基于小波域马尔可夫先验模型的图像去噪方法

提出了一种基于各向异性马尔可夫随机场(Markovrandomfield,MRF)先验概率模型的图像去噪方法。该方法利用图像小波子带的方向性特点以及小波系数尺度内和尺度间的相关性,将小波系数的分布特征建模为一种各向异性MRF先验概率模型。通过在贝叶斯框架中采用这种先验概率模型可以得到一种具有空间自适应性的贝叶斯萎缩函数。利用这种萎缩函数可以实现对小波系数的修正。实验结果表明利用该方法进行图像去噪能够取得良好的效果,同时可以有效地保留图像的细节。     

全仿射形变下基于点特征的SAR图像配准方法

全仿射形变条件下,待配准合成孔径雷达(synthetic aperture radar, SAR)图像与参考SAR图像之间存在各向异性尺度变化,导致传统的点特征图像配准算法难以提取到足够多的匹配特征点进行图像配准。为此,提出了一种基于仿射形变矩阵分解与尺度变化矩阵估计的点特征图像配准算法。该方法首先将仿射形变矩阵分解为图像旋转矩阵、尺度变化矩阵以及常数矩阵的乘积,而后利用粒子群优化(particle swarm optimization, PSO)算法对尺度变化矩阵中的未知参数进行搜索估计,并根据估计结果对图像进行尺度规范处理,以抑制图像间的各向异性尺度变化,在此基础上再利用尺度不变特征转换(scale invariant feature transform, SIFT)算子提取匹配特征点进行配准处理。实验结果表明,与现有方法相比,对于全仿射形变条件下的SAR图像配准,本文所述算法可以提取到更多的匹配特征点,因而具有更好的配准性能。     

基于相干斑抑制SIFT的SAR图像配准方法

基于尺度不变特征变换(scale invariant feature transform, SIFT)算法,提出了一种能有效抑制相干斑噪声干扰的合成孔径雷达图像配准方法。该方法首先基于相干斑抑制各向异性扩散滤波模型建立图像的各向异性尺度空间,在滤除斑点噪声的同时保持了图像细节,弱化了斑点噪声对特征提取的影响;然后采用改进的二元直方图分析方法优化双向匹配初始结果,剔除了随机分布的误匹配点;最后引入临近特征点变换误差分析的过程,增加正确匹配点对数量,提高了变换模型参数的准确度。实验结果表明,该方法能增强SIFT特征点的稳定性,取得较高的配准精度,对相干斑噪声具有良好的适应性。     

基于近似思想的增广PF研究

由于传统的增广卡尔曼滤波方法难以有效解决带有未知参数估计的强非线性、非高斯动力学问题。针对这一问题,在对粒子滤波算法研究的基础上提出了基于近似思想的增广粒子滤波方法。这一方法利用高斯随机游走模型对未知参数进行增广建模,再通过粒子滤波方法进行状态估计。为了提高观测新息的利用率,提出了一种新的重要性函数;针对高斯随机游走模型方差不断增大的问题,采用了修改后的Kernel平滑模型进行解决;对粒子重采样方法进行了修改,采用了混合重采样的策略,增强了粒子活性。通过算例进行仿真,验证了算法的有效性。     

样条小波自适应阈值多尺度边缘检测算法研究

在Marr的计算机视觉系统中，图像边缘检测占据着重要位置。但由于问题本身的复杂性和技术手段的限制，已有的边缘检测方法并不能得到较理想的边缘。充分利用小波变换的特点。设计三次B样条平滑滤波算子，对图像进行多尺度滤波。得到不同尺度的小波变换，再结合由适应阈值方法，在每种尺度下分别提取图像边缘；而后利用过缘信息的多尺度特性。融合多尺度边缘得到单像素宽边缘。通过计算机仿真对该方法进行验证，实验结果表明该方法不仅能准确检测出图像边缘，而且能有效地抑制噪声，该算法对图像边缘检测的效果优于目前已有的边缘检测算法。     

基于高斯混合模型图像局部自适应去噪算法

针对传统阈值小波去噪方法未考虑小波域尺度内和尺度间系数相关性的问题,采用基于小波域统计模型的新型去噪方法,图像小波域的先验统计模型采用高斯混合尺度模型。在计算信号的协方差矩阵时,对图像分块并用椭圆窗滑动求局部协方差矩阵,以达到局部自适应的去噪目的。实验表明,该方法与在子带内求协方差矩阵的方法相比,去噪效果有所提高。     

基于边缘轮廓上多尺度自相关矩阵的角点检测算法

为了减少边缘轮廓上微小变化和边缘噪声对检测结果的影响,提高检测准确率,提出了一种利用边缘轮廓上多尺度自相关矩阵的角点检测算法。该算法首先利用边缘检测器提取图像的轮廓,同时利用不同尺度的高斯核函数平滑图像,对于轮廓曲线上的每一个像素,利用微分算子获得不同尺度下灰度变化信息来构建自相关矩阵;最后将不同尺度下自相关矩阵的归一化特征值的乘积作为新的角点测度。如果该角点测度值既大于预设阈值,又是局部窗口内的极大值,就判定是角点。仿真结果证实所提算法可以更准确地检测图像中的角点且具有更低的错检概率。     

