基于分数阶偏微分方程的信号保特征滤波研究

基本信息
批准号:61671010
项目类别:面上项目
资助金额:49.00
负责人:李远禄
学科分类:
依托单位:南京信息工程大学
批准年份:2016
结题年份:2020
起止时间:2017-01-01 - 2020-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:王健,范春年,赵丽玲,胡丽,孟霄,丁亚庆,杨星,孙帅
关键词:
图像去噪偏微分方程滤波
结项摘要

Fractional order partial differential equation is generated by replacing derivatives of the classical partial differential equation into fractional-order derivatives. Compared to the classical partial differential equation, fractional-order partial differential equation has a new advantage that is the adjustable differential order which will lead to greater flexibility for signal filtering. However, because fractional-order derivative is a nonlocal operator, computation of fractional-order partial differential equations are more complex than that of classical partial differential equations. Due to the advantage of the classical partial differential equations in edge-preserving denoising of images, in this project, we take the fractional-order differential equation as tool, some key issues of applying the fractional-order partial differential equation to signal preserving-feature filtering will be explored. This project focuses on the design of the diffusion functions which can preserve some important features of a signal and the development of fast numerical algorithms for fractional-order models as well as analysis of stability and convergence for these algorithms. Fast numerical algorithm will be presented in this project so that obstacles that delay the application of fractional-order partial differential equations in signal processing will be removed. In theory, this project will further expand application of partial differential equations in signal processing; in practice, some algorithms of preserving-peak smoothing will be given for a spectrum signal and some algorithms and models of preserving-edge denoising will be given for an image in this project. Applying fractional-order differential equations in signal processing, on the one hand, can maintain the advantages of partial differential equations on signal filtering, and on the other hand, can reflect some new advantages.

分数阶偏微分方程,是用分数阶导数替代经典偏微分方程中的导数产生的,相比于经典偏微分方程,分数阶偏微分方程具有新的优势——微分阶数是可调的,因此,在信号滤波过程中具有更大的灵活性。不过,分数阶导数是一个非局部算子,使得分数阶偏微分方程的计算较整数阶偏微分方程要复杂得多,鉴于经典偏微分方程在图像保边界滤波上的优势,本项目以分数阶偏微分方程为工具,对分数阶偏微分方程应用于信号保特征滤波的关键问题进行研究,重点解决保信号特征的扩散函数设计和求解分数阶模型的快速数值算法以及算法的稳定性、收敛性问题。给出求解分数阶模型的快速算法,扫除分数阶偏微分方程应用于信号滤波中的障碍。在理论上,进一步拓展偏微分方程在信号处理中的应用;在技术上,为谱信号提供保峰滤波算法,为图像提供保边界滤波模型和算法。一方面,保持偏微分方程在信号滤波上的优势,另一方面,又能发挥分数阶微积分的新优势。

项目摘要

分数阶偏微分方程是整数阶偏微分方程的推广,它是用分数阶导数替代整数阶导数而产生的,因为其阶数可变,在信号处理中有望得到更好的滤波性能。本项目对分数阶偏微分方程应用于信号处理的关键问题进行了研究。针对一维信号,提出了时间分数阶扩散模型和空间分数阶扩散模型。对每个模型进行了详细的讨论,给出了对应模型的数值算法,分析了模型参数对平滑性能的影响,并将所提模型与其他经典平滑方法进行了对比,时间分数阶扩散模型有更好的平滑性能,空间分数阶扩散模型有更好的保峰性能。在图像降噪方面,针对图像保边缘的问题,改进了各向异性扩散模型,将其推广到基于分数阶导数的各向异性扩散模型,讨论了参数的影响,并从图像去噪效果、算法收敛速度、图像视觉效果三个方面与其他同类方法进行了比较和分析,结果表明该模型对于边缘明显的图像相比其他方法具有很好的峰值信噪比提升;在分数阶扩散模型的基础上结合整数阶扩散模型提出了一种基于混合扩散模型的图像去噪方法,该模型对于不同的图像可以统一参数的选取,与同类方法相比在去噪效果方面具有一定的优势。分数阶偏微分方程相比于经典偏微分方程的优势在于其微分阶次是可调的,在信号滤波过程中能提升滤波性能,不过,分数阶导数是一个非局部算子,使得分数阶偏微分方程的计算较整数阶偏微分方程也要复杂得多,因此需要更多的处理时间。

项目成果
{{index+1}}

{{i.achievement_title}}

{{i.achievement_title}}

DOI:{{i.doi}}
发表时间:{{i.publish_year}}

暂无此项成果

数据更新时间:2023-05-31

其他相关文献

1

基于结构滤波器的伺服系统谐振抑制

基于结构滤波器的伺服系统谐振抑制

DOI:10.3788/OPE.20192708.1811
发表时间:2019
2

简化的滤波器查找表与神经网络联合预失真方法

简化的滤波器查找表与神经网络联合预失真方法

DOI:
发表时间:2015
3

一种快速的数学形态学滤波方法及其在脉搏信号处理中的应用

一种快速的数学形态学滤波方法及其在脉搏信号处理中的应用

DOI:10.19650/j.cnki.cjsi.J1905818
发表时间:2020
4

基于改进小波阈值- EMD算法的高拱坝结构振动响应分析

基于改进小波阈值- EMD算法的高拱坝结构振动响应分析

DOI:10.16198/j.cnki.1009-640X.2019.04.012
发表时间:2019
5

基于专用卡尔曼滤波器思想的陀螺故障诊断

基于专用卡尔曼滤波器思想的陀螺故障诊断

DOI:10.7641/CTA.2019.80192
发表时间:2019

李远禄的其他基金

相似国自然基金

1

分数阶偏微分方程的不变流形

批准号:11526196
批准年份:2015
负责人:郭仲凯
学科分类:A0301
资助金额:3.00
项目类别:数学天元基金项目
2

基于分数彩噪声驱动的一类分数阶随机偏微分方程的研究

批准号:11426036
批准年份:2014
负责人:孙西超
学科分类:A0210
资助金额:3.00
项目类别:数学天元基金项目
3

分数阶LMS自适应滤波算法研究及其应用

批准号:61601431
批准年份:2016
负责人:卫一恒
学科分类:F0111
资助金额:21.00
项目类别:青年科学基金项目
4

分数阶偏微分方程的正则性问题

批准号:11571020
批准年份:2015
负责人:周蜀林
学科分类:A0304
资助金额:45.00
项目类别:面上项目