中，△E为未降噪，△E 降为降噪。
实施例7
光谱滴定方法的色度值信号去噪和平滑处理方法：
被测量样品为铁矿石，测量项目为铁含量，测量参考依据为GT/B 6730.5铁矿石全铁含量的测定三氯化钛还原法。按照GT/B 6730.5铁矿石全铁含量的测定三氯化钛还原法前处理方法，获得被测量样品溶液。
设定光谱滴定仪：测量波长为380 nm～780 nm，△λ为5 nm，测量周期200 ms，光程10 mm，滴定速度0.05 mL/min，先进行仪器空白校正液测量和校正，再进行备测量样品的测量。将待测样品置于光谱滴定仪的仪器待测样品容器中，在吸收液中加入酚酞指示剂3滴，用浓度为0.1 mol/L的NaOH滴定。检测完整测量周期的明度值L *、红-绿色品指数a *和黄-蓝色品指数b *信号值。
设定完整测量周期中所有测量点的明度值L *、红-绿色品指数a *、黄-蓝色品指数b *或色差△E的信号值为待处理信号值，按上述方法进行信号的去噪和平滑处理。
利用未处理和进行降噪处理的明度值L *、红-绿色品指数a *、黄-蓝色品指数b *或色差△E的信号值数据建立化学光谱滴定分析中基于CIELAB色空间信号的光谱滴定曲线。
图14是光谱滴定法测量矿石中铁含量的CIELAB参数L *降噪的效果比对，其中，L * 原为未降噪，L * 降为降噪。
图15是光谱滴定法测量矿石中铁含量的CIELAB参数a *降噪的效果比对，其中，a * 原为未降噪，a * 降为降噪。
图16是光谱滴定法测量矿石中铁含量的CIELAB参数b *降噪的效果比对，其中，b * 原为未降噪，b * 降为降噪。
图17是光谱滴定法测量矿石中铁含量的CIELAB参数△E降噪的效果比对，其中，△E为未降噪，△E降为降噪。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (6)
1.光谱滴定方法的色度值信号去噪和平滑处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、采用化学光谱滴定分析方法测定待测体系的CIELAB色空间的明度值L * 、红-绿色品指数a * 或黄-蓝色品指数b * 的信号值数据，并依次进行小波函数降噪处理；且，所述步骤S1的子步骤包括：
S1-1、选择光谱滴定分析中同一被测样品溶液的一组连续的可见光光谱的明度值L * 、红-绿色品指数a * 或黄-蓝色品指数b * 的信号值；
S1-2、确定小波基函数、分解层数、阈值函数、阈值选择准则及阈值调整策略；
S1-3、利用步骤S1-2选择的小波基函数及分解层数，对步骤S1-1获得的信号值进行小波变换，得到变换小波系数向量
；
S1-4、依据步骤S1-2选择的阈值选择准则计算得到每一层的小波阈值
；
S1-5、将步骤S1-3得到的
及步骤S1-4得到的
代入公式
计算得到新的小波系数向量
；
S1-6、对步骤S1-5得到的小波系数向量
进行逆小波变换处理，得到重构CIELAB色空间的明度值L * 、红-绿色品指数a * 和黄-蓝色品指数b * 的信号值数据；
S2、对经步骤S1降噪处理后的明度值L * 、红-绿色品指数a * 或黄-蓝色品指数b * 的信号值数据依次进行平滑滤波降噪处理；且，所述步骤S2的子步骤包括：
S2-1、在经过小波降噪后的明度值L * 、红-绿色品指数a * 和黄-蓝色品指数b * 的信号值数据
的左右两侧分别添加m个数据，形成新的数据序列
，所述m个数据分别满足二次多项式模型
和
S2-2、利用最小二乘法求出回归系数
和回归系数
；
S2-3、分别根据步骤S2-2得到的
求出
的前m个数据，根据
求出
的后m个数据；
S2-4、将步骤S2-3得到的数据带入公式
，计算得到平滑滤波后的信号
。
2.根据权利要求1所述的光谱滴定方法的色度值信号去噪和平滑处理方法，其特征在于，子步骤S1-1中明度值L * 、红-绿色品指数a * 或黄-蓝色品指数b * 的信号值选择方法为：
在化学光谱滴定分析过程中，设定指定测量点的明度值L * 、红-绿色品指数a * 和黄-蓝色品指数b * 信号值为待处理信号值；或，
在化学光谱滴定分析过程中，设定完整测量周期中的任意滴定过程为测量窗口，选取测量窗口范围内连续或不连续的多个测量点的明度值L * 、红-绿色品指数a * 和黄-蓝色品指数b * 信号值为待处理信号值；或在化学光谱滴定分析过程完成后，设定完整测量周期中所有测量点的明度值L * 、红-绿色品指数a * 和黄-蓝色品指数b * 信号值为待处理信号值。
3.根据权利要求1所述的光谱滴定方法的色度值信号去噪和平滑处理方法，其特征在于，所述子步骤S1-2中的小波基函数包括Haar小波基、db系列小波基、Biorthogonal(biorNr.Nd)小波系、Coiflet(coifN)小波系、SymletsA(sym N)小波系、Molet(morl)小波、Mexican Hat (mexh)小波或Meyer小波；且，
所述分解层数为1层-10层；且，
所述阈值函数为软阈值函数或硬阈值函数；且，
所述阈值选择准则包括无偏风险估计准则、固定阈值准则、混合准则或极小极大准则；且，
阈值调整策略为分层阈值策略。
4.根据权利要求1所述的光谱滴定方法的色度值信号去噪和平滑处理方法，其特征在于，还包括以下步骤：
S3、利用步骤S2平滑处理后得到的明度值L * 、红-绿色品指数a * 或黄-蓝色品指数b * 的信号值数据计算彩度值C、色调角h * 或色差△E的信号值数据。
5.根据权利要求4所述的光谱滴定方法的色度值信号去噪和平滑处理方法，其特征在于，还包括以下步骤：
S4、利用步骤S2获得的明度值L * 、红-绿色品指数a * 或黄-蓝色品指数b * 的信号值数据，以及步骤S3得到的彩度值C、色调角h * 或色差△E的信号值数据，计算其光谱滴定参数数据。
6.根据权利要求5所述的光谱滴定方法的色度值信号去噪和平滑处理方法，其特征在于，还包括以下步骤：
S5、利用步骤S2获得的明度值L * 、红-绿色品指数a * 或黄-蓝色品指数b * 的信号值数据，步骤S3获得的彩度值C、色调角h * 或色差△E的信号值数据，以及步骤S4获得的光谱滴定参数数据建立化学光谱滴定分析中基于CIELAB色空间信号的光谱滴定曲线。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20220628 |
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