基于數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)的航空電磁數(shù)據(jù)去噪方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種航空電磁領(lǐng)域的數(shù)據(jù)去噪方法，尤其是時間域航空電磁領(lǐng)域，具 體是一種基于數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)的航空電磁數(shù)據(jù)去噪方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 航空電磁法是一種以飛機為載體，進行地球物理探測的一種勘察探測方法，主要 用來快速普查金屬礦體，大面積地質(zhì)填圖，水文地質(zhì)，工程地質(zhì)勘查和環(huán)境監(jiān)測等領(lǐng)域。
[0003] 數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)是一門建立在嚴(yán)格數(shù)學(xué)理論基礎(chǔ)上的學(xué)科，現(xiàn)已成功應(yīng)用于圖像處 理、圖形分析、模式識別、計算機視覺、電能擾動、機械振動及地震檢測等工程實踐領(lǐng)域，并 引起廣泛重視。該方法運算簡單，其基本運算包括腐蝕、膨脹、開運算和閉運算以及在此基 礎(chǔ)上引出的形態(tài)開閉和形態(tài)閉開運算。基于數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)的信號去噪方法僅取決于待處理信 號的局部特征，利用結(jié)構(gòu)元素對信號的幾何特征進行匹配或修正，同時保留目標(biāo)信號的主 要形狀，以達到抑制噪聲、提取有用信息和保留細(xì)節(jié)成分的目的。
[0004] 數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)濾波方法中存在的一個主要難題是結(jié)構(gòu)元素的選取，對結(jié)構(gòu)元素類型 的選取是影響其濾波效果的關(guān)鍵因素。采用不同類型的結(jié)構(gòu)元素可將目標(biāo)信號中不同的形 狀特征進行提取，結(jié)構(gòu)元素的選取要盡可能地接近待處理信號本身的形狀特點，這樣才能 盡可能達到最好的濾波效果，常見的結(jié)構(gòu)元素類型有直線型、矩形、圓盤型、拋物線型、三 角形以及其他多邊形組合。
[0005] 現(xiàn)有的形態(tài)濾波方法大多只采用單尺度結(jié)構(gòu)元素，單尺度形態(tài)學(xué)只選擇一個固定 的結(jié)構(gòu)元素對信號進行形態(tài)學(xué)分析，這種方法雖然簡單且易于實現(xiàn)，但其處理效果的好壞 卻極大的依賴相關(guān)先驗知識，而準(zhǔn)確有效的先驗知識卻往往難以獲得。另外由于在信號中 通常包含不止一種噪聲類型，而且噪聲在信號中往往也不是均勻分布的。
[0006] 現(xiàn)有的形態(tài)濾波方法均不能對不同尺度下的結(jié)構(gòu)元素信號中不同類型與強度的 噪聲成分進行復(fù)合形態(tài)濾波。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的目的就在于針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種在抑制噪聲、提取有用信息 的同時，更好地保留信號細(xì)節(jié)特征的基于數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)的航空電磁數(shù)據(jù)去噪方法。
[0008] 本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：
[0009] 本發(fā)明的主要思想是：針對航空電磁數(shù)據(jù)中包含的多種干擾成分，提出了自適應(yīng) 多尺度的形態(tài)學(xué)濾波，選取了三角形結(jié)構(gòu)元素和半圓形結(jié)構(gòu)元素，濾除信號中的正、負(fù)脈沖 噪聲和隨機噪聲。
[0010] 基于數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)的航空電磁數(shù)據(jù)去噪方法，包括以下步驟：
[0011] A、通過時間域直升機電磁探測實驗，經(jīng)數(shù)據(jù)采集硬件電路，進行定時等間隔采樣， 采集到原始航空電磁數(shù)據(jù)；
[0012] B、采用三角形結(jié)構(gòu)元素與半圓形結(jié)構(gòu)元素相結(jié)合，將航空電磁信號進行自適應(yīng)多 尺度復(fù)合形態(tài)濾波處理，濾除目標(biāo)信號中的正、負(fù)脈沖噪聲和隨機噪聲。
[0013] 步驟B包括以下步驟：
