含噪声包裹相位图的加权最小二乘相位展开算法研究

二维相位展开广泛应用在精密光学测量、自适应光学、合成孔径雷达、图像处理等领域中。为处理含噪声包裹相位图,以预条件共轭斜量法求解权重最小二乘相位展开方程。引入非加权二维离散余弦变换求解泊松方程得到的最小二乘相位解作为共轭斜量法的初始解,从而加快了收敛速度,同时提出一种新质量图确定算法求解过程中的权重项。计算机模拟和试验表明算法计算速度快,能有效地消除传统路径积分法在处理信噪比低包裹相位图时的"拉线"现象,是一种有效的相位展开方法。     

局部噪声斑块InSAR干涉图相位解缠算法

针对干涉合成孔径雷达干涉图由于局部噪声、阴影或条纹断裂等原因导致残差点集中、产生不可靠数据点噪声斑块,从而引起相位解缠困难的情况,提出基于掩膜滤波的质量图引导权值的四向加权最小二乘相位解缠迭代算法.首先对噪声斑块区域进行掩膜滤波处理,有效保留该区域真实相位信息,防止大误差传播.再结合最大相位梯度和相位导数变化的质量图法来定义权值,构造新的四项最小二乘迭代法,并用其对掩膜区域进行填充,抑制误差传递、提高运算速度、改善过度平滑作用.模拟及真实数据实验表明,该方法解缠精度高,能真实还原干涉合成孔径雷达干涉图局部噪声斑块的原始相位.与传统最小二乘法相比,其差分方程矩阵带宽变大,填充效果更好,迭代次数更少,精确度更高,解决了因噪声集中导致干涉合成孔径雷达图像解缠难度大的问题.     

基于离散泊松方程解的相位展开方法

提出了基于离散泊松方程解的相位展开方法，针对被测件表面疵病(阴影、断裂、孔洞、噪声等)奇异点所产生的相位跳变和截断，建立了相位展开算法模型；引入离散余弦变换求解具有诺埃曼边界条件的离散泊松方程，得到最小二乘意义下的展开相位解。经实验证明，该方法能够消除干涉图奇异点相位跳变，消除传统相位展开法所产生的“跳序”和“拉线”现象，恢复真实相位。     

基于局部加密纯无网格法非线性Cahn-Hilliard方程的模拟

为数值求解描述不同物质间相位分离现象的高阶非线性Cahn-Hilliard(C-H)方程,发展了一种基于局部加密纯无网格有限点集法(local refinement finite pointset method,LR-FPM).其构造过程为:1)将C-H方程中四阶导数降阶为两个二阶导数,连续应用基于Taylor展开和加权最小二乘法的FPM离散空间导数;2)对区域进行局部加密和采用五次样条核函数以提高数值精度;3)局部线性方程组求解中准确施加含高阶导数Neumann边值条件.随后,运用LR-FPM求解有解析解的一维/二维C-H方程,分析粒子均匀分布/非均匀分布以及局部粒子加密情况的误差和收敛阶,展示了LR-FPM较网格类算法在非均匀布点情况下的优点.最后,采用LR-FPM对无解析解的一维/二维C-H方程进行了数值预测,并与有限差分结果相比较.数值结果表明,LR-FPM方法具有较高的数值精度和收敛阶,比有限差分法更易数值实现,能够准确展现不同类型材料间相位分离非线性扩散现象随时间的演化过程.     

