TELKOM NIKA Indonesia n  Journal of  Electrical En gineering   Vol. 12, No. 8, August 201 4, pp. 6088 ~ 6093   DOI: 10.115 9 1 /telkomni ka. v 12i8.632 8          6088     Re cei v ed Ma rch 2 4 , 2014;  Re vised Ma y 26, 2014; Accepted June 1 3 , 2014   Film Thickness of Lithium Battery Fast  De-Noising  Based on Atomic Seq u ence T e mplate Library      Gong Ch en*,  Xifang Zhu, Qingquan X u , Anchen g Xu, Hui Yang   Cha ngzh ou Ins t itute of  T e chnolo g y , C h in   *Corres p o ndi n g  author, e-ma i l : realch eng on g@sin a .com       A b st r a ct   The natur al frequency a nd sc anning v i br ation fr equency  of C-dynamic sc anning syst em of laser   sensors ar e a c quir ed for fil m  thickn ess of  lithiu m  b a ttery de-no isin g b a sed o n  multi- resol u tion w a v e let  alg o rith m. F o r this reaso n , fast de-nois i n g  b a sed  on  ato m i c  seque nce te mp late l i brary  i s  present. F i rs t,  und er vari ous  mo de  of sca nni ng, b e st  atomic se que nc e templ a te is  built  by spar se dec o m pos ition .   Secon d ly, at  the  give mod e , fil m  th ickne ss data  is  match to th best  ato m ic s e q u e n ce to  de- nos i ng.   Experi m ental  r e sults s how  th at te mpl a te- m a t ching  p u rs u i t (MP) a l g o r i t hm  i s  e ffe cti v e an d a l g o r i t hm spee is hig her tha n  MP 57 times.     Ke y w ords : film  thickness  of lithiu m   battery templ a te- ma tching p u rsuit sparse d e co mpositi o n         Copy right  ©  2014 In stitu t e o f  Ad van ced  En g i n eerin g and  Scien ce. All  rig h t s reser ve d .       1. Introduc tion  Real -time me asu r em ent a u tomatically  of lithi um battery thickne ss can  be reali z ed by C- dynamic sca nning system (Figu r e1 )b ased  on  l a se sensor, but  scannin g  pr oce ss of  the  sy stem   is a c compa n i ed with  stati c  an d dyna mic e rro r in cluding m e ch anical vibrati on noi se sy st em  error  of C-dy namic scanni ng system d y namic erro of differe nt scannin g  velo ci ty. Performan c e   coul d be ach i eved highly accurately ba sed on m u lti-resolution  wa velet algorith m . But natural  freque ncy  an d vibratio n freque ncy a r acq u ire d  to  d e cid e  coeffici ent of wavele t decompo siti on   and re co nst r u c tion coefficie n t [1-2].  Sparse  de co mpositio n p r o posed  by Ma llat and  Zha n g  is hot  re ce ntly, which h a bee n   widely u s e d  i n  image, vide o, medi cal  si gnal p r o c e ssi ng [3-12]. Sparse de co mp osition  algo rithm   is ada pt to choo se the a ppro p ri ate ba sis fun c tion to complete  sign al decom positio n on the  con d ition of lack of noise  statistical ch a r acte ri st ics, and get natura l  features  of the origi nal si gnal  from redu nd ancy di ction a ry [13]. During  i ndu strial su rroun di ngs,  spa r se  decompo sit i on  algorith m  reg a rd s actu al th ickne ss a s  a  part of  the sp arse co mpo n ent and the vibration n o ise as  the resi dual o f  film thickne s s.  