一种基于模糊C均值聚类小数据量计算最大Lyapunov指数的新方法

在小数据量计算最大Lyapunov指数的过程中,为了减少人为因素识别线性区域带来的误差,提出一种基于模糊C均值聚类的新方法.该方法根据平均发散程度指数曲线的变化特征,利用分类算法进行识别.首先,利用小数据量算法对混沌时间序列进行计算得到平均发散程度指数集合;其次,利用模糊C均值聚类算法对平均发散程度指数集合进行分类,得到不饱和数据;然后,对不饱和的二阶差分数据进行分类,得到零附近波动数据并剔除粗大误差,再对保留的有效数据利用统计方法识别出线性区域;最后,对线性区域进行最小二乘法拟合得到最大Lyapunov指数.为了验证该算法的有效性,对著名Logistic和Hénon混沌系统进行了仿真,所得结果接近理论值.实验表明,所提出的新方法与主观识别方法比较,计算结果更加准确.     

基于元胞储存的小波聚类转子故障诊断

针对传统小波聚类高维空间复杂度高,提出基于元胞储存的改进小波聚类算法;通过对转子故障模拟实验采集的数据,对其聚类分析,结果表明:元胞储存能够降低算法的空间复杂度,提高算法的效率;将改进的小波聚类算法应用于转子故障诊断,与常见的几种转子故障诊断方法相比,结果表明:基于元胞储存的小波聚类转子故障诊断方法具有自动聚类,处理速度快,精度高,适合应用在高维数据空间中等优点,对转子故障状态能够很好地进行区分。     

基于快速模糊C均值聚类算法的红外图像分割

 针对模糊C均值(FCM)聚类图像分割需要预先知道类别数及计算量较大的问题,提出了新的快速FCM改进方法。首先,利用边缘信息进行邻域搜索得到种子像素;通过区域生长快速获得区域分割类别数和对应的聚类中心值,并将图像分成确定类别的区域和未确定类别的区域;最后利用所得的聚类中心值和 FCM算法对未确定类别区域进行聚类。实验证明,本文提出的改进方法大大减少了计算量,显著提高了图像分割速度,而且由于聚类考虑了相邻像素点的关系,图像分割结果能够清晰地保留目标轮廓,提高了图像分割的质量。     

基于快速模糊C均值聚类算法的红外图像分割

针对模糊C均值(FCM)聚类图像分割需要预先知道类别数及计算量较大的问题,提出了新的快速FCM改进方法。首先,利用边缘信息进行邻域搜索得到种子像素;通过区域生长快速获得区域分割类别数和对应的聚类中心值,并将图像分成确定类别的区域和未确定类别的区域;最后利用所得的聚类中心值和 FCM算法对未确定类别区域进行聚类。实验证明,本文提出的改进方法大大减少了计算量,显著提高了图像分割速度,而且由于聚类考虑了相邻像素点的关系,图像分割结果能够清晰地保留目标轮廓,提高了图像分割的质量。     

小波变换和模糊聚类的SAR图像斑点噪声去除

合成孔径雷达SAR图像的相干成像特性,不可避免的形成特有的相干斑点噪声,严重影响图像的地物信息提取和分类,需要进行去噪预处理。针对SAR图像斑点噪声的特点,针对SAR图像斑点噪声的特点,对图像进行小波变换分解,提出模糊聚类和软阈值收缩去噪的方法,利用模糊C均值聚类将小波系数分成包含信号能量和只包含斑点噪声能量两大类,对前一类小波系数进行软阈值降噪处理,而对后一类小波系数直接置零。实验结果的目视效果和评价指标均表明,小波模糊聚类和软阈值收缩有效地去除了SAR图像斑点噪声,图像视觉效果清晰,较好地保持地物目标的边缘等图像细节信息,去噪效果优于小波软阈值收缩。     

