Квазиоптимальные алгоритмы вейвлет обработки сигналов и изображений
Диссертация
Решена задача фильтрации межспутниковых измерений. Произведенный анализ вейвлет-разложения по модельным и реальным данным значений бортовых шкал межспутниковых измерений выявил недостатки алгоритма фильтрации на основе критерия оптимальности при фильтрации реальных сигналов. Предложен модифицированный алгоритм фильтрации, показавший лучшие результаты по сравнению как с рассмотренными ранее… Читать ещё >
Содержание
- ГЛАВА 1. АЛГОРИТМЫ ВЕЙВЛЕТ-ФИЛЬТРАЦИИ СИГНАЛОВ И ИЗОБРАЖЕНИЙ
- 1. 1. Кратномасштабное вейвлет-представление одномерных сигналов
- 1. 1. 1. Масштабирующая функция и масштабирующие подпространства
- 1. 1. 2. Ортогональные операторы в пространстве L2® и вейвлет-функции
- 1. 1. 3. Вейвлет-представление сигналов
- 1. 1. 4. Быстрое вейвлет — преобразование
- 1. 2. Кратномасштабное вейвлет-представление изображений
- 1. 2. 1. Двумерное вейвлет-преобразование
- 1. 2. 2. Вейвлет-представление изображений
- 1. 3. Кратномасштабное представление и задачи фильтрации сигналов и изображений
- 1. 3. 1. Модели зашумленных сигналов и изображений
- 1. 3. 2. Общий подход к фильтрации шума на основе вейвлет-разложения
- 1. 4. Пороговые алгоритмы вейвлет-фильтрации
- 1. 4. 1. Пороговая обработка коэффициентов разложения
- 1. 4. 2. UNIV — порог (универсальный порог)
- 1. 4. 3. SURE-порог
- 1. 4. 4. FDR- порог
- 1. 4. 5. Bayes — порог
- 1. 4. 6. GCV-порог
- 1. 1. Кратномасштабное вейвлет-представление одномерных сигналов
- 2. 1. Статистические характеристики коэффициентов вейвлет — разложения зашумленного сигнала
- 2. 2. Локальные оптимальный и квазиоптимальный алгоритмы
- 2. 2. 1. Оптимальный алгоритм оценивания коэффициентов вейвлет -разложений
- 2. 2. 2. Итерационное уточнение отношения «шум/сигнал»
- 2. 2. 3. Исследование квазиоптимальных оценок коэффициентов разложения
- 3. 1. Критерий оптимальности
- 3. 1. 1. Теоретические основы критерия оптимальности
- 3. 1. 2. Алгоритм выбора пороговых величин на основе критерия оптимальности
- 3. 2. Численные исследования пороговых алгоритмов вейвлет-фильтрации изображений
- 3. 3. Пороговые алгоритмы фильтрации с двухпараметрической пороговой функцией
- 3. 3. 1. Двухпараметрическая пороговая функция
- 3. 3. 2. Выбор параметров двухпараметрической пороговой функции
- 3. 3. 3. Численные исследования двухпараметрического порогового алгоритма
- 3. 4. 1. Алгоритмы локально-пространственной фильтрации
- 3. 4. 2. Вычислительный эксперимент по фильтрации изображений
- 4. 1. Задача фильтрации межспутниковых измерений
- 4. 1. 1. Постановка задачи
- 4. 1. 2. Численные исследования эффективности вейвлет-алгоритмов для фильтрации межспутниковых измерений
- 4. 1. 3. Результаты решения задачи фильтрации межспутниковых измерений
- 4. 1. 4. Сравнение с существующими методами обработки
- 4. 2. Подход к определению количественных характеристик атмосферных явлений методами двумерного вейвлет — анализа*
- 4. 2. 1. Постановка задачи
- 4. 2. 2. Новый подход к решению задачи автоматизированной оценки балла облачности
- 4. 2. 3. Вычислительный эксперимент
Список литературы
- Астафьева Н.М. Вейвлет-анализ: основы теории и примеры применения / Н. М. Астафьева // Успехи физических наук.-1996. — т. 166. — № 11.-С. 1145−1170.
- Бартенев В. А. Использование межспутниковых измерений для орпеделения орбит и ухода бортовых часов / В. А. Бартенев, А. К. Гречкосеев, Т. А. Марарескул // Труды Института прикладной астраномии РАН, вып. 17, 2007 С.120−127.