Becau s e  of a  larg e amo u n t  of comp utation,  the data   measured fro m   static and dynamic  indu strial e n vironm ent is trained to g e t over-c om plet e diction a ry  of atoms b a sed on m a tchi ng   pursuit of spa r se d e compo s ition. Then u nder  vari ou s mode of scan ning, best ato m ic se que nce   template is  b u ilt by spa r se de comp osit ion. At  last a t  the given  mode, film th ickne ss  data  is  match  with th e be st atomi c  se que nce  to  de-n o si ng. T he al gorithm   doe sn’t ne ed  to mea s u r e t h e   natural  fre q u ency  and  scannin g  vibration fr e que ncy  of C-dyna mi scanni ng  system an can  adapt to different indu strial  environ ment to im prove the  efficiency of spa r se de co mpositio n.      2. Template -matching Pu rsuit Spars e  De-noising   MP algorithm  is an ada ptive decom po sition it erative algorithm  which  sele cts t he be st  matchin g   ato m  from  hig h l y  red und ant  over  co m p let e  di ctiona ry  to app ro ach  sign al’s time- freque ncy  structure. The  si gnal i s  sparse co mpon ent   from noi sy si gnal, si gnal  with firm struct ure   is the  sa me a s  atomi c   pro p e rties,  but n o i s with   rand o m  structu r e i s  un correlate d .  If meaningfu l   atom can b e  extracted fro m  the noisy sign al, t hen the atom is th e sign al. If meanin g ful sig nal  isn’t co ntinue  to be extracte d from the sig nal in re sidu a l , then the sig nal in re sidu a l  is noise.  In the p r o c e s s of  iterative,  spa r se  deco m posit io n i s  t o  choo se  the  large s atom  whi c h i s   the inne r p r o duct of  sign a l  or  signal  re sidu al , sp arse de comp osi t ion co ntinue s tra c king a n d   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
TELKOM NIKA   ISSN:  2302-4 046     Film  Thickne ss of Lithium  Battery Fa st De-Noi sin g  Base d on Atom ic Sequen ce… (G ong Chen)  6089 extracting th e  atom whi c h i s  match to the origi nal  si g nal and  re sid ual sig nal. In the cal c ulatio n of  the inner  pro duct sele ctio n of gabo r atom, it is very  large, a nd if the length of t he input si gn al is  too large, the  amount of cal c ulatio n is ev en more asto nishi ng [13].  For a  la rge  amount of  calcul ation,  te mplate -m atch ing  p u rsuit sparse de -noi sing   is  prop osed. First, best ato m i c  sequ en ce t e mplate i s  bu ilt by sparse  decompo sitio n  und er va rio u mode of  scan ning. Secondl y, at t he given mode, film thickne s s dat is mat c h to  the be st atom ic  seq uen ce  to  de-n o si ng. Al though  be st  atom is not  e x tracted t o   ca lculate  by  me ans of iteratio n,  the atom is t o  be the n e xt best on e. Comp ared  wi th MP algorit hm, this alg o r ithm elimin ate s   times of iteration. Templat e -mat ching pursuit al gorithm rai s es the  possib ility of various si gnal’s  length and g r eatly improv es the perfo rmance. Figur e2 is a flow cha r t of the fast spa r se d e - noisi ng ba se d on template -matching p u rsuit.          