基于小波变换的高斯点扩展函数估计

点扩展函数估计是图像复原的重要内容,目前还没有精确估计的算法。根据小波理论,提出了新的高斯型点扩展函数精确估计算法。算法首先对模糊图像作平滑处理,抑止噪声;然后对图像进行不同尺度小波变换,并分别计算出变换后小波模极大值;再根据推导出的不同尺度下小波模极大值、李氏指数、方差三者之间的关系,准确计算出高斯点扩展函数的方差。实验结果表明,算法的估计精度高,达到了95%左右,具有重要的应用价值。     

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.     

基于三次样条插值的图像多尺度方向边缘重构

为了检测小结构的轮廓以及大目标的边缘,将多尺度边缘检测与小波变换有机地结合起来,利用小波分析方法来研究信号的多尺度边缘特征。针对图像信号的多尺度边缘检测和重构问题,利用二进小波变换的多尺度分析特性,定义了图像在水平和垂直方向的多尺度边缘。同时,利用三次样条插值算法,提出了一种由二进小波变换在水平和垂直方向的极值重构图像信号的算法。实验结果显示多尺度重建方法与著名的交替投影算法相比,算法复杂度低,图像重建速度提高了20倍,而且重建图像质量较好,其峰值信噪比提高了1 dB以上。     

基于旋转、平移和尺度不变的平稳小波图像增强

针对传统的离散正交小波变换对信号的起始位置比较敏感的特点,提出了具有旋转、平移和尺度不变的平稳小波变换,将图像变换到极坐标,采用方向能量函数确定图像主轴方位,并将图像主轴旋转到水平方向得到方向归一化的图像。然后通过对图像的重整和小波基的位移、伸缩、旋转,来消除位移和尺度的影响,得到具有旋转、平移和尺度不变的平稳小波变换。结合非线性增强算子以及Otsu自适应最优阈值估计方法,对图像进行增强。实验结果表明,提出的方法能够在增强图像的同时很好地保留图像的边缘信息,是一种有效的图像增强方法。     

基于Contourlet变换的红外图像非线性增强算法

针对红外图像对比度低、噪声大等特点,提出一种基于Contourlet变换的红外图像非线性增强算法.Contourlet变换是一种有效的方向多尺度变换分析方法,能在任意尺度上实现任意方向的分解.首先采用Contourlet变换对图像进行多尺度、多方向分解,得到低频子带系数和各带通方向子带系数.引入非完全贝塔函数对低频子带系数进行处理,提升图像整体对比度;采用非线性增益函数对各带通方向子带系数进行处理,通过估计噪声水平设定阈值,抑制绝对值小于阈值的系数,增强大于阈值的系数.最后经Contourlet逆变换得到增强图像.实际实验结果表明,该方法可以有效地增强低对比度红外图像,无论是在视觉效果上还是在图像对比度评估值定量指标上均明显优于直方图均衡化、小波变换增强等方法,且能保持更多的图像轮廓特征,克服了这些方法对噪声增强过度和图像细节增强不足等缺点.     

基于张量的平稳小波变换红外图像去噪

提出了一种基于张量的平稳小波变换红外图像去噪方法.采用平稳小波对噪声红外图像进行分解,保持低频近似图像不变,将所有尺度上的水平、垂直和对角方向的高频细节图像组合为一个立方体,形成三阶张量,通过多线性代数方法估计信号小波系数,这种处理方式没有破坏小波系数之间的固有空间关系,同时考虑到了尺度问和尺度内小波系数的相关性,优于传统的基于线性最小均方误差的信号小波系数估计算法,最后由低频近似图像与估计的高频细节图像通过平稳小波逆变换得到去噪图像.实验结果表明,该方法在性能指标和视觉质量上优于传统的平稳小波域最小均方误差去噪算法,为小波系数的较准确估计提供了一种全新思路.     

基于多尺度总体最小二乘的图像去噪

提出了一种基于多尺度总体最小二乘的图像去噪算法.采用平稳小波变换对噪音图像进行分解,分别对各个分解层的高频子带,通过总体最小二乘算法估计信号小波系数;并且考虑到不同尺度小波系数之间的相关性,将尺度相关性约束到总体最小二乘算法中,进而准确估计各高频子带信号小波系数,再由估计的信号小波系数通过小波逆变换得到去噪图像.实验结果表明,考虑尺度间相关性的总体最小二乘平稳小波变换图像去噪算法能有效去除图像噪音,在信噪比和视觉质量上有了较大改善.     

