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《上海大学》 2005年
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独立分量分析方法及在图像处理中的应用研究

王明祥  
【摘要】:独立分量分析(ICA)是近期发展起来的一种非常有效的盲信号处理技术,在许多应用领域正发挥着越来越重要的作用。ICA具有重要的理论和应用价值,在无线通信、声纳、语音处理、图像处理和生物医学等领域具有广泛而诱人的应用前景,在过去的十几年时间里,有关的理论和算法研究都得到了较快的发展,并涌现出了许多有效的算法。目前,ICA已经成为国际上信号处理和人工神经网络等学科领域的一个研究热点。 本论文对ICA算法的理论进行了详细的分析,将ICA和小波变换、自组织映射(SOM)、BP神经网络等方法结合起来,提出了三种改进的ICA算法:基于小波变换的ICA方法、基于SOM的后非线性ICA的初始化方法,以及基于ICA和改进BP网络的人脸识别方法。并研究了ICA方法在图像处理中的应用,包括混合图像的盲分离、图像特征提取与识别、运动目标检测、数字图像水印的嵌入与提取,以及自适应图像降噪等,并提出了一些改进的方法。 论文的主要贡献及创新点包括以下几个方面: (1) 提出了一种基于二维小波变换的ICA方法,并用于图像的盲分离。首先采用误差扰动法对自然梯度算法(NGA)的精确度进行了详细的研究,从理论上证明:当源信号的概率密度相同且非线性函数为双曲正切函数时,NGA的稳态误差与源信号峭度的平方成反比。由于小波域高频子图像的分布近似为拉普拉斯分布,其峭度远大于原图的峭度,因此对小波域高频子图像进行ICA分解可以获得更高的分离精度。此外,高频子图像的大小为原图的四分之一,因此计算量大大减少,算法的收敛速度更快。其次,对小波域快速独立分量分析(FastICA)算法的收敛特性也进行了研究,得出该算法的收敛速度与源信号的峭度无关这一结论。同样,由于高频子图像的大小为原图的四分之一,因此算法的收敛速度也会明显提高。 (2) 针对基于自组织映射(SOM)的后非线性ICA方法的缺点,提出了一种新的具有全局拓扑保持特性的SOM网络权值初始化方法。该方法充分利用了混合信号的概率密度分布这一先验知识,构造出一种与该分布基本吻合的网格作为SOM网络的初始权值。该初始化方法不仅提高了SOM网络的收敛速度,而且可以有效地避免由于初值随机选取而导致算法陷入局部极小的情况。同时,在混合方式基本相同的情况下,可使输出信号的次序和符号保持不变,减小了ICA问题中不确定性的影响。
【学位授予单位】:上海大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2005
【分类号】:TN911.73

【引证文献】
中国期刊全文数据库 前3条
1 陈智;黄琳琳;;基于ICA和BP神经网络相结合的掌纹识别[J];北京航空航天大学学报;2008年03期
2 马雪飞;王磊;;基于ICA小波的数字水印方案[J];信息通信;2006年05期
3 廖滔;刘辉;;改进的步长自适应小波ICA图像盲分离方法[J];计算机工程与应用;2011年32期
中国博士学位论文全文数据库 前2条
1 赵立权;ICA算法及其在阵列信号处理中的应用研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
2 曾高荣;数字水印的鲁棒性评测建模和算法研究[D];北京交通大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前5条
1 赵四能;偏微分方程在遥感图像去噪与分类的应用研究[D];浙江大学;2011年
2 毕杨;基于快速独立分量分析的盲源分离算法研究及应用[D];西安理工大学;2007年
3 刘军;独立分量分析在水轮发电机局部放电信号处理中的应用[D];西安理工大学;2009年
4 杨娟;转子故障信号的量化特征提取方法研究[D];兰州理工大学;2010年
5 廖滔;基于独立分量分析的盲分离算法研究[D];湖南师范大学;2012年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 王泽,朱贻盛,王自明,张红煊;基于ICA的重叠语音基频提取和语音增强[J];北京生物医学工程;2001年04期
2 刘琚,顾明亮,何振亚,梅良模;一种新的瞬时混迭信号盲分离的自适应方法[J];电路与系统学报;1998年04期
3 刘琚,聂开宝,李道真,何振亚;基于递归神经网络的信息理论盲源分离准则[J];电路与系统学报;2001年01期
4 杨俊安,庄镇泉,吴波,郭立;一种基于负熵最大化的改进的独立分量分析快速算法[J];电路与系统学报;2002年04期
