[发明专利]基于滑窗迭代原理的一维信号形态学滤波方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种信号处理方法，具体来说是一种能够更为快速地进行一维信号形态学滤波的基于滑窗迭代原理的形态学滤波方法。

背景技术

形态学滤波方法是一种有效的一维信号处理方法，通过对信号进行膨胀、腐蚀、开、闭等操作，可进行一维信号滤波、波形分割和特征提取等。实际的一维信号处理系统中，一般设置固定长度的缓存区缓存一定长度数据用于处理。缓存区的数据一般采用滑窗法进行更新，即每采集一个新的数据点，就会剔除最早采集的数据点。然后，对缓存区所有数据进行一次形态学滤波。然而，形态学滤波过程中会进行反复的膨胀和腐蚀运算，运算量大，很难在数据更新的间隔期完成一次滤波运算。

目前，一维信号形态学滤波的大部分研究集中在结构元素形状和长度选择，以及其对滤波结果准确性的影响。这些研究大多对已采集一维信号进行离线仿真滤波，只注重处理结果准确性而忽略了其运算复杂度，研究结果很难应用于实际信号处理系统。有研究采用滑窗的方法更新缓存区数据，并对其进行形态学滤波，但由于算法运算量大，很难用于一维信号的实时处理。

因此，有必要设计一种用于一维信号处理系统信号实时处理的形态学滤波法。

发明内容

1、发明目的。

本发明是为了解决现有技术存在的更新速度慢、提高结果的准确性和速度之间的矛盾，难以在实时应用的环境下进行精确快速的使用的问题，提出了一种基于滑窗迭代原理的一维信号形态学滤波方法。

2、本发明所采用的技术方案。

本发明公开了一种基于滑窗迭代原理的一维信号形态学滤波方法，按照如下步骤进行：

步骤1：开辟缓存区，数据长度小于等于结构元素长度时，当前采集的最新数据点放在最高位，只存储新采样数据点，并初始化中间变量；

步骤2：缓存区数据长度大于结构元素长度时，在步骤1初始化变量的基础上，以缓冲区为滑窗，系统每采集一个新的数据点，就会将缓存区最低位的数据剔除，高位数据向低位移动一位，即滑窗法更新数据，并以迭代方式只计算与结构元素长度相同的数据点的滤波结果。

更进一步具体实施方式中，所述的步骤1按照如下步骤进行：

步骤11、数据更新，新数据放在最高位，对缓存区的数据进行更新，即缓存区的数据长度每次增加一位；

步骤12、对结构数据和缓存区数据进行膨胀运算后对其缓存，用于开运算或者闭运算；

步骤13、对结构数据和缓存区数据进行腐蚀运算后对其缓存，用于开运算或者闭运算；

步骤14、对所述的步骤12或13进行开运算进行进一步滤波；

步骤15、对所述的步骤12或13进行闭运算进行进一步滤波；

步骤16、通过混合滤波器进一步滤波；

步骤17、通过交替滤波器进一步滤波；

步骤18、通过混合交替滤波器进一步滤波；

所述步骤2如下：

步骤21：数据更新，系统每采集一个新的数据点，就会将缓存区最低位的数据剔除，高位数据向低位移动一位，新采集数据点放在缓存区最高位，因此，缓存区数据为新低位剔除，高位增加一位的缓存区数据，即滑窗法；

步骤22：所用结构元素，膨胀与腐蚀运算与步骤12和步骤器相同，并采用滑窗法更新运算结果，即最低位数据剔除，高位向低位移动一位，计算结果放在最高位；

步骤23：对滑窗法更新的数据进行开运算，用于进一步滤波运算；

步骤24：对滑窗法更新的数据进行闭运算，用于进一步滤波运算；

步骤25：采用滑窗法更新结果；

步骤26：通过混合滤波器进一步滤波；

步骤27：通过交替滤波器进一步滤波；

步骤28：通过交替混合滤波器进一步滤波。

3、本发明所产生的技术效果。

(1)现有技术的形态学滤波法在实际一维信号处理系统应用中，在滑窗法更新数据点后，每次滤波都有大量重复运算，进而影响系统运行速度。本发明根据实际一维信号采集数据更新过程中滑窗造成数据位置变化的规律，对形态学滤波进行改进，使其采用迭代的方式只计算新采样数据点的滤波结果，即计算与结构元素长度相同的数据点的滤波结果，并不是将结构元素与缓存区所有数据进行运算，进而提高计算速度，并且经过论证比较，与现有形态学滤波法滤波结果的均方根误差为0，即本发明的方法与现有方法滤波效果相同，即虽然简化了90％以上的更新滤波的数据，却实现了与现有技术相同的精度。