- Белявцев В.Г. Векторные локальные фильтры с адаптацией размера апертуры / В. Г. Белявцев, Ю. Е Воскобойников // Автометрия. 2001. — № 6. -С.32
- Белявцев В.Г. Локальные адаптивные алгоритмы фильтрации цифровых изображений / В. Г. Белявцев, Ю. Е Воскобойников // Научный вестник НГТУ. 1997. -№ 3. — с.21−32.
- Библиотека компьютерного зрения OpenCV // http://opencv.willowgarage.com/wiki/ Загл. с экрана.
- Бронников A.B. Нелинейные комбинированные алгоритмы фильтрации зашумленных сигналов и изображения / A.B. Бронников, Ю. Е Воскобойников //Автометрия. 1990. — № 1. — С.21 — 28.
- Воскобойников Ю. Е. Математическая обработка эксперимента в молекулярной газодинамике / Ю. Е. Воскобойников, Н. Г. Преображенский, А.И. Седельников- Новосибирск: Наука, 1984. 238 с. 1 /1с-L ~T U
- Воскобойников Ю. Е. Оценивание оптимального параметра регуляризирующего алгоритма восстановления изображений / Ю. Е. Воскобойников // Автометрия. 1995. — № 3. — С. 64−72.
- Воскобойников Ю. Е. Устойчивые методы и алгоритмы параметрической идентификации : монография / Ю. Е. Воскобойников- Новосибирск: НГАСУ (Сибстрин), 2006- 186с. (электронная версия: www.sibstrin.ru/prikl/ monogr07. html).
- Воскобойников Ю.Е. Фильтрация сигналов и изображений: Фурье и вейвлет алгоритмы. Монография. / Ю. Е. Воскобойников, A.B. Гочаков, А.Б. Колкер- Новосибирск: НГАСУ (СибСТРИН), 2011. 188 с.
- Воскобойников Ю.Е. Устойчивые алгоритмы решения обратных измерительных задач : Монография. / Ю. Е. Воскобойников- Новосибирск: НГАСУ (Сибстрин), НГАСУ. 2007. 184 с.
- Воскобойников Ю.Е. Построение регрессионных моделей в пакете Mathcad: Монография. / Ю. Е. Воскобойников- Новосибирск: НГАСУ (Сибстрин), 2009. 220 с.
- Воскобойников Ю.Е. Алгоритм оценивания коэффициентов вейвлет-разложений при фильтрации сигналов и изображений / Ю. Е. Воскобойников, A.B. Гочаков //Автометрия. 2010. — т. 46. — № 1. — С. 24−45.
- Воскобойников Ю.Е. Сравнительный анализ двух классов алгоритмов фильтрации изображений / Ю. Е. Воскобойников, A.B. Гочаков // Автометрия. 2011. — т. 47. — № 1 .-с. 17−29
- Воскобойников Ю.Е. Нелинейные алгоритмы фильтрации векторных сигналов / В. Г. Белявцев, Ю. Е Воскобойников // Автометрия. 1999. № 5. С. 97 106.
- Воскобойников Ю.Е. Адаптивный алгоритм фильтрации изображений и преобразования их в векторный формат / Ю. Е Воскобойников, А. Б. Колкер // Автометрия. —2002. —№ 4. — С. 3−11.
- Воскобойников Ю.Е. Алгоритмы фильтрации изображений с адаптацией размеров апертуры / В. Г. Белявцев, Ю. Е Воскобойников // Автометрия.—1998. — № 3. С. 18−25.
- Воскобойников Ю.Е. Локальные регуляризирующие алгоритмы решения систем линейных уравнений / Ю. Е. Воскобойников, И.Н. Мухина- Новосибирск: Изд-во НГАСУ. 2001. 36 с.
- Воскобойников Ю.Е. Квазиоптимальный алгоритм оценивания коэффициентов вейвлет-разложений при фильтрации сигналов / Ю. Е. Воскобойников, A.B. Гочаков // Автометрия. —2010. —Т.46. —№ 1. — С.34−45.
- Воскобойников Ю.Е. Построение алгоритмов вейвлет-фильтрации с двухпараметрическими пороговыми функциями / Ю. Е. Воскобойников, A.B. Гочаков // Автометрия. -2012. -Т.48. -№ 1. -с. 12−24.
- Воскобойников Ю.Е. Новый алгоритм адаптации апертуры векторных локальных фильтров / Ю. Е. Воскобойников, А. М. Кузнецов // Автометрия. -2005.-т. 41.-№ 5.-С. 3−10.
- Воскобойников Ю.Е. Локальный регуляризирующий алгоритм восстановления контрастных сигналов и изображений / Ю. Е. Воскобойников, И. Н. Мухина // Автометрия. 2000. — № 3. — С.45−53.