利用核模糊聚类和正则化的图像稀疏去噪

针对目前图像去噪方法噪音抑制不彻底、容易模糊细节等问题,提出了一种利用核模糊C均值聚类和正则化的图像稀疏去噪方法.该方法首先将图像分成大小相同的若干块,并采用核模糊C均值聚类算法对相似的图像块进行聚类,从而保证同一类图像块共享相同的稀疏去噪模型;然后,选择由经典图像库中图像训练而得的全局字典作为初始字典,很好地适应图像的多种特征;接着,对于同一类图像块,通过施加1/2范数正则化约束,实现该类图像块在字典下的稀疏分解,确保分解系数更为稀疏;最后,通过改进的K-奇异值分解算法完成字典的更新,并选择与原稀疏模型差异最大的图像块来替换更新字典的冗余原子,从而有效地去除图像噪音.实验结果表明,与小波扩散去噪法、固定字典去噪法、最优方向去噪法、K-奇异值分解去噪法相比,该方法能更有效地去除图像噪音,保留图像细节,改善图像视觉效果.     

基于小波包分析的心磁信号消噪

心磁图(Magnetocardiography)是一种无创性记录和分析心脏电磁场的方法.由于心磁场强度极其弱小,必须使用超导量子干涉仪(SQUID)才能检测,其中心磁信号消噪处理十分重要.本文对心磁测量中的消噪进行了研究,在小波分析的基础上,提出使用小波包分析方法消噪,通过实验发现小波包分析消噪能获得很好的效果.     

模糊非相关鉴别C均值聚类的茶叶傅里叶红外光谱分类

茶是一种让人喜爱的健康饮品,不同品种的茶叶其功效和作用是不相同的。研究出一种可靠、简单易行、分类速度快的茶叶品种鉴别方法具有重要的意义。在模糊非相关判别转换(FUDT)算法和模糊C均值聚类(FCM)算法的基础上提出了一种模糊非相关鉴别C均值聚类(FUDCM)算法。FUDCM可以在聚类过程中动态提取光谱数据的模糊非相关鉴别信息。用FTIR-7600型傅里叶红外光谱分析仪分别采集优质乐山竹叶青、劣质乐山竹叶青和峨眉山毛峰三种茶叶的傅里叶中红外光谱,波数范围为4 001.569～401.121 1 cm-1。先用多元散射校正(MSC)进行光谱预处理,然后用主成分分析法(PCA)将光谱数据降维到20维,再利用线性判别分析(LDA)提取光谱数据中的鉴别信息。最后分别运行FCM和FUDCM进行茶叶品种鉴别。实验结果表明：当权重指数m=2时,FCM的聚类准确率为63.64%,FUDCM的聚类准确率为83.33%;FCM经过67次迭代计算实现了收敛,而FUDCM仅需17次迭代计算就可以实现收敛。用傅里叶红外光谱技术结合主成分分析、线性判别分析和FUDCM的方法能快速、有效地实现茶叶品种的鉴别分析,且鉴别准确率比FCM更高。     

基于小波包变换的复合材料超声波检测信号特征提取

本文以碳纤维复合材料常见缺陷分层、孔隙、疏松的超声波检测缺陷信号为研究对象，对超声波检测信号进行小波包变换，提取包含信号绝大部分能量的近似系数波形特征及细节系数的统计量作为样本的特征值。应用BP神经网络分类器进行分类识别验证，取得较好的识别效果。该方法能以较小的特征维数表征原始信号特点。     

基于提升小波改进型阈值函数的雷达生命信号去噪技术

通过引入生物电理论,完善了连续波雷达生命信号的理论模型;采用提升小波变换和改进型阈值函数去噪技术对强噪声干扰的雷达生命信号进行去噪处理,将166.67mm波长雷达生命信号的信噪比由2.046 8优化到6.696 9,均方误差由1.763 9优化到0.909 9;8.57mm波长雷达生命信号的信噪比由0.942 6优化到2.541 8,均方误差由1.980 6优化到1.286 0.结果表明:本文建立的连续波雷达生命信号理论模型与实际情况相符,采用的去噪方案适用于雷达生命检测系统不同波长的雷达波.     

