专利名称：小麦籽粒受激生物光子辐射信号的频域特性分析方法
技术领域：
本发明涉及在对小麦籽粒受激生物光子辐射信号处理分析时，只进行时域分析会使研究者对该信号特性的认识产生一定的局限，不能充分获取信号蕴含的信息。因而，提出ー种对小麦籽粒受激生物光子辐射信号的频域特性分析方法。
背景技术：
生物光子是生物系统在生命活动中向外界辐射的一种极弱的光子流。一般地，研究者将生物体向外界辐射光子的现象称为生物光子辐射。它可以作为生物体代谢活动的一项综合指标。生物光子辐射一般分为自发生物光子辐射和受激生物光子辐射两种形式。自发生物光子辐射指生物体本身的各种生命活动过程中，由于涉及能量的代谢，会产生微量的光子辐射。而受激生物光子辐射是指当外界因素(如光照、化学刺激、声刺激等)作用到生物体时，生物体在应激过程中产生的光子辐射现象。小麦籽粒受激BPE信号的规律一定程度上能够反映小麦籽粒在受激时的生命状态变化信息。利用光照射小麦籽粒或者水浸泡小麦籽粒，诱发小麦籽粒产生远多于自发辐射的光子，获得受激BPE信号；对信号进行处理和特性分析，可以间接地了解小麦籽粒的生命状态变化。目前，我们检索到的科研文献均是对小麦籽粒的受激BPE信号的时域分析，即在时域里通过时间的积分来分析观测到的小麦籽粒受激生物光子辐射的时域曲线，计算其统计特征參数以反应其中的规律。常用的统计特征包括均值、方差和均方差等。根据现代信号处理理论，信号的时域和频域特征均有助于我们对于信号的全面认识。对小麦籽粒受激BPE信号进行频域变换并对其频谱特性进行分析，有利于研究者更加准确、全面地提取不同条件下获得的小麦籽粒受激BPE信号特征。
发明内容
针对现有对小麦籽粒的受激生物光子辐射信号分析方法存在的局限性，提出ー种小麦籽粒受激生物光子辐射信号的频域分析方法，即用傅里叶分析方法对小麦籽粒受激生物光子辐射信号进行频域变换与分析。一般地，小麦籽粒受激生物光子辐射以指数函数的形式衰减，具有相对稳定的趋势，故截取衰变比较明显的时期进行频谱分析。通过对小麦籽粒受激生物光子辐射信号进行频域分析，能够更深入、全面地得到信号特征，从而对不同状态下小麦籽粒受激生物光子辐射信号更好地加以区分，达到简单、快速、准确地判别小麦籽粒不同状态特征的效果。经过大量对比实验和分析发现，通过对不同状态下小麦籽粒受激生物光子辐射信号进行频域变换和分析，一些參数能够清晰地表征这些信号频域特性的不同，从而可以用于区分小麦籽粒的不同特征，比如新陈度、品种等。使用本方法有如下优点
可以获得小麦籽粒受激生物光子辐射信号对应的频谱，通过分析得到其频谱特性參数，再结合其时域特性參数，更加全面地反映小麦籽粒受激生物光子辐射信号的属性特征。
本专利用例为延迟发光和水激发光两种。小麦籽粒受一定时间的光照后，測量得到的小麦籽粒受激生物光子辐射称为延迟发光；小麦籽粒受到突然地注水刺激时产生的生物光子辐射称为水激发光.
