基于K-SVD和残差比的低信噪比图像稀疏表示去噪算法

针对低信噪比图像去噪问题,提出了一种基于K-SVD(Singular Value Decomposition)和残差比(Residual Ratio Iteration Termination)的正交匹配追踪(Orthogonal Matching Pursuit,OMP)图像稀疏分解去噪算法。该算法利用K-SVD算法将离散余弦变换(Discrete cosine transform,DCT)框架产生的冗余字典训练成能够有效反映图像结构特征的超完备字典,以实现图像的有效表示。然后以残差比作为OMP算法迭代的终止条件来实现图像的去噪。实验表明,该算法相对于传统基于Symlets小波图像去噪、基于Contourlet变换的图像去噪,以及基于DCT冗余字典的稀疏表示图像去噪,能够更加有效地滤除低信噪比图像中的高斯白噪声,保留原图像的有用信息。     

激光云高测量去噪算法研究

针对激光雷达回波信号所含噪声的特点, 对比分析了传统去噪算法的优缺点, 重点就小波自适应阈值去噪方法和独立成分分析去噪方法进行了系统研究。为了验证这两种方法在激光云高测量信号去噪上的有效性和优劣性, 对包含高斯白噪声的模拟仿真信号进行了消噪, 并对半导体激光云高仪实际探测得到的大气回波信号进行了消噪处理, 最后对去噪结果进行了对比分析。仿真结果和实验结果表明, 这两种消噪方法均能够有效降低激光雷达回波信号中所含噪声, 并且独立成分分析消噪效果明显优于小波自适应阈值方法。     

一种强噪声背景下微弱超声信号提取方法研究

为解决在强噪声背景下获取超声信号的难题,基于粒子群优化算法和稀疏分解理论提出一种强噪声背景下微弱超声信号提取方法.该方法将降噪问题转换为在无穷大参数集上对函数进行优化的问题,首先以稀疏分解理论和超声信号的结构特点为依据构建了粒子群优化算法运行所需要的目标函数及去噪后信号的重构函数,从而将粒子群优化算法和超声信号降噪联系在一起;然后根据粒子群优化算法可以在连续参数空间寻优的特点建立了用于匹配超声信号的连续超完备字典,并采用改进的自适应粒子群优化算法在该字典中对目标函数进行优化;最后根据对目标函数在字典上的优化结果确定最优原子,并利用最优原子按照重构函数重构出降噪后的超声信号.通过对仿真超声信号和实测超声信号的处理,结果表明本文提出的方法可以有效提取信噪比低至-4 dB的强噪声背景下的微弱超声信号,且和基于自适应阈值的小波方法相比本文方法表现出更好的降噪性能.     

一种改进的EMD硬阈值去噪算法

为了提升基于经典小波阈值的EMD去噪算法的性能,利用高斯白噪声的统计特征提出了一种改进的硬阈值去噪算法;首先将含噪信号进行EMD分解,把第一个固有模态函数作为高频噪声直接去除并估算出其他 IMF中高斯白噪声的能量,然后根据硬阈值去噪的原理,利用滤除掉的样本点包含的能量等于白噪声的能量确定出合适的阈值;该方法能根据样本点自适应地确定阈值;最后通过对含噪正弦信号和仿真心电信号的去噪实验证实了改进后的阈值使算法去噪效果有明显提升。     

混沌信号的压缩感知去噪

对非线性时间序列进行噪声抑制是从中提取有效信息的前提. 混沌信号的去噪算法不仅要使滤波后的信号具有较高的信噪比, 也要具有较好的不确定性. 从压缩感知的角度出发,提出了一种新的噪声抑制方法. 该方法包括估计噪声方差, 以及依据动态的稀疏度将观测值往确定的过完备字典上投影. 仿真实验表明, 该方法比常用的小波阈值法和局部曲线拟合法具有更高的输出信噪比, 而原始信号的混沌特性也能得到较大程度的恢复.     

基于小波去噪算法的全天时大气水汽拉曼激光雷达探测与分析

提出了一种基于小波阈值去噪算法的白天太阳背景光滤波抑制方法,实现对拉曼回波信号中真实信号与噪声的分离,并有效滤除白天背景噪声。基于西安理工大学大气水汽探测拉曼激光雷达系统的全天时实测数据,详细讨论了分解层数、小波基函数、阈值函数以及阈值选取方法等因素对白天探测回波信号去噪结果的影响,对去噪前后信号进行分析并对去噪评价函数进行对比,当利用小波基sym6、分解层数为5层,并采用改进阈值函数和改进通用阈值方法的最优条件时,可实现对白天水汽拉曼散射信号和米-瑞利散射信号较好的去噪效果。讨论了小波去噪前后大气水汽混合比反演廓线和激光雷达水汽探测信噪比(SNR)的结果,分析表明利用该去噪系统得到的白天激光雷达水汽探测SNR提高约3.4倍,水汽探测距离可从1.5~2km提高到3km以上。开展全天时激光雷达连续探测实验和去噪处理,获得了24h边界层内大气水汽混合比的连续变化特性,并得到与近地面气象站数据的较一致的结果,充分验证了小波去噪算法应用于全天时大气水汽探测的可行性和有效性。     

