基于模板滤波的居民负荷非侵入式快速辨识算法

以电流信号的频域分析为基础,结合非侵入监测负荷运行的电流模型,利用单独作用时电流信号的频谱分量会完整包含于混合电流频谱中,提出一种基于模板滤波的居民负荷非侵入式快速辨识算法。通过先验方式获取用电网络各负荷的特征电流形成特征滤波器,对其频谱分量进行0-1赋值得到对应的模板滤波器。利用模板滤波器对非侵入采集模式下的混合电流信号滤波,通过对滤波后频率分量的量化判决确定负荷的运行状态。利用实际采集的用电数据验证了该算法的有效性,能够准确判断负荷运行状态。此外,算法利用快速傅里叶变换(FFT)即可实现,便于实际中硬件封装。

基于模板滤波的非侵入负荷辨识系统

针对侵入式负荷监测系统在设备投入、复杂性以及扩展性上的缺陷,在详细分析非侵入式负荷监测系统工作原理的基础上,设计了一种基于模板滤波的非侵入式负荷辨识系统。主要介绍了非侵入式负荷辨识系统的功能模块、设计方法和实现的功能,通过对用电设备运行状态信息的采集和分析,实现了对电力负荷的在线识别,为居民用户能源管理提供支持。在研究基于模板滤波的快速负荷辨识算法的基础上,提出其在TMS320f28335数字信号处理(DSP)芯片中的程序设计封装处理算法,然后利用霍尔电流传感器采集电力入口处的总电流并将其转化为低电压信号,再通过设计运算电路对低电压信号进行调整,最后在DSP芯片内对调整后的信号进行模数转换与负荷辨识。仿真实验结果表明,该系统运行可靠、操作简单、精度较高且应用范围广。

基于FPGA的模板滤波IP核的设计与实现

在数字图像处理过程中,二维模板卷积是一种重要的操作.提出一种基于现场可编程门阵列(field programmable gate array,FPGA)的可变模板滤波IP (intellectual property)核的设计方法,通过参数化的循环例化移位寄存器构建可灵活调整窗口大小的缓存结构,采用只读寄存器(read-only memory,ROM)载入模板滤波系数,并利用加法树模块实现快速累加.相比传统组合扩展方法,本设计充分节约了硬件资源,简化了电路设计,提供了便捷的调用接口,只需修改参数便可灵活调整卷积结构,适用于任意窗口大小、任意模板系数、任意图像大小和数据位宽的卷积运算,具有良好的通用性和可维护性.

适配模板滤波在医学图像中的应用

适配模板滤波是一种既能提高信噪比又可保留边缘信息的滤波技术 ,当今 ,虽然已有多种滤波技术可以较大幅度的提高信噪比 ,但是同时也丢掉了许多有用的信息。而在医学图像中 ,有用信息的保留往往比简单的提高信噪比要重要的多 ,与传统滤波器不同的是 ,本文介绍的滤波技术的基本模板滤波系数可以根据输入图像的局部特性动态自适应调节。适配模板滤波技术根据图像上的每一个象素点及其周围邻近的八个临点的情况自动选出最佳匹配模板加以处理 ,识别及判断 ,以决定是给予保留还是滤除。这样可以最大限度地保留边缘的信息点 ,同时也可以尽可能大地抑制随机噪声。通过与现存的滤波器比较 ,无论在磁共振图像和仿真图像上 ,采用此种滤波器都可得到更清晰的图像边缘和更高的信噪比。

模板匹配滤波技术在地震数据处理中的应用

模板匹配滤波技术(Matched Filter Technique,MFT)是一种近几年发展迅速的可用于检测遗漏信号的算法,在图像识别、行星探测等众多领域均有广泛应用。在地震学中,该技术通过扫描连续波形找出模板事件附近发生的、与模板事件相关性较好的遗漏地震事件,可用于完善地震目录,实现对地震活动性以及区域应力状态的更好刻画。本文综述了模板匹配滤波技术在地震数据处理中的应用,首先概述基本原理,其次介绍该方法用于探测各类地震事件的实例,包括前震和余震、远程动态触发地震、诱发地震和非火山震颤等,最后展望了用于提高算法效率及探测精度的一些改进方法。

二维加窗全相位图像卷积滤波模板的设计

基于全相位数据空间的概念以及一种二维加窗全相位图像滤波模板的设计,给出了一修正的二维全相位图像卷积滤波模板设计方法。方法在用全相位概念设计滤波模板中充分考虑了用DFT和循环卷积表达线性卷积时的等价性条件,以确保待设计的全相位滤波器的频率响应特性与给定的原型滤波器的频率特性矩阵有更好的相关性和一致性。实验表明,该全相位滤波模板与已有的二维全相位图像滤波模板比较,有过渡带的宽度窄、滚降陡峭,阻带衰减小等特点,可以进一步有效消除方块效应,提高滤波处理后图像的质量。