基于双边与高斯滤波混合分解的图像融合方法

针对红外与可见光图像融合时,两种异质图像信息容易相互干扰,造成融合图像出现模糊、信息混乱和对比度降低等问题,提出了一种基于双边与高斯滤波混合分解的融合方法。首先采用双边和高斯滤波器对输入的红外与可见光图像进行混合信息分解,得到小尺度纹理细节、大尺度边缘和底层粗略尺度图像信息;其中的大尺度边缘信息包含红外图像的主要特征,依据该特征确定各分解子信息的融合权重,从而将重要的红外特征信息注入到可见光图像;最后通过对各融合子信息进行组合重构出融合图像。实验结果表明,该算法融合效果要优于传统基于多尺度分解的图像融合算法。     

基于改进滤波器和图像多尺度变换的背景抑制算法

红外目标的探测背景具有复杂性和非平稳性,为提高后续检测性能,常常通过抑制背景来增强目标能量。针对传统背景抑制方法检测率低、虚警率高的问题,提出一种基于改进滤波器和图像多尺度变换的复杂背景抑制算法。首先,对红外图像进行改进的滤波处理获得预处理图像。其次,通过高斯金字塔多分辨技术,平滑图像背景。然后,采用Cubic插值算法提高图像的分辨率,得到背景估计图像。最后,将预处理图像和背景估计图像差分,获得背景抑制的结果。经验证,该算法实时性相对传统方法提高了19%,对于多种复杂的背景情况具有良好的适应性。同时，算法计算复杂度较低,有利于实现实时性工程应用。     

提升小波与隐马尔科夫模型的SAR图像噪声滤波

利用提升小波技术和马尔科夫模型进行雷达图像斑点噪声的抑制具有明显优越性。讨论了雷达图像斑点噪声滤波的小波基的选择和提升方法,分析了利用马尔科夫模型描述小波系数相关性的问题,并提出了一种基于小波系数高斯混合模型和隐马尔科夫模型的雷达图像斑点噪声滤波方法。最后使用几种典型的滤波处理方法,分别对两幅合成孔径雷达图像进行滤波处理,实验表明该方法对SAR图像的斑点噪声抑制具有较好效果。     

基于容积变换的平滑变结构滤波及应用

针对非线性系统状态估计中,平滑变结构滤波(smoothing variable structure filter,SVSF)算法要求系统是连续可微的且需要计算系统Jacoby矩阵的问题,提出了基于球面径向基容积规则的平滑变结构滤波(cubature-smoothing variable structure filter,C-SVSF)算法,该算法避免了对非线性系统Jacoby矩阵的计算;同时受计算机计算字长的限制,算法会有一定的舍入误差,误差的积累有时会导致协方差矩阵失去非负定性和对称性,从而使得滤波计算发散。因而进一步提出了C SVSF的平方根形式,即平方根容积平滑变结构滤波算法。最后在动力定位船状态估计仿真实验中,说明了算法的有效性。     

A nonmonotone line search filter method with reduced Hessian updating for nonlinear optimization

This paper proposes a nonmonotone line search filter method with reduced Hessian updating for solving nonlinear equality constrained optimization. In order to deal with large scale problems, a reduced Hessian matrix is approximated by BFGS updates. The new method assures global convergence without using a merit function. By Lagrangian function in the filter and nonmonotone scheme, the authors prove that the method can overcome Maratos effect without using second order correction step so that the locally superlinear convergence is achieved. The primary numerical experiments are reported to show effectiveness of the proposed algorithm.     

存在基站误差的稳健时差定位算法

针对存在基站误差的目标无源定位问题,提出了一种基于修正牛顿算法的时差定位技术。众所周知,牛顿法对初值要求较高,较差初值会导致迭代发散,而且基站位置误差也会导致牛顿算法Hessian矩阵维数扩大和目标函数的缓慢下降,使运算量变大。该算法利用最大似然方法确定目标函数,运用牛顿法对目标位置进行迭代求解,对于计算过程中可能出现的病态Hessian矩阵,引入正则化理论修正病态的Hessian矩阵,使保证迭代收敛,同时简化算法降低Hessian矩阵的维数并且加速目标函数的下降趋势,使目标位置解脱离局部最小值,算法能够稳健高效的运行。实验结果表明:相对于传统牛顿法,此算法在初始值的选取上具有稳健性,对误差选取较大的初始值,仍能够保证算法的收敛性,同时加速了收敛速度,降低了计算量;相对于现有闭合式定位方法,此算法在噪声较大时具有较好的定位精度。     