- Гочаков A.B. Алгоритмы фильтрации изображений в базисе вейвлет-функций / A.B. Гочаков // Труды НГАСУ. 2010. -№ 1(47). С 64−69.
- Гочаков A.B. Задача распараллеливания вейвлет-преобразования для фильтрации зашумленных видеоизображений / A.B. Гочаков // Труды НГАСУ. 2011. -№ 2(51). С 85−89.
- Гочаков A.B. Квазиоптимальный алгоритм фильтрации коэффициентов вейвлет-разложения при сжатии сигнала / A.B. Гочаков // Труды НГАСУ. 2009. № 2(45). — С. 77−83
- Гочаков A.B. Автоматизированный подход определения количественных характеристик атмосферных явлений методами двумерного wavelet-анализа / A.B. Гочаков, А. Б. Колкер // Известия высших учебных заведений. Физика. т.55. -№ 9/2. — С 305−311.
- Гочаков A.B. Подход к определению балла облачности с использованием возможностей вейвлет-преобразования / A.B. Гочаков, А. Б. Колкер // Сборник научных трудов НГТУ. Новосибирск: изд-во НГТУ, 2012.-№ 4(70).-С. 87−96.
- Гочаков A.B. Построение программно-аппаратного комплекса для автоматизированных измерений в метеорологии / A.B. Гочаков, А. Б. Колкер // Сборник научных трудов НГТУ. Новосибирск: изд-во НГТУ, 2012. — № 4(70). — С. 79−86.
- Гочаков A.B. Сравнение открытых веб-гис технологий для создания интерактивных информационных систем / A.B. Гочаков, А. Б. Колкер, М. С. Котов // Материалы II международной конференции «Геоинформатика: технологии, научные проекты». Барнаул. 2010. — С.34.
- Грузман И.С. Цифровая обработка изображений в информационных системах. / И. С. Грузман, B.C. Киричук, В. Н. Косых, Г. И. Перетягин, A.A. Спектор- Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2002. 352 с.
- Даджион Д. Цифровая обработка многомерных сигналов / Д. Даджион, Р. Мерсеро M.: Мир, 1988. — 463 с.
- Дремин И.Л. Вейвлеты и их использование / И. Л. Дремин, O.A. Иванов, В. А. Нечитайло // Успехи физических наук.- 2001. т.171. — № 5. — С. 465−501.
- Дьяконов В.П. Вейвлеты. От теории к практике / В.П. Дьяконов- М.:СОЛОМОН-Р. 2002. — 448 с.
- Жизняков А.Л. Вейвлет-преобразование в обработке и анализе изображений / А. Л. Жизняков, Н. В. Вакунов — -М.: Государственный научный центр Российской Федерации ВНИИгеосистем, 2004. — 102с.
- Зуев C.B. Определение общего балла облачности по синеве неба / C.B. Зуев, В. А. Левикин // Оптика атмосферы и океана. 2013. — т 26. — № 6.
- Добеши. И. «Десять лекций по вейвлетам» Ижевск: НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика» / И. Добеши.- 2001. 464 с
- Грузман И. С Двухэтапная фильтрация изображений на основе использования ограниченных данных / И. С. Грузман, В. И. Микерин, А. А. Спектор // Радиотехника и электроника. 1995. — т 40. — № 5. — С. 817−822.
- Исаев Ю.Н. конструирование биортогональных вейвлет-базисов для оптимального представления сигналов / Ю. Н. Исаев // Известия томского политехнического университета. 2004. — № 1, С 37−42.
- Колкер А. Б Разработка блока системы управления роботом с применением инженерного пакета SciLab" / А. Б. Колкер, Д. А. Ливенец, А. И. Кошелева //Автоматика и программная инженерия 2012 № 1(1).
- Леонов М. Эфемеридно-временное обеспечение системы ГЛОНАСС / М. Леонов, А. Круглов, В. Романюк, А. Забокрицкий // Аэрокосмический курьер. 2007. — № 1 С. 66−69.
- Малыш В. Н Основы теории электросвязи и вейвлет-анализа сигналов / В. Н. Малыш, В. Ф. Осинин. Липецк: ЛГПУ, 2010. — 74с.
- Официальный сайт компании DLINK // http://www.dlink.ru Загл. с экрана.
- Потехин Д.С. Применение вейвлет-преобразования функцией Морле для цифровой обработки сигналов: монография / Д. С. Потехин. Ковров: ГОУ ВПО «КГТА им. В.А. Дегтярева», 2010. — 112с.
