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作者：王中正中北大学

学位级别：硕士

音频信号检测与增强是语音识别、音乐分类、环境监测、异常事件告警等多种应用的基础,在现代社会生活中具有重要意义。然而,在强噪声环境中进行音频信号检测与增强的难度也在不断增加,因此,提高检测准确率、降低噪声干扰一直是音频信号... 详细信息

音频信号检测与增强是语音识别、音乐分类、环境监测、异常事件告警等多种应用的基础,在现代社会生活中具有重要意义。然而,在强噪声环境中进行音频信号检测与增强的难度也在不断增加,因此,提高检测准确率、降低噪声干扰一直是音频信号检测与增强领域研究的热点。本文针对以上重难点问题,开展强噪声背景下的音频智能检测与增强方法研究,主要包括以下三个部分:1)音频端点检测方法研究,实现复杂噪声环境下目标音频段与噪声段的区分;2)音频类型识别方法研究,通过深度学习模型实现目标音频段与噪声段的类型判断;3)音频增强方法研究,基于噪声类型识别结果,选择统计方法中的参数最优组合实现音频增强。针对含噪信号中音频段与噪声段的判别问题,提出了一种基于朴素贝叶斯分类器的音频端点检测方法。通过多窗谱谱减法处理信号,提取信号相关特征,利用朴素贝叶斯分类器区分噪声信号段和目标信号段。实验结果表明,在不同类型噪声环境、不同信噪比下,该方法的检测准确率较高,在非平稳强噪声环境下的检测准确率提高明显。针对音频信号的类型识别问题,提出了一种基于深度学习的音频类型识别方法。本方法将目标音频信号与噪声信号的梅尔声谱图作为深度神经网络ECAPA-TDNN的输入特征,实现目标音频信号与噪声信号具体类型的识别。实验结果表明,该方法能够准确的实现噪声信号类型识别;在有无噪声干扰的情况下均能实现较高准确的音频信号类型识别。针对音频信号增强问题,提出了一种基于噪声类型识别的音频增强方法。本方法根据噪声类型识别的结果,选择IMRCA-OMLSA方法中三个参数的最优组合实现噪声功率谱最优估计,然后使用最优改进对数谱幅度估计进行目标音频估计。实验结果表明,该方法能够较好的提高含噪音频信号的质量,特别是含噪音频信号的可懂度。

关键词：特征提取音频端点检测深度学习音频识别音频增强

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基于鱼眼相机非线性畸变图像的目标测量方法

基于鱼眼相机非线性畸变图像的目标测量方法

作者：兰颖华中北大学

学位级别：硕士

随着计算机视觉测量技术的不断发展,具有更大视场角的鱼眼相机可以获取比普通相机更丰富的场景信息,基于鱼眼相机畸变图像的视觉测量技术被更多的人关注。传统的畸变图像测量方法是将畸变图像校正为线性图像,但畸变校正时损坏了原有的... 详细信息

随着计算机视觉测量技术的不断发展,具有更大视场角的鱼眼相机可以获取比普通相机更丰富的场景信息,基于鱼眼相机畸变图像的视觉测量技术被更多的人关注。传统的畸变图像测量方法是将畸变图像校正为线性图像,但畸变校正时损坏了原有的图像信息导致测量误差增大。非线性畸变图像含有高阶分量信息,有利于高精度的测量。基于鱼眼畸变图像的特点,本文主要研究直接利用鱼眼图像的非线性畸变信息进行测量的方法,从鱼眼相机成像模型的建立与标定、鱼眼畸变图像的特征提取与匹配、基于鱼眼相机畸变图像的三维测量几个方面进行了系统的研究。主要研究工作如下:(1)针对不同类型鱼眼相机畸变程度不同导致成像模型通用性不强及精度低的问题,改进了传统的Kannala模型,在鱼眼多项式逼近模型的基础上提出样条分段优化的方法,建立鱼眼相机的非线性畸变成像模型,不仅适用于所有鱼眼相机而且精度高。并将该方法应用于鱼眼相机的立体板标定,利用单幅图像确定相机内参和高阶畸变系数,克服了传统平面板标定需多次摆放过程复杂且速度慢的不足。通过实际鱼眼相机的标定实验,证明了该方法能够有效提高鱼眼相机的标定精度且适用于不同的相机。(2)针对畸变校正后利用图像匹配方法及非线性畸变图像匹配方法误差大的问题,提出基于最大稳定极值特征区域的ASIFT匹配方法。首先提取畸变图像的最大稳定极值特征MSER区域,然后采用仿射尺度不变特征变换ASIFT方法实现匹配。通过鱼眼图像匹配实验证明了该匹配方法可获得更多特征匹配点,具有较强的匹配准确性。(3)针对畸变校正后图像测量方法误差大且单幅图像无法获取目标深度信息的问题,提出一种利用单目鱼眼相机移动实现双目三维测量的方法。根据鱼眼畸变中心对称分布的特性,使相机沿光轴方向定量移动采集目标图像建立测量模型,结合标定的相机参数及特征匹配点坐标获取三维信息进而实现测量。通过鱼眼图像测量实验证明了该测量方法具有较高的测量精度。

