Freeman链码在CCD输出信号处理中的应用

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收 稿 日期 :0 1 1 4 2 1 —0 —1
作者简介 : 谢印忠 (9 0 )男 , 1 7 一 , 博士 , 主要研究方 向: 电精密测试技术。 光
宇航计 测技 术
用 于微 型光谱 仪器 中L 。 1 ] 由于 C D 自身噪声 和微光 学 系统设计 的特 点 , C
况分 析 :
点 就是其 本身 , 因此平 滑 的结 果就 是 曲线 自身 。
在 其他 情 况下 , 当平 滑窗 口从 整 个 曲线 逐 渐减 小 , 到的平 滑结果 就会从 一个 点逐渐 扩大 , 后 和 得 最 曲线合 二为一 。当然 , 们需 要 的平 滑结 果 既 不 是 我

个 点也不是 原 曲线 , 是 能够 去 除 噪声 并 能 正 确 而
Vo . 1 No 6 13 , .
文章编号 :0 0 2 2 2 1 )0 — 0 9 4 10 —7 0 (0 1 6 0 6 —0
文献标识码 : A
F ema re n链 码 在 C D 输 出信 号 处 理 中 的 应 用 C
谢 印 忠
( 临沂大 学信 息 学院 ,临 沂 26 0 ) 7 05
如图 2 b ()所示 , 曲线 中有一 段 弧 S为 b , 设 ( )到 动 点 6z s , s)之 间 的 弧 长 ,则 动 点 ( () ()
6z() () 既 是 3, 的 函数 , 是 弧 长 S的 函 ( s, s) 7 又
数, 曲线 的参数方 程可 以表示 为 :

