基于自适应分数阶微分的引导滤波及其应用

引导滤波算法具有保边平滑的功能,但传统引导滤波方法容易导致图像平滑区域过度模糊、细节丢失的问题。为了使引导滤波在保持高频信息的同时结构化输出低频灰度,本文提出了一种基于自适应分数阶微分的引导滤波算法。以分数阶微分理论为基础定义了分数阶微分掩膜,并结合图像梯度、二维信息熵和局部方差权值构造了自适应分数阶微分阶数函数来有效检测图像纹理和梯度变化,从而将图像局部特性转移到引导图像中,确保在平滑去噪的同时保持图像纹理细节。实验结果表明,本文算法具有良好的边缘和纹理保持特性。另外,将本文算法运用到基于PCA和SVM的人脸识别图像预处理中,能一定程度提升人脸识别率。     

Precompensated Second Order Repetitive Control of an Active Filter Under Varying Network Frequency

Network frequency variations cause a dramatic performance decay in repetitive controller‐based shunt active power filters. This problem may be solved by adapting the sampling period in order to keep the ratio between the network period and the sampling period at a constant value. However, these changes may yield closed‐loop instability. The introduction of a precompensator that forces the plant to remain invariant despite sampling rate changes allows the use of standard LTI methods in control design and stability analysis as well. Moreover, in order to improve robustness in the face of network frequency estimation uncertainty and sampling time quantization, the regular repetitive controller is replaced by a high order one. Experimental results show the validity of the proposal.     

Maximum Power Point Tracking With Fractional Order High Pass Filter for Proton Exchange Membrane Fuel Cell

Proton exchange membrane fuel cell (PEMFC) is widely recognized as a potentially renewable and green energy source based on hydrogen. Maximum power point tracking (MPPT) is one of the most important working conditions to be considered. In order to improve the performance such as convergence and robustness under disturbance and uncertainty, a fractional order high pass filter (FOHPF) is applied for the MPPT controller design based on the traditional extremum seeking control (ESC). The controller is designed with integerorder integrator (IO-I) and low pass filter (IO-LPF) together with fractional order high pass filter (FOHPF), by substituting the normal HPF in the original ESC system. With this FOHPF ESC, better convergence and smoother performance are achieved while maintaining the robust specifications. First, tracking stability is discussed under the commensurate-order condition. Then, simulation results are included to validate the proposed new FOHPF ESC scheme under disturbance. Finally, comparison results between FOHPF ESC and the traditional ESC method are also provided.      

基于相位微分技术的光流估计

提出一种基于相位微分技术的光流估计方法.该方法选择6个方向对图像进行Gabor滤波,并把每个方向滤波后的图像叠加,作为特征图像计算时空相位梯度,再用相位梯度计算光流.用合成图像和真实图像对本文算法进行测试,实验结果表明,该算法在光流的计算精度优于Horn ＆ Schunck光流算法.     

全相位偶对称频率采样法设计FIR滤波器

提出FIR滤波器全相位偶对称频率采样设计方法,此方法可以根据截止频率的要求设置移位因子,将两个子滤波器分别进行相反方向的移位,并构造补偿滤波器,最后将子滤波器和补偿滤波器组合而成所需的低通、高通、带通、陷波等滤波器,这种设计方法概念明确,简单易行,解决了传统FIR滤波器设计方法不能精确控制截止频率的难题.     

Vanishing Moment Method and Moment Solutions for Fully Nonlinear Second Order Partial Differential Equations

This paper concerns with numerical approximations of solutions of fully nonlinear second order partial differential equations (PDEs). A new notion of weak solutions, called moment solutions, is introduced for fully nonlinear second order PDEs. Unlike viscosity solutions, moment solutions are defined by a constructive method, called the vanishing moment method, and hence, they can be readily computed by existing numerical methods such as finite difference, finite element, spectral Galerkin, and discontinuous Galerkin methods. The main idea of the proposed vanishing moment method is to approximate a fully nonlinear second order PDE by a higher order, in particular, a quasilinear fourth order PDE. We show by various numerical experiments the viability of the proposed vanishing moment method. All our numerical experiments show the convergence of the vanishing moment method, and they also show that moment solutions coincide with viscosity solutions whenever the latter exist. This work was partially supported by the NSF grants DMS-0410266 and DMS-0710831.     