关键词：鱼眼相机非线性畸变鱼眼相机标定图像匹配三维测量

基于多谱图像融合的浅层震源聚焦定位方法研究

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基于多谱图像融合的浅层震源聚焦定位方法研究

作者：赵飞飞中北大学

学位级别：硕士

浅层地震源的定位是浅层地震勘探中的一个热门课题,它在浅层爆炸、工程爆破、煤矿勘探等领域有着广泛的应用。目前浅层定位主要借鉴深层震源定位方法,主要包括以下3种:（1）基于走时定位方法;（2）基于速度位置联合的定位方法;（3）基... 详细信息

浅层地震源的定位是浅层地震勘探中的一个热门课题,它在浅层爆炸、工程爆破、煤矿勘探等领域有着广泛的应用。目前浅层定位主要借鉴深层震源定位方法,主要包括以下3种:（1）基于走时定位方法;（2）基于速度位置联合的定位方法;（3）基于逆时偏移的定位方法。由于逆时偏移的定位方法不需要进行走时拾取,直接利用波形的所有信息,且能够在低信噪比条件下的实现定位,是近年的研究热点。然而,与深层地层结构相比较,浅层地层结构复杂,震动波传输信道随时空变化较大,以至于检测到的震动波具有波形复杂、多频率波形混叠与频散严重等特点,直接采用深度震源定位方法和利用全频信号对地下浅层定位,会产生较大定位误差,难以满足地下浅层震源高精度定位的需求。针对上述问题,本文重点研究了利用特征频率聚焦成像与多谱融合的地下浅层震源高精度定位方法。根据震动波在介质传播过程中其频率特征不受传播介质的影响的特点,利用爆炸震动信号的宽频谱特性及高频信号逆时成像具有更好的聚焦特性的优点,本文提出了一种基于主频率成分逆时聚焦成像与基于深度学习的多谱图像融合定位方法,有效提高了地下浅层空间的震源位置精确度。首先,使用变分模态分解（VMD）方式对传感器收集到的信息进行多频主成分分解和提取;之后利用逆时聚焦方法对各模态频率分量进行逆时反演重建,形成三维能量场聚焦图像;最后,利用3D-UNet深度学习模型,并结合注意力机制,进行多谱能量场聚焦图像融合,通过多谱能量场对应系数的自适应调整,生成融合网络模型,并与传统在全频信号下的逆时聚焦、QPSO及神经网络定位进行了对比分析,验证了本文所提方法的有效性。本文通过仿真模拟实验和外场工程试验对所提方法进行了验证。验证结果表明,本文所提出的基于主频率成分逆时聚焦成像与基于深度学习的多谱图像融合定位方法,可有效提高地下浅层震源定位得精确度。在100*100*50m区域范围内进行地下爆炸的外场工程试验中,采用本文方法的RMSE定位误差在0.5 m以内。