3( 5S =; X

式 () 1 使我 们得 到 了曲线 z坐标 和 Y坐标分 别
第6 期
F ema 链 码在 C D输出信号处理 中的应用 re n C
沿弧 长方 向展 开 的规律 函数 。
摘 要 测量信号噪声数据的处理是仪器仪表设计和生产 的必要 内容 , 采用解 析几何或者傅 立叶变换得到
特征频谱来判断一段离散数据 曲线 上 的噪声 大小 , 运算 复杂 。通 过对 F ema re n方 向链码 的分 析 , 提出利用 F e— re ma n方 向链码判断一段 曲线上 的噪声 程度 , 量化后作为平滑 窗 口尺寸选择 的依据 , 在处理线 阵 C D输 出信号 中 并 C 与固定窗 口曲线平滑及 F T 数字滤波器进行 了比较 , 明了其 可行 性。F ema F 证 re n链码的应用简化 了在单 片机编程
暖 靛
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米 O- 2
6 0 7 0 8 9 0 l0 ¨ O 2 0 I 0 0 0 00 0 0 0 O1 0 3 0
像元序
图 1 L D原 始 光 谱 数 据 曲线 图 E
传统的数字信号处理 中多用傅立叶变换或者小
波 变换 等进行 滤噪 处理 , ]利用 Mal t b数值 分 析库 a
通过对线阵 C D信号采集 电路采集 到的数据 C
组经 常在其 中夹 杂 着 不 可预 测 的 干扰 信 号 一 , 照 按 一 随线 阵 C D像元 序号 作 如 图 1 示 曲线 仍 然较 为 C 所
粗糙 、 不平滑, 所以在对光谱信号分析前应对原始数
据作 数字信 号预处 理 , 去除 干扰信号 , 噪声 和无用 使
21 年 1 01 2月
宇航 计 测技 术
J u n l fAsr n u i er lg n e s r me t o r a to a tcM too y a d M a u e n o
中图分类号 : 3 14 TP 9.
De ., 01 c 2 1
第3 1卷 第 6期
1 引 言
C D( h reC u ldDei ,电荷 耦 合 器 件 ) C C ag o pe vc e
年 发展起 来 的新 型 半 导 体 集 成 光 电器 件 ,C D是 C
固态图像传感器 的敏感器件 , 具有光 电转换 、 信号 储存 、 转移( 传输)输 出、 、 处理 以及电子快 门等多种 独特功能 , 其中线阵 C D被广泛作为光电探测器应 C 是 2 世纪 7 年代由美国贝尔实验室提出, 3 多 0 0 经 0
Fr e n c an c d r dg ss t e p o r m i i l t i g ec i o u e . An t e o s a s s e ma h i o ep e ie t h r g a df c t fu y h sn l h p c mp t r y o h rn ie p s e d e n ti to u e h o g h i i ls n lp o e sn ,a d i c n mo e e f in l l n t h a a o s ’ n r d c d t r u h t e d gt i a r c s i g n t a r fi e ty ei a e t e d t a g c mi n i a r c s i g w t d n lc r n c mp n n s os t n p o e sn h a d g ee to o o e t. e h i i Ke r s Ch r e c u l d d v c Di i lsg a r c s i g No s Fr e a h i o e y wo d a g o p e e ie g t i n lp o e sn a ie e m n c an c d
反 映原信息 的平 滑 曲线 。对 噪声水平 比较 均匀 的信 号 , 用 固定 大小 的窗 口即可 ; 利 但如果 信号 水平不 均 匀 或者信 号本 身频 域 内变 化 较 大时 , 固定 窗 口的处 理会 引起 信号 本身 的大量损 失或 去处 噪声效果 不理
想, 设计 过程 中使用 自适谱 图时 , 会发 生大小 、 形状 和位 置 的改变 , 光谱仪 器 的光谱分 辨 力 和光谱 辐 射功 使 率测 量灵 敏度 降低 , 特别是 对弱光 源进 行探测 时 , 光 谱 测量 系统 自身 的噪 声对 光 谱 信 息影 响 很 大 , 对探 测 器 响应 输 出的原 始信号 进行 去除 噪声处理 显得更 加 重要 , 对原 始信 号 的噪 声 处 理是 便 携式 微 型 光 谱 仪器 系统数 据处理 的重要 组成 部分 。
信号 的影 响控制 到最小 。
1O .
08 . 06 .
3 平滑 去 噪 窗 口的确 定
如 图 2 a所 示 , () C为 一条 带 噪 声 的 曲线 , 设 假 (zY) 噪声 点 ,z , ) (s )为 它 的 两个 邻 z ,z 为 ( , , 点 ,z ) ( , 是理想 点 , C曲线 的平 滑就 是 希望 (z 对 z, Y) 可能 的接近 ( , , ( y) 尽 z )设 z ,1 是平滑后 的点 。
函数完成 , 于我们 研究 的基 于单 片 机和 F GA 驱 对 P
() 噪声 曲线 a () 噪声 曲线中 的弧 b
图 2 噪 声 曲线 及 弧 长 图
动 的便携式仪器仪表 中应用却不方便应用 , 首先 函
数编 程较 为复杂 , 工程 量很大 。另外 , 单片机 的处 对
理器性 能也 是个 挑战 。 则 ,方 向和 方 向的误 差分别 为 : 一 一 , 2 7
①若 平 滑 窗 口宽度 设 置 为整个 曲线 , 同权 重 平 滑结 果就 是一个 该 曲线 的中点 。
②若 平 滑 窗 口选择 为 一个 点 , 每个 平 滑 中心 则
便携式微型光谱仪相对大型光谱 仪器具有信号较 弱、 噪声较 大 等 特 点 _ 。使 用 实 际测 量 获 得 的带 4 q]
中使用数字滤波器 的大模块 的编程 , 降低 编程难度 , 同时使信号 噪声 的处理仅仅 在数学运算 阶段 , 引入 其他 的电 不
路 噪声 , 比以前增加 电子元 件完 成信号处理的方法能更好地抑制噪声 。
关 键 词 电荷耦合器件
数字信号处理
噪声
Fem n r a 链码 e
Ap lc to f Fr e a p i a i n o e m n Cha n Co e i i n lPr c s i i d n S g a o e sng o f CCD iy Da a No s t
XI Yi—h n E n z o g
( c o l fI fr aisL n i iest ,Liy 7 0 5 S h o no m t i y v riy o c Un n i2 6 0 )
Abta t Th in l os rc s ee sr r h e ina dp o u t f n tu e t Th os sr c es a n iep o esi n csa yf ed s n r d c sr m ns. en i g s ot g oi e lv l f iceec r ecr b o yt em eh d f n lt e mer rF u irc a g ,b t h p r— e e o dsrt u v al eg t h to so ay i g o tyo o r h n e u eo ea a b a c e t t n r o o lxt ep o r mme t igec i o ue.F e ma h i o ei a aye n i sa eto c mpe b rg a o o dwi s l hpc mp tr r e n c an cd s n lzd a d h n p o e h co n f e m ’ re a h i o ecng t h os v l f iceec rv ,Th re r v dteac u t s a SF em nc anc d a e en iel e o dsrt u e e oa t e a eF e — m a h i o eac u t f mo t igw n o o u v a ei co d n e n c anc d co n s o hn d w f r ec nb ac r a c.Th to rv dfa oa i c n emeh di po e — s e s it n c r es o t ,c m p rd wi eut y i i l yo u v m o h o ae t rs l b mmo it n o rF u irf tr Th s f bi h s bl y wid wso o r ie. i e l eu eo
△ 2 — 一 ; 一△ 设V z+ A , 当 l y则
1 y【 ,l A 一
0时 , 一 0时 ,z ,2 将 渐进 于 ( ) V (2Y ) , 。
2 平 滑去 噪 的基 本 原 理
通常 , 利用平滑去噪处理信号时 , 处理窗 口的大
小选 择是 十分重 要 的 。简单 方法 是使 用 D u ls o ga 提 出的 S l— re piMeg 算法 ] t 如 ,通过 计 算 曲线 离 散 点 之 间的最大距 离来 判 断对起伏 点 的保 留策 略 。但 这种 方 法没 有多 变 曲率 的分 段 处理 , 先 从 两 个极 端 情 首
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