基于单快拍空间平滑的多伯努利DOA跟踪算法

针对阵列信号处理中单快拍情况下的多源时变波达方向(direction of arrival, DOA)跟踪问题, 提出了一种基于单快拍空间平滑的多伯努利DOA跟踪算法。首先,利用多伯努利随机有限集(random finite set, RFS)描述状态过程的随机性, 并直接利用从传感器阵列中获得单快拍量测。其次, 采用空间平滑技术对单快拍量测进行处理, 得到伪协方差矩阵, 并进行奇异值分解。最后,用多重信号分类(multiple signal classification, MUSIC)谱函数作为伪似然函数进行多伯努利DOA跟踪。仿真结果表明, 该算法能实时有效跟踪单快拍量测下的时变信源DOA状态, 且能准确估计信源个数。     

一种基于HRCT影像的肺结节计算机辅助检测方法

肺癌是威胁人类生命的第一杀手,如果肺癌能在早期被发现、诊断和治疗,将大大提高肺癌患者的生存率。提出了一种自动的基于高分辨率CT影像(HRCT)的肺结节计算机辅助检测(CAD)方法,可以分为肺实质分割、感兴趣区域(ROI)识别、肺结节特征提取与分类、三维可视化显示几个步骤,综合采用了自适应阈值分割、数学形态学、偏微分方程与不变矩分析等算法。通过对多组肺癌患者CT影像的测试,该方法可以帮助医生有效的提高对于肺癌疾病的诊断准确率。     

未知相关噪声下的广义波达方向估计算法

针对未知相关噪声情况下信源波达方向的估计,提出一种适用于均匀线阵的广义波达方向估计算法。该算法利用修正后的协方差差分算法,有效地消除了阵元间的相关噪声的影响。不同于以前的算法,提出的算法通过对接收数据的前后向空间平滑协方差矩阵进行共轭运算得到新的变换矩阵,因此修正后的协方差差分矩阵是个实部为零的厄米特矩阵,从而有效地降低了特征分解过程的计算量。本算法能解决相关噪声下,同时分辨相干与非相干信源的问题。理论分析和仿真结果均表明所提算法的有效性。     

三维AoA目标跟踪的二次约束卡尔曼滤波算法

在基于到达角(angle of arrival, AoA)的三维目标跟踪中, 伪线性卡尔曼滤波具有稳定性高和计算复杂度低的优点, 但是严重的偏差问题使其跟踪精度迅速下降。针对该问题, 提出一种二次约束卡尔曼滤波(quadratic constraint Kalman filter, QCKF)算法。首先引入涉及所有观测噪声项的增广矩阵, 然后建立与线性卡尔曼滤波等价的目标函数并且附加含有二次项的约束条件, 以此降低偏差影响, 实现更准确的状态更新。QCKF算法采用广义特征值分解求解约束优化问题, 无法直接通过状态更新表达式推导其协方差矩阵, 因此利用约束条件以及矩阵扰动方法完成协方差矩阵更新。仿真分析表明, QCKF算法相较于其他非线性滤波算法具有更优的跟踪性能, 不仅在低噪声条件下可达到后验克拉美罗下界, 而且当噪声严重时能够显著降低跟踪误差, 并且计算开销不高。     

基于UKF的混合坐标系下运动

针对无源定位必须实现快速和稳定定位跟踪的要求,首先研究了混合坐标下的推广卡尔曼滤波(EKF)算法,充分利用了直角坐标系下状态方程的线性特性和修正极坐标系下观测方程的线性特性,并针对两坐标系间协方差矩阵变换的舍入误差,推导了一种混合坐标系下的UKF算法,并将其应用于运动辐射源的无源定位跟踪中。计算机仿真表明该算法提高了收敛速度和定位精度。     

基于固定滞后滤波平滑的弹道重构算法

为有效利用雷达测量的飞行数据进行弹箭的实际弹道重构,建立了弹道重构需要的状态方程和量测方程,考虑模型的非线性和重构状态非高斯分布的可能性,结合Bootstrap粒子滤波给出一种一步固定滞后滤波平滑算法的实现,并将其作为弹道重构的估计工具。算例仿真表明,相比于Bootstrap粒子滤波和无迹卡尔曼滤波,该Monte Carlo平滑算法可以进一步提高估计的精度,为弹道重构提供一种新的有效工具。     

基于电磁矢量阵列的加权极化平滑解相干算法

针对极化平滑(polarization smoothing, PS)算法解相干源时没有利用子阵的互相关信息导致分辨率较差的问题,提出一种新的解相干源预处理方法--加权极化平滑(weighted polarization smoothing, WPS)算法。该算法利用了电磁矢量阵列6个分量组成的子阵的全部自相关和互相关信息。对接收阵列协方差矩阵的36个子矩阵做加权滑动平均,得到等效阵列协方差矩阵,以该协方差矩阵对角化为约束,推导最优加权系数的理论表达式,并分析等效信源协方差矩阵的秩,得到WPS算法最大的解相干源数为6。计算机仿真结果表明WPS算法与PS算法相比具有更高的分辨性能和估计精度。