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《哈尔滨工业大学》 1998年
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数字形态滤波器理论及其算法研究

赵春晖  
【摘要】: 数字形态滤波器是一种非常重要的非线性滤波器。它在图象分析与处理、计算机视觉和模式识别等领域获得了广泛的应用,是目前非线性数字信号处理学科研究的热点课题。 由于非线性滤波器理论和算法的复杂性和多样性,形态滤波器至今尚未形成系统的设计方法。现有的算法大多是针对某一实际需要提出来的,缺乏深入的理论分析,且应用也存在着局限性。形态滤波器的性能取决于结构元素和形态变换的类型;如何合理地选择它们,构造性能良好的快速算法,并对其进行较深入的理论分析,是该研究领域中的一个难题。本文从研究形态滤波器的基本理论入手,围绕着结构元素的选取和形态变换的组合这一主题,通过采用串行或并行、线性加权组合和自适应处理等方法,系统地研究了几种形态滤波器的原理、结构和算法。本文的主要研究内容和取得的成果包括如下几个方面: 1.系统而较全面地总结了数字形态滤波器的基本理论。基于信号状态模型法和层迭滤波描述法,本文重点研究了传统形态滤波器(包括形态开滤波器、闭滤波器、开—闭滤波器和闭—开滤波器)的根信号特性和输出统计特性,指出了上述各类滤波器根信号间的关系,并阐明了传统形态滤波器的输出存在着严重的输出统计偏倚现象,这是影响它们噪声滤波效果的一个直接原因。另外,通过传统形态滤波器的并行和串行组合,本文将形态滤波方法成功地应用于含噪声心电信号波形的恢复和二维图象物体的提取。 2.为了减小传统形态开—闭和闭—开滤波器输出统计偏倚,本文采用两个不同尺寸结构元素,提出了一类新型的滤波器—广义形态开—闭(GOC)和闭—开(GCO)滤波器,并证明了这类滤波器满足形态变换的四个基本性质(平移不变性、单调性、对偶性和幂等性)。为了更好地了解它们滤波过程,本文基于上述的信号状态模型法,分析了广义形态滤波器的根信号特性。借助于正布尔函数(PBF)的描述,将广义形态滤波器表示成一种层迭滤波器。通过层迭滤波器的输出统计特性,我们推导出了广义开—闭和闭—开滤波器在一维凸结构元素情况下的输出函数解析表达式,并在三种常见输入噪声分布(均匀、高斯和双指数)条件下,分析了这类滤波器的输出统计规律,同时计算了它们的数字特征(均值和方差)。另外,基于广义开—闭和闭—开滤波器,利用自适应
【学位授予单位】:哈尔滨工业大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:1998
【分类号】:TN713

【引证文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 刘生;王潇宇;邱新法;;基于数学形态学的高空间分辨率遥感影像几何特征提取[J];地球信息科学;2008年02期
2 杜必强;王松岭;唐贵基;;转子系统振动信号形态滤波器的设计[J];中国工程机械学报;2008年02期
3 李季;张琦;潘孟春;罗飞路;;形态滤波在地磁测量信号处理中的应用研究[J];测试技术学报;2012年06期
4 滕明春;石林锁;王新军;李建毅;;形态变换与峭度在轴承故障诊断中的应用[J];轴承;2013年02期
5 王丽霞;何正友;赵静;张海平;;小波变换和数学形态学在电力扰动信号消噪中的应用[J];电力系统保护与控制;2008年24期
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7 张黄群;于盛林;白银刚;;形态学图像去噪中结构元素选取原则[J];数据采集与处理;2008年S1期
8 胡爱军;唐贵基;安连锁;;振动信号采集中剔除脉冲的新方法[J];振动与冲击;2006年01期
9 蒋章;邓艾东;蔡宾宏;;基于梯度法的自适应广义形态滤波在碰摩声发射信号降噪中的应用[J];中国电机工程学报;2011年08期
10 梁升;王新晴;王东;夏天;钱淑华;;基于MM-EMD的改进HHT及应用[J];振动与冲击;2012年20期
中国博士学位论文全文数据库 前4条
1 赵静;电能质量扰动信号检测与识别算法研究[D];西南交通大学;2011年
2 蒋永华;旋转机械非平稳信号微弱特征提取方法研究[D];重庆大学;2010年
3 刘卓夫;基于图像内容的水下目标识别技术研究[D];哈尔滨工程大学;2004年
4 陈世海;冲击地压电磁辐射前兆信息识别技术研究[D];中国矿业大学;2012年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 王志威;转子振动信号的数学形态滤波方法与量化特征提取问题研究[D];兰州理工大学;2011年
2 王金亮;心电信号的预处理及R波检测的研究[D];山东大学;2011年
3 邬大鹏;基于视觉的手势识别及人机交互研究[D];南京航空航天大学;2010年
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5 刘立昕;前视声纳目标跟踪技术研究[D];哈尔滨工程大学;2011年
6 邓磊磊;舰船辐射噪声的特征线谱提取[D];哈尔滨工程大学;2011年
7 耿帅;基于数学形态学的图像去噪[D];山东师范大学;2012年
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9 何立刚;噪声背景下短波莫尔斯信号的自动检测和识别研究[D];哈尔滨工程大学;2005年
10 吴观峰;基于仿生算法的柔性形态滤波器优化研究[D];哈尔滨工程大学;2005年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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7 张明君,高有行;利用改进K填充算法消除椒盐噪声[J];电子科技;2004年01期