5 赵知劲,朱维彰;一种源信号盲分离有效算法[J];电路与系统学报;2002年04期
6 孙建德,刘琚,张新刚;基于图像独立特征分量的数字水印新方案[J];电路与系统学报;2003年06期
7 杨奕若,王煦法;利用主元分析与神经网络进行人脸识别[J];电子技术应用;1998年03期
8 刘喜武,刘洪,郑天愉;用独立分量分析方法实现地震转换波与多次反射波分离[J];防灾减灾工程学报;2003年01期
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10 周杰,卢春雨,张长水,李衍达;人脸自动识别方法综述[J];电子学报;2000年04期
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 胡津津;;基于独立分量分析的瞬时混合语音信号盲分离算法研究[J];安徽电子信息职业技术学院学报;2010年04期
2 李广明;詹锦川;黄立平;朱轶峰;闵新力;;BP神经网络在确定蔬菜生产企业关键控制点阈值中的应用[J];现代农业科技;2006年11期
3 冯卓;任然;;信息安全的现阶段问题分析与发展动向[J];安全与环境学报;2007年02期
4 邓兵;陶然;尹德强;;分数阶傅里叶域的阵列信号盲分离方法[J];兵工学报;2009年11期
5 李玉鑑;付翠花;;一种基于特征串比较的眉毛识别方法[J];北京工业大学学报;2008年01期
6 刘远民;秦世引;;一种新的基于PCNN的自适应强去噪方法[J];北京航空航天大学学报;2009年01期
7 伟利国,李学恩,梁淼;独立分量分析及其在ERP提取中的应用[J];北京理工大学学报;2004年01期
8 黄聪明,李志坚;基于改进的递归神经网络的化工动态系统建模[J];北京理工大学学报;2004年07期
9 刘实;王振力;张雄伟;陶然;;基于协方差矩阵同时对角化的盲信号分离算法[J];北京理工大学学报;2007年10期
10 吴小培,冯焕清,周荷琴,王涛;独立分量分析及其在脑电信号预处理中的应用[J];北京生物医学工程;2001年01期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 ;Identification Based on Color and Texture of the Soybean Leaf Nitrogen Diagnostic Model[A];第二十九届中国控制会议论文集[C];2010年
2 赵志宏;杨绍普;;一种基于ICA的机械故障特征提取方法[A];机械动力学理论及其应用[C];2011年
3 梁勤刚;陈长征;;基于盲分离的旋转机械振动信号分析[A];现代振动与噪声技术(第九卷)[C];2011年
4 张雷刚;张勇东;张冬明;;基于GPU并行加速的改进分块PCA人脸识别算法[A];图像图形技术研究与应用(2010)[C];2010年
5 章林柯;何琳;江涌;;基于盲源分离的潜艇源识别信号去除干扰研究[A];第十一届船舶水下噪声学术讨论会论文集[C];2007年
6 刘学观;陈雪勤;赵鹤鸣;;基于改进遗传算法的混叠语音分离研究[A];第十届全国信号处理学术年会(CCSP-2001)论文集[C];2001年
7 甘俊英;张有为;;用于人脸图像识别的快速分层算法[A];第十届全国信号处理学术年会(CCSP-2001)论文集[C];2001年
8 高鹰;谢胜利;姚振坚;;一种新的基于广义特征值分解的盲信号分离算法[A];第十二届全国信号处理学术年会(CCSP-2005)论文集[C];2005年
9 胡增辉;朱炬波;;基于盲源分离的波达角估计[A];第十四届全国信号处理学术年会(CCSP-2009)论文集[C];2009年
10 余华;吴文全;刘忠;;基于模拟退火策略的自适应步长EASI算法[A];第十四届全国信号处理学术年会(CCSP-2009)论文集[C];2009年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 张之猛;水声信号处理中的盲解卷积技术研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
2 付晓薇;基于量子力学的图像处理方法研究[D];华中科技大学;2010年
3 赵敏;盲信号分离的原理及其关键问题的研究[D];华南理工大学;2010年
4 汪春梅;癫痫脑电信号特征提取与自动检测方法研究[D];华东理工大学;2011年
5 林裕旭;基于扫描数据的三维人脸表情合成[D];浙江大学;2010年
6 康锋;基于视觉特征的早期农林火灾检测方法的基础研究[D];浙江大学;2010年
7 张海龙;110~220kV XLPE电缆绝缘在线检测技术研究[D];武汉大学;2009年
