時間周波数画像のノイズ除去について


10

ウェルチの方法を使用して作成された次の例の時間-周波数画像を「ノイズ除去」するためにどのような手法が利用できるのかと思います。次のプロットは、ロボットセンサーから作成されました。(これはカラーイメージではありません -グレースケールイメージです-色は視覚的な目的でのみ追加されます)。

ここに画像の説明を入力してください

ゴール:

私の目標は、最終的には、このようなパルスが存在する場合に、ここに表示されるパルス間隔を推定することです。これは鶏と卵のようなものかもしれません。そのため、私は自分に「この反復率+/- 10%のパルスが存在するのか」と自問し、それらを検出します。ここに表示されているのは信号(パルス)ですが、その他の不要な干渉があります。ただし、Emreが示唆したように、時間-周波数空間ではありますが、それらには構造があります。時間周波数フィルター自体は存在しますか?

ここで適用される画像処理ソリューションを強く望んでいますが、どのようなソリューションでも受け入れられます。

したがって、目標は、反復パルス(y軸のインデックス300の近くにあります)を除いて、すべての高輝度信号削除することです。他のすべての高強度信号は「干渉」と見なすことができます。

想定できること:

  • ここに表示されているパルス長を大まかに知っていると想定するかもしれません。(+/- 10%以内としましょう)。言い換えれば、この長さのパルスを探すことにしました。(+/-)

  • パルスの反復率も大まかに知っていると仮定することができます(ここでも、+ /-10%としましょう)。

  • 残念ながら、あなたは彼らの頻度をもはや正確に知りません。つまり、この画像ではパルスは300にありますが、100、50、または489などに簡単に合わせることができます。ただし、良いニュースは、ここに示されている周波数は互いに非常に近いことです。

私のいくつかの考え:

画像処理POV:

  • 形態学的な操作が私に起こりました、しかし、私はそれらがうまくいくかもしれないかどうかを知るためにそれらに精通しています。私はアイデアが「閉じる」ことで、それゆえ「より大きい」汚れを取り除くことであると思いますか?

  • Row-wize DFT操作は、最も高い繰り返しパターンを持つ対象の行に基づいて、どの行をnullにするかを示す可能性がありますが、パルスが少なく、間隔が遠い場合や、画像のノイズが多い場合は、実行可能なソリューションにならない場合があります。

  • 画像を見るだけで、分離を「報奨」し、接続を「罰する」ことを望んでいます。このような操作を行う画像処理方法はありますか?(再び自然の形態学)。

ここで役立つ方法は何ですか?

信号処理POV:

  • ここに示されている周波数範囲はすでに非常に狭いため、ノッチフィルター操作が役立つかどうかはわかりません。さらに、この狭い範囲内で示されるパルスの正確な周波数は、事前にわかっていません。

  • ここで関心のあるパルス(長さと繰り返し時間)に基づいて推測を行うことで、「テンプレート」の2次元DFTを計算し、これを2D ケプストラル時間フィルターとして利用できます。上記のウェルチイメージを単純に乗算してから、逆2次元DFTを実行しますか?

  • OTOH ガボールフィルターは、ここで良い一致でしょうか?結局のところ、これらは方向に敏感なフィルターであり、独自の組み込みV1ビジュアルプロセッサーに似ています。彼らはどのようにここで悪用される可能性がありますか?

このドメインで役立つ方法は何ですか?

前もって感謝します。


1
事前のパルスについて何がわかっていますか?彼らの(少なくともおおよその)頻度を知っていますか?期間?それらは変調またはCWですか?
Jason R

@JasonR私はあなたの質問に答えるために編集しました。変調に関しては、CWパルスを繰り返すだけです。
Spacey

時間軸と周波数軸はどちらですか?
ダニエルRヒックス

S変換に関する論文(Robert Stockwellによる一連の論文)を検索します。これはガボールフィルターのわずかに改良された定式化です(それが正確に何であったかを忘れています—おそらく明示的で正確な逆ですか?)。ノイズを除去する信号には、この用途があります。あなたがそれらが有用だと思ったなら、私はそれに短い答えを書くことができます
Lorem Ipsum

@yoda情報をありがとう-論文を確認しましたが、CWTに関連していると思われるので、役立つと思われるので、時間分解/周波数分解ゲームをプレイします。はい、その答えを歓迎します。ありがとう。
Spacey、

