Hilbert-Huang變換及其在圖像信號(hào)處理中的應(yīng)用.pdf

1、1998年美國(guó)工程院院士N.E.Huang及其合作者首次提出了一種適合于處理非線性非平穩(wěn)信號(hào)的新的時(shí)頻分析方法——Hilbert-Huang變換(簡(jiǎn)稱HHT)，該方法的主要?jiǎng)?chuàng)新是經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｊ椒纸?EmpiricalModeDecomposition，EMD)的引入。通過這種方法，任何復(fù)雜信號(hào)都可以分解為有限的且具有一定物理意義的幾個(gè)本征模態(tài)函數(shù)(IntrinsicModeFunctions，IMF)分量，再對(duì)各分量進(jìn)行Hilbert變換以得

2、到各自的瞬時(shí)頻率和瞬時(shí)振幅，最終把信號(hào)表示為時(shí)頻平面上的能量分布，稱為Hilbert譜。它可以對(duì)信號(hào)的頻譜結(jié)構(gòu)作出精確的局部時(shí)頻分辨，可以更準(zhǔn)確有效地把握原數(shù)據(jù)的特征信息，且具有自適應(yīng)性、完備性和正交性的特點(diǎn)。短短幾年來(lái)，它已被成功應(yīng)用于地震勘探、機(jī)械故障診斷、生物醫(yī)學(xué)、海洋等諸多領(lǐng)域。本文在N.E.Huang等人前期研究工作的基礎(chǔ)上，對(duì)HHT展開了研究，取得了一定的研究成果，為拓展HHT新的理論論證和應(yīng)用提供了有益的探索。 本

3、文圍繞著HHT主要完成了兩個(gè)方面的研究工作——HHT的理論研究和應(yīng)用研究，具體表現(xiàn)如下： 1.對(duì)HHT變換理論進(jìn)行了研究，對(duì)解決IMF的模式混疊問題和端點(diǎn)效應(yīng)問題進(jìn)行了有益的探索。 (1)針對(duì)直接用EMD分解含有間歇檢驗(yàn)的數(shù)據(jù)而產(chǎn)生模式混疊這一現(xiàn)象，提出了基于局部均值分解的間歇檢驗(yàn)濾波方法，使之能夠有效的避免模式混疊現(xiàn)象，從而使得本征模態(tài)函數(shù)具有明確的物理意義。 (2)針對(duì)端點(diǎn)效應(yīng)等不足，提出了基于多項(xiàng)式變換矩陣

4、的數(shù)據(jù)序列延拓技術(shù)和基于非線性自適應(yīng)預(yù)測(cè)模型的時(shí)間序列延拓方法，這兩種方法都可以有效地克服端點(diǎn)效應(yīng)問題，從而得到準(zhǔn)確的IMF分量和Hilbert譜。 2.將HHT應(yīng)用于建筑結(jié)構(gòu)損傷檢測(cè)特征提取、HRV能量譜估計(jì)、手寫體數(shù)字識(shí)別中，都獲得了較成功的應(yīng)用。 (1)提出了基于EMD的信號(hào)瞬時(shí)特征小波分析方法，根據(jù)結(jié)構(gòu)響應(yīng)數(shù)據(jù)對(duì)建筑損傷進(jìn)行特征提取，能夠更好地辨識(shí)出破損的時(shí)間局部特征信息，通過與直接的小波方法或EMD方法檢測(cè)結(jié)果

5、之間的比較，驗(yàn)證了該方法的檢測(cè)效率。 (2)提出了一種基于HHT的HRV能量譜估計(jì)分析新方法，通過信號(hào)預(yù)處理數(shù)據(jù)重排，找到了符合物理意義的RR間歇序列的有用特征，較好地得到了RR問期中高頻，低頻及極低頻的能量信息，為HRV的醫(yī)學(xué)診斷和預(yù)測(cè)提供了新的解決途徑。 (3)提出了基于EMD的手寫體數(shù)字聚類模型化方法，通過對(duì)規(guī)范輪廓曲率序列作EMD分解，提取出各字符輪廓曲率序列的第一個(gè)IMF分量，后對(duì)此IMF分量進(jìn)行小波分解以得到