8 李灯熬;基于循环平衡理论的盲源分离算法[D];太原理工大学;2010年
9 王丹;多维多分辨仿生识别方法研究[D];吉林大学;2011年
10 王辉;珠三角花岗岩残积土边坡稳定性分析及非线性预测[D];吉林大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 刘桂珍;颅骨三维重建与信息提取[D];山东科技大学;2010年
2 王亚东;基于二代身份证图象的人脸检测与识别研究与设计[D];山东科技大学;2010年
3 王春华;基于盲源分离的肺音信号提取研究[D];山东科技大学;2010年
4 成志新;无气泵动态血压监测系统设计[D];山东科技大学;2010年
5 钟丽辉;SD大鼠闪光视觉诱发电位的少次提取和神经元放电的初步研究[D];郑州大学;2010年
6 吴敏;基于AdaBoost和独立分量分析的人脸检测与识别算法的研究[D];郑州大学;2010年
7 李长鹏;基于CSTR温度系统的模糊神经网络预测控制研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
8 李惠;稳定分布盲分离方法及应用研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
9 周黎黎;EPIRB检测仪测频技术方案设计与研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
10 孙敬武;基于周期图和神经网络船舶运动预报方法研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 秦其明,陆荣建;分形与神经网络方法在卫星数字图像分类中的应用[J];北京大学学报(自然科学版);2000年06期
2 谢平,刘彬,林洪彬,王霄;多分辨率奇异谱熵及其在振动信号监测中的应用研究[J];传感技术学报;2004年04期
3 王玲,龚健雅;基于RBF神经网络的遥感影像分类算法研究[J];测绘工程;2003年03期
4 朱长青,王倩,杨晓梅;基于多进制小波的SPOT全色影像和多光谱遥感影像融合[J];测绘学报;2000年02期
5 陈鹰;林怡;;基于提升小波的影像变换与匹配[J];测绘学报;2006年01期
6 术洪磊,毛赞猷;GIS辅助下的基于知识的遥感影像分类方法研究——以土地覆盖/土地利用类型为例[J];测绘学报;1997年04期
7 粟泽毅;陈阿林;;独立分量分析方法及其在地理与环境科学中的应用[J];重庆师范大学学报(自然科学版);2005年04期
8 汪晋宽,刘志刚,薛延波,刘福来;4阶量算法在盲波束形成上的应用[J];东北大学学报;2003年09期
9 高晓滨,郝重阳;空间电子探测信号盲分离研究[J];电波科学学报;2004年04期
10 傅振宇,钱家骊;小波变换在局部放电信号提取中的应用[J];电工电能新技术;1999年03期
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 郭艳;恒模算法及其在盲波束形成中的应用[D];西安电子科技大学;2001年
2 倪晋平;水声信号盲分离技术研究[D];西北工业大学;2002年
3 曾生根;快速独立分量分析方法及其在图像分析中的若干应用研究[D];南京理工大学;2004年
4 焦卫东;基于独立分量分析的旋转机械故障诊断方法研究[D];浙江大学;2003年
5 袁连喜;线性盲源分离算法的理论与应用研究[D];哈尔滨工程大学;2006年
6 姜东焕;小波与偏微分方程在图像处理中的应用研究[D];西安电子科技大学;2007年
7 吴亚东;图像复原算法研究[D];电子科技大学;2006年
8 钟计东;水印嵌入和检测[D];上海交通大学;2006年
9 吴道虎;基于声学的水轮机状态监测技术研究[D];华中科技大学;2006年
10 孙晓丽;偏微分方程和小波在图像修复与特征提取中的应用[D];西安电子科技大学;2007年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 高巧玲;改进的快速独立分量分析及其在语音盲分离的应用研究[D];湖南师范大学;2011年
2 游代安;GIS辅助的遥感图像处理与分析技术的研究[D];解放军信息工程大学;2001年
3 郑国轴;基于DSP技术的数据采集系统软件技术研究[D];浙江大学;2002年
4 郑明国;ERDAS软件支持下的土地利用/土地覆盖分类研究[D];河南大学;2002年
5 范羚;独立分量分析及其在图像特征提取和消噪中的应用[D];安徽大学;2003年
6 胡成玉;水轮机组的状态监测与故障诊断系统的研究[D];武汉理工大学;2003年