St a r t   Mea s u r e d d a t a  unde r   st a t ic  ba c k g r o und   S e t d e c o m p os i t i on  p a r a m e t e r s C o ns tr uc t  o v e r  c o m p l e te   d i c t i o na r y S e l e ct  t h e b e s t  at o m   S a ve  th t e m p la t e   l i b r a r C o h e ren t  ra t i o 1   e nd  Mea s u r e d d a t a  u nde r   d i f f e r e n t  ba ck gr ou n d   F i nd  t h e   be st  m a t c h i ng   a t o m  se que nc e f o r m   te m p la te  l i br a r y   Me a s u r e d d a t a  unde r   dy nam i c  bac k g r o und  G e t th e   b e s t   m a t c h i n g   a t o m  se que nc e s   C o h e ren t  ra t i o 2   Figure 1. Film of Lithium Battery Detectio Fi gure 2. Flow Ch art of the Fast Spa r se De- noisi ng           T h e  s t ep s  ar e a s  fo llo ws Step 1: Train  best atomi c  seque nces a n d  co n s tru c t te mplate und er  different mod e Step 1.1:  De fine ove r -co m plete  dictio nary {} ( 0 , 1 , , 1 ) m r Dg m M   in  Hilbert space,   1 m r g , m  defines a s  iteration time s,   M  defines a s  iteration te rmin ation value.   Step 1.2: Define mea s u r ed d a ta a s   () x n 1, 2 , nN  from st atic an d dynami c   indu strial env ironm ent.  N  defines a s  lengt h as si gnal.  Define  0 () x nR x 1, 2 , nN 0 Rx  is  origin al re sid ual sig nal.   Step 1.3: Sel e ct the  b e st  atom  o r g D  by MP  algorith m  to  make   0 0 , r Rx g  maxim u m,   get the  re sid ual  00 10 0 , rr R x Rx Rx g g  . Select t he b e st  atom  by MP  algo rithm, and  get  the   resi dual 1! 21 1 , rr R x Rx Rx g g   , 11 11 , mm mm m rr Rx R x R x g g   a gain.   Step 1.4: De fine co he rent  ratio  () s u p , m r m mm m r gD Rx R x g R x  whi c h  decre ases  with   the increa sin g  of iteration.  If set to one  conve r ge nce  value, iteratio n will en d up  to  M th and get  1 M th resi dual  sign al 1 , M M MM M rr R x Rx Rx g g  .In order to en sure the coh e rent rati o   rea c he s the set, the iteration value add up to  10 M  times .   Step 1.5 : Save and  con s tru c t template lib rary, the be st atom de fines a s   01 1 0 {, , , } MM ll l l lr r r r Gg g g g  1, 2 , lL L  is the nu mber of templ a te unde r vari ous mo de.   Step 2:De-noi se un der give n surro undi ng Step 2.1:Inp u t mea s ured  data  () x xn 1, 2 , nN und er  some  kin d  of mod e . Set  0 () x xn R x x   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                               ISSN: 23 02-4 0 46                     TELKOM NI KA  Vol. 12, No. 8, August 2014:  608 8 –  6093   6090 Step 2.2: Select t he prope r paramete r   l from the temp late libra ry an d get  l G . The best   atomic  se que nce s   are  invo lved in the  ite r ation  11 11 , rr mm mm m l l Rx x R x x R x x g g    , 1, 2 , mM M . MM  is defined a s  iterative times,  10 MM M  Step 2.3: Fin a lly  1 0 () , mm MM ml l M M rr m yn R x x g g R x x    1, 2 , nN is  got,  Define  () yn  as  recon s tru c ted  de-noi sin g  si gnal.       3. Experimental Re sults   3.1. Simulation of Fas t  M P  Signal De-noising  Cons truc t s i gnal  with nois e   12 ( ) 19 0 s in ( 2 ) 2 00 si n( 2 ) ( ) ss xn f n f n z n    in traini ng  stage,   1 10 s f , 2 20 s f , { 0 ,0 . 0 0 1 ,0 . 0 0 2 ,0 . 0 9 9 } n , () zn d e f in es  as g a u ss ia n no is e wh ich   c o mp lie s   with  N(0,10 ) . Set the coh e rent ratio 0.3 4 .  Figure 3 ( a )  i s  cohe rent ra tio conve r ge n c e value  wh e n   numbe r of ite r ation i s  chan ging. Fi gu re 3 ( b) i s  the 9  be st atomic   se q uen ce s diag ram. Figure 3(c)  is sig nal with  noise, clea n signal an d sig nal after sp arse de com p o s ition.        (a)     (b)       (c )     Figure 3. Te mplate Co nst r ucte d by MP Sparse De co mpositio n du ring Trai ning       Best atom seque nces a r e got by template -MP  while five grou ps of gau ssi a n noi se  complying wit h  N(0,1 0 )  a r e  adding to bo uble-sin u soid al sign al.      2 4 6 8 10 12 14 16 0 1 2 3 4 5 6 N u m b e r  of  i t er at i o n C oher en t  r a t i o 0. 3366 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 -0 . 4 -0 . 2 0 0. 2 0. 4 0. 6 Sa m p l i n g  v a l u e A m pl i t ude   be s t  at om 1 be s t  at om 2 be s t  at om 3 be s t  at om 4 be s t  at om 5 be s t  at om 6 be s t  at om 7 be s t  at om 8 be s t  at om 9 Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
TELKOM NIKA   ISSN:  2302-4 046     Film  Thickne ss of Lithium  Battery Fa st De-Noi sin g  Base d on Atom ic Sequen ce… (G ong Chen)  6091   (a) Five g r ou ps of sig nal with noise     (b) Five g r ou ps of co heren t ratio      (c) Cle an si g nal and  sign a l  after MP    (d)  De-noi sin g  whe n  the b e st atom und er  gau ssi an noi se use d  to others    Figure 4. Fast Sparse  De-noise by Tem p late-MP                           Table 1. Co ntrastin g of Different Me an Square Error  (MSE)  Table 2. Co ntrastin g of both Algorithm   M SE  ga us s i an  no i s gr ou p 1   gr ou p  2   gr ou p 3   gr ou p 4   gr ou p  5   M P   7. 536 6  6. 535 6  7. 4 4 3 6   6. 2 3 5 5   7. 6 1 2 3   T e m p l a t e - M   7. 187 6  7. 109 9  7. 4 6 4 2   6. 7 6 9 6   7. 1 4 0 4    MP   Te mp l a t e -   MP    t i m e ( s )  10. 8 8   0. 1 9   e n t h anc e 1  5 7                                                                                                    From  Figu re  3, 4 an Table1, MS E by templa te-MP is  clo s e to MP  a l gorithm.   Perform a n c unde r g a u ssi an noi se  tem p late is de cre a sin g  in  bro w n and  0-1 di stribution  noi se.  Atom sequ e n ce  sho w s the dist ributio of gau ss  unde r ga ussi an and  non -gau ssi an noi se.   Therefore waveform  of sign al  after de-n o isi ng  d e viates from  the actu al  distrib u tion, i t  is  con c lu ded th at atomic seq uen ce is  sele ct ivity under different noi se environ men t s.  Table   2 pre s ents a com p a r iso n  of  both  algorit h m s, te mplate-MP  al gorithm  is su perio r to   MP algorithm  57 times.     3.2. De-n oising b y  Template -MP unde r Static and  D y namic Mo de     When  C sca nning  system  is stopp ed, experim ent result sho w MSE of template-MP  and MP  algo rithm i s  le ss than  data  u npro c e s sed,  and i n crea si ng of tem p la te-MP is sli g htly  worse th an  MP, but spe ed of ope rati on of templat e -MP is  sati sfied with me asu r em ent u nder  indu strial surroundi ng s.      0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 -4 00 -3 00 -2 00 -1 00 0 10 0 20 0 30 0 40 0 Sa m p l i n g  v a l u e A m pl i t ude     gr ou p 1 gr ou p 2 gr ou p 3 gr ou p 4 gr ou p 5 2 4 6 8 10 12 14 16 0 1 2 3 4 5 6 N u m b er  o f  i t er a t i o n C o h er en t  r a t i o     gr o u p  1 gr o u p  2 gr o u p  3 gr o u p  4 gr o u p  5 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 -400 -300 -200 -100 0 100 200 300 400 S a m p li n g  v a lu e A m p lit u d e     ori g i n  s i gnal group 1 group 2 group 3 group 4 group 5 