基于差分全相位MFCC的音符起点自动检测

针对现有的音符起点自动检测方法难以适用于多类音乐信号,计算复杂度较高等问题,提出一种基于差分全相位MFCC的检测算法。通过全相位预处理减小频谱泄露引起的频谱模糊,差分Mel频率倒谱考虑人耳对音乐不同频率响应的非线性特性和音乐信号的动态音乐特征。实验结果表明,与公认综合检测效果好的HFC和ICA等方法相比,该方法计算复杂度小,适用音乐信号类型广,具有更优的综合检测性能。     

基于准浮栅的低功耗差分运算放大器

分析了准浮栅晶体管PMOS的工作原理、电学特性和等效电路,设计了一种电路结构简单的共模反馈电路(CMFB),实现了一个低压低功耗的差分运算放大器。采用Chrt 0.35umCMOS工艺库,在Hspice下仿真结果表明:在电源电压为1.5V时,运放的增益为74.5dB,单位增益带宽为40.5MHz,相位裕度为650,静态功耗为1.2mW。     

基于单窗全相位数字滤波器和LMS准则的窗函数设计

在FIR滤波器的窗函数设计方法中,窗的选择将直接影响滤波器的性能优劣.为了获得好的窗函数以提高滤波器的性能,本文首先给出了一种新结构带双窗全相位数字滤波器结构,经过理论推导得到与其相对应的FIR滤波器结构以及满足线性相位的条件.指出FIR滤波器中的延迟窗是全相位滤波器中前后窗的卷积,针对单窗全相位系统利用LMS准则找到合适的窗函数序列,又给出原理图和程序流程.最后将得到的窗分别运用到单窗和双窗全相位滤波器中,并画出特性曲线,结果表明加窗全相位滤波器不但具有较高的旁瓣衰减,而且又基本消除了通带和阻带内的波纹.     

基于时域高通滤波的非均匀性校正算法研究

实现红外焦平面阵列非均匀性自适应校正是红外探测系统研究中追求的重要目标,对提高红外探测系统的空间分辨率、温度分辨率、探测距离以及辐射量的正确度量具有重要意义.分析基于时域高通滤波的红外焦平面自适应非均匀校正算法的视觉神经机制以及滤波器的幅频特性.通过对实际红外图像的实验,提出正确选取时间常数是影响该校正方法最重要的因素.     

基于等倾线法实现高阶非线性微分方程求解

该文提出基于二阶线性系统等倾线法绘制相平面原理，实现高阶非线性微分方程的求解，并与龙格-库塔法等解析法相比具有计算简单、结果精度高的特点。     

基于差分文化算法的FIR数字滤波器设计

有限脉冲响应（FIR）数字滤波器的设计实质可看作是多参数优化问题。为高效实现FIR数字滤波器,将滤波器的设计转化为滤波器参数优化问题,然后提出差分文化粒子群（DC）算法在参数空间进行并行搜索以获得滤波器设计的最优参数值。提出的差分文化算法结合文化原理差分演进原理,是一种可用于实数优化的多维搜索算法。计算机仿真实验表明在设计FIR数字滤波器设计时,差分文化算法的收敛速度和性能都优于粒子群,量子粒子群以及自适应量子粒子群优化等算法,证明了该方法的有效性和优越性。     