基于双模板极值滤波器的传像光纤束中的盲元消除

利用传像光纤束传输图像,受目前加工工艺限制,不可避免地出现断丝,断丝引起的盲元必然造成信息丢失。传统的中值滤波、均值滤波无法有效消除盲元。提出一种基于极值的双模板滤波器,有效地解决了盲元问题,并在定位光纤中心位置时得到运用。

空间模板卷积滤波的视频处理算法及其VLSI实现

文章讨论了空间模板卷积滤波算法在视频图像增强处理中的应用,给出了基于Laplacian算子模板卷积滤波算法的VLSI设计。并针对算法的硬件实现中所采用的嵌入式视频行存储器结构,讨论了面向FPGA和ASIC实现视频行存储器接口电路的设计。

基于黄金分割率的指纹图像方向滤波模板

设计一组方向滤波器,该滤波器包含8个方向的滤波器模板。将水平方向滤波模板中可能发生旋转溢出的位置赋零值,其位置参数值按照由中心向外围参数逐渐衰减的规律由一段基于黄金分割率的斐波那契数列段确定,其余7个方向的滤波模板由水平方向滤波模板旋转得到。在保证各个方向滤波器模板结构一致性的同时,既解决模板旋转溢出的问题,又使参数在对应方向上分布更具规律性。实验结果表明,该组方向滤波器模板对低质量指纹图像具有明显的增强效果,能更好地连接断裂脊线并分离粘连脊线。

台阵处理技术和模板匹配滤波技术在微弱地震信号检测中的应用

与大地震短时间内释放巨大能量不同,微小地震每次释放的能量较小,容易被忽略。然而,某一地区一段时间内微小地震的频繁发生,可能预示着该地区地下介质达到某种临界状态,大地震发生的风险提升。微地震监测不仅可以应用于地下结构成像、地震预测等天然地震学领域,还可用于探测页岩气开采过程中产生的微裂隙位置,指导水压致裂等石油生产工作。系统探测微地震活动,也是研究灌注废水和水库诱发地震活动的重要前提。在实际观测中,由于微地震的信号较弱,背景噪声水平较高,观测困难,我们需要通过一些方法,提高波形信噪比,提高微弱地震信号检测的能力。为了进行微弱地震信号检测,我们重点研究了以下两种方法:一种是用于探测微弱信号的台阵处理技术,该方法基于密集分布的台阵数据,通过一定时间偏移后的波形叠加,增强一致的事件信号,压制不一致的噪声信号。另一种是用于检测遗漏地震的模板匹配滤波技术,该方法通过波形扫描,识别出与模板事件相似度高的地震事件,在低信噪比情况下也有良好的检测效果。对于台阵处理技术,我们以2013年2月15日发生的俄罗斯陨石坠落事件为例,研究2011—2013年布设在云南及其周边地区的ChinArray一期台阵数据。在陨石坠落事件前20分钟左右,一次5.8级地震事件在汤加地区发生,该事件信号传至ChinArray的时间与俄罗斯陨石坠落事件大致相同,为我们提取信号带来难度。运用台阵处理技术中的Vespagram和FK分析,我们从中分辨出来自俄罗斯陨石坠落事件的面波震相,对应后方位角329.7°,慢度34.73s/deg。我们同样运用F-K分析对日本的F-net宽频带台阵数据进行处理,得到后方位角为316.61°的面波震相。利用ChinArray和F-net的不同后方位角,我们将俄罗斯陨石坠落事件定位在58.80°N,58.72°E,和USGS的定位结果(55.15°N,61.41°E)相差约438km。较大的定位偏差可能是由于地下介质的不均匀性,导致面波在传播过程中偏离大圆路径。尽管如此,我们的结果证明,运用恰当的台阵处理技术,可以在ChinArray上识别出远程微弱信号。在第二部分工作中,我们运用模板匹配滤波技术,检测2015年7.8级尼泊尔地震发生前1.6天至之后4.4天内,藏南地区的微地震活动。结果显示,匹配滤波扫描后,我们在藏南检测到5倍于中国地震台网(CENC)目录上的地震。尼泊尔主震发生后,藏南地区的地震活动性明显增加,其中包括主震发生后数小时内发生的5.8级定日地震和5.3级聂拉木地震。两次地震为正断层型,与当地拉张型构造应力状态一致。此外,通过计算由尼泊尔主震导致的静态库仑应力改变和动态应力改变,我们发现,虽然静态库仑应力改变和地震活动性的相关性略高于动态应力的改变,但动态应力改变的绝对大小(~2.2 MPa)比静态库仑应力的改变(~10kPa)大两个量级。通过模板匹配滤波扫描,我们可以检测到更多微地震活动,有助于大地震的触发作用研究。除了近场触发地震外,模板匹配滤波技术还可用于远场动态触发地震活动的探测。以2012年8.6级印度洋地震为例,运用CENC目录地震活动性分析和频谱分析等方法,我们没有在云南地区发现大范围动态触发现象。我们以腾冲地区的17个CENC目录事件作为模板,运用模板匹配滤波技术,扫描印度洋地震前1.7天至之后3.3天的连续波形数据,得到新检测地震事件12个。扫描前后,地震活动性都没有明显变化,说明腾冲地区虽然地处容易触发地震的火山区,但是在8.6级印度洋地震后3.3天内,并没有动态触发现象产生。最后通过与2004年9.1级苏门答腊地震在云南地区明显触发现象的对比,认为两次地震产生的动态应力大小或背景活动性的不同,是影响触发作用的主要因素。综上所述,基于波形的相似性,台阵处理技术和模板匹配滤波技术通过叠加或互相关扫描的方式,增强事件信号,压制噪声信号,提高波形信噪比。运用这两种技术,微弱地震信号可以被有效检测,并更好地用于解释近场和远场的地震相互作用。

