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关键词： 古代碑文图像去噪   引导滤波   多尺度Retinex   游长概率统计   巴特沃斯低通滤波器   KSVD  

摘要： 图像去噪是图像处理的重点,在数字图像处理领域,古代碑文图像去噪是恢复碑文原貌的关键技术,对古代文物保护和文化传承具有重要意义。本文围绕古代碑文图像去噪方法进行了系统研究,提出了两种新的去噪方法,并通过大量的实验进行论证,具体工作和主要成果包括:1、提出一种基于引导滤波与游长概率统计的古代碑文图像综合去噪方法。首先对图像进行预处理,包括利用引导滤波方法对图像进行平滑和利用多尺度Retinex方法对图像进行增强,然后对图像进行二值化,降低无关像素在后续图像处理中的影响,最后结合游长概率统计和连通区域去除随机噪声和孤立噪声。实验表明,该方法不仅能抑制图像噪声,而且能够保护汉字的结构。2、提出一种基于巴特沃斯低通滤波器和KSVD的古代碑文图像综合去噪方法。首先对图像进行分频处理,包括用巴特沃斯低通滤波器提取低频分量,再用KSVD重构高频分量,然后将低频分量和重构的高频分量进行融合,接着利用Ostu方法对融合结果二值化,最后改善图像视觉效果,包括利用连通区域去除孤立点状噪声以及填充笔画上的孔洞,利用中值滤波方法去除笔画上的毛刺。实验结果表明,该算法不仅能有效地去除噪声,而且能够提高图像质量,改善图像的可视化效果。3、在上述工作基础上,设计并实现了古代碑文图像去噪系统。该系统集成了本文所提的两种方法,以及部分经典去噪算法。

关键词： 移动随机荷载   虚拟激励法   变换域方法   Green函数   奇异积分   临界速度  

摘要： 随着列车运行速度的提高和承载重量的增加,移动荷载引起的环境振动问题受到了人们的普遍关注。列车高速运行时在轨道中会激起较大振幅和较宽频谱的振动,这种振动通过地基可以传递到建筑物内,影响精密仪器的正常工作,也会影响人们生活的舒适性。目前为止,很多关于移动荷载引起环境振动问题,均假定荷载为确定性的常荷载或者简谐荷载。实际上由于轨道不平顺等随机因素,轨道交通领域内的移动荷载往往具有随机性,因此列车高速运行时,对轨道-地基结构的振动分析是一个移动随机激励作用下连续系统的随机振动分析。对于移动荷载引起的连续体随机振动问题,目前还存在以下三个方面的难点:1)非平稳随机振动问题。由于荷载的移动特性,即使假定荷载为一平稳随机过程,结构任意一点的响应也具有非平稳随机过程的特征,准确地分析响应的时变概率统计特性尤其困难。2)高阶偏微分方程的求解问题。连续结构的动力学方程是高阶偏微分方程,兼顾考虑荷载的随机特性,求解偏微分方程也无疑是一大挑战。3)连续体共振机理的探讨。移动随机荷载作用下连续体的共振行为同时与荷载移动速度及其频域特征相关,具有丰富的物理含义。由于问题的复杂性,对于移动荷载引起的连续体随机振动问题,目前的研究成果还不多见,尚未形成系统有效的研究方法。针对此种现状,本文从问题的根源出发,基于弹性动力学理论和随机振动理论,采用解析的方法分析移动随机激励作用下连续体的动力响应,以便更深入地研究振动波在连续体内的传播规律,结构共振的机理以及响应随参数变化的特性,主要研究工作如下:1.针对移动随机荷载作用下Kelvin地基上无限长梁的振动问题,利用Green函数法和傅里叶变换建立了结构响应的随机振动分析方法。利用所建立的方法获得了系统响应演变功率谱的解析解,其具有非常简捷的表达形式,可以直接观察到响应的非平稳演变特性,也更便于直观地分析结构共振机理及振动的频域特性。该方法与Monte Carlo方法相比,耗时非常少。进一步提出了移动随机荷载作用下系统的临界速度概念,并分别从解析和数值上对确定性荷载、简谐荷载及随机荷载作用下系统的共振机理进行了探讨,对多普勒效应引起的响应特性进行了分析,同时对移动随机荷载速度参数,结构阻尼和刚度特性对系统随机响应的影响进行了分析。2.将虚拟激励法引入到处理弹性半空间体受移动随机荷载作用的问题,提出了研究弹性体随机动力响应的一般方法。根据场论将位移分解为无旋场和无散场,将控制方程转换到频率-波数域,从而将高阶偏微分方程转化为二阶常微分方程。具体实施有两种途径:一是求得系统的Green函数,构造.荷载的虚拟激励形式,通过广义Duhamel积分求得系统的虚拟响应;二是直接把构造的虚拟激励转入到频率-波数域,之后将其代入到控制方程中,求得频率-波数域内的响应并转换到物理域内。对于积分形式的解析解,通过材料阻尼避免了积分的奇异性,采用了自适应积分算法解决了被积函数的振荡性。提出随机荷载作用下地面共振现象取决于荷载移动速度和波动频谱这一比较重要的结论,阐明了确定性荷载与随机性荷载作用下波的传播规律。3.基于Green函数法提出了多点激励作用下连续体的随机动力响应分析的半解析方法。对于完全相干的多点随机激励,根据虚拟激励法构造了相应的虚拟激励形式。通过Green函数法推导了随机振动演变功率谱响应的解析解,能够普遍使用于任意线性连续结构。对于半空间体研究了功率谱在频率上的分布特性、功率谱随速度的变化规律、介质中弹性波的传播规律及行波效应对响应的影响。对于无限长梁研究了各速度下行波效应对方差的影响,分析结果表明:当荷载移动速度较大时,相邻荷载会对彼此的响应产生影响,此时应当考虑相干效应的影响。4.为研究移动随机荷载作用下地基土-欧拉梁结构的随机动力响应,提出了基于虚拟激励法和小波理论的研究方法。通过傅里叶变换将虚拟激励作用下梁和土的控制方程转入到频率-波数域,利用梁和地基土的边界条件将方程解耦,从而求得了功率谱的积分形式解。黏滞阻尼特性造成被积函数具有高振荡性,使得数值计算十分困难。利用小波方法消除了数值计算的不稳定性,数值结果具有良好的精度,与Monte Carlo方法计算的结果十分吻合。研究了多种参数对临界速度及时间延迟现象的影响,得出了移动随机荷载作用下的梁-土结构的临界速度与土的压缩波速密切相关这一比较重要的结论。