关键词：浅层定位能量场重建信号分解图像融合 3D-UNet

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基于地磁场的弹丸炮口运动参数测量方法

基于地磁场的弹丸炮口运动参数测量方法

作者：王廉斌中北大学

学位级别：硕士

在火炮等武器的研究、生产及交验过程中,弹丸炮口运动参数如初速、转速等都为表征和评估火炮性能的关键指标,也是弹外制导的重要参数,在不同的环境和射击条件下准确测量炮口参数数据,对减小射击偏差,修正弹道,赋予火炮精确的火力射击诸... 详细信息

在火炮等武器的研究、生产及交验过程中,弹丸炮口运动参数如初速、转速等都为表征和评估火炮性能的关键指标,也是弹外制导的重要参数,在不同的环境和射击条件下准确测量炮口参数数据,对减小射击偏差,修正弹道,赋予火炮精确的火力射击诸元,提高作战毁伤效能,具有重要意义。为实现上述参数检测,研究并提出了一种基于地磁场的弹载炮口运动参数测量方法。首先,结合地磁场的基本理论,对地磁环境中铁磁性身管及弹丸周围感应磁场的分布特征进行分析和描述。之后通过有限元建模仿真,设置非旋状态下弹丸发射出膛过程中传感器的运动路径,进而获取随弹丸运动感知到的磁场变化规律。为使研究更具全面性,对比不同射向射角的发射条件下,出炮口前后的磁场信号同异。采用两次求导的方式,对传感器路径上磁感应强度模曲线的特征点进行分析,根据曲线存在两特征点的结论,提出对非旋状态下弹丸炮口速度的理论测量方法。之后,搭建检测平台进行模拟实验,控制传感器以相同速度,沿身管轴向方向从模拟身管膛内拉出炮口一段距离,观测磁场信号变化,对速度检测方法的基础性原理进行验证。之后,基于在非旋状态中存在两特征点的研究结论,在原身管模型内部添加等齐膛线,推出旋转状态下,常规等齐线膛炮弹丸出膛转速及速度的测量方法。仿真分析了周向路径与传感器运动路径上的磁场分布,同样对传感器运动路径上磁场采用两次求导分析,根据特征点的方式,结合周向特征,得到弹丸炮口转速,在转速基础上解算出炮口速度。利用所搭建平台测试数据,并对环境影响因素及应用条件做基础性分析。仿真和模拟实验的结果表明,利用弹丸运动过程中地磁场分布,可实现炮口运动参数的测量。

关键词：地磁场炮口速度转速有限元仿真磁传感器拟合

对常平交响协奏套曲《东方水墨》的音乐技法探究

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对常平交响协奏套曲《东方水墨》的音乐技法探究

作者：王翠娟沈阳音乐学院

学位级别：硕士

常平21世纪作曲家,其创作的作品先后在国内外获得奖项。《东方水墨》是作曲家协奏曲体裁创作中较有代表性的一部。本文以音高材料及其组织方式为核心,将四部协奏曲分别从结构布局、音高组织、节奏分析、音色布局、民族因素的运用等方面... 详细信息

常平21世纪作曲家,其创作的作品先后在国内外获得奖项。《东方水墨》是作曲家协奏曲体裁创作中较有代表性的一部。本文以音高材料及其组织方式为核心,将四部协奏曲分别从结构布局、音高组织、节奏分析、音色布局、民族因素的运用等方面进行探究,从而了解作曲家作曲技法方面的音乐语言和创作特色。本文分为绪论和五个章节,绪论阐述了选用管弦乐类作品作为研究对象的依据,以及研究《东方水墨》所要达到的目的。在这基础上,再对这部作品的研究现状、作曲家音乐的发展道路进行研究,进而展开对这部作品的研究。前四个章节将音高材料、速度、节奏、音色的不同作为划分曲式结构的主要依据。音级集合理论的运用,分析出作品的核心动机及音高材料的相互关系。节奏、音色的创作特点从结构布局的角度进行分析。民族因素主要从音级集合的五声性、纵向音高材料的五声性进行分析。第五章节对四部协奏曲的相同点与不同点进行比较,从而了解作曲家对作品的创作构思与理念。