基于局部滤波模板的双边滤波算法研究

双边滤波器是一种以高斯核为基础的具有图像边缘保留和噪声滤除双重滤波作用的滤波器,能同时兼顾各像素值几何上的临近信息和亮度上的相似信息.为了进一步增加双边滤波器的保边作用,在传统双边滤波器的基础上,结合图像的梯度信息,将传统滤波模板改进为局部滤波模板,使图像自适应地在给出的滤波模板中选择较优模板进行滤波.实验结果证明,改进的双边滤波算法能够更好地保留图像边缘,与经典的双边滤波算法相比,在峰值信噪比和结构相似性上有了提升.

基于双高斯纹理滤波模板和极值点韦伯对比度的圆柱锂电池凹坑缺陷检测

本文针对圆柱锂电池表面图像具有亮度不均匀、金属表面反射不均、氧化锈斑和高亮噪声点等问题,提出一种基于机器视觉的解决方案.采用定义的双高斯纹理滤波模板与图像进行卷积,提取图像每列的灰度分布曲线,采用定义的极值点韦伯对比度选择曲线上突变点的阈值,根据先验知识筛选出凹坑候选区域,利用区域特征和灰度特征排除非凹坑纹理.测试结果表明,所提方法的拒真率(false rejection rate)和认假率(false accept rate)分别为5.49%和5.38%,亮度不均匀和金属表面反射不均没有对凹坑检测产生影响.

基于FPGA的实时图像滤波及边缘检测方法

图像滤波和边缘检测是视觉导航系统中道路检测和障碍物检测等复杂视觉处理的关键步骤,其性能和处理时间直接影响了后续图像处理的性能及视觉系统的整体响应时间.为此,提出了一种基于FPGA的实时图像模板滤波及边缘检测方法,将LoG模板分解为两个一维模板的卷积和,从而降低了算法运算量.并充分利用FPGA的并行机制及片内丰富的RAM资源,采用分布式算法,用查找表代替乘法器进行乘法运算.实验表明该方法满足视觉导航系统中实时性需求,且又适用于其他基于模板运算的图像处理算法.

多特征融合的多模板协同相关跟踪

针对目标跟踪中的目标尺度变化、遮挡、光照变化、相似目标混淆等问题,本文提出多特征融合的协同相关跟踪算法。首先,本文用多种特征构建目标外观模型,提高目标模型的鲁棒性,增强跟踪的抗形变能力和抗光照变化能力。然后,利用定点优化策略,解决多模板滤波优化问题,获得最佳滤波参数,通过多模板相关滤波算法估计目标位置,利用改进的尺度池方法解决目标尺度变化问题。最后,利用目标置信度判别跟踪目标是否发生遮挡,当目标发生遮挡时,利用CUR滤波模块重新检测目标,解决遮挡情况下跟踪任务。本文利用OTB-2013数据集中的方法测试本文算法,实验表明本文算法的整体成功率和精确度为0.622和0.830,本文算法在目标发生尺度变化、遮挡、光照变化、相似目标混淆等问题情况下,能准确、可靠地跟踪目标,具有一定研究价值。