基于多尺度总体最小二乘的图像去噪

提出了一种基于多尺度总体最小二乘的图像去噪算法.采用平稳小波变换对噪音图像进行分解,分别对各个分解层的高频子带,通过总体最小二乘算法估计信号小波系数|并且考虑到不同尺度小波系数之间的相关性,将尺度相关性约束到总体最小二乘算法中,进而准确估计各高频子带信号小波系数,再由估计的信号小波系数通过小波逆变换得到去噪图像.实验结果表明,考虑尺度间相关性的总体最小二乘平稳小波变换图像去噪算法能有效去除图像噪音,在信噪比和视觉质量上有了较大改善.     

基于Contourlet域隐马尔可夫树模型的图像融合算法

针对多尺度几何变换统计信号处理这一领域的优势,提出一种基于Contourlet域隐马尔可夫树模型的图像融合算法.由于Contourlet变换能克服小波变换在处理高维信号时的不足,它比小波变换具有更好的方向性、较高的逼近精度和更好的稀疏表达性能.而隐马尔可夫树模型能有效捕获尺度间、尺度内的Contourlet系数特性.因此将Contourlet域隐马尔可夫树模型应用于图像融合领域,能充分挖掘数据之间的相关性,更好的提取图像边缘特征,为融合提取更多的特征信息.实验结果表明基于Contourlet域隐马尔可夫树图像融合算法获得的融合图像视觉效果良好,是一种有效且可行的融合算法.     

基于改进DRLSE模型的前列腺磁共振图像分割

在图像引导下的前列腺磁共振图像分割的介入诊断与治疗具有重要意义.本文对距离正则化水平集演化（DRLSE）方法进行了改进并用于前列腺磁共振图像分割.前列腺磁共振图像中靠近膀胱一侧边界较为模糊，靠近尿道一侧及左右两侧边界较为清晰，仅用传统的梯度信息指示函数无法达到理想分割结果.本研究分别采用两个指示函数控制边界清晰段及模糊段的演化，以达到准确分割的目的.此外，还在外部能量函数中增加了能量牵制项，避免演化在虚假边界停止，驱使水平集向灰度波动较大的区域移动，并能在模糊边界停止演化.实验表明利用本方法进行前列腺磁共振图像分割的效果较好；Dice相似性系数（DSC）均值达到96%，接近专家手动分割结果.     

高光谱小波能量特征估测土壤有机质含量

土壤高光谱在采集过程中难以避免噪声干扰,造成高光谱数据信噪比较低,影响土壤有机质含量估测精度。尝试探究小波能量特征方法,降低高光谱噪声,提升土壤有机质含量高光谱估测模型性能。选取湖北省潜江市运粮湖管理区为试验区,于2016年9月采集80份深度为0~20 cm的水稻土样本;土壤样本经风干、碾磨、过筛等一系列处理后,在实验室内采集样本光谱,并通过重铬酸钾-外加热法测定土壤有机质含量;利用浓度梯度法,将总体样本集（80个样本）划分为建模集（54个样本）和验证集（26个样本）;以mexh为小波基函数进行连续小波变换（continuous wavelet transformation）,将土壤高光谱转换为10个分解尺度的小波系数（wavelet coefficients）;逐尺度计算小波系数的均方根作为小波能量特征（energy features）,将10个尺度的小波能量特征组成小波能量特征向量（energy features vector）;逐尺度逐波长计算小波系数与有机质含量的相关系数,将达到极显著水平（p<0.01）的小波系数作为敏感小波系数（sensitive wavelet coefficients）;利用主成分分析法（principal component analysis）分别计算土壤高光谱和小波能量特征向量的各主成分载荷,通过比较两者第一主成分贡献率的高低和两者前三个主成分得分的空间离散程度,判断小波能量特征转换前后建模自变量的主成分信息变化趋势;基于小波能量特征向量和敏感小波系数分别建立多元线性回归和偏最小二乘回归土壤有机质含量估测模型。结果表明,土壤有机质含量越高,全波段反射率越低,但不同土样的光谱反射率曲线特征相似,近红外部分的反射率（780~2 400 nm）高于可见光部分（400~780 nm）;敏感小波系数对应的波长为494,508,672,752,1 838和2 302 nm;土壤高光谱与小波能量特征向量的第一主成分贡献率分别为96.28%和99.13%,小波能量特征向量的前三个主成分散点较土壤高光谱的主成分散点在空间上更为聚集,表明小波能量特征方法有效减少了噪声影响;比较全部土壤有机质含量估测模型,以小波能量特征向量为自变量的多元线性回归模型具有最佳估测精度,其验证集决定系数（R2）、相对估测误差（RPD）和均方根误差（RMSE）分别为0.77,1.82和0.82。因此,小波能量特征方法既能够提高数据的信噪比,提升土壤有机质含量的估测精度,又实现了土壤高光谱数据降维,降低了模型复杂度,可用于土壤有机质含量快速测定和土壤肥力动态监测等研究。     