基于近红外光谱和稀疏偏最小二乘回归的生物质工业分析

林木生物质能源作为一种新型可再生能源,具有非常广阔的发展前景。基于近红外光谱技术,首次引入稀疏偏最小二乘回归建立木屑生物质的工业分析模型,用于生物质燃料特性的快速分析测定。工业分析总共测定了80种木屑的水分、灰分、挥发分和固定碳含量百分比;按照样品种类和产地将其划分为训练集和测试集,利用近红外光谱仪采集光谱数据并进行小波滤波处理;再利用稀疏偏最小二乘回归建立木屑生物质的定量分析模型,并与主成分回归、偏最小二乘回归、最小绝对收敛及变量筛选方法的建模效果进行比较。结果证明,相对于以上三种建模方法,稀疏偏最小二乘回归能够挑选出有重要影响的波长群组,降低非目标波段的噪声干扰,从而增强数学模型的解释能力并提高定量分析的准确度。利用稀疏偏最小二乘回归算法挑选的波长区间基本覆盖了工业分析中水分的吸收峰,而对于灰分、挥发分和固定碳的吸收峰波段尚无准确定位,需要继续探讨。总体而言,稀疏偏最小二乘回归能够减少无关信息的干扰,提高模型定量分析的准确度,增强模型的解释能力,将会在近红外光谱技术应用领域内起到重要作用。     

小波变换-偏最小二乘法用于Co,Ni,Zn的分光光度法同时测定

建立了以 2 (5 溴吡啶偶氮 ) 5 二乙氨基苯酚 (5 Br PADAP)作显色剂 ,溴代十六烷基吡啶 (CPB)为增溶增敏剂 ,用小波变换—偏最小二乘分光光度法同时测定钴 ,镍 ,锌的方法。在波长 5 30～ 5 90nm范围内每隔 2nm测定其吸光值 ,将测定结果分别用偏最小二乘法处理和经小波变换后用偏最小二乘法处理。结果表明 ,经小波变换后处理结果回收率明显提高。     

基于自适应加权窗口的相位质量图提取

加权相位解缠算法的解缠精度取决于所提取的质量图的可靠性。目前提取相位质量图的方法大多采用以各个像素为中心的固定窗口法,但当某些像素被噪声严重干扰时,采用固定窗口法提取质量图往往得不到正确的解缠结果。因此,提出了几种自适应加权窗口方法来提取相位质量图,并给出了具体的实现方法和步骤,同时采用加权小波变换相位解缠算法进行相位解缠。实验结果表明,采用自适应加权窗口方法提取相位质量图来确定初始权重系数能获得比较好的解缠效果。     

数字全息显微术中三种相位展开算法的比较研究

为了解决数字全息显微术相位重建中的欠采样问题,引用一种基于横向剪切干涉术的改进型最小二乘法相位展开算法,并与基于离散余弦变换的原始最小二乘法算法以及质量图导向路径算法进行比较。采用欠采样高斯函数进行计算机模拟,并进行了实验验证,结果表明了横向剪切干涉术方法的有效性。上述改进型最小二乘法相位展开算法在解决包裹相位图中的欠采样问题更有效,从而能够更精准地重建物体的相位信息。     

黄酒糖度预测的可见-近红外光谱方法研究

提出了用可见近红外光谱结合不同化学计量学方法预测黄酒糖度的新方法。用240个黄酒样本建模,60个样本进行预测。通过对光谱数据进行平滑、变量标准化及一阶导数等预处理,建立并比较了偏最小二乘法,小波变换与偏最小二乘法相结合,主成分分析与人工神经网络相结合以及主成分分析与最小二乘支持向量机相结合四种不同建模方法的预测精度,以相关系数r、预测标准差、偏差等为评判标准,得到黄酒糖度预测的最优模型为最小二乘支持向量机模型。该模型对黄酒糖度预测的相关系数为0.962、预测标准差为0.021、偏差为-0.001,获得了理想的预测精度。结果表明应用可见近红外光谱对黄酒糖度进行预测是可行的,且最小二乘支持向量机模型能得到最优的预测结果。     