7 张新军;独立分量分析及其在多道信号处理中的应用研究[D];汕头大学;2003年
8 姚学恒;基于SVM遥感数据专题信息提取[D];中南大学;2004年
9 郭松;独立分量分析及其应用研究[D];武汉大学;2004年
10 张朝众;机械系统故障特征信息提取的独立分量分析方法研究[D];国防科学技术大学;2003年
【二级引证文献】
中国期刊全文数据库 前6条
1 戴桂平;尚丽;;应用二维EMD和独立成分分析的掌纹识别[J];计算机工程与应用;2011年19期
2 左保河;石晓爱;谢芳勇;章拓;;基于神经网络的网络验证码识别研究[J];计算机工程与科学;2009年12期
3 刘洋;刘嘉;;数字图像处理课程教学方法研究[J];科教文汇(上旬刊);2011年08期
4 庄亮亮;;基于R语言的ICA在盲源分离的应用[J];科学技术与工程;2012年09期
5 李明昊;李燕华;潘新;刘洋;;掌纹特征提取算法的研究[J];内蒙古农业大学学报(自然科学版);2010年04期
6 颜廷秦;尚丽;周昌雄;刘淑芬;;EMD和ICAⅠ在掌纹识别中的应用[J];计算机工程与设计;2011年11期
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 洪涛;液体火箭发动机涡轮泵实时故障检测算法研究[D];电子科技大学;2012年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 张海燕;基于循环平稳度和联合近似对角化的盲源分离算法研究[D];太原理工大学;2011年
2 陈文;刚性变形成像条件下掌纹特征提取与识别方法研究[D];沈阳工业大学;2011年
3 冯素月;模糊掌纹图像特征提取方法研究[D];沈阳工业大学;2011年
4 李明昊;基于Gabor小波和支持向量机的掌纹识别算法的研究[D];内蒙古农业大学;2011年
5 刘丹;认知无线电中的信号制式识别研究[D];电子科技大学;2011年
6 熊志明;基于图像处理技术的铸坯表面缺陷自动检测系统的研究[D];武汉科技大学;2011年
7 林义刚;独立分量分析在地震多次波压制中的应用研究[D];东北石油大学;2011年
8 方兴杰;基于ICA的盲信号分离技术研究及其应用[D];哈尔滨工程大学;2011年
9 陈福年;基于小波域隐马尔科夫树的影像地图版权保护方法的研究[D];哈尔滨工程大学;2011年
10 栾秋红;基于小波变换的数字音频水印算法研究[D];哈尔滨理工大学;2008年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 吴小培,冯焕清,周荷琴,王涛;独立分量分析及其在脑电信号预处理中的应用[J];北京生物医学工程;2001年01期
2 谭丽丽,韦岗;多输入多输出盲解卷问题的最大熵解法[J];电子学报;2000年01期
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6 何振亚,杨绿溪,鲁子奕;非线性Infomax自组织算法的盲源分离机理[J];数据采集与处理;1998年04期
7 杨春梅,万柏坤,綦宏志,高扬;老年性痴呆症患者的EEG近似熵特征初探[J];天津大学学报;2002年04期
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10 赵鹤鸣,周旭东,金延庆,翁桂荣;基于小波变换的重叠语音基频提取及声调识别[J];声学学报;1999年01期
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 胡雪丽;龙熙华;;基于小波变换的合成孔径雷达图像增强[J];科技信息(学术研究);2007年20期
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3 姜建国;王缇;孙磊;梁艳;;基于小波变换和中值滤波的岩心图像去噪[J];科技传播;2009年09期
4 姜建国;王缇;孙磊;梁艳;;基于小波变换和中值滤波的岩心图像去噪[J];科技传播;2009年10期
5 王剑平;张捷;;小波变换在数字图像处理中的应用[J];现代电子技术;2011年01期
6 成金勇,范延滨,宋洁,潘振宽;基于小波变换的图像边缘检测算法及像素结构分析[J];青岛大学学报(自然科学版);2005年03期
7 陆海东;吴明赞;;基于DSP+FPGA结构的小波图像处理系统设计[J];电子技术应用;2006年03期
8 李芬华;张丽;;基于小波域彩色交通图像的噪声处理方法[J];电脑知识与技术(学术交流);2006年14期
9 刘亚利;高世伟;郭玉辉;;一种双正交小波的设计方法[J];微计算机信息;2007年24期
10 董梁;王忠民;;图像边缘检测算法研究[J];现代电子技术;2007年15期