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 - 400 - 300 - 200 - 100 0 100 200 300 400 S a mp li n g  v a lu e Am p l i t u d e     o r ig in  s i g n a l 0 - 1 di s t ri but i o n o i s e br o w n n o i s e Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                               ISSN: 23 02-4 046                     TELKOM NI KA  Vol. 12, No. 8, August 2014:  608 8 –  6093   6092   (a) Static o r ig inal film thickness di stributi o n     (b) Five g r ou ps of co heren t ratio    Figure 5. Fast Sparse  De-noisi ng of St atic Film Thickness by Tem p late-MP       Whe n   scanni ng, differe nt  spe ed  will  ca use  vario u s vibration  noi se  add ed in  th e ori g in   thickne s s of f ilm thickne s s. Figu re  6 sho w s the  differe nt amon g the  v1 (slo w), v 2  (mi ddle )  a n d   v3 (fast )   sca nning  sp eed  mode.  Fro m  the figu re , spe ed of  v1 is  clo s to v2,distrib u t ion   differen c e i s n t obvious,  bu t v3 is fa ster t han v1, v2, di fference a m o ng them  is  no table. Atoms  of   template lib ra ry are  match  to different  scan ni ng  sp ee d, but data  u n match ed  de viates from  the  origin al thickn ess dist ributio n of lithium film.      Table 3. Co ntrastin g of Different Me an Square Error (MSE)  thickness ( μ m)   group1   group2   group3   group4   group5  group6  group7   original   0.1887   0.1873   0.1993   0.1932   0.1977   0.1936    template-MP  0.1495   0.1789   0.1512   0.1548   0.1971   0.1663  14.1%   MP 0.1522   0.1709   0.1544   0.1556   0.1934   0.1653   14.6%         (a) v 1     (b) v 2       (c ) v 3     Figure 6. Fast Sparse  De-noisi ng of St atic Film Thickness by Tem p late-MP   0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 200 200. 2 200. 4 200. 6 200. 8 201 201. 2 S a m p li n g  v a lu e A m pl i t ude 5 10 15 20 25 30 0 0. 5 1 1. 5 2 2. 5 3 3. 5 4 4. 5 N u m b er  o f  i t er a t i o n C o he r e nt  r a t i o     g r ou p 1 g r ou p 2 g r ou p 3 g r ou p 4 g r ou p 5 0 20 40 60 80 100 12 0 140 16 0 180 20 0 12 0 14 0 16 0 18 0 20 0 22 0 24 0 26 0 S a m p l i ng v a l u e A m pl i t ude   v 1  ori g i n  s i gnal v 1  te m p l a te - M P v 2  te m p l a te - M P v 3  te m p l a te - M P 0 20 40 60 80 10 0 12 0 140 16 0 180 20 0 12 0 14 0 16 0 18 0 20 0 22 0 24 0 26 0 S a m p li n g  v a lu e A m pl i t ude     v 2  org i n s i gn al v 2  te m p l a te - M P v 1  te m p l a te - M P v 3  te m p l a te - M P 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 120 140 160 180 200 220 240 260 S a mp lin g  v a lu e A m pl it ude     v 1  or i g i n  s i gnal v 1  te mp l a te - M P v 2  te mp l a te - M P v 3  te mp l a te - M P Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
TELKOM NIKA   ISSN:  2302-4 046     Film  Thickne ss of Lithium  Battery Fa st De-Noi sin g  Base d on Atom ic Sequen ce… (G ong Chen)  6093 4. Conclusio n   It is requi re d  for re al-time ,  untouched,  on-lin e mea s ureme n t of thickne ss  of lithium   battery film unde r ind u s trial  enviro n ment, but  multi-re sol u tion wavelet  algorith m  m a ke measurement  complex be cau s e of nat ural fr eq uen cy and sca nni ng vibration f r equ en cy of C- dynamic sca nning system Fast  de- n o i s ing  which b e st atomic  seque nce template is built by  spa r se d e co mpositio sel e cts the  be st atomic  se que nce  to de -n o s ing. Study  o f  simulatio n  d a ta  and a nalysi s  of indu strial  su rro undi ng s sho w  that  t he alg o rithm  is efficie n t to filter noi se  and   algorith m  is e ffective and a l gorithm  spe e d  is hi gh er th an template - matchin g  pu rsuit 57 times.       