近红外光谱用于植物样品中水溶性氯离子含量的测定

基于离散小波变换(DWT)和最小二乘支持向量回归(LSSVR)方法,建立了近红外光谱测定植物样品中水溶性氯离子的回归校正模型。以烟草样品中水溶性氯离子含量的测定为研究对象,首先采用DWT对近红外光谱进行数据压缩和背景扣除,再用LSSVR建立氯离子的校正模型。结果表明,与偏最小二乘回归(PLSR)和传统的LSSVR方法相比,作者所建模型的预测准确性具有一定优势。     

A fast,accurate phase unwrapping method for wavelet-transform profilometry

A novel phase unwrapping method used in wavelet-transform profilometry is presented to improve the accuracy and speed of the unwrapping process. The wrapped phase of the fringe image is extracted by using wavelet transform. How to establish quality map using scale factor at wavelet ridge is discussed firstly. The proposed method can reflect the reliability of the pixels in fringe image effectively. As the consuming time of traditional flood-fill phase unwrapping algorithm is too long, an improved quality-guided method is used in phase unwrapping process. We divide the wrapped phase map into two levels following the established quality map, and process these two levels using different algorithms. Compared with the traditional flood-fill algorithm, we can get the accurate result while the consuming time of the phase unwrapping process is much less by using the proposed method. Simulation and experiment results verify that the 3D information of the measured object can be obtained rapidly and accurately by using the proposed method. Also the dynamic object can be measured too.     

一种新的快速解相位方法

提出了一种快速可靠的4步相移编码-解相位算法。通过对中心条纹的光强进行摄动,将编码信息加入到基本相移光栅中,使4幅基本相移图不但包含了相位场主值信息,还包含了解相位所需的编码信息。建立了摄动度函数描述相移图的摄动信息进而得到编码信息,解出完整的相位值。对摄动度函数的误差和噪声进行分析,提出方向滤波方法来消除噪声,极大地减少了编码信息的误判情况。仿真和实验证实了本算法的可行性。与传统相移法相比,解相位的速度和可靠性得到明显的提高。     

倒谱参数稀疏分解下的汉语音谎言检测

为了提高汉语语音的谎言检测准确率,提出了一种对信号倒谱参数进行稀疏分解的方法。首先,采用小波包滤波器组对语音信号进行多频带划分,求得子频带对数能量并进行离散余弦变换以提取小波包频带倒谱系数,结合梅尔频率谱系数得到倒谱参数;其次,依据K-奇异值分解方法分别利用说谎和非说谎两种状态下的语音倒谱参数集训练得到过完备混合字典,在此字典上根据正交匹配追踪算法对参数集进行稀疏编码提取稀疏特征;最终进行多种分类模型下的识别实验·实验结果表明,稀疏分解方法相比传统参数降维方法具有更好的优化性能,本文推荐的稀疏谱特征最佳识别率达到78.34%,优于其他特征参数,显著提高了谎言检测识别准确率。      

Deceptive Chinese speech detection based on sparse decomposition of cepstral feature

In order to improve the performance of deception detection based on Chinese speech signals, a method of sparse decomposition on spectral feature is proposed. First, the wavelet packet transform is applied to divide the speech signal into multiple sub-bands. Band cepstral features of wavelet packets are obtained by operating the discrete cosine transform on loga?rithmic energy of each sub-band. The cepstral feature is generated by combing Mel Frequency Cepstral Coefficient and Wavelet Packet Band Cepstral Coefficient. Second, K-singular value decomposition algorithm is employed to achieve the training of an over-complete mixture dictionary based on both the truth and deceptive feature sets, and an orthogonal matching pursuit algorithm is used for sparse coding according to the mixture dictionary to get sparse feature.Finally, recognition experiments axe performed with various classified modules. Experimental results show that the sparse decomposition method has better performance comparied with con?ventional dimension reduced methods. The recognition accuracy of the method proposed in this paper is 78.34%, which is higher than methods using other features, improving the recognition ability of deception detection system significantly.     