8 黄琴波;;结合特定理论的图像分割方法[J];电子科技;2010年12期
9 吴敏金;二值序列的复合顺序滤波[J];电子学报;1986年03期
10 丁润涛;多种噪声图象的自适应韧性滤波[J];电子学报;1989年05期
中国重要会议论文全文数据库 前1条
1 殷勇辉;;铁谱图象形态学融合方法研究[A];2006全国摩擦学学术会议论文集(三)[C];2006年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 沈郑燕;声纳图像去噪与分割技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
2 程军娜;基于形态学多尺度图像分析的海藻细胞图像分割及特征提取[D];中国海洋大学;2010年
3 何涛;基于几何特征的机械产品图像测度研究[D];华中科技大学;2011年
4 曾水玲;训练模式的不确定性对模糊系统的影响[D];南京理工大学;2011年
5 袁夏;基于激光雷达的智能机器人环境理解关键技术研究[D];南京理工大学;2010年
6 李凌;金属断口图像分类与条带周期测量技术研究[D];南京航空航天大学;2011年
7 石红;声纳图像处理关键技术研究[D];哈尔滨工程大学;2011年
8 片兆宇;图像分割若干问题的研究与应用[D];东北大学;2009年
9 裴继红;基于模糊信息处理的图像分割方法研究[D];西安电子科技大学;1998年
10 袁华;肺癌介入治疗的图象处理和模拟实验研究[D];四川大学;2001年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 何慧娟;基于多传感器的移动机器人障碍物检测与定位研究[D];安徽工程大学;2010年
2 孙敬飞;粘连粮食颗粒图像分割技术的研究[D];河南工业大学;2010年
3 王桂娟;活动轮廓模型及其在医学内窥镜图像中的分割应用研究[D];西安电子科技大学;2010年
4 石云峰;基于Snake模型的图像分割方法研究及应用[D];西安电子科技大学;2009年
5 徐勇;边缘结构保持型的图像滤波算法研究[D];合肥工业大学;2011年
6 梁建慧;新型智能优化算法及其在图像分割中的应用研究[D];陕西师范大学;2011年
7 刘岩;高分辨率遥感影像城区道路提取的技术研究[D];辽宁师范大学;2011年
8 吴时兰;形态学和独立分量分析在图像去噪中的应用研究[D];湖南师范大学;2011年
9 张永丰;工程图纸矢量化技术研究[D];东北石油大学;2011年
10 韩宝安;基于形态学的车道线检测系统设计[D];西南交通大学;2010年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 刘贵喜,扬万海,谢仕聘;光纤电流传感器微弱信号检测技术[J];半导体光电;1998年02期
2 蔡伯根;利用GPS和惯性传感器的融合和集成实现车辆定位[J];北方交通大学学报;2000年05期
3 李均之,曹明,夏雅琴,毛浦森;岩石压缩试验与震前电磁波辐射的研究[J];北京工业大学学报;1982年04期
4 杜修力;何立志;侯伟;;基于经验模态分解(EMD)的小波阈值除噪方法[J];北京工业大学学报;2007年03期
5 徐波,唐海龙,李行善;基于DTW的涡扇发动机气路故障定量诊断方法[J];北京航空航天大学学报;2004年06期
6 胡庆东,毛士艺;干涉SAR图像的降噪方法及水平地形效应消除[J];北京航空航天大学学报;1999年04期
7 章立军;徐金梧;阳建宏;杨德斌;;自适应多尺度形态学分析及其在轴承故障诊断中的应用[J];北京科技大学学报;2008年04期
8 陈爱弟,王信义,王忠民,杨大勇,贾玉平;用于监测刀具磨损的声发射(AE)特征优选方法[J];北京理工大学学报;2000年03期
9 黄聪明,陈湘秀;小生境遗传算法的改进[J];北京理工大学学报;2004年08期
10 采峰;曾凤章;;产品需求量非平稳时序的ANN-ARMA预测模型[J];北京理工大学学报;2007年03期
中国重要会议论文全文数据库 前1条
1 王景中;叶锋;;汉字图像预处理算法在识别中的应用研究[A];2011年全国通信安全学术会议论文集[C];2011年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 李关防;模态域信号处理在水声中的应用[D];哈尔滨工程大学;2009年
2 王旭宏;大同矿区“三硬”煤层冲击地压发生机理研究[D];太原理工大学;2010年
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中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 李东起;基于VxWorks的水下目标探测跟踪研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
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8 高欣;任意背景下一类矩形目标识别技术研究[D];西安建筑科技大学;2001年
9 马文驷;多分类器融合模式识别方法研究[D];西安电子科技大学;2002年
10 宋芳莉;图像边缘检测中的方法研究[D];西北大学;2002年
【二级引证文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 王大莹;程新文;潘慧波;陈晓倩;;基于最佳阈值形态学方法对机载LiDAR数据进行边缘提取[J];测绘工程;2009年02期