小波包熵的复杂体系近红外光谱信息提取

有用信息提取是复杂体系近红外检测的重点和难点之一。由于复杂体系光谱中存在各种噪声、基线漂移、谱带重叠及复杂背景的干扰,常规方法不能准确地从光谱中获得有用信息。为此,将小波包变换(DWPT)和信息熵理论相结合--小波包熵(EWPIE)提取复杂体系光谱中的有用信息。思路是采用小波包变换对光谱信号进行多频带分解,根据有用信号与噪声的频带分布特点,基于信息熵理论滤除干扰的频率分量,采用正交校正法(OSC)剔除与被测组分无关的信息,然后对处理后的频率分量进行重构,从而实现复杂体系有用信息的准确提取。通过对复杂体系光谱数据建立多元校正模型来验证该方法的效果。采用牛奶的近红外光谱数据,以牛奶中脂肪和蛋白质浓度为研究对象,建立了偏最小二乘法(PLS)模型。结果显示,牛奶中脂肪和蛋白质的预测均方根误差(RMSEP)分别为0.132%和0.121%,与单纯的DWPT和OSC相比,EWPIE能够有效地提取有用信息,避免了无用信息的干扰,明显提高了模型的预测精度,对复杂体系的准确检测具有一定的理论意义和实际应用价值。     

Identification of vehicle suspension shock absorber squeak and rattle noise based on wavelet packet transforms and a genetic algorithm-support vector machine

The squeak and rattle (S&R) noise of a vehicle’s suspension shock absorber substantially influences the psychological and physiological perception of passengers. In this paper, a state-of-the-art method, specifically, a genetic algorithm-optimized support vector machine (GA-SVM), which can select the most effective feature subsets and optimize the model’s free parameters, is proposed to identify this specific noise. A vehicular road test and a shock absorber rig test are conducted to investigate the relationship between these features, and then an approach for quantifying the shock absorber S&R noise is given. Pre-processed signals are decomposed through a wavelet packet transform (WPT), and two criteria, namely, the wavelet packet energy (WPE) and wavelet packet sample entropy (WPSE), are introduced as the feature extraction methods. Then, the two extracted feature sets are compared based on this genetic algorithm. Another advanced method, known as the genetic algorithm-optimized back propagation neural network (GA-BPNN), is introduced for comparison to illustrate the superiority of the newly developed GA-SVM model. The result shows that the WPSE can extract more useful features than the WPE and that the GA-SVM is more effective and efficient than the GA-BPNN. The proposed approach could be retrained and extended to address other fault identification problems.     

基于网格聚类分析LAMOST恒星光谱与理论模型的差异

随着天文大数据时代计算科学的蓬勃发展,我国具备自主知识产权的国际天文界口径最大、光谱获取率最高的大视场望远镜LAMOST,已率先在国际上开拓并实现了同时观测几千个天体光谱的大规模巡天工作。自2011年巡天至2015年6月所获得的DR3光谱数据集目前已获取世界上最大的恒星参数星表。针对LAMOST第三期发布FGK恒星光谱的流量定标等相关数据,利用Kurucz模板光谱对应的参数空间划分网格,基于开源高效的数据处理R语言程序软件平台,设计了有监督的聚类中心,便于验证其理论参数网格的差异。处理LAMOST实测光谱经归一化后,选择距离量直接描述属性,采用欧氏距离分析判别光谱之间的相似度,选取相应的属性向量构造函数判断观测光谱和理论光谱差别的量级。实验表明：比对LAMOST实测FGK型恒星光谱数据与Kurucz理论模板库数据一致性以及参数测量的准确性,结果显示相同参数的光谱间特征谱线具有较好的一致性,从而得出LAMOST光谱测量物理参数质量较高,具备极好的可靠性,为后续恒星大气模型的改进提供相应的论证依据。     