- Рыбин В.В. Описание сигналов и линейных нестационарных систем управления в базисах вейвлетов и их анализ в вычислительных средах / В. В. Рыбин. -М.: МАИ, 2003. 96с.
- Рыбин В.В. Разработка пакета расширения MLSYSM СКМ Mathcad для анализа нестационарных линейных систем управления спектральным методом в базисах вейвлетов Добеши / В. В. Рыбин. -М.: МАИ, 2011. 88с.
- Спектор А. А. Оценка временного положения импульсов в сейсмических системах наблюдения на основе марковской фильтрации / А. А. Спектор, С. Г. Филатова // Автометрия. 2008. — № 4. — С. 68−74.
- Серия датчиков PWD. Производство Vaisala // HYPERLINK «http://www.raimet.ru/downloads/PWD Series Presentation 2010llRaimetRus. pdfhttp://www.raimet.ru/downloads/PWD%20Series%20Presentation%2 020 1011R aimetRus. pdf- Загл. С экрана.
- Смоленцев H.K. Основы теории вейвлетов. Вейвлеты в Matlab / H.K. Смоленцев. М.: Изд-во ДМК, 2005. 304 с.
- Ульянов А.Н. Вейвлет-анализ и нейросетевая классификация полутоновых изображений в системах технического зрения / А.Н. Ульянов
- B.А. Царев.- Череповец: Инжекон-Череповец, 2010. 98с.
- Уэлстид С. Фракталы и вейвлеты для сжатия изображений в действии /
- C. Уэлстид. -М.: Издательство Триумф, 2003 320с.
- Быстрые алгоритмы в цифровой обработке изображений / Т. С. Хуанг.- М.: Радио и связь, 1984. 340с.
- Яценюков B.C. Основы спутниковой навигации. Системы GPS NAVSTAR и ГЛОНАСС / B.C. Яценюков. М: Горячая линия-Телеком, 2005 С.39−79
- Abramovitch F Wavelet thresholding via a Bayesian approach / F. Abramovitch, T. Sapatinas, B. W. Silverman // Journal of the Roy Statist. Soc. Ser. B. 1998. — N. 60. — P. 725−749.
- Benjamini Y Controlling the false discovery rate: a practical and powerful approach to multiple testing / Y. Benjamini, Y. Hochberg // Journal of the Roy Statist. Soc. Ser. B. 1995. — N 57. — P. 289−300.
- Bruce A.G. Waveshrink with firm shrinkage / A.G. Bruce, H.Y. Gao // Statistica Sinica. 1997. — V. 4. — N 6. — P. 855−874.
- Chan M Application of Wavelet Polynomial Threshold for Interpolation and Denoising in Bioimaging / M Chan, S Sathyanarayana, D Akopian, S Agaian // Mobile Multimedia/Image Processing, Security, and Applications 2011, V. 8063. -P 80630Z-80630Z-12.
- Cui H Improved Threshold Denoising Method Based on Wavelet Transform / H Cui, R Zhao, Y Hou // Physics Procedia. 2012. N 33. — P 1354 — 1359.
- Daubechies I Factoring wavelet transforms into lifting steps /1. Daubechies, W. Sweldens // Journal of Fourier Analysis and Applications. -1996, V. 4, — N 3.- P 247−269.
- Donoho D. L. De-noised by soft-thresholding / D. L. Donoho // IEEE Trans. Information Theory. 1995. v. 41. — N 3. — P. 613−627.1 о 1jz
- Donoho D. L Ideal spatial adaptation via wavelet shrinkage / D. L. Donoho, I.M. Johnstone // Biometrika.- 1994. V. 81, — N3. — P. 425−455.
- Donoho D. L. Adapting to unknown smoothness via wavelet shrinkage / D.L. Donoho, I.M. Johnstone // Journal of the American Statistical Association. -1995. V. 90. — N 432. — P. 1200−1224.
- Explanatory supplement to the astronomical ephemeris and the American ephemeris and nautical almanac / HMSO. -2010. P 69,87.
- Fodor, I. К Denoising through Wavelet Shrinkage: An Empirical Study /1. Fodor К., C. Kamath // SPIE Journal on Electronic Imaging 2003. -V.12. — N. 1. -P. 151−160.
- Fryzlewicz P Rejoinder: Time-Threshold Maps: Using information from wavelet reconstructions with all threshold values simultaneously / P Fryzlewicz // Journal of the Korean Statistical Society. 2012. -N 41. P 173−175.