Modal identification based on continuous wavelet transform and ambient excitation tests

This paper deals with the use of the continuous wavelet transform for modal identification from ambient vibration tests. The wavelet analysis of the free responses of a linear mechanical system has been used to estimate its natural frequencies, viscous damping ratios, and mode shapes, using either the modulus or the phase of the wavelet transform with “ridge” and “skeleton” notions. This technique is extended in this paper, to the response from ambient excitation tests based on the equivalent formulation between the free response and the correlation function of a linear mechanical system under stationary stochastic excitation. The main novelties involve the new formulation of continuous wavelet transform and the use of the singular value decomposition algorithm for ridges and skeleton detection under the noisy conditions of ambient vibration tests. A complete procedure for modal identification of ambient response, including these new formulations, is presented and then applied to numerical examples and experimental test to illustrate its validity.     

基于非冗余轮廓波的图像质量可伸缩编码算法

提出一种用非冗余轮廓波的中低比特率图像质量可伸缩编码算法。该算法采用双正交小波分解和方向滤波器组(DFB)实现图像的非冗余稀疏表示, 不但具有轮廓波对图像中线状奇异性边缘和纹理细节的稀疏表示特点, 而且克服了轮廓波变换系数4/3冗余的缺点。算法中对图像非冗余轮廓波系数各子带系数分布进行统计分析, 通过对变换系数的重新组合, 构造了有利于图像编码的空间方向树结构, 并统计验证了其零树特性, 采用分级树集合分裂和阈值量化达到图像质量可伸缩的嵌入式编码。实验结果表明,其解码算法在中低比特率压缩情况下, 压缩后重构图像的感知质量明显优于小波域SPIHT,JPEG2000编码标准, 峰值信噪比PSNR值与JPEG2000相当, 而图像纹理和边缘细节的视觉效果优于JPEG2000和小波域SPIHT算法。     

基于Contourlet变换的迭代图像复原算法

考虑到contourlet变换的多尺度多方向性以及对二维图像具有比小波变换更好的稀疏表示特性,提出了一种基于contourlet变换的图像复原算法.算法采用边界优化的方法,通过类期望最大化算法在contourlet域进行迭代计算,并最终获得惩罚似然函数的最优解.实验结果表明.与传统的基于小波变换的同类图像复原算法相比,基于contourlet变换的复原算法在保持了较低的运算代价的同时,更好地保护了图像的边缘和细节信息,峰值信噪比有0.6 dB～0.8 dB左右的提高.     

A new wavelet transform for reliability-guided phase unwrapping of optical fringe patterns

A new daughter wavelet definition for reliability-guided phase unwrapping of the optical fringe pattern is introduced. The new daughter wavelet definition is given by normalized mother wavelet with a new factor including a Gaussian function. The modulus of the wavelet transform coefficients, obtained by using daughter wavelet under this new daughter wavelet definition, includes not only modulation information but also local frequency information of the deformed fringe pattern. Therefore, it can be treated as a good parameter which represents the reliability of the reconstructed phase data. Mathematical demonstration of this parameter is given. Both the computer simulation and experiment reveal the validity of the proposed method.     

光学干涉图像处理中基于质量权值的离散余弦变换解包裹相位

为减少噪声对相位恢复过程的影响,快速得到正确的解包裹相位,提出了一种改进的相位解包裹方法——加权离散余弦变换解包裹算法。该方法把离散余弦变换和标识相位数据好坏的质量权值结合起来,兼有速度快和可靠度高的优势。为验证此算法,对模拟和实验得到的包裹相位图添加随机噪声和散粒噪声,同时采用加权与非加权离散余弦变换算法进行处理,所得到的解包裹结果与未加噪声的解包裹相位值进行比较,结果表明,通过加权离散余弦变换算法恢复的相位图比非加权离散余弦变换算法所恢复的相位图更接近于理想值,而且两种算法的运行速度基本相同,这证明提出的算法不仅保证了效率高的优点,而且所恢复的解包裹相位具有较好的噪声免疫能力和可靠度。