基于小波包和偏最小二乘支持向量机的多光谱纹理图像的大米分类研究

提出了一种利用多光谱图像纹理特征进行大米分类的新方法。图像由MS3100-3CCD光谱成像仪获得,光谱成像仪提供3个波段的图像,由近红外(NIR)、红色(R)和绿色(G)组成,因此它能够获取普通数码照相机所不能获取的信息。对3CCD近红外波段图像进行二层小波包分解,得到16个子频带,因为纹理图像的特征信息主要集中在中频,因此提取8个中频频带(带通频带)的熵值,并且作为支持向量机的特征值输入。最后应用支持向量机技术分别对有和没有经过小波包分解的NIR波段纹理图像的熵值进行建模,建模样本和预测模型各为80个,每种各为20个。对四种大米进行处理,结果表明,经过小波包分解的纹理图像的识别率达到了100%,而没有经过小波包分解的纹理图像的识别率只有93.75%,说明结合小波包和支持向量机进行多光谱图像的纹理识别是种非常有效的技术,同时也为大米的分类提供一种快速和无损的新方法。     

基于小波包能量熵和Fisher判别的油纸绝缘老化拉曼光谱诊断

准确诊断油纸绝缘材料的老化程度是保证油纸绝缘设备安全运行的重要技术手段。拉曼光谱在物质成分分析及状态诊断领域已经普遍应用。结合实验室搭建的油纸绝缘拉曼光谱分析平台,根据绝缘纸的平均聚合度将加速热老化实验获得的油纸样本分为四个老化阶段。通过对不同老化样本拉曼光谱所包含的能量信息分析,运用小波包能量熵提取特征量,结合Fisher判别法构造判别函数,建立基于拉曼光谱老化特征量的油纸绝缘老化诊断模型,并收集现场变压器油样验证诊断模型的泛化能力。结果表明,两个判别函数能区分不同老化阶段的绝缘油样,对于老化样本的判别正确率达到84.2%。拉曼光谱结合小波包能量熵和Fisher判别分析法能够有效地对油纸绝缘老化状态进行诊断。     

基于伪魏格纳分布分解的合成孔径雷达图像目标与阴影分割

在二维魏格纳分布的框架内,针对魏格纳变换的交叉项问题和计算量大的问题,提出了合成孔径雷达图像局部伪魏格纳变换的目标和目标阴影的分割方法.首先,将合成孔径雷达图像进行二维伪魏格纳变换,得到各像素点的二维能量谱图|然后提取各像素点的二维能量谱图对应位置值形成多个不同频段的与原图像同大小的能量谱图|最后,对不同频段的能量谱图采用不同的处理方法后,将各能量谱图相加处理后形成区域标识图像,最终得到原图像的目标和目标阴影分割图像.本文利用该方法对MSTAR切片图像进行了分割试验,并对分割图像与频谱最大值距离或方位分割算法和基于双参量CFAR与隐马尔科夫联合分割算法进行了分割图像对比度对比.实验结果表明,采用本文算法的合成孔径雷达分割图像,对比度明显提高,且保留了目标图像细节.     

Leak Detection of Gas Pipelines Based on Characteristics of Acoustic Leakage and Interfering Signals

When acoustic method is used in leak detection for natural gas pipelines, the external interferences including operation of compressor and valve, pipeline knocking, etc., should be distinguished with acoustic leakage signals to improve the accuracy and reduce false alarms. In this paper, the technologies of extracting characteristics of acoustic signals were summarized. The acoustic leakage signals and interfering signals were measured by experiments and the characteristics of time-domain, frequency-domain and time-frequency domain were extracted. The main characteristics of time-domain are mean value, root mean square value, kurtosis, skewness and correlation function, etc. The features in frequency domain were obtained by frequency spectrum analysis and power spectrum density, while time-frequency analysis was accomplished by short time Fourier transform. The results show that the external interferences can be removed effectively by the characteristics of time domain, frequency domain and time-frequency domain. It can be drawn that the acoustic leak detection method can be applied to natural gas pipelines and the characteristics can help reduce false alarms and missing alarms.