一种荧光信号处理方法和装置、电子设备、存储介质

1.本发明属于信号处理技术领域，尤其涉及一种荧光信号处理方法和装置、电子设备、存储介质。


背景技术：

2.在荧光光纤温度测量系统中，探头信号经光电探测器得到的信号包括两部分：一是该温度场的荧光材料样品发出的荧光信号；二是整个系统带来的噪声信号，这种噪声污染了与温度有关的荧光信号，给有用荧光信号的检测判别及进一步的数据处理带来了不利因素。


技术实现要素：

3.本发明要解决的技术问题是，提供一种荧光信号处理的方法和装置，可对荧光信号进行滤波处理，使信噪比大大提高，以获得真实的荧光信号，提高检测灵敏度。
4.为实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：
5.一种荧光信号处理方法，包括：
6.步骤s1、获取荧光材料样品发出的荧光信号；
7.步骤s2、将所述荧光信号分为频域部分和时域部分；
8.步骤s3、对所述荧光信号的频域部分进行噪声平滑处理；
9.步骤s4、将对频域部分进行噪声平滑处理后的荧光信号反变换到时域上再进行噪声平滑处理。
10.作为优选，采用按频率抽取的fft算法对所述荧光信号的频域部分进行噪声平滑处理。
11.作为优选，采用按时间抽取的fft算法对频域部分进行噪声平滑处理后的荧光信号在时域上再进行噪声平滑处理。
12.作为优选，通过傅里叶变换将对频域部分进行噪声平滑处理后的荧光信号反变换到时域上。
13.本发明还提供一种荧光信号处理装置，包括：
14.获取模块，用于获取荧光材料样品发出的荧光信号；
15.划分模块，用于将所述荧光信号分为频域部分和时域部分；
16.第一降噪模块，用于对所述荧光信号的频域部分进行噪声平滑处理；
17.第二降噪模块，用于将对频域部分进行噪声平滑处理后的荧光信号反变换到时域上再进行噪声平滑处理。
18.作为优选，第一降噪模块采用按频率抽取的fft算法对所述荧光信号的频域部分进行噪声平滑处理。
19.作为优选，第二降噪模块采用按时间抽取的fft算法对频域部分进行噪声平滑处理后的荧光信号在时域上再进行噪声平滑处理。
20.作为优选，第二降噪模块通过傅里叶变换将对频域部分进行噪声平滑处理后的荧光信号反变换到时域上。
21.本发明还提供一种电子设备，包括处理器和存储器，所述存储器存储有能够被所述处理器执行的机器可执行指令，所述处理器执行所述机器可执行指令以实现荧光信号处理方法。
22.本发明还提供一种存储介质，所述存储介质存储有机器可执行指令，所述机器可执行指令在被处理器调用和执行时，所述机器可执行指令促使所述处理器实现权利要求荧光信号处理方法。
23.本发明通过快速傅立叶变换(fft)技术对荧光信号进行滤波处理的方法，使信噪比大大提高，有必要对荧光信号进行数字滤波，以获得真实的荧光信号，提高检测灵敏度。
附图说明
24.图1为荧光信号处理方法流程图；
25.图2为荧光信号处理装置结构图。
具体实施方式
26.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
27.如图1所示，本发明提供一种荧光信号处理的方法，包括：
28.步骤s1、获取荧光材料样品发出的荧光信号；
29.步骤s2、将所述荧光信号分为频域部分和时域部分；
30.步骤s3、对所述荧光信号的频域部分进行噪声平滑处理；
31.步骤s4、将对频域部分进行噪声平滑处理后的荧光信号反变换到时域上再进行噪声平滑处理。
32.作为本实施例的一种实施方式，傅立叶变换是将一个函数表示成无穷多个正弦函数的加权和，这些三角基函数是时间域内的无限支集，fourier分析适用于分析信号组成分量的频率不随时间变化的平稳信号，荧光信号的组成频率是不随时间变化的平稳信号。设x(n)为荧光信号，所述荧光信号进行离散傅里叶变换时，正变换为
[0033][0034]
其中，x(k)为经过傅立叶变换后的频域上的数据，
[0035]
对荧光信号而言，x(n)是一组离散的实数信号，而x(k)分为两部分，即实部x(v)和虚部y(v)，x(v)和y(v)又可组成振幅谱a(v)和相位谱p(v)，a(v)和p(v)中既含有荧光信号的信息，也含有噪声信号的信息，而二者所在的区域是不同的，可将噪声平滑处理掉。将荧光信号在频域上的噪声平滑掉后，还需要进一步反变换到时域上。其反傅立叶变换形式为
[0036][0037]
其中，x
*
(k)为x(k)的共轭值。
[0038]