图1新、陈小麦的水激发光时间光子数曲线(原始数据)；
图2新、陈小麦的水激发光时间光子数曲线(降噪后)；
图3新、陈小麦的水激发光FFT变换曲线；
图4新、陈小麦的延迟发光时间光子数曲线(原始数据)；
图5新、陈小麦的延迟发光时间光子数曲线(降噪后)；
图6新、陈小麦的延迟发光FFT变换曲线；
图7保留和去除胚芽小麦延迟发光时间光子数曲线(原始数据)；
图8保留和去除胚芽小麦延迟发光时间光子数曲线(降噪后)；
图9保留和去除胚芽小麦延迟发光FFT变换曲线。
具体实施例方式一维平稳 小波降噪的预处理原理如下
一维平稳小波降噪主要分三个步骤进行 1)ー维信号的小波分解。选定ー个小波并确定分解的层次N，然后对信号s进行N层小波分解；
2)小波分解高频系数的阈值量化。对各个分解尺度下的高频系数选择ー个阈值进行软阈值量化处理；
3)ー维小波重构。根据小波分解的最底层低频系数和各层高频系数进行ー维小波重
构；
根据小麦籽粒受激生物光子辐射信号的特征选择适当的阈值、阈值量化方法、小波基和降噪的层次等进行降噪处理。小波基可选择haar、dbN、Morlet等；
小波降噪在改善信噪比的同时，又保持相当高的时间分辨率，能够取得比传统方法更好的降噪效果。傅里叶变换原理
为了在频率域分析信号，常用傅里叶变换将时间域函数转换到频率域.
(1)离散傅里叶变换(DiscreteFourier Transform,简称 DFT)
长度为N的有限长序列x(n)的DFT为
权利要求
1.小麦籽粒受激生物光子辐射信号的频域分析方法，是将小波降噪数据预处理方法、傅里叶变换分析方法和频域特征分析技术等应用于小麦籽粒的受激生物光子辐射信号分析技术领域进行频谱分析的新方法，其特征在于(1)对小麦籽粒的受激生物光子辐射信号进行一维平稳小波降噪预处理，得到小麦籽粒受激生物光子辐射的降噪信号；(2)对小麦籽粒的受激生物光子辐射的降噪信号进行傅里叶变换，得到小麦籽粒受激生物光子辐射信号的频域分布信息；(3)采用频谱重心频率、频谱重心频率对应幅值、主要分布频带、稳定后均值和稳定后方差等参数衡量小麦籽粒受激生物光子辐射信号的频谱特性。
2.首先对小麦籽粒的受激生物光子辐射信号进行一维平稳小波降噪预处理；根据数据特征可选择haar、dbN、Morlet等小波基采用不同的层次进行。
3.按照权利I的要求，对实施降噪预处理后的信号，采用离散傅里叶变换方法获得其频谱；具体实施中，参与算法运算的数据序列长度可根据实际获取的数据序列个数选择。
4.按照权利3的要求，如果实际获取的数据序列个数不足128个，则在该数据序列后补0，使得参与算法运算的数据序列长度达到128。
5.按照权利3的要求，如果实际获取的数据序列个数超过128个，不足256个，则在该数据序列后补0，使得参与算法运算的数据序列长度达到256。
6.按照权利3的要求，如果实际获取的数据序列个数超过256个，不足512个，则在该数据序列后补0，使得参与算法运算的数据序列长度达到512。
7.按照权利3的要求，如果实际获取的数据序列个数超过512个，不足1024个，则在该数据序列后补0，使得参与算法运算的数据序列长度达到1024。
8.根据权利要求1所述的方法，计算获得频谱的谱重心频率、谱重心频率对应幅值、主要分布频带、稳定后均值和稳定后方差等；对不同的小麦籽粒受激生物光子辐射信号，通过对比这些参数的计算值，可以区分其不同。
全文摘要
一种小麦籽粒受激BPE(BiophotonEmission，生物光子辐射)信号的频域特性分析方法。对获取的小麦籽粒受激生物光子辐射信号，首先进行一维平稳小波降噪预处理，然后采用傅里叶分析方法对其进行频域特性分析，以达到较为准确、全面地提取小麦籽粒受激BPE信息的目的。通过实施例对本方法的效果进行了检验；结果表明，本方法可以很好地反映小麦籽粒受激生物光子辐射信号的频域特性。
文档编号G06F17/14GK103034620SQ20121049952
公开日2013年4月10日 申请日期2012年11月30日 优先权日2012年11月30日
发明者王 锋, 史卫亚, 梁义涛, 王艳娜, 宋红霞, 李岚, 张猛, 庞蕊, 朱远坤 申请人:河南工业大学