关键词： 结构振动压缩采样信号   分布式压缩感知   多观测向量   联合稀疏   DCSSOMP算法   SAMUSIC算法  

摘要： 压缩感知(Compressive Sensing,CS)是20世纪初发展起来的在信号处理领域具有颠覆性的一种理论,越来越多学科领域的专家学者开始致力于CS的研究。将土木工程和压缩感知结合,势必也会有广阔的应用前景。分布式压缩感知(Distributed Compressive Sensing,DCS)在CS的基础上研究多个通道信号之间的相关性,发展了三种不同的联合稀疏模型,进一步降低了采样率。而多观测向量(Multiple Measurement Vectors,MMV)问题被称作联合稀疏求解问题,是另外一种研究信号间相关性的框架,本质与JSM2一致。本文的研究目的是研究适用于多通道结构振动信号的联合稀疏模型并且发展相应的压缩信号恢复算法。主要内容包含以下三个方面。本文介绍了分布式压缩感知、多观测向量的框架以及相应的联合恢复算法。针对DCS的三种联合稀疏模型,分别选择SiOMP、DCSSOMP、Texas DOI恢复算法进行研究,验证联合恢复相较于单通道信号的优势。然后结合实际的多通道结构振动信号的特点,确定第二种联合稀疏模型(Joint Sparsity Model 2,JSM2)作为适用于多通道结构振动压缩感知信号的模型。JSM2所用的分布式压缩感知同步正交匹配追踪(DCS Simultaneously Orthogonal Matching Pursuit,DCSSOMP)算法是一种经典的联合恢复算法。本文改变了DCSSOMP算法的原子选择公式从而大幅节约运算的时间,然后结合下采样(sub-sampling)以及AIC(Analog to Information Converter)采样,将改进的DCSSOMP算法应用于实际的结构压缩采样信号的联合恢复当中,验证了该稀疏模型和恢复算法对振动信号联合恢复可行性。文章验证了同步下采样和非同步下采样恢复效果是一致的,而AIC采样则在联合重构效果上略逊于下采样。本文最后研究了多观测向量问题中的比较新颖的基于增广子空间的多重信号分类(Subspace Augmented Multiple Signal Classification,SAMUSIC)算法,对比了SAMUSIC算法以及DCSSOMP算法的性能。证明了在无噪声且当信号个数比较多时,SAMUSIC算法是远优于DCSSOMP算法的,而在信号噪声比较大的情况下,SAMUSIC算法与DCSSOMP算法的恢复性能一致,同时也分析了两者的时间复杂度。最后将SAMUISC算法应用到实际结构压缩采样信号的联合重构中。