2 王大莹;程新文;郑艳丽;岳昊;;在Matlab平台下基于形态学方法对LIDAR数据进行建筑物边缘提取[J];测绘科学;2010年01期
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4 王丽霞;;基于数学形态学和瞬时无功功率分解的电能质量扰动参数估计[J];电气开关;2012年03期
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8 赵荣珍;王志威;;转子振动信号的形态滤波消噪方法[J];兰州理工大学学报;2011年04期
9 唐冰;;高等数学在电力系统中的应用问题与对策研究[J];中国科教创新导刊;2012年13期
10 黄乃映;詹宜巨;;彩色三维PDF417条码的设计[J];自动化与信息工程;2011年03期
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 汤春瑞;水下目标声图像多分辨率分析及识别研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
2 么彬;多子阵波束域高分辨水声成像技术研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
3 沈路;数学形态学在机械故障诊断中的应用研究[D];浙江大学;2010年
4 易振国;车路协同实验测试系统及安全控制技术研究[D];吉林大学;2011年
5 何涛;基于几何特征的机械产品图像测度研究[D];华中科技大学;2011年
6 刘晨晨;高分辨率成像声纳图像识别技术研究[D];哈尔滨工程大学;2006年
7 汪海洋;基于可见光航空遥感的水下目标自动识别技术研究[D];南京理工大学;2008年
8 杨燕;基于主分量和独立分量分析的结构信号处理和损伤识别研究[D];武汉理工大学;2008年
9 曹冲锋;基于EMD的机械振动分析与诊断方法研究[D];浙江大学;2009年
10 窦唯;旋转机械振动故障诊断的图形识别方法研究[D];哈尔滨工业大学;2009年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 代宏伟;布里渊散射水下探测目标的自动识别[D];南昌航空大学;2010年
2 石丽娜;基于VxWorks的水下目标识别系统研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
3 王冰;凝汽器铜管的视觉定位方法研究[D];长沙理工大学;2009年
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8 王志威;转子振动信号的数学形态滤波方法与量化特征提取问题研究[D];兰州理工大学;2011年
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【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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5 吴敏金;;物体的ρ分位形态分析[J];华东师范大学学报(自然科学版);1989年03期
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9 万嘉若;吴敏金;;Minkowski结构运算与顺序滤波[J];自动化学报;1984年01期
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【相似文献】
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1 张丹丹;;数学形态法中结构元素的选择[J];科技信息;2012年34期
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5 张黄群;于盛林;白银刚;;形态学图像去噪中结构元素选取原则[J];数据采集与处理;2008年S1期
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中国重要会议论文全文数据库 前2条
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2 李建华;王宏;闫文芝;高庆华;;一种新的汉字细化和笔画提取方法[A];第六届全国信息获取与处理学术会议论文集(1)[C];2008年
中国重要报纸全文数据库 前1条
1 李继府;生命的“四大支柱”元素[N];健康报;2000年
中国博士学位论文全文数据库 前2条
1 吴薇;形态学与小波分析在智能交通车辆检测系统中的应用[D];华中科技大学;2008年
2 赵春晖;数字形态滤波器理论及其算法研究[D];哈尔滨工业大学;1998年
中国硕士学位论文全文数据库 前7条
1 曾铭;基于结构元素的企业信息系统的设计实现[D];武汉科技大学;2007年
2 邵永波;基于置换群的形态学图像处理的研究[D];太原科技大学;2009年
3 王震宇;基于形态学的微弱目标检测和跟踪技术[D];电子科技大学;2007年
4 李扬;形态学滤波新方法及其在旋转机械故障诊断中的应用[D];燕山大学;2013年
5 王丽敏;基于图像分析的沥青路面裂缝识别关键技术研究[D];长安大学;2010年
6 白银刚;数字形态滤波器应用及硬件实现[D];南京航空航天大学;2009年
7 闫兵;基于灰度信息的车牌识别方法的研究[D];河南科技大学;2010年
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