关键词：《东方水墨》曲式结构音级集合理论节奏分析音色布局音级集合的五声性

超平滑高光反射面的微小疵病检测方法与系统设计

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超平滑高光反射面的微小疵病检测方法与系统设计

作者：张苗苗中北大学

学位级别：硕士

超平滑高光反射面产品在工程中广泛应用,例如,汽车漆膜、轴承、太阳能硅板等。在生产过程中由于受材料夹杂、生产环境粉尘等因素的影响,在产品表面上会出现渣点、发丝、划痕、裂纹、凹凸不平等点、线、面状的疵病,影响产品的质量。在采... 详细信息

超平滑高光反射面产品在工程中广泛应用,例如,汽车漆膜、轴承、太阳能硅板等。在生产过程中由于受材料夹杂、生产环境粉尘等因素的影响,在产品表面上会出现渣点、发丝、划痕、裂纹、凹凸不平等点、线、面状的疵病,影响产品的质量。在采用机器视觉检测时,由于表面高光反射,环境光干扰,导致疵病漏检和误判。疵病检测是确保自动化生产中产品质量的一个非常重要的环节,超平滑高光反射面的微小疵病机器视觉检测是现在研究热点和难点。本文针对超平滑高光反射面微小疵病检测的共性基础问题,以汽车漆膜疵病自动检测为应用背景,研究了视觉检测系统的设计,主要包括疵病图像采集、图像预处理、疵病检测及识别。首先针对被测物表面平滑度较高,光线反射度较高,环境光会影响疵病的成像质量问题,研究了照明光源的设计,选择高亮度白色面光源抑制环境光,为成像系统提供光照稳定的环境;针对微小疵病的图像获取问题,研究了成像系统的设计方法,设计与集成了满足高光反射环境下图像采集系统;针对微小尺度疵病受噪声及背景干扰严重的问题,提出了一种同态滤波与小波变换相结合的疵病信息增强方法,利用叠加平均降噪及同态滤波提升微小尺度疵病与背景的对比度,之后利用二维小波变换剔除图像背景趋势项,获得较为稳定的疵病信息;针对微小疵病的检测问题,研究了疵病的检测与识别方法,提出了一种场曲修正自适应阈值的分级分割方法,利用场曲修正自适应阈值的分割系数,对不同尺寸的疵病实现准确的检测;最后基于分割结果建立小规模数据集,提出一种优化的AlexNet神经网络模型,对疵病数据集进行准确分类识别。实验结果表明,该采集系统可以获得高分辨率的疵病图像,处理方法可实现大面积的超平滑高光反射面上微小疵病(0.1mm)有效检测,且微小疵病检测的检出率达到97.6%,误检率为1.3%,疵病识别准确率可达到90.56%,达到了预期检测结果。

关键词：机器视觉微小疵病检测超平滑高光反射面场曲 AlexNet

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大动态范围声信号测量与声源定位方法研究

大动态范围声信号测量与声源定位方法研究

作者：邵亚璐中北大学

学位级别：硕士

在人类生活中声信号无处不在,如何获取有效声源信息和利用声信号实现信号的评估在声学分析领域中具有重要的应用价值。其中弱声信号于强噪声环境下的有效获取、信号的特征分析与评估以及对于声源的定位应用等在噪声防治、军事作战、工... 详细信息

在人类生活中声信号无处不在,如何获取有效声源信息和利用声信号实现信号的评估在声学分析领域中具有重要的应用价值。其中弱声信号于强噪声环境下的有效获取、信号的特征分析与评估以及对于声源的定位应用等在噪声防治、军事作战、工业生产、日常生活等各个领域中都具有重要研究价值。本文针对以上重难点问题,重点开展满足分布式测量应用的,可实现强噪声环境下信号检测的声信号测量评估与定位方法研究,包括:1)大动态范围声信号获取方法,实现高精度信号采集;2)声信号分析处理与评估,通过声信号分析处理算法研究实现信号的有效信息提取与声级测量;3)声源特征分析与定位算法研究,基于分布式传感器网络测量背景,通过提取信号特征分量提出一种基于信息融合的鲁棒性较高的定位算法。为适应强噪声环境下的声信号拾取,本文提出了一种基于统一比较电压的大动态范围的声信号分段放大采集方法,并设计电路进行了仿真验证。依据ADC的最大允许输入电压、根据不同的关注度对信