[發明專利]一種基于邊緣檢測的時頻譜曲線提取方法

有效

• 申請號: 201410521214.3
• 申請日: 2014-10-07
• 公開（公告）號: CN104268883B
• 公開（公告）日: 2018-04-13
• 發明（設計）人: 田坤;李晉;白啟帆;范騰;皮亦鳴;曹宗杰;閔銳;范錄宏
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: G06T7/13
• 分類號: G06T7/13
• 代理公司: 成都點睛專利代理事務所(普通合伙)51232
• 代理人: 葛啟函

技術領域

本發明屬于雷達信號處理技術領域，涉及一種基于邊緣檢測的時頻譜曲線提取方法。

背景技術

時頻分析提供了信號時間域和頻率域的聯合分布信息，描述了信號在不同時間和頻率的能量和密度。時頻分析在通信、自動化、雷達、醫學、地球物理和故障診斷等幾乎所有工程技術領域中都得到了廣泛應用。對時頻譜曲線的提取是優化時頻分布，點對點計算各個時刻的瞬時頻率，從而進一步研究。

目前，提取時頻譜曲線的方法主要采用脊線提取和質心曲線提取等方法。這兩種方法是利用時頻分布特征，在每個時刻對時頻分布矩陣進行最值或質心計算獲得該時刻的即時頻率信息。在有噪聲或有多條時頻譜帶的條件下進行提取時，時頻分布在每一時刻的最值或加權平均值會與真值產生較大偏離，使得提取出的曲線不能準確反映即時頻率信息。而邊緣檢測是標識數字圖像中亮度變化明顯的點，剔除不相關的信息，提取包含圖像重要的結構屬性的邊界信息。這樣，有利于標識出時頻分布中的奇異點和突變點，濾除部分噪聲對原信號時頻分布的影響，也可以同時對多條時頻譜曲線進行檢測。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于邊緣檢測的時頻譜曲線提取方法，解決了已有的時頻譜曲線提取方法在噪聲顯著情況下的不足以及只能提取單條曲線的問題。

本發明所采用的技術方案是按照以下步驟進行：

步驟1：計算信號的時頻分布X×Y維矩陣W_s(n,f_m)中各元素的k次方(即增大矩陣各元素之間的差值，有利于邊緣檢測剔除噪聲影響)，得到一個新的X×Y維矩陣W(x,y)＝W_s(n,f_m)^k，其中n表示時間點序列，f_m表示頻率點序列，x，y分別表示新矩陣W_X×Y的行和列；

步驟2，對步驟1中的矩陣W(x，y)使用Roberts算子進行邊緣檢測：

得到時頻譜分布W_s(n,f_m)的梯度幅值G_X×Y，選取梯度幅值G_X×Y的平均值做為閾值，與G_X×Y進行比較，將G_X×Y化為二值邊緣矩陣：

得到只含有0和1的二值邊緣矩陣H_X×Y；

步驟3，對步驟2中的邊緣矩陣H_X×Y處理，計算邊緣矩陣H_X×Y中每列的邊緣點個數(X為矩陣H_X×Y的行數，每列為1的點為邊緣點，為0的不是邊緣點。)，逐個選出r(y)為奇數的列，再記錄這些列中第一個邊緣點的位置，將二值邊緣矩陣H_X×Y這些位置元素置0，即刪去矩陣中這個邊緣點，將每列都檢索完畢之后，可以保證矩陣H_X×Y中每列含有的邊緣點均為偶數，再按照列優先順序，即矩陣中各元素按照其在矩陣H_X×Y中行數和列數按照如下公式排序((列數-1)×X+行數)，(X為矩陣行的維度)，將矩陣H_X×Y中每個邊緣點排序后的位置記錄在向量d_N中,其中N為邊緣點的總個數。最后將邊緣矩陣H_X×Y邊緣點兩兩合并，得到矩陣Z_X×Y；

步驟4，根據已有的曲線模型y＝f(x,T,θ,A,...)，如正弦曲線模型其中T為曲線周期，θ為曲線的相位，A為曲線幅度，建立I×J維參數空間(T,θ)，I，J分別為參數空間中周期時間點數和相位角度點數，將參數空間中每個點帶入曲線模型中對Z_X×Y中的所有曲線點進行計算，即對每個參數空間點(T_i,θ_j)帶入曲線模型中，得到再將Z_X×Y中所有邊緣點位置的行和列帶入參數點的模型中，若邊緣點行和列(x,y)滿足帶入參數的模型，則累加器∑g(T,θ)累加在參數空間(T,θ)的每個點上加1，如此取遍所有參數空間的點，每次均對Z_X×Y中邊緣點進行計算，最后得出各參數點的累加結果，找出參數累加器g中局部最大值點，局部最大值的個數為曲線的條數，各局部最大點在累加器中對應的周期值和相位值即為各條曲線的周期T和相位θ的具體數值，即得到曲線的條數以及各條時頻譜曲線的參數。

進一步，所述步驟3中排序過程為：