第36卷，第2期 2016年2月
光谱学与光谱分析 Spectroscopy and Spectral Analysis
EMID时频分析拉曼光谱和近红外光谱赵肖宇，方一鸣，谭峰，佟亮，翟折
1.黑龙江八一农垦大学信息技术学院，黑龙江大庆163319 2.燕山大学电气工程学院，河北蔡皇岛066004
3，齐齐哈尔大学通信与电子工程学院，里龙江齐齐哈尔161006 4.中国林业科学研究院华北林业实验中心，北京102300
Vol.36,No.2.pp424-429 February2016
摘要用时频方法分析拉曼光谱和近红外光谱。经验模态分解光谱成为特征模态分量，模态分量比重计算显示拉曼光谱能量均匀分布于各个分量，而近红外光谱的低阶特征模态分量只承载了较少的原光谱有效信息。真实光谱和数值实验均显示，经验模态分解视拉受光谱为调幅信号，具有高频能量吸附特性：视近红外光谱为调频信号，在一阶特征模态分量中可以较好实现高频窄带解调。一阶特征模态分量希尔伯特变换显示，经验模态分解拉受光谱时易出现模态混叠现象。进一步在时频域分析玉米叶片近红外光谱，经验模态分解后截掉低能量的一、二阶分量，用剩余特征模态分量重构光谱信号，均方根误差为1.0011，相关系数为0.9813，两个指标反映出重构精度较高；分解趋势项表明在近红外光波段，吸光度随着波长的减小呈现递增趋势；特征模态分量的希尔伯特变换显示，657cm-"是碱胁迫光谱特有频率，可作为碱胁迫光谱特征频率来辨识。
关键词时频分析；经验模态分解；希尔伯特变换；近红外光谱；拉曼光谱
中图分类号：0657.3
引言
文献标识码：A
DOI : 10. 3964 /j. issn. 1000-0593(2016 )02-0424-06
即得到了学术界的最广产泛的关注。2009年出现基于EMD方法分解拉曼光谱并结合小波算法对特征模态分量（intrinsic modefunction，IMF)去噪的研究，文献[2对近红外导数光
透射率（T)、反射率（R)或者吸光度（A)相对于波长或波数的变化构成了近红外光谱；拉曼光谱横坐标是散射光相对于入射光的波数差（拉曼位移），纵坐标是光子计数。事实上，根据波速、波长与频率关系，无论是拉曼还是近红外光谱都是频率谱图，可以借助傅重叶反变换得到对应时频谱，那么现有时频分析方法即可以用到光谱分析，操作细节有待进一步研究。近红外或拉受光谱通过特征峰定性识某种分子结构或定量分析该成分，特征峰定位过程与寻找时间函数变异点过程相似，所以从谱图分析角度，可以直接将光谱视作时变函数处理，这样除了信号原有“时间”参量，通过时频方法处理，光谱还具备了“频率”参数，以及可以设计时间和频率联合函数，用它们表达光谱更多方面的信息。
经验模态分解（empiricalmodedecomposition，EMD）方法是美国国家宇航局美籍华人黄锣（N.E.Huan)等于1998 年创造性提出新型的信号时频处理方法口，该方法一经提出
收稿日期：2014-08-07，修订日期：2014-12-18
谱经验模态分解后针对低阶IMF阈值滤波，也可以直接去掉近红外原光谱中低阶IMF分量以实现滤波3。目前已有 EMD方法在光谱预处理方面的应用，但就低阶IMF处理是否可以实现去噪，时频方法处理近红外光谱和拉曼光谱的区别以及EMD方法是否可以用于光谱定性和定量分析，这些涉及到光谱IMF属性的研究及其时频分析，至今依然未见报道。本研究的主要目的就是通过数值实验的手段，研究光谱EMD的一阶IMF时频属性，揭示EMD方法分解拉曼光谱和近红外光谱的差异性，并试图用光谱的希尔伯特变化
(hilberttransform，HT)辨识光谱的特异性， 1光谱采集
实验采用WQF-600N傅立叶变换近红外光谱分析仪，光源电压：5V，在10000~3500cm-光谱范围内以8cm
基金项目：黑龙江省科学基金项目（QC2015071，F201329），国家科技支撑项目（2014BAD06B01），黑龙江省教育厅科学技术研究项目
(12521378，12541897)资助
作者简介：赵肖宇，女，1977年生，黑龙江八一农垦大学副教授
e-mail : xy_zhao77@ 163 .com