一种太赫兹图像去噪方法技术

本发明专利技术公开了一种太赫兹图像去噪方法，其包括以下步骤：(1)对采集的太赫兹时域信号进行中值滤波处理；(2)采用小波变换对中值滤波处理后的太赫兹时域信号进行去噪处理；(3)对小波变换处理后的太赫兹时域信号进行卷积去噪处理。其从噪声本质和太赫兹时域信号各个频段上进行噪声消除，再引入卷积消除噪声，很好的将太赫兹时域信号引入的噪声消除掉，提升信号的信噪比和频谱动态范围，并且极大程度的保留了原始的太赫兹时域脉冲信息不被消除，最后将信号比和动态范围进行了大幅度提升，使得三维层析成像质量进一步提升。维层析成像质量进一步提升。维层析成像质量进一步提升。

A terahertz image denoising method

【技术实现步骤摘要】
一种太赫兹图像去噪方法

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[0001]本专利技术属于太赫兹时域光谱技术和太赫兹层析成像
，具体涉及一种太赫兹图像去噪方法。

技术介绍
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[0002]太赫兹波是一种波长介于红外线和微波之间的电磁波，由于处于光子学到电子学的过渡区域，其具有很多独特的属性，如指纹光谱性、低能性、特殊穿透性等。太赫兹波与材料作用会产生独特的吸收谱
‑
指纹普。极性分子，如水分子，非极性分子，如二氧化碳分子，对太赫兹波的吸收有着非常明显的区别，因此太赫兹吸收谱对检验分子特性也有着重要价值。时域太赫兹光谱扫描技术利用高精度延时线将飞秒脉冲的采样时间延长至几十皮秒，并通过硬件预处理来降低噪声。由其产生的时域信号经傅里叶变换得到被检测物质的特征吸收谱，其谱宽可达5THz以上，动态范围可达70dB以上。这种频谱性能可满足绝大多数化合物的检测需求，从而为太赫兹时域光谱扫描提供了大量的应用场景。
[0003]太赫兹信号去噪是研究太赫兹的重要领域，太赫兹信号在采集过程中无法避免会引入噪声，其中包含设备噪声和人为噪声等影响太赫兹信号，会导致真实的太赫兹信号脉冲被噪声所淹没，所以对太赫兹时域信号进行更好的去噪可以得到干净的信号，从而便于研究人员从太赫兹时域信号中提取有用信息。