作为本实施例的一种实施方式，采用按频率抽取的fft算法对所述荧光信号的频域部分进行噪声平滑处理；所述按频率抽取的fft算法是将频域信号序列按偶奇分排。采用按时间抽取的fft算法对频域部分进行噪声平滑处理后的荧光信号在时域上再进行噪声平滑处理，所述按时间抽取的fft算法是将时域信号序列按偶奇分排。
[0039]
进一步，按频率抽取的fft算法和按频率抽取的fft算法都借助于w
nnk
的两个特点:一部分是w
nkn
＝w
nk(n+n)
＝w
n(k+n)n
的周期性；另一部分是w
nk(n-n)
＝(w
nkn
)
*
的对称性，符号*代表其共轭。按频率抽取的fft算法为现有技术，在此不再赘述。
[0040]
时间抽取fft算法具体如下：
[0041]
令信号序列的长度为n＝2s(其中n为采集到的数据点个数,s是正整数)，若不满足这个条件，可人为增加若干零值点。将时域信号序列x(n)分解成两部分：一部分是偶数部分x(2s)＝x1(s),另一部分是奇数部分x(2s+1)＝x2(s),其中n＝0,1,2,
…
,(n/2)-1。于是信号序列x(n)的离散傅里叶变换可以用两个n/2抽样点的离散傅里叶变换来表示和计算，考虑到w
n2
＝w
n/2
和离散傅里叶变换的周期性，公式(1)可以写成：
[0042][0043]
公式(3)表明了一个点n的傅立叶变换被分解为两个n/2点的傅立叶变换。这两个n/2点的傅立叶变换按公式(3)又可合成为一个n点的傅立叶变换。因为x1(s)和x2(s)的列长为n/2。它们的傅立叶变换基本表达式x1(k)和x2(k)的点数也是n/2，而x(k)却有n个点，所以按公式(3)计算得到的只是x(k)(k＝0,1,
…
,n-1)的前一半项数的结果。利用w系数的周期性，即w
n/2sk
＝w
n/2s(k+n/2)
可得
[0044][0045]
公式(4)说明x(k)的后半部分k(n/2≤k≤n-1)所对应的x1(k)和x2(k)完全重复了前半部分k值(0≤k≤n/2)所对应的x1(k)和x2(k)值。
[0046]
又因w
n(n/2+k)
＝w
nn/2
·wnk
＝-w
nk
这样可将公式(1)的x(k)表达为前后两部分:
[0047]
前半部分为k＝0到n/2-1x(k)的部分：
[0048]
x(k)＝x1(k)+w
nk
x2(k)(k＝0,1.
…
,n/2-1)
[0049]
后半部分为k＝n/2到n-1x(k)的部分：
[0050]
x(n/2+k)＝x1(n/2+k)+w
n(n/2+k)
·
x2(n/2+k)
[0051]
＝x1(k)-w
nk
x2(k)(k＝0,1.
…
,n/2-1)
[0052]
由于n＝2s，n/2,n/4,
…
2仍然是偶数，进一步将x(k)按其奇偶部分一直分解下去。第m次分解的结果是由2m个n/2m点的傅立叶两两组成2
m-1个n/2
m-1
点的傅立叶变换。
[0053]
由于n＝2s，通过r次分解后，最终达到n/2个两点傅立叶运算，从而构成了由x(n)到x(k)的r级运算过程。
[0054]
实施例2：
[0055]
如图2所示，本发明还提供一种荧光信号处理装置，包括：
[0056]
获取模块，用于获取荧光材料样品发出的荧光信号；
[0057]
划分模块，用于将所述荧光信号分为频域部分和时域部分；
[0058]
第一降噪模块，用于对所述荧光信号的频域部分进行噪声平滑处理；
[0059]
第二降噪模块，用于将对频域部分进行噪声平滑处理后的荧光信号反变换到时域上再进行噪声平滑处理。
[0060]
作为本实施例的一种实施方式，第一降噪模块采用按频率抽取的fft算法对所述荧光信号的频域部分进行噪声平滑处理。
[0061]
作为本实施例的一种实施方式，第二降噪模块采用按时间抽取的fft算法对频域部分进行噪声平滑处理后的荧光信号在时域上再进行噪声平滑处理。
[0062]
作为本实施例的一种实施方式，第二降噪模块通过傅里叶变换将对频域部分进行噪声平滑处理后的荧光信号反变换到时域上。
[0063]
实施例3：
[0064]
本发明实施例提供了一种电子设备，具体的，该电子设备包括处理器和存储装置；存储装置上存储有计算机程序，计算机程序在被所述处理器运行时执行如上所述实施方式的任一项所述的方法。
[0065]
本发明还提供一种存储介质，所述存储介质存储有机器可执行指令，所述机器可执行指令在被处理器调用和执行时，所述机器可执行指令促使所述处理器实现权利要求荧光信号处理方法。
[0066]
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