一种新的小波域维纳滤波图像去噪算法

针对传统小波去噪和维纳滤波存在的不足,提出了一种新的小波域维纳滤波图像去噪算法。首先,对含噪图像进行小波分解,依靠对角细节子带小波系数对噪声方差进行估计;然后,引入噪声方差修正因子,并根据不同子带小波系数的统计特性,在低频子带和高频子带分别选择合适的维纳滤波模板尺寸,使维纳滤波在对小波系数进行滤波处理时具备了更加精确的噪声方差估计和更加合理的滤波模板尺寸;最后,对维纳滤波处理后的小波系数进行小波重构,获得了去噪后的图像。试验结果表明:该算法兼具小波去噪的多分辨率分析特性和维纳滤波的自适应特性,能有效提高去噪后图像峰值信噪比,去噪效果优于小波去噪和维纳滤波。

基于小波变换和均值滤波的图像去噪方法

将小波变换和均值滤波相结合提出了一种有效的图像去噪方法,先将含噪图像进行小波分解,获得不同频带的子图像。将低频近似图像保持不变,对水平、垂直和对角三个方向高频细节图像根据其特性采用三种不同形状的模板进行均值滤波,最后将低频近似图像与三个均值滤波后高频细节图像合成得到去噪后的图像。实验结果表明,该方法在降低了图像噪声的同时又尽可能地保留图像的细节,其去噪效果优于单一小波阈值法和均值滤波法。

两种菱形结构指纹图像方向滤波器组的设计

指纹增强对于提高指纹细节特征提取的准确率甚至整个自动指纹识别系统的性能都具有重要意义,指纹图像方向滤波器是进行指纹图像增强的一种常用方式.基于著名的斐波那契数列,设计了两组新的菱形结构的方向滤波器模板,在保证各个方向滤波器模板结构一致性的同时,既解决了模板旋转溢出的问题,又使参数在对应方向上分布更具规律性.在FVC数据库中部分典型低质量指纹图像样本上的测试表明,新设计的两组方向滤波器模板对低质量指纹图像具有明显的增强效果.与已有的方向滤波器模板相比,设计的方向滤波器模板能更好地连接断裂脊线并分离粘连脊线,而且增强过程中产生的伪特征点更少.

基于改进匹配滤波的视网膜血管分割

视网膜血管的形态学结构能够为眼底疾病早期诊断和后续治疗提供重要依据。匹配滤波分割视网膜血管算法,简单快捷,能有效提取视网膜血管的整体轮廓,但对于含有重要医学诊断信息的细小血管及血管分支交叉点的分割存在漏检现象。由此,文章提出了基于线模板滤波和B-COSFIRE改进匹配滤波的视网膜血管分割算法。该方法利用匹配滤波分割出粗血管,再利用宽度为单个像素的线模板滤波器探测到细小血管,并通过B-COSFIRE提取血管分叉点和交叉点信息;最后将三者分割结果图采用或操作进行融合。文章通过对DRIVE和STARE库中眼底图像的分割实验,证明该算法能有效改善匹配滤波视网膜血管分割性能。

基于多尺度多方向Gabor模板的光学/SAR景象匹配

合成孔径雷达(SAR)成像制导通常采用光学基准图和SAR实时图进行特征提取和景象匹配。提出了一种光学/SAR异类影像匹配方法,利用多尺度多方向Gabor模板提取图像的Gabor特征后进行特征匹配,首先对SAR图像进行方向Frost滤波预处理,然后分别计算光学图像和SAR图像的高斯梯度图像,再利用多尺度多方向二维Gabor滤波器模板分别对两幅高斯梯度图像进行特征提取,最后对两组特征矩阵进行归一化互相关匹配。该方法直接利用光学图像和SAR实时图进行景象匹配,实验表明,该异类影像匹配方法较其他传统方法具有较高的鲁棒性和准确性。

匹配滤波和曲波去噪相结合的气枪主动源弱信号提取

提出由一维模板匹配滤波技术(MFT)和二维曲波(Curvelet)变换法穿插的数据处理方法,即先通过一维模板匹配滤波方法得到相关系数,将相关系数组成二维数据并用曲波变换法处理,最后将各道对应相关系数分别与模板信号褶积,得到高信噪比恢复信号。将该方法用于处理仿真数据和宾川主动源气枪信号,结果表明:在宾川主动源气枪信号的处理中,本方法较单一数据去噪方法恢复能力更好,可对气枪主动源的模拟与实际信号进行更好的数据提取与恢复,得到噪声干扰更少的地下介质波速变化,提高低信噪比数据的利用率与可分析性。