基于MFR-GEP的高阶常微分方程预测模型

股价预测一直是金融投资领域的热点问题，但是股票市场相关指标数据的波动性和不确定性使得股价预测问题成为难点。因此对于非线性且受到多因素影响的股票系统，传统的预测方法无法准确地表达股价的变化规律，预测效果较差。针对复杂的股价预测问题，建立了基于多指标正则化GEP算法（Multiple Factor Regularization Gene Expression Programming，MFR-GEP）的高阶常微分方程模型，利用数值差分拟合股价数据，并且加入影响股价的其他指标作为正则项，其中利用指标相关性确定正则项权重参数，应用模糊粗糙集的原理确定子函数映射。该模型能够刻画股价随时间的变化趋势，更好地描述数据波动，正则项的加入使得模型可以根据多指标进行预测，避免因单一指标引起的预测精度低等问题。最后将提出的算法与标准GEP算法及传统预测算法进行对比实验，结果充分验证了该算法的有效性和准确性。     

基于重采样的差分频域分析方法

差分频域分析方法是常用的攻击方法之一,当设计中使用随机延时运行等其他防护措施时,现有的差分功耗分析方法已经不能开展攻击,而差分频域分析方法可以对这类防护措施实施攻击.但该攻击方法会带入更多噪声,降低攻击效率.针对以上问题,文中提出了一种基于重采样的差分频域分析方法,该方法可有效地提升攻击效率.文中首先介绍了基于重采样的差分频域分析方法的基本原理,然后搭建实验,在SASEBO GⅡ仿真板上实现一个防护措施为随机延时运行和功耗隐藏的DES算法实施攻击.实验结果表明,针对DES随机延时运行和功耗隐藏防护措施,文中提出的重采样频域攻击方法较之DPA方法可攻击成功,是多种防护措施攻击成功的实例.同时,采用重采样处理的差分频域分析方法可以有效提高信号的信噪比,将攻击效率提升一倍.     

基于CORDIC差分鉴频解调算法的PCM/FM遥测接收系统

在分析遥测接收系统工作原理的基础上,深入研究了CORDIC(COordinate Rotation Digital Computer)算法的解调技术.当输入为正交中频(IF)信号和对应的时钟信息时,输出即为输入瞬时信号对应的瞬时相位,但在信道没有延迟时,其抗噪性能不如相干解调.在此基础上设计了一种改进的CORDIC差分鉴频解调算法,得到瞬时相位后,在数字域作1阶差分完成信号鉴频,保证了在信道没有延迟的情况下信号的抗噪性能.通过仿真实验证明了算法的合理性.     

基于高阶滤波的肌电信号采集电路设计

针对表面肌电信号(sEMG)信号微弱、频率低、极易受到干扰的特点,设计了具有高共模抑制比、放大增益灵活可调、具有良好抗噪声性能的sEMG信号采集电路.信号的放大部分采用两级放大方案,以避免噪声被过分放大造成肌电信号被淹没的问题.带通滤波器部分由两组5阶Sallen-Key低通和高通滤波电路级联而成,阻带下降速度很快,近似达到-100 dB/(°),对噪声及其他生理电信号干扰的衰减能力极强.针对工频干扰问题,在陷波器部分设置Q值调节电位器,根据实测情况灵活调节电位器旋钮以便获取最佳采集效果.测试结果表明,所设计的电路放大增益可以达到60 dB,对50 Hz工频干扰有很好的抑制作用,可以有效提取20 Hz～500 Hz之间的有用信号,具有良好的抗噪声性能.     

复小波域维纳滤波与偏微分扩散相结合的图像去噪方法

针对图像噪声的去除,提出了一种基于复数小波域上的多方向窗维纳滤波与偏微分方程保持边缘细节相结合的方法。针对小波域维纳滤波的方向性差,去噪后图像容易产生哑铃效应,该方法首先进行双树复数小波变换,集中6个方向上的图像信号能量,之后,再在该6个方向上进行方向维纳滤波,对图像进行初步去噪,再以此引导偏微分方程中的扩散函数,实现各项异性进行扩散,最大限度地在保持图像细节的同时,去除噪声。实验结果表明,该方法的峰值信噪比,以及视觉质量都较复小波去噪或各项异性非线性扩散去噪方法有明显的改善。