关于时频图像的去噪


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我想知道什么样的技术可以用来“ 消噪 ”以下使用Welch方法创建的示例时频图像。下图是从机器人传感器创建的。(这不是彩色图像-它是灰度图像-添加的颜色仅用于视觉目的)。

在此处输入图片说明

目标:

我的目标是最终估计存在这种脉冲时在此处看到的脉冲间隔。这可能有点像鸡和鸡蛋,所以为此,我问自己:“是否存在这种重复率+/- 10%的脉冲?”,然后继续进行检测。您在这里看到的是信号(脉冲),但还有其他不需要的干扰。然而,正如埃姆雷(Emre)所建议的那样,它们具有结构,尽管在时空空间中也是如此。是否存在这样的时频滤波器?

非常希望看到此处应用了图像处理解决方案,但欢迎任何解决方案。

因此:目的是去除可见的所有高强度信号,除了重复脉冲(在y轴的索引300附近)。所有其他高强度信号都可以视为“干扰”。

您可能做出的假设:

  • 您可能假设您大致知道在这里看到的脉冲长度。(让我们说,在+/- 10%以内)。换句话说,您已决定寻找这种长度的脉冲。(+/-)

  • 您可能假设您也大致了解了脉冲的重复率(再次,让我们说+/- 10%)。

  • 不幸的是,您不知道它们的频率。也就是说,在此图像中,脉冲为300,但是它们很容易达到100、50、489。但是,好消息是,此处显示的那些频率彼此非常接近,大约为10赫兹。

我的一些想法:

图像处理POV:

  • 我进行了形态学操作,但是我对那些操作员不太熟悉,不知道它们是否可行。我想这个想法可能是“关闭”并因此去除“更大”的污渍?

  • 行扫描DFT操作可能会根据感兴趣的行具有最高的重复模式来指示要清空的行,但是,如果脉冲很少且相距较远,或者如果图像噪声较大,则可能不是可行的解决方案。

  • 仅通过查看图像,您几乎就想“奖励”隔离和“惩罚”连通性。是否存在可以完成此类操作的图像处理方法?(再次是形态上的)。

哪些方法可以帮助您?

信号处理POV:

  • 此处显示的频率范围已经非常狭窄,因此我不确定陷波滤波操作是否会有所帮助。此外,在这个狭窄范围内显示的脉冲的确切频率是先验的。

  • 通过对此处感兴趣的脉冲进行有根据的猜测,(它们的长度和重复时间)也许可以计算出我的“模板” 的二维DFT,并将其用作二维倒谱时间滤波器,我只需将上面显示的Welch图像乘以,然后执行反二维DFT?

  • OTOH也许Gabor过滤器在这里会是一个很好的选择吗?毕竟,它们是方向敏感的过滤器,类似于我们自己的内置V1视觉处理器。在这里如何利用它们?

哪些方法可以在此领域提供帮助?

提前致谢。


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关于提前脉冲的了解是什么?您知道它们的频率(至少近似)吗?持续时间?它们是调制还是CW?
杰森R

@JasonR我已编辑回答您的问题。就调制而言,它们只是重复CW脉冲。
Spacey 2012年

哪个轴是时间,哪个轴是频率?
Daniel R Hicks

查找有关S变换的论文(Robert Stockwell的一系列论文)。它是Gabor滤波器的略有改进的公式(我忘记了它的确切含义-也许是一个明确的,确切的逆函数?)。在降噪信号中有一些应用。如果您发现它们有用,那么我可以在上面写下一个简短的答案
Lorem Ipsum,

@yoda感谢您提供信息-我看了看这些论文,它们似乎很有用,因为它们似乎与CWT有关,因此,玩时间分辨率/频率分辨率游戏。是的,我欢迎对此回答。谢谢。
太空

Answers:


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我没有这方面的经验,但我看到已经对其进行了研究:最小熵方法去噪时频分布

在本文中,我们介绍了一种基于熵的方法来消除时频分布。这种新方法使用了Cunningham和Williams提出的时频内核的频谱图分解。为了使时频分布降噪,我们将那些频谱图与最小的熵值组合在一起,从而确保每个频谱图都很好地集中在时频平面上,并且包含的​​噪声尽可能少。Renyi熵用作量化每个频谱图复杂度的度量。基于熵和方差之间的折衷,自适应地选择要组合的频谱图数量的阈值。

本质上,您的问题是信号/源分离之一;一堆结构化信号的加性分解。为了继续进行,您需要对信号建模。显然,感兴趣的频率是周期性的,并且以某个频率为中心,因此您需要估算周期(沿x轴)和中心频率(在y轴上)。然后,您可以表征其他特征(噪声)。对于初学者来说,似乎它们的曲线不错。

有了模型,我可以参考《盲源分离手册:独立组件分析和应用》一书


谢谢。我得买书,看起来不错。就BSS而言,一个问题是,是否不需要多个传感器使BSS正常工作?在这种情况下,我只有1个传感器。在什么条件下仅用一个传感器分离信号?
Spacey 2012年

不,但是有帮助。通常的假设是源信号本身是不相关的,尽管这也可以放宽
Emre 2012年

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从纯工程POV来看,“锁定”该脉冲的明显解决方案是锁相环(PLL)。

PLL只是一个自由运行的振荡器,其频率可以根据感知到的与另一个信号的相位关系进行调整。如果另一个信号是纯噪声或频率完全不同的脉冲,则相位关系将是随机的,并且振荡器在任一方向上都不会进行太多调整(并且将继续“自由运行”)。但是,如果有一个信号(甚至是一个相对嘈杂的信号)以与振荡器大约相同的频率运行,则PLL的相位传感器将检测到该信号并调整振荡器频率以匹配另一个信号。当然,这是假设比赛距离开始的一半。(尽管这是一个有用的功能,但PLL的一个问题是,如果初始频率失配太大,它们会很高兴地锁存到目标信号的谐波或次谐波上。)

我从未在自己的工作中使用过PLL,但这个术语已有40多年的历史(至少从30年代开始就是这个概念),并且有预构建的PLL可作为单个IC或单卡模块使用。还有一些“数字PLL”使用数字组件来模仿模拟概念。(这是我所了解的程度,但是Google很容易找到100个参考。)


谢谢丹尼尔。嗯,虽然我可以在这里理解概念,但是我不确定您在此处应用PPL的精确程度。当然不在时域。您是否建议在此处的许多行中应用一系列PPL?
Spacey 2012年

基本上,您会得到一个由信号馈入的PLL,该信号可以测量大约以您感兴趣的频率为中心的频段的信号强度,也许大概是频谱通量的测量值。最坏的情况是,您可能必须尝试几个PLL,每个PLL都“监听”整个频谱的不同部分。但是通过适当的滤波(例如消除较低速率的噪声),可能就不需要了。
Daniel R Hicks

有趣。我想这类似于在这里查看每一行的DFT。
Spacey 2012年

有些。从图像处理的角度来看,光谱通量就像拍摄图像的副本,水平移动少量,然后从另一个图像减去一个图像。这是在光学识别系统中使用的“边缘检测”技术。
Daniel R Hicks'5
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