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基于DMD的微小型近红外光谱仪光谱信息处理及其应用软件

作　者: 郭媛君
导　师: 温志渝
学　校: 重庆大学
专　业: 光学工程
关键词: 近红外光谱仪数字微镜光谱信息处理阿达玛变换信噪比
分类号: TH744.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

随着光谱检测技术的发展,微小型光谱仪在现代科学实验、医学及医药、工业农业、天文监测、食品安全等领域有着广泛的应用。近红外光谱信息处理技术是微小型光谱仪器的重要组成部分,论文针对重庆大学微系统中心研制的基于DMD的微小型近红外光谱仪系统,开展近红外光谱信息处理技术及其应用软件的研究,具有重要应用价值。论文在研究微小型近红外光谱仪光谱信息特点与应用需求的基础上,开展了近红外光谱信息处理相关关键技术研究,提出了基于DMD的阿达玛变换近红外光谱信息处理思想与方法;采用VC++软件编程技术编制了光谱仪专用软件,完成了软件系统的调试和验证实验。主要研究工作是:①分析了国内外近红外光谱信息处理技术和应用软件的现状,针对基于DMD的微小型近红外光谱仪系统光谱信息处理要求,结合近红外光谱信息特点,提出了基于DMD的阿达玛变换近红外光谱信息处理的总体方案;②针对近红外光谱信息处理的硬件要求,设计了锁相放大电路;基于阿达玛变换原理,确定了DMD的63阶和127阶的S-矩阵变换模板;③针对DMD微小型近红外光谱仪的实用化要求,确定了微小型近红外光谱仪应用软件的系统总体方案;基于VC++与MATLAB联合编程思想,设计开发了采集模块、预处理模块、阿达玛变换模块和光谱标定等模块;④搭建了实验平台,对锁相放大电路功能、基于DMD的阿达玛变换功能进行了验证;实验表明,采用锁相放大电路能够完成对低频微弱近红外光谱信号的检测,采用基于DMD的阿达玛变换光谱信息处理方法,能够有效改善微弱近红外光谱信号的信噪比(与变换之前相比提高了3.5倍);⑤完成了专用软件系统测试,测试结果表明,该软件能正确地采集光谱数据,进行相应的光谱信息处理,论文提出的光谱信息处理方法和编制的专用软件系统基本满足了设计要求。

全文目录

中文摘要  3-4
英文摘要  4-8
1 绪论  8-15
  1.1 近红外光谱信息处理技术  8-10
  1.2 微小型光谱仪软件  10-13
  1.3 论文主要研究内容  13-14
  1.4 本章小结  14-15
2 基于 DMD 的微小型近红外光谱仪光谱信息处理方法  15-34
  2.1 基于DMD 的微小型近红外光谱仪结构与工作原理  15-16
  2.2 基于DMD 的微小型近红外光谱仪光谱信号特点  16
  2.3 基于DMD 的微小型近红外光谱仪光谱信息处理  16-19
    2.3.1 光谱信息处理常用方法  16-18
    2.3.2 光谱信息处理总体方案  18-19
  2.4 锁相放大处理电路  19-23
    2.4.1 锁相放大电路原理  19-21
    2.4.2 锁相放大电路设计  21-23
  2.5 阿达玛变换处理方法  23-33
    2.5.1 阿达玛变换原理  23-25
    2.5.2 光谱的估计值分析  25-27
    2.5.3 基于DMD 的变换矩阵构造  27-30
    2.5.4 噪声分析  30-33
  2.6 本章小结  33-34
3 基于 DMD 的微小型近红外光谱仪专用软件设计  34-51
  3.1 软件系统功能要求与总体架构设计  34-35
  3.2 软件各模块实现  35-50
    3.2.1 基本操作模块  35-37
    3.2.2 实时采集模块  37-38
    3.2.3 光谱预处理模块  38-45
    3.2.4 阿达玛变换模块  45-48
    3.2.5 光谱标定模块  48-50
  3.3 本章小结  50-51
4 实验及分析  51-62
  4.1 采集模块测试  51-53
  4.2 锁相放大电路测试  53-54
  4.3 阿达玛变换测试  54-56
  4.4 酒精光谱实验  56-61
  4.5 本章小结  61-62
5 总结与展望  62-64
致谢  64-65
参考文献  65-69
附录  69-72
  A 作者在攻读硕士学位期间发表的论文目录  69
  B 作者在攻读硕士学位期间参与申请专利  69
  C 作者在攻读硕士学位期间参加的科研项目  69
  D 软件系统主要程序  69-72

基于DMD的微小型近红外光谱仪光谱信息处理及其应用软件

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