小波变换在颗粒背向弹性散射光谱分析中的应用研究

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小波变换具有时频局域和多分辨分析特性,在光谱分析中得到广泛的应用。背向弹性散射光谱法可用于研究生物细胞内部颗粒的结构,所以通过对微小颗粒背向弹性散射光谱的分析以获取颗粒尺度信息有着重要的意义。本论文介绍了小波变换及其多分辨分析理论、微小颗粒背向弹性散射光谱的实验获取和基于Mie散射理论的颗粒弹性散射光谱在Matlab中的模拟计算。并且将小波多分辨分析方法应用到颗粒的背向弹性散射光谱分析中,以获取其尺度信息,取得了良好效果。  颗粒特定散射角下的背向弹性散射光谱具有一种普遍化的特征,光谱随着波长的变化而起伏且起伏间隔随着波长的增加而增大,并且在固定的波长范围内,不同大小的颗粒有着不同的光谱起伏间隔。当颗粒尺寸分布满足高斯分布时,在分布平均值相同情况下,不同的分布方差只是影响了起伏强度而起伏中的最大值和最小值的位置几乎不变。本文对上述内容进行分析之后,提出了先获取颗粒粒径分布平均值后再来获取分布方差的方法。这样在构建基于Mie散射理论数据库时,只需先构建求平均值(方差为0)的理论光谱数据库,然后在求得到的平均值下辅以不同方差的理论数据库来得到分布方差,从而显著减小了所需建立的数据库容量和缩短了分析时间。  小波多分辨分析在光谱中的应用可以更细致地观察和分析光谱的频率特征。在所测光谱与理论光谱比对时,本文提出了不同频率分支上各自的相关结果相乘的方法,有效地利用了光谱的不同频率特征,提高了结果的准确度。  本文分别对微米、亚微米和两者的混合颗粒的背向弹性散射光谱进行了分析,获取了颗粒的尺度信息。微米颗粒由于其光谱特征丰富明显,从而结果精确;亚微米颗粒高频信息少且强度弱,在一定误差范围内结果准确;从混合颗粒的光谱中获取的微米颗粒的尺度信息,结果与从单一微米颗粒光谱中得到的结果仅出现了少许偏差,最后分析了从混合光谱中得到的亚微米颗粒光谱不准确的原因。
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