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2 周云龙;陈飞;张学清;孙斌;;基于图像小波变换的气液两相流型识别[A];高效 清洁 安全 电力发展与和谐社会建设——吉林省电机工程学会2008年学术年会论文集[C];2008年
3 向汝建;田英华;季云松;雒仲祥;;小波变换在二维图像背景处理中的应用[A];第十七届全国激光学术会议论文集[C];2005年
4 赵琦;温宏愿;周木春;陈延如;;基于小波变换的炉口火焰图像降噪[A];第三届全国虚拟仪器大会论文集[C];2008年
5 闫允一;郭宝龙;;基于小波的图像超分辨率重建算法研究[A];第三届全国数字成像技术及相关材料发展与应用学术研讨会论文摘要集[C];2004年
6 王欣;;基于非线性多通道小波变换的边缘增强[A];第十一届全国信号处理学术年会(CCSP-2003)论文集[C];2003年
7 薛凌云;段会龙;杨成忠;;基于信息融合技术的多尺度磁共振图像边缘检测[A];中国生物医学工程进展——2007中国生物医学工程联合学术年会论文集(上册)[C];2007年
8 刘冰;王德利;;Curvelet软阈值迭代去噪法[A];中国地球物理学会第二十四届年会论文集[C];2008年
9 倪伟;郭宝龙;;一种基于分形和小波变换的图像放大算法[A];中国仪器仪表学会第六届青年学术会议论文集[C];2004年
10 吴昊;曾国卿;;一种基于Haar小波的图像处理技术[A];2006“数学技术应用科学”[C];2006年
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2 长人 编译;专家评索尼α100[N];中国摄影报;2006年
3 孙婧;视频图像处理技术在案件中的应用[N];西部法制报;2008年
4 武文;索尼两系列电视新品亮相[N];中国质量报;2008年
5 殷幼芳;印前图像处理技术对印刷质量的影响[N];中国包装报;2005年
6 金彧;★图像处理实用小工具Qimage又推新版[N];中国电脑教育报;2002年
7 ;智能化监控对图像处理能力提出更高要求[N];中国电子报;2009年
8 本报记者 刘晖;图像处理引擎的威力[N];计算机世界;2003年
9 赵军红 编译;仿生眼睛助盲人重见光明[N];科技日报;2010年
10 ;方正Z910 针对图像处理领域[N];中国计算机报;2002年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 王明祥;独立分量分析方法及在图像处理中的应用研究[D];上海大学;2005年
2 张旗;基于属性的图像分类研究[D];大连海事大学;2005年
3 程光权;基于方向小波图像处理与几何特征保持质量评价研究[D];国防科学技术大学;2010年
4 吴登峰;小波理论在数字图像处理及无网格方法中应用的研究[D];吉林大学;2008年
5 董卫军;基于小波变换的图像处理技术研究[D];西北大学;2006年
6 王丽荣;基于小波变换的目标检测方法研究[D];吉林大学;2006年
7 成礼智;离散与小波变换新型算法及其在图像处理中应用的研究[D];国防科学技术大学;2002年
8 余庆军;智能图像处理及其在无线多媒体业务中的应用[D];华南理工大学;2004年
9 王朝阳;微米云纹法及其相关的超高频制栅与数字化图像处理技术[D];清华大学;1999年
10 倪超;定量化多巴酚丁胺超声心动图负荷试验的临床研究[D];中国协和医科大学;1995年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 杨亮;机器人足球比赛系统中视觉子系统的研究与设计[D];广东工业大学;2005年
2 王宗军;基于小波变换的数字水印算法研究[D];山东大学;2008年
3 高水平;织物疵点检测的图像处理技术[D];青岛大学;2005年
4 李军;数字图像处理技术在尺寸公差检测中应用研究[D];浙江大学;2005年
5 陈杰来;基于视觉检测技术的量表验定系统的设计和研究[D];江南大学;2005年
6 金伟涛;一种基于整数小波变换的数字水印算法[D];昆明理工大学;2007年
7 金宁;基于小波变换的图像数字水印技术研究[D];东华大学;2007年
8 李庆周;基于小波变换和偏微分方程的图像处理[D];华北电力大学(河北);2007年
9 刘玉凤;基于多尺度技术的数字图像水印算法研究[D];浙江师范大学;2007年
10 曾诚;基于小波理论的图像去噪和增强技术研究[D];武汉理工大学;2008年
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