关键词： 转台   瞬时速率   巴特沃斯低通滤波器  

摘要： 速率指标是评价速率转台和其它具有速率功能的惯导测试设备的重要指标之一。针对惯性技术测试设备速率指标的测试方法无法反映转台运行中瞬时速率的问题,分析了转台瞬时速率波动的原因,在转台速率环引入巴特沃斯低通滤波器,通过MATLAB仿真分析和转台速率运行曲线,进一步说明了此滤波器的有效性。

关键词： 有源滤波   巴特沃斯滤波   SIMULINK仿真  

摘要： 现实生活中存在各种各样的干扰和波动,但随着科技的发展与追求质量的要求,这些扰动干扰愈来愈受到人们的重视,本文采用经典的巴特沃斯数字滤波器对这些干扰进行过滤,取得了良好的效果。

关键词： 数字滤波器   MATLAB   FPGA   分布式算法  

摘要： 针对微弱信号数字相关检测系统的应用问题,设计了基于FPGA的FIR数字滤波器.通过对不同结构的FIR滤波器的特性进行分析比较,结合运算处理速度和资源消耗等因素,确定采用优化的分布式算法来设计数字滤波器.最后对设计的FIR低通数字滤波器进行了功能仿真,仿真结果显示:设计的FIR低通数字滤波器能够有效滤除带外噪声,能够满足数字信号相关检测系统的应用要求.

关键词： 低频FIR数字滤波   无线非接触   在线更新  

摘要： 针对低频数字滤波及其滤波参数更新问题,提出了一种基于C8051F120的FIR低频数字滤波器设计。该滤波器主要由C8051F120单片机构成,负责利用其片上硬件资源完成A/D采样、FIR滤波及D/A转换功能,同时,该滤波器还可以通过串口接收上位机发的新滤波数据,实现滤波参数的在线更新。实验结果表明:文章提出的基于C8051F120的滤波器可实现低频段的FIR数字滤波,并可在线更新滤波参数,实现滤波功能的在线调整。

关键词： FIR   数字滤波器   VHDL语言   Quartus  

摘要： 以FIR数字滤波器的基本理论为依据,程序设计部分设计滤波器电路中的寄存器(延时器)、第一级加法器、乘法器、第二级加减法器、输出等多个单元器件模块。采用模块化的自顶向下的设计思想,对各个功能模块采用VHDL语言的描述方法,VHDL程序设计代码在Quartus II的集成开发环境下使用,并且利用其内部的仿真器对设计进行了仿真和验证。

关键词： 任意波形   VS2008   时域采样定理   波形发生器  

摘要： 本文介绍了一种任意波形生成软件的开发和设计,主要应用了VS2008开发工具,依据时域采样定理,可以实现基本波形和自定义波形的采样,支持对波形进行编辑,比如对某一段波形翻转、镜像、删除等;同时可以对波形进行数学运算,比如两个波形的加减乘除;生成的波形可以保存为文件,或者通过USB发送到波形发生器。此软件极大地提高了波形发生器的可用性,解决一些要求复杂的项目需求。

关键词： FIR   数字滤波器   FPGA   并行分布式算法  

摘要： FIR 数字滤波器因其良好的线性特性而被广泛使用。本文采用并行分布式算法结构实现了基于 FPGA 的低通特性 FIR 数字滤波器,并对其进行实验验证。验证结果证明,所设计的滤波器能满足设计指标,设计效率高,对 FPGA 硬件资源的利用高效合理。