Ackn o w l e dg ements   This  wo rk was fin a n c ially su ppo rted  by the  Jian gsu  Natural  Scien c e  Fo undati o n   (BK2013 024 5 ) , Ch ang zh o u  Key La b o rato ry of  Optoele c tro n i c  Mate rial s and  Devi ces   (201 306 94).     Referen ces   [1]  Z hou  JF R e se arch on   errors  ana l y sis an d p r ecis io n c ontro l  in  hi gh- precis i on c onv e x it y m easur ement  w i t h  Las er for thin Sh eet. Cha ngsh a : Centra l South Un iversit y . 20 06: 32- 65.   [2]  Chen G, Zhu X F , X U  QQ, et al . Multi-resolution  w a ve let in discontinuous coating thickness  measur ement.  Contro l Engi ne erin g of Chin a . 201 3; 20(1): 17 5-17 8.  [3 Ma l l t  S, Zha ng Z. Ma tch i ng   pu rsu i ts w i th  ti me-frequ enc dictio nari e s.  IE EE T r ansacti o n s o n  S i gn al   Processi ng . 19 93; 41(1 2 ): 339 7-34 15.   [4]  Z hao RZ , Liu  XY, LI Ch in gC hun g, et al.  W a vel e t den oisi n g  bas ed o n  sp arse repr ese n tation . Sci enc e   in Chi na: Infor m ation Sci enc e. 2010; 4 0 (1): 33-4 0 [5]  M Plumb l e y , T  Blume n b a ch,  L Da ud et, R  Gribonv al.  Sp arse  re pres ent ations in au di an d mus i c.   Procee din g s of  the IEEE. 2009.  [6]  R Neff, A Zakhor. Matching  pursuit vi deo coding: Dic tionary  approximation.  IEEE Transactions  on  Circuits and Sy stem s for VideoTechnology . 200 2; 12(1): 13 -26.  [7]  M Jalal F adi li , Jean-Luc Starck, Bobin.  Ima ge Dec o mpositi on an d Separ atio n Using Sp ars e   Repr esentati o n s : An Overview .  Proceedi ngs  of the I EEE. 2010; 98(6): 9 83- 994.   [8] WANG  CG.  T he ECG f e a t ure w a ve  de tection  an d a ta co mpressi on  bas ed  on  the s pars e   deco m positi o n .  Chan gsh a : Na tiona l Univ ersit y  of Defe nse T e chn o lo g y . 200 9: 58-77.   [9]  Liu  H, Ya ng  J A , Hua n g  W J . Acoustic  sig n a de-n o isi n g   base d  o n   par alle l s parse  d e comp ositio n.  Journ a l of Circ u its and Syste m s . 20 12; 17( 6 ) ; 64-69.   [10]  Li Y, Guo S X . A ne w  meth o d  to estimate t he p a rameter  of 1/f Noise of  high  po w e r s e mico nductor   laser d i od e bas ed on sp arse d e comp ositio n.  Journ a l of Phy s ics . 2012; 6 1 (3): 1-6.  [11]  D Przem y s l a w , M Nicolas.Greed y sp arse   decom positi o n s : a comparat ive stud y.  TELKOMNIKA  Indon esi an Jou r nal of Electric al Eng i ne eri n g .  2011; 7(1): 3 4 - 40.  [12]  Z he L,  Xi ao  XZ , Co ng M.  A Nov e l Im age  Rec onstr uction  Alg o rith m Based  o n   Conc aten ated   Diction ar y.  T E LKOMNIKA Indon esia n Jour nal  of Electric al  Engin eeri n g . 2 012; 7(2): 4 44- 450.   [13]  W ang JY, Yin  Z K . Sparse signa l an d ima g e  decom pos iti on an d Prel imi nar App lic atio n. Chen gd u:  South w e s t Jiao   T ong Univ ersit y  press. 2 006:  72-1 16.       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.