- Gao H.Y. Wavelet shrinkage denoising using non-negative garrote / H.Y. Gao // Journal of Computational and Graphical Statistics. 1998. — V. 7. — N 4. -P. 469−488.
- Geunghee L. Choice of smoothing parameters in wavelet series estimators / L. Geunghee // Journal of Nonparametric Statistics, 2011. V.5. — N 4−5, P 421 435.
- GNU C/C++ scientific library // HYPERLINK «http://www.gnu.org/software/gsl/» http://www.gnu.org/software/gsl/ Загл. С экрана.
- Golub G. H. Generalized cross validation as a method for choosing a good ridge parameter / G. H. Golub, M. Heath, G. Wahba // Technometrics. 1979. — V. 21.-P. 215−222.
- Graven C. Smoothing noisy data with spline functions: estimating the correct degree of smoothing by the method of generalized cross validation / C. Graven, G. Wahba // Numer. Math. 1979. — V. 31, № 3. — P. 377031 C*1. J. v/"/
- Jeong Y A wavelet-based freeway incident detection algorithm with adapting threshold parameters / Y Jeong, M Castro-Neto, M Jeong, L Han // Transportation Research Part C. 2011. N 19. — P 1−19
- Katkovnik V Weighted median filter with varying adaptive windows size / V. Katkovnik, K. Eqiazarian, J. Astova // Proceedings of the IASTED Intern Conf. on Signal Processing and Communications: Spain. 2000, P.329−333.
- Liu Y Phase-preserving speckle reduction based on soft thresholding in quaternion wavelet domain / Liu Y, Jin J, Wang Q, Shen Y // Journal of Electronic Imaging. 2012. — V.21, № 4. — P. 43 009−1-43 009−11.
- Mahesh B. Adaptive estimators for filtering noisy images / B. Mahesh, W.-J. Song, W. A. Pearlman // Opt. Eng. -1990. V 29. — № 5. P. 488.
- Mallat S. Multiresolution approximation and wavelet orthonormal bases of LA2® / S. Mallat // Trans. AMS. -1989. V.315. — N1. — P. 69−87.
- Mallat S. A theory of multiresolution signal decomposition: the wavelet representation) / S. Mallat // IEEE Trans. Pattern Anal. Machine Intell. 1989. -V.11.-N9.-P. 674−693.
- Nason G.P. Wavelet shrinkage using cross validation / G.P. Nason // Journal of the Roy Statist. Soc. Ser. B. 1998. — N 60. — P. 463−479.
- Nason, G.P. Choice of wavelet smoothness, primary resolution and threshold in wavelet shrinkage / G.P. Nason // Statistics and Computing. 2002. V. 12.-N2. P. 219−227.
- Vidakovic B. Statistical modeling by wavelets. Wiley series in probability and statistics / B. Vidakovic. John Wiley & Sons Inc. — 1999. — 365 p.
- Voskoboinikov Yu. E. Quasi-optimal estimation algorithm of wavelet-decomposition coefficients at a signals filtration / Yu. E. Voskoboinikov, A.V. Gochakov // Optoelectronics, Instrumentation and Data Processing. 2010. -V.46. -N l.-P. 34−45.
- Voskoboinikov Yu. E. Estimation of optimal threshold values in algorithms of wavelet filtration of images / Yu. E. Voskoboinikov, A.V. Gochakov //1 SA1 V* I
- Optoelectronics, Instrumentation and Data Processing. 2011. — V.47. — N 2. — P. 105−113.
- Voskoboinikov Yu.E. Construction of wavelet filtration algorithms with two-parameter threshold functions / Yu. E. Voskoboinikov, A.V. Gochakov // Optoelectronics, Instrumentation and Data Processing. 2012. — V.48. — N 1. -P.9−17.
- Wang Ch. Denoising algorithm based on wavelet adaptive threshold / Ch. Wang, Ch. Zhang, P. Zhang // Physics Procedia. 2012. — № 24. — P 678−685.
- Xiao H.H. Genetic Algorithm Assisted Wavelet Noise Reduction Scheme for Chaotic Signals / H.H. Xiao, M.C. Xiao // Journal of Optimization Theory and Applications, 2011. V. 151 .-N3. — P 646−653.
- Voskoboinikov Yu.E. Adaptive filtering algorithm and conversion of images to a vector format / Yu.E. Voskoboinikov A.B. Kolker // Optoelectronics, Instrumentation and Data Processing № 4, 2002. P.3−11.
- Zhang X.P. Adaptive denoising based on SURE risk / X.P. Zhang, M. D. Desai // IEEE Signal Process. Lett. 1998. — V. 5. — N 10. — P. 265−267.