技术特征：
1.一种荧光信号处理方法，其特征在于，包括：步骤s1、获取荧光材料样品发出的荧光信号；步骤s2、将所述荧光信号分为频域部分和时域部分；步骤s3、对所述荧光信号的频域部分进行噪声平滑处理；步骤s4、将对频域部分进行噪声平滑处理后的荧光信号反变换到时域上再进行噪声平滑处理。2.如权利要求1所述的荧光信号处理方法，其特征在于，采用按频率抽取的fft算法对所述荧光信号的频域部分进行噪声平滑处理。3.如权利要求1所述的荧光信号处理方法，其特征在于，采用按时间抽取的fft算法对频域部分进行噪声平滑处理后的荧光信号在时域上再进行噪声平滑处理。4.如权利要求1所述的荧光信号处理方法，其特征在于，通过傅里叶变换将对频域部分进行噪声平滑处理后的荧光信号反变换到时域上。5.一种荧光信号处理装置，其特征在于，包括：获取模块，用于获取荧光材料样品发出的荧光信号；划分模块，用于将所述荧光信号分为频域部分和时域部分；第一降噪模块，用于对所述荧光信号的频域部分进行噪声平滑处理；第二降噪模块，用于将对频域部分进行噪声平滑处理后的荧光信号反变换到时域上再进行噪声平滑处理。6.如权利要求5所述的荧光信号处理装置，其特征在于，第一降噪模块采用按频率抽取的fft算法对所述荧光信号的频域部分进行噪声平滑处理。7.如权利要求5所述的荧光信号处理装置，其特征在于，第二降噪模块采用按时间抽取的fft算法对频域部分进行噪声平滑处理后的荧光信号在时域上再进行噪声平滑处理。8.如权利要求5所述的荧光信号处理装置，其特征在于，第二降噪模块通过傅里叶变换将对频域部分进行噪声平滑处理后的荧光信号反变换到时域上。9.一种电子设备，其特征在于，包括处理器和存储器，所述存储器存储有能够被所述处理器执行的机器可执行指令，所述处理器执行所述机器可执行指令以实现权利要求1至4任一项所述的荧光信号处理方法。10.一种存储介质，其特征在于，所述存储介质存储有机器可执行指令，所述机器可执行指令在被处理器调用和执行时，所述机器可执行指令促使所述处理器实现权利要求1至4任一项所述的荧光信号处理方法。

技术总结
本发明公开一种荧光信号处理方法和装置、电子设备、存储介质，包括：获取荧光材料样品发出的荧光信号；将所述荧光信号分为频域部分和时域部分；对所述荧光信号的频域部分进行噪声平滑处理；将对频域部分进行噪声平滑处理后的荧光信号反变换到时域上再进行噪声平滑处理。采用本发明的技术方案，可对荧光信号进行滤波处理，使信噪比大大提高，以获得真实的荧光信号，提高检测灵敏度。提高检测灵敏度。提高检测灵敏度。


技术研发人员：武金玲 王丹
受保护的技术使用者：河北师范大学
技术研发日：2021.12.06
技术公布日：2022/3/8