关于时频图像的去噪

信息处理 图像处理 过滤器 频谱 形态操作
2022-01-09 10:47:23

我想知道哪些技术可用于“去噪”以下使用Welch 方法创建的示例时频图像下图是从机器人传感器创建的。(这不是彩色图像 - 它是灰度图像 - 添加颜色仅用于视觉目的)。

在此处输入图像描述

目标:

我的最终目标是估计你在这里看到的脉冲间距,如果这样的脉冲存在的话。这可能有点像鸡和蛋,所以为此,我问自己,“这种重复率 +/- 10% 的脉冲是否存在?”,然后开始检测它们。您在这里看到的是信号(脉冲),但还有其他不需要的干扰。然而,正如 Emre 所建议的,它们具有结构,尽管在时频空间中。是否存在这样的时频滤波器?

非常希望看到这里应用的图像处理解决方案,但我愿意接受任何解决方案。

因此:目标是去除所有高强度信号,除了可以看到的重复脉冲(在 y 轴上的索引 300 附近发现)。所有其他高强度信号都可以视为“干扰”。

您可能会做出的假设:

  • 您可以假设您大致知道您在此处看到的脉冲长度。(假设在 +/- 10% 以内)。换句话说,您决定寻找这种长度的脉冲。(+/-)

  • 您可以假设您也大致了解脉冲的重复率(再次,让我们说 +/- 10%)。

  • 不幸的是,您无法更准确地了解它们的频率。也就是说,在这张图片中,脉冲为 300,但它们也可以很容易地达到 100、50、489 或其他任何值。然而,好消息是这里显示的这些频率彼此非常接近,例如,10 赫兹)。

我的一些想法:

图像处理 POV:

  • 我已经想到了形态学操作,但是我对这些操作不太熟悉,不知道它们是否可行。我想这个想法可能是“关闭”并因此去除“更大”的污渍?

  • Row-wize DFT操作可能会根据具有最高重复模式的感兴趣的行来指示要清空哪些行,但是如果脉冲很少且相距很远,或者图像噪声更大,它可能不是一个可行的解决方案。

  • 仅仅通过查看图像,您几乎想要“奖励”隔离和“惩罚”连接。是否有完成此类操作的图像处理方法?(又是形态学性质的)。

什么方法可能在这里有所帮助?

信号处理 POV:

  • 此处显示的频率范围已经非常狭窄,因此我不确定陷波滤波操作是否会有所帮助。此外,在这个狭窄范围内显示的脉冲的确切频率是先验未知的。

  • 通过对此处感兴趣的脉冲(它们的长度和重复时间)进行有根据的猜测,我可能能够计算我的“模板”的二维 DFT,并将其用作二维倒谱时间滤波器,我只是将上面显示的 Welch 图像乘以,然后执行逆二维 DFT?

  • OTOH 也许Gabor 过滤器在这里很合适?毕竟,它们是方向敏感的过滤器,类似于我们自己内置的V1 视觉处理器他们怎么可能在这里被利用?

哪些方法可能在这个领域有所帮助?

提前致谢。

2个回答

从纯粹的工程 POV 来看,“锁定”该脉冲的明显解决方案是锁相环 (PLL)。

PLL 只是一个自由运行的振荡器,其频率可以根据感知到的与另一个信号的相位关系进行调整。如果另一个信号是纯噪声或完全不同频率的脉冲,则相位关系将是随机的,并且振荡器在任一方向都不会调整太多(并将继续“自由运行”)。然而,如果有一个信号,即使是一个相对嘈杂的信号,其运行频率与振荡器大致相同,则 PLL 的相位传感器将检测到这一点并调整振荡器频率以匹配另一个信号。当然,这是假设比赛已经接近开始的一半。(PLL 的一个问题——尽管也是一个有用的特性——是如果初始频率失配太大,它们会很高兴地锁定目标信号的谐波或次谐波。)

我从未在自己的工作中使用过 PLL,但这个术语已经存在了大约 40 年(至少从 30 年代开始的概念),并且有预构建的 PLL 作为单独的 IC 或单卡模块提供。还有一些“数字锁相环”使用数字组件模仿模拟概念。(这与我的知识范围有关,但谷歌很容易找到 100 条参考资料。)

我在这方面没有经验,但我看到它已经过研究:Minimum entropy approach to denoising time-frequency distributions

在本文中,我们介绍了一种基于熵的方法来去噪时频分布。这种新方法使用了 Cunningham 和 Williams 提出的时频内核的频谱图分解。为了对时频分布进行去噪,我们将熵值最小的频谱图结合起来,从而确保每个频谱图都很好地集中在时频平面上,并且包含尽可能少的噪声。Renyi熵被用作量化每个频谱图复杂性的度量。要组合的频谱图数量的阈值是基于熵和方差之间的权衡来自适应选择的。

本质上,您的问题是信号/源分离之一;一堆结构化信号的加法分解。为了继续,您需要对信号进行建模。显然,感兴趣的是周期性的,并且以某个频率为中心,因此您需要估计周期(沿 x 轴)和中心频率(沿 y 轴)。然后你可以表征其他人(噪音)。对于初学者来说,它们似乎有很好的曲线。

有了一个模型,我会参考一本书,比如盲源分离手册:独立组件分析和应用