技术实现思路
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[0004]本专利技术目的在于克服现有技术存在的缺点，寻求设计一种太赫兹图像去噪方法，为了提升信号的信噪比和频谱动态范围需要对采集的太赫兹时域信号进行去噪处理，降低甚至消除时域引入的噪声。从噪声的本质上去看这些随机的噪声会在高频和低频同时存在，首先使用中值滤波对太赫兹时域信号进行噪声消除，中值滤波能够很好的进行降噪处理，消除垂直入射引入的噪声。但是需要更细化的从每一个频率等级上进行噪声去噪，这里就引入小波变换去噪的思想，将太赫兹时域信号进行频率等级分解，然后在每一等级上进行太赫兹信号去噪，最后再使用卷积滤波去噪后的结果，使得之前采集的太赫兹信号进行了很好的噪声消除。由之前动态范围25dB提升到至少50dB，信号的信噪比和动态范围得到大幅度提升。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术涉及的一种太赫兹图像去噪方法，包括以下步骤：
[0006](1)对采集的太赫兹时域信号进行中值滤波处理；
[0007](2)采用小波变换对中值滤波处理后的太赫兹时域信号进行去噪处理；
[0008](3)对小波变换处理后的太赫兹时域信号进行卷积去噪处理。
[0009]具体地，步骤(1)中将太赫兹时域信号中一点的值用其周围区域内太赫兹时域信号的中值代替，让周围的时域信号值接近真实值，从而消除孤立的噪声点。
[0010]具体地，步骤(2)中采用db5小波基对中值滤波处理后的太赫兹时域信号进行5层小波分解，得到各层的小波分解系数，采用软阈值对小波分解系数进行处理，再将处理后的
小波分解系数重新重构，得到去除噪声后的太赫兹时域信号。
[0011]具体地，步骤(3)中将小波变换处理后的太赫兹时域信号扩充300个点，分两部分扩充，首先将时域信号第一个点的前面扩充150个点，每个点的数值为0，最后在时域信号的最后一个点后面扩充150个点，每个点的数值也为0，然后进行卷积处理，卷积过程中，使用1*300的卷积核在时域信号上进行卷积滑动，所述卷积核数值全为1。
[0012]具体公式推导如下：假设太赫兹时域信号为S＝(s1,s2,
…
,s
N
),太赫兹时域信号共N个点，首先对太赫兹时域信号进行扩充，对s1前面插值150个点，对s
12000
后面插值150个点组成新的时域信号S'，插入的值的大小全为0，新组成的时域信号长度为12300。
[0013]S'＝(v1,
…
,v
150
,s1,s2,
…
,s
N
,v
151
,
…
,v
300
),其中v
j
＝0,j∈(1,2,
…
,300)
[0014]设置卷积核为大小为1*300且数值全为1的卷积核：k＝(1,
…
,1)，使用构造出的卷积核对组成新的时域信号S'进行卷积去噪，卷积去噪后的新时域信号为S
″
.S
″
中的信号值的计算如下：
[0015][0016]m的取值范围从1到300，n的取值范围从i到i+300，i取值范围从1到12000，S'
n
表示S'中的第n个元素，k
m
表示k中的第m个元素。卷积后的时域信号S
″
＝(s
″1,s
″2,
…
,s
″
12000
),太赫兹时域信号长度为N，与原始太赫兹时域信号长度一致。
[0017]本专利技术与现有技术相比具有以下有益效果：从噪声本质和太赫兹时域信号各个频段上进行噪声消除，再引入卷积消除噪声，很好的将太赫兹时域信号引入的噪声消除掉，提升信号的信噪比和频谱动态范围，并且极大程度的保留了原始的太赫兹时域脉冲信息不被消除，最后将信号比和动态范围进行了大幅度提升，使得三维层析成像质量进一步提升。
附图说明：
[0018]图1为实施例1中涉及的原始太赫兹时域信号图，点数为12000个点，时间长度为120ps。
[0019]图2为实施例1中涉及的原始太赫兹时域信号的频谱图，频谱的动态范围大概25dB。
[0020]图3为实施例1中涉及的中值滤波后太赫兹时域信号图。
[0021]图4为实施例1中涉及的中值滤波后的太赫兹时域信号的频谱图，频谱动态范围大概40dB。
[0022]图5为实施例1中涉及的小波变换后的太赫兹时域信号图。
[0023]图6为实施例1中涉及的小波变换后的频谱，频谱动态范围大概50dB。
[0024]图7为实施例1中涉及的卷积去噪后的时域信号效果。
[0025]图8为实施例1中涉及的卷积去噪后的频谱，频谱动态范围大概55dB。
[0026]图9为实施例1中涉及的原始(左)和处理后(右)和太赫兹时域信号的三维层析成像。
具体实施方式：
[0027]下面通过具体实施例并结合附图对本专利技术作进一步说明。
[0028]实施例1
[0029]采用垂直入射式太赫兹三维层析系统采集样品的采样点坐标及采样点坐标对应的太赫兹时域信号，采集的太赫兹时域信号数据的时间长度为120ps，数据点数长度为12000个点。垂直入射采集太赫兹时域信号信噪比差，对太赫兹三维层析成像影响很大，所以需要进行滤波降噪处理。本实施例采用以下太赫兹图像去噪方法对采集后的数据进行滤波降噪，滤波降噪后的太赫兹时域信号用于三维层析成像，处理后的三维层析成像质量有很大程度的提升。
[0030]本实施例涉及的一种太赫兹图像去噪方法，包括以下步骤：
[0031](1本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种太赫兹图像去噪方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)对采集的太赫兹时域信号进行中值滤波处理；(2)采用小波变换对中值滤波处理后的太赫兹时域信号进行去噪处理；(3)对小波变换处理后的太赫兹时域信号进行卷积去噪处理。2.根据权利要求1所述的太赫兹图像去噪方法，其特征在于，步骤(1)中将太赫兹时域信号中一点的值用其周围区域内太赫兹时域信号的中值代替，让周围的时域信号值接近真实值，从而消除孤立的噪声点。3.根据权利要求2所述的太赫兹图像去噪方法，其特征在于，步骤(2)中采用db5小波基对中值滤波处理后的太赫兹时域...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋田，朱新勇，王博，李文凭，
申请(专利权)人：青岛青源峰达太赫兹科技有限公司，
类型：发明
国别省市：