基于小波变换的压缩感知理论对水质检测紫外-可见光谱数据的去噪研究

消除噪声影响对提高直接光谱法水质检测系统的测量稳定性和精度都具有重要意义。直接光谱法在线水质检测系统通常采用长寿命、无需预热的脉冲氙灯和适用于复杂检测环境的工业级光谱探测装置。针对整个光谱探测系统受到光源、光路和光电转换器件的严重影响,测定的光谱数据含有大量噪声这一实际问题,提出了基于小波变换的压缩感知去噪算法,并与传统小波阈值去噪方法进行了比较实验。针对化学需氧量为200 mg·L-1的邻苯二甲酸氢钾标液的紫外-可见光谱数据进行去噪处理,采用压缩感知去噪算法,将信号在小波域内分解,得到含噪高频系数;采用随机高斯矩阵作为压缩感知算法的观测矩阵,压缩比设置为2,对高频系数进行观测;选择正交匹配追踪算法恢复高频小波系数的稀疏性,从而达到去噪目的。同时针对传统的小波阈值去噪,采用daubechies4作为小波基的软阈值滤波方法对光谱数据进行去噪处理。为验证去噪算法的可行性,采集某溪水和城市生活污水的光谱信号分别采用以上两种方法进行去噪处理,实验结果表明：基于小波变换的压缩感知去噪算法适用于紫外-可见光谱法在线水质检测系统,该方法能在保留水样原始光谱信号的吸收特征的前提下有效地去噪,且去噪效果优于小波阈值去噪算法。与小波阈值去噪算法相比,信噪比提高了12.201 5 dB,均方根误差减小了0.009 3,峰值信噪比增加了5.299 dB。不仅避免了小波阈值去噪过程中阈值的选取依靠主观判断问题,而且在重构过程中有效地抑制了噪声,为直接光谱法检测水质参数提供了一种新的解决方案。     

CEEMDAN联合小波阈值算法在水下激光雷达中抑制散射杂波的应用

水下激光雷达回波信号中往往含有大量散射噪声.为了能够有效抑制散射噪声,提高水下激光雷达测距精度,提出了基于自适应完备噪声经验模态分解(CEEMDAN)与小波阈值相结合的去噪新方法.首先通过相关系数法对自适应完备噪声经验模态分解得到的本征模态函数(IMF)进行筛选;然后对筛选后的本征模态函数进行小波阈值去噪,进一步去除本征模态函数中的噪声成分;最后将去噪后的本征模态函数进行信号重构得到去噪后信号.将该方法应用到不同衰减系数水体的强度调制连续光水下测距实验,使用白色聚氯乙烯(PVC)反射板为探测目标,在3.75个衰减长度时,直接采用相关极值确定延时,测距误差达到19.2 cm;应用该方法处理后,测距误差减小到6.2 cm,有效提高测距精度.     

基于稀疏分解的轨道移频信号去噪算法研究

随着我国铁路的高速发展,轨道移频信号的检测译码技术受到广泛关注;然而实际采集的轨道移频信号不可避免地会混入大量的背景噪声和干扰,因此译码前需要去噪以提高译码的准确性;提出一种基于稀疏分解的轨道移频信号去噪算法,利用移频信号特点构建过完备原子库,采用粗细二阶段匹配追踪算法实现移频信号的噪声去除;将文章算法应用到主流的ZPW-2000轨道移频信号中,结果表明,该算法具有比小波阈值、经验模式分解算法更好的去噪性能,能够有效地去除低信噪比移频信号的噪声,且去噪后译码信噪比可提高10 dB,另外,采用粗细二阶段原子搜索算法显著降低了匹配追踪的运算量,满足实时性要求。     

稀疏阈值的超分辨率图像重建

为了解决基于字典学习的超分辨重构算法耗时过长的问题,提出了基于稀疏阈值模型的图像超分辨率重建方法。首先,将联合字典理论与图像块稀疏阈值方法相结合,训练得到高、低分辨率过完备图像字典对。接着,通过稀疏阈值OMP算法对图像特征块进行稀疏表示。然后,通过高分辨率字典重构出初始的超分辨图像。最后,通过改进迭代反投影算法对初始的超分辨图像进行全局优化,从而进一步提高图像重构质量。实验结果表明,超分辨图像重构平均峰值信噪比(PSNR)为30.1 d B,平均结构自相似度(SSIM)为0.937 9,平均计算时间为10.2 s。有效提高了超分辨重构的速度,改善了重构高分辨图像的质量。     

Chaotic signal denoising algorithm based on sparse decomposition

Denoising of chaotic signal is a challenge work due to its wide-band and noise-like characteristics. The algorithm should make the denoised signal have a high signal to noise ratio and retain the chaotic characteristics. We propose a denoising method of chaotic signals based on sparse decomposition and K-singular value decomposition(K-SVD) optimization. The observed signal is divided into segments and decomposed sparsely. The over-complete atomic library is constructed according to the differential equation of chaotic signals. The orthogonal matching pursuit algorithm is used to search the optimal matching atom. The atoms and coefficients are further processed to obtain the globally optimal atoms and coefficients by K-SVD. The simulation results show that the denoised signals have a higher signal to noise ratio and better preserve the chaotic characteristics.     

DNA测序信号去噪分析的一种新方法

在DNA荧光测序中,噪声会影响分析的准确度和检出限。相比其他滤波方法,小波分析具有良好的时频域分辨特性。在小波去噪处理中,正确选择合适的小波基函数、去噪阈值和分解层数直接关系到信号去噪处理的质量。为了真实构建噪声模型并准确评价去噪算法的有效性,实验中通过实际系统中采集到的噪声信号叠加理想荧光信号构建DNA测序仿真信号,去噪分析的结果表明：选择sym7小波基函数、分解层数(lev＝5)与使用固定格式软阈值,有效去除了DNA测序信号的噪声;处理后,信号的信噪比提高了5倍以上。将其用于处理实际的DNA电泳荧光信号,相比基于随机噪声模型的算法,去噪后的信号更加真实可靠。     

基于结构字典学习的图像复原方法

本文提出一种新的结构字典学习方法,并利用它进行图像复原。首先给出结构字典学习的基本内容和方法,然后将傅里叶正则化方法和结构字典学习方法有效整合到图像复原算法中。结构字典学习方法是先将原图像进行结构分解,再分别学习出每个结构图像中的字典,最后利用这些字典对原图像进行稀疏的表示。结合傅里叶正则化,提出了一种有效的迭代图像复原算法:第一步在傅里叶域利用正则化反卷积方法得到图像的初步估计;第二步采用结构字典学习的方法对遗留的噪声进行去噪处理。实验结果表明,提出的方法在改进信噪比和视觉质量上都要优于6种先进的图像复原方法,改进的信噪比平均提升0.5 d B以上。     

Sparse signal representation and its applications in ultrasonic NDE

Many sparse signal representation (SSR) algorithms have been developed in the past decade. The advantages of SSR such as compact representations and super resolution lead to the state of the art performance of SSR for processing ultrasonic non-destructive evaluation (NDE) signals. Choosing a suitable SSR algorithm and designing an appropriate overcomplete dictionary is a key for success. After a brief review of sparse signal representation methods and the design of overcomplete dictionaries, this paper addresses the recent accomplishments of SSR for processing ultrasonic NDE signals. The advantages and limitations of SSR algorithms and various overcomplete dictionaries widely-used in ultrasonic NDE applications are explored in depth. Their performance improvement compared to conventional signal processing methods in many applications such as ultrasonic flaw detection and noise suppression, echo separation and echo estimation, and ultrasonic imaging is investigated. The challenging issues met in practical ultrasonic NDE applications for example the design of a good dictionary are discussed. Representative experimental results are presented for demonstration.     

改进的正交匹配追踪的语音增强算法*

为了提高传统正交匹配追踪（Orthogonal Matching Pursuit,OMP ）算法的语音增强性能和运算速度,本研究基于稀疏编码理论,提出了一种改进的OMP算法的语音增强算法。其一,将K-奇异值分解（K-singular value decomposition,K-SVD）算法与OMP算法相结合,通过设置能量阈值的方法,提高OMP算法的语音增强性能;其二,通过改进传统OMP算法中信号稀疏逼近的计算方法,提高算法的运算速度。改进的OMP算法的语音增强算法与传统K-SVD语音增强算法相比,采用PESQ评价增强语音的质量,NCM评价语音的可懂度。在NCM的值基本保持不变的情况下,PESQ的值平均提高约12.47%,取得了更好的增强效果。取得了更好的增强效果。改进的OMP算法的运算速度与传统OMP算法相比提高近一倍。     

Comparison of simultaneous signals obtained from a dual-field-of-view lidar and its application to noise reduction based on empirical mode decomposition

Although the empirical mode decomposition (EMD) method is an effective tool for noise reduction in lidar signals, evaluating the effectiveness of the denoising method is difficult. A dual-field-of-view lidar for observing atmospheric aerosols is described. The backscattering signals obtained from two channels have different signal-to-noise ratios (SNRs). The performance of noise reduction can be investigated by comparing the high SNR signal and the denoised low SNR signal without a simulation experiment. With this approach, the signal and noise are extracted to one intrinsic mode function (IMF) by the EMD- based denoising; thus, the threshold method is applied to the IMFs. Experimental results show that the improved threshold method can effectively perform noise reduction while preserving useful sudden-change information.