[0014] a、首先根據(jù)原始信號中相鄰峰值間隔的最小值和最大值確定結(jié)構(gòu)元素的長度范 圍并以此確定相應(yīng)的分析尺度大小K;
[0015] b、再根據(jù)信號峰值的最小值和最大值確定高度范圍；
[0016] c、然后利用小/大長度對應(yīng)小/大高度確定多尺度分析中的各結(jié)構(gòu)元素并構(gòu)成相 應(yīng)的多結(jié)構(gòu)元素集；
[0017] d、最后采用各結(jié)構(gòu)元素集對原始信號進行復(fù)合形態(tài)運算并取平均值作為輸出結(jié) 果。
[0018] 所述的對原始信號進行復(fù)合形態(tài)運算是對航空電磁信號先分別進行腐蝕運算、膨 脹運算、開運算和閉運算，再分別進行形態(tài)開閉濾波和形態(tài)閉開濾波：
【主權(quán)項】
1. 一種基于數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)的航空電磁數(shù)據(jù)去噪方法，其特征在于，包括w下步驟： A、 通過時間域直升機電磁探測實驗，經(jīng)數(shù)據(jù)采集硬件電路，進行定時等間隔采樣，采集 到原始航空電磁數(shù)據(jù)； B、 采用=角形結(jié)構(gòu)元素與半圓形結(jié)構(gòu)元素相結(jié)合，將航空電磁信號進行自適應(yīng)多尺度 復(fù)合形態(tài)濾波處理，濾除目標(biāo)信號中的正、負(fù)脈沖噪聲和隨機噪聲。
2. 按照權(quán)利要求1所述的基于數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)的航空電磁數(shù)據(jù)去噪方法，其特征在于，步 驟B包括W下步驟： a、 首先根據(jù)原始信號中相鄰峰值間隔的最小值和最大值確定結(jié)構(gòu)元素的長度范圍并 W此確定相應(yīng)的分析尺度大小K; b、 再根據(jù)信號峰值的最小值和最大值確定高度范圍； C、 然后利用小/大長度對應(yīng)小/大高度確定多尺度分析中的各結(jié)構(gòu)元素并構(gòu)成相應(yīng)的 多結(jié)構(gòu)元素集； t最后采用各結(jié)構(gòu)元素集對原始信號進行復(fù)合形態(tài)運算并取平均值作為輸出結(jié)果。
3. 按照權(quán)利要求2所述的基于數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)的航空電磁數(shù)據(jù)去噪方法，其特征在于，所 述的對原始信號進行復(fù)合形態(tài)運算是對航空電磁信號先分別進行腐蝕運算、膨脹運算、開 運算和閉運算，再分別進行形態(tài)開閉濾波和形態(tài)閉開濾波：
其中，0表示腐蝕運算，0表示膨脹運算，0表示開運算，?表示閉運算，f為原始航空 電磁波形數(shù)據(jù)，g為選定的形態(tài)學(xué)結(jié)構(gòu)元素，m和n為輸入信號的離散采樣點數(shù)，N>>M; 再分別進行形態(tài)開閉濾波和形態(tài)閉開濾波： 形態(tài)開閉濾波；Foe(f(n)) =f0g?g 形態(tài)閉開濾波；Fco(f(n)) =f?g0g 最后，構(gòu)造復(fù)合形態(tài)濾波器： 自適應(yīng)復(fù)合形態(tài)濾波器
其中，G= (gi，g2, ...，&)，代表一組多結(jié)構(gòu)元素集，N為結(jié)構(gòu)元素的類型數(shù)。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)的航空電磁數(shù)據(jù)去噪方法，通過試驗獲取航空電磁探測數(shù)據(jù)，采用三角形結(jié)構(gòu)元素與半圓形結(jié)構(gòu)元素相結(jié)合，對航空電磁數(shù)據(jù)進行自適應(yīng)多尺度復(fù)合形態(tài)濾波：先根據(jù)原始信號中相鄰峰值間隔的最小值和最大值確定結(jié)構(gòu)元素的長度范圍并以此確定相應(yīng)的分析尺度大小K；再根據(jù)信號峰值的最小值和最大值確定高度范圍；采用各結(jié)構(gòu)元素集對原始信號進行復(fù)合形態(tài)運算并取平均值作為輸出結(jié)果。本發(fā)明提出的自適應(yīng)多尺度復(fù)合形態(tài)濾波方法克服了傳統(tǒng)形態(tài)濾波結(jié)構(gòu)元素選取隨機的問題，該方法能夠根據(jù)信號局部特征和噪聲特點自適應(yīng)的選擇結(jié)構(gòu)元素類型和尺寸大小，然后對航空電磁信號進行濾波。
【IPC分類】G01V3-38
【公開號】CN104793253
【申請?zhí)枴緾N201510193706
【發(fā)明人】于生寶, 李齊, 高明亮, 劉偉宇, 陳旭
【申請人】吉林大學(xué)
【公開日】2015年7月22日
【申請日】2015年4月22日