回答:


1

私はこの分野での経験はありませんが、研究されていることがわかります。時間-周波数分布をノイズ除去する最小エントロピーアプローチ

この論文では、時間-周波数分布をノイズ除去するためのエントロピーベースのアプローチを紹介します。この新しいアプローチは、カニンガムとウィリアムズによって提案された時間周波数カーネルのスペクトログラム分解を使用します。時間-周波数分布のノイズを除去するために、これらのスペクトログラムを最小のエントロピー値と組み合わせて、各スペクトログラムが時間-周波数平面に十分に集中し、ノイズができるだけ含まれないようにします。Renyiエントロピーは、各スペクトログラムの複雑さを定量化する尺度として使用されます。結合するスペクトログラム数のしきい値は、エントロピーと分散の間のトレードオフに基づいて適応的に選択されます。

基本的に、問題は信号/ソース分離の 1つです。構造化された信号の束の付加的な混合解除。続行するには、信号をモデル化する必要があります。明らかに、対象となるのは周期的であり、ある周波数を中心とするため、周期(x軸に沿った)と中心周波数(y軸に沿った)を推定する必要があります。次に、その他(ノイズ)を特徴付けることができます。手始めに、彼らは素敵な曲線で来ているようです。

手元にあるモデルを使用して、「ハンドブックオブブラインドソース分離:独立成分分析とアプリケーション」のような本を調べます


ありがとうございました。私は本を​​買わなければならないでしょう、それはよさそうです。BSSに関する限り、BSSが機能するために複数のセンサーがある必要はありませんか?この場合、センサーは1つだけです。1つのセンサーのみで信号を分離する基準は何ですか?
Spacey

いいえ、でも役に立ちます。一般的な想定では、ソース信号自体は無相関ですが、これも緩和することができます
Emre、2012年

1

純粋なエンジニアリングPOVから、そのパルスに「ロックオン」する明白な解決策は、フェーズロックループ(PLL)です。

PLLは、他の信号に対する知覚された位相関係に基づいて周波数を調整できる自走発振器です。他の信号が完全に異なる周波数の純粋なノイズまたはパルスである場合、位相関係はランダムになり、発振器はどちらの方向にもあまり調整されません(そして「フリーラン」のままになります)。ただし、比較的ノイズの多い信号であっても、発振器とほぼ同じ周波数で動作している信号がある場合、PLLの位相センサーはこれを検出し、発振器周波数を調整して他の信号と一致させます。もちろん、これは試合が最初から半分ほど近いと想定しています。(PLLの便利な機能ですが、1つの問題は、初期周波数の不一致が大きすぎる場合、ターゲット信号の高調波または低調波にうまくラッチすることです。)

私は自分の仕事でPLLを使用したことはありませんが、この用語は約40年間(少なくとも30年代以降のコンセプト)であり、個別のICまたはシングルカードモジュールとして利用可能なビルド済みのPLLがあります。デジタルコンポーネントを使用してアナログの概念を模倣する「デジタルPLL」もあります。(これは私の知識の範囲についてですが、Googleが見つけた参照は簡単に100あります。)


ダニエルありがとう ええと、ここでは概念を理解できますが、ここでPPLをどのように適用するのか正確にはわかりません。確かに時間領域にはありません。ここの行の多くにPPLのファミリーを適用することを提案していますか?
Spacey、

基本的には、目的の周波数をほぼ中心とする帯域の信号強度を測定する信号によって供給されるPLLを持っているでしょう。最悪の場合、それぞれが全体的なスペクトルの異なるスライスを「リッスン」するいくつかのPLLを試す必要があるかもしれません。ただし、適切なフィルタリングを行うと(たとえば、レートの低いノイズを除去するなど)、おそらく必要ありません。
ダニエルRヒックス

面白い。これは、ここで各行のDFTを見ることに似ていると思います。
Spacey

幾分。画像処理の観点から見ると、スペクトルフラックスは画像のコピーを取り、水平方向に少しシフトし、一方の画像からもう一方の画像を差し引くようなものです。これは、光学認識システムで使用される「エッジ検出」手法です。
ダニエルRヒックス
弊社のサイトを使用することにより、あなたは弊社のクッキーポリシーおよびプライバシーポリシーを読み、理解したものとみなされます。
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.