基于coif2小波的浮游植物活体三维荧光光谱识别技术研究

小波分析技术是提取不同门类以及种属水平上浮游植物的三维荧光光谱特征的有效手段,利用coif2小波函数对分属于7个门,30个属的37种我国近海常见的浮游植物的三维荧光光谱进行小波分解,小波分量和尺度分量作为浮游植物备选荧光特征谱,通过Bayes分析确定第3层尺度分量作为浮游植物门类特征光谱,第3层尺度分量和第2和第3层小波分量的组合作为浮游植物属特征谱。对获得的浮游植物荧光特征谱进行系统聚类分析,得到37种浮游植物门类水平上的107条和属水平上的155条浮游植物荧光标准谱,组成浮游植物荧光标准谱库。在此标准谱库的基础上,利用非负最小二乘法解析的多元线性回归建立浮游植物三维荧光光谱识别技术。该技术对1 776个单种藻样品和384个混合藻样品进行识别分析,单种浮游植物样品在门类水平上的识别正确率为98.1%,属水平上的识别正确率为97.0%;浮游植物混合样品中的优势种在门水平上的识别正确率分别为94.8%,在属水平上的识别正确率为92.7%。     

小波变换应用于谐波谱线的噪声滤除与基线校正

红外光谱谐波检测系统中的噪声与基线漂移问题一直是光谱处理的热点,提出一种采用小波变换的Mallet分解算法, 解决谐波检测中各种复杂噪声以及基线漂移的问题。选取适当小波函数及分解层次将谐波曲线中含有的噪声和基线漂移与有用信号分解到不同频带;分析频带信息,设定一个检测信息频带, 应用阈值处理及系数置零的方法使频率处于此频带的信息保留下来。小波变换方法可以在一次分解与重构过程中同时去除谐波信号的噪声与基线的双重干扰,从而将谐波信号有效地测量出来。实验证明,应用小波变换进行谐波校正的方法可应用于不同的谐波检测系统,具有普遍适用性。     

基于小波分析的土壤碱解氮含量高光谱反演

选取新疆奇台县的134个土壤样本,利用土壤反射率对数的一阶导数光谱分别对四种小波函数进行多层离散分解,采用PLSR方法分别建立了土壤碱解氮含量的反演模型,并对其精度值进行检验。结果表明：小波分解获得的各层低频系数以1～3层较高,而其余各层则较低。所有函数分解的6层中,均以第2层低频系数建模的精度最高,随着分解层数的增加,其精度值和显著性明显降低。相同尺度下,采用四种小波函数的低频系数构建的反演模型的精度差异较小,而Bior1.3为最优函数;基于Bior1.3分解的ca2低频系数建模的R2达0.977,RMSE仅为7.51 mg·kg-1,且为极显著,为最佳反演模型,经检验,可用以快速、准确估算土壤高光谱碱解氮含量。     

运用小波变换对遥感FTIR光谱进行信息提取

主要描述了如何利用小波变换技术,对一些强度较弱和混叠干扰的遥感FTIR光谱图进行信息提取。采用了墨西哥帽函数(Mexican hat function)小波,对三氯甲烷、丙酮的标准谱图及其两者混合物的遥感谱图信号进行了连续小波变换。结果发现,尺度越小,小波系数模的极大值点与突变点位置的对应就越准确。但小尺度下,小波系数由于受噪声影响,往往只凭一个尺度不能定位突变点的位置。相反,在大尺度下,对噪声进行了一定的平滑,极值点相对稳定,但由于平滑又会使定位产生偏差。因此,在用小波变换模极大值法判断信号突变点时,需要把多尺度结合起来综合观察。总之,小波分析技术能够较准确地、稳定地定位信号突变点,提取信息,并且具有平滑和放大有用信号的作用。对于非严重重叠的混合遥感光谱,根据对不同尺度下的小波变换系数的模极大值及其定位的分析,也可较好地识别谱图。     

基于光谱-空间特征的黄茶多酚含量估算模型

茶多酚是黄茶中的重要成分之一,具有保健和药用功效。准确估测茶多酚含量对茶叶品质鉴定和定量分析具有重要的意义。学者们已经利用电子鼻、电子舌、高光谱和近红外技术开展了茶多酚的估测研究,取得了良好的效果。然而,由于缺乏空间特征,难以满足黄茶内外品质综合判断的要求。随着高光谱成像系统的发展,尽管基于灰度共生矩阵的茶叶成分估测已经被证实取得较好的效果,但在实际应用中仍然存在一些障碍。一方面,分辨率较低时,图像的纹理特征不会有显著差异,并且少数特征无法充分地解译高光谱图像,从而导致模型估测效果较差。另一方面,分辨率较高时,特征的增加会导致模型更复杂。因此,在保留高光谱图像原始信息的前提下,有必要进一步挖掘高光谱图像的潜在特征,尤其是纹理的细节部分。因此,提出了一种融合光谱和空间特征的模型来提高茶多酚估测的准确性。首先,利用连续小波变换提取光谱信息的小波系数;其次,根据不同尺度的小波系数能量优选小波系数特征,分别是第4尺度的959和1 561 nm,第5尺度的1 321,1 520和1 540 nm,以及第6尺度的1 202和1 228 nm;再者,基于小波系数能量之和优选2个特征波长,分别是1 102和1 309 nm;然后,根据特征波长对应的高光谱图像分别提取灰度共生矩阵和小波纹理。最后,分别利用小波系数特征、灰度共生矩阵、小波纹理和他们的组合构建黄茶多酚含量的估测模型。通过对五种黄茶的分析和验证,比较基于不同特征的不同模型估测效果,包括偏最小二乘回归、支持向量回归和随机森林方法。结果表明,融合小波系数特征,共生矩阵和小波纹理的支持向量回归模型效果最佳,校正集的R2为0.933 0,验证集的R2为0.823 8。因此,所提出的模型能有效的提高茶多酚含量的预测精度,为预测茶叶的其他成分提供了技术基础。     

基于复小波和局部梯度的靶标图像混合降噪

提出了一种有效去除光电成像测量系统中靶标图像噪音的混合降噪法.根据图像像素局部梯度模找出图像中受椒盐噪音污染的像素,使用中值滤波降噪.对去除椒盐噪音的图像,利用复对数Gabor小波提取各像素的相位信息和幅度信息,确定最小尺度滤波器对噪音幅度分布的估计值,从而自动地确定各个尺度上的噪音幅度分布的估计值和噪音萎缩阈值,达到有效降噪的目的.实验表明,该方法的降噪效果明显优于实symlet4小波、中值滤波和单一复对数Gabor小波降噪法.     

低信噪比下公共场所异常声音声学特征提取

为了实现低信噪比下公共场所异常声音声学特征提取,提出经验小波滤波器组用于提取异常声音声学特征。首先,根据等效矩形带宽的人耳听觉特性,得到各滤波器的中心频率,计算出经验小波滤波器组的边界。然后,将边界代入经验小波细节函数和尺度函数中,形成经验小波滤波器组。最后,用经验小波滤波器组分解低信噪比下公共场所异常声音,经分解的各模态归一化对数能量作为异常声音声学特征,用于分类识别。相关实验表明,提出的经验小波滤波器组与典型的语音信号处理及时频信号处理方法相比,在低信噪比(0 dB)的商店、银行、办公室、自动取款机环境下,对异常声音的平均识别率提高了4.75%~37.92%,验证了提出方法的有效性。      

基于可见/近红外光谱的水稻品种快速鉴别研究

提出了一种应用可见/近红外光谱技术与化学计量学相结合的快速、无损鉴别稻谷品种的新方法。收集了5个品种水稻共150个样本作为实验样本,通过可见/近红外光谱仪扫描这些样本获得了从350 nm到1 075 nm波长范围的光谱信息。将样本的光谱信息进行小波分解以消除高频噪声。将去噪声后的光谱数据经主成分分析压缩成数目较少的新变量(主成分),压缩得到的前4个主成分能够解释99.891%的原始光谱信息。将前4个主成分作为BP神经网络的输入,不同水稻品种值的二进制代码值作为BP神经网络的输出,建立稻谷品种的模式识别模型。模型的预测误差阈值是0.2,模型是3层网络结构,各层的节点分别是4,9和3。150个样本被随机的分成包含100个样本的建模集和50个样本的预测集。结果表明,预测未知的50个样本的正确率达到96%。说明该方法具有较高的鉴别准确度,为稻谷品种的快速无损鉴别提供了一种新的方法。     

Visualization of wavelet spectra of fractal Brownian motion

Methods for visualizing wavelet spectra are considered for two realizations of fractal Brownian motion. The effect of “peak aggregation” on the energy density surface of a wavelet transformation is demonstrated using the local-scale normalization method. It is proposed that an adaptive scale of level lines based on the time-averaged distribution of the energy density of the wavelet transformation be used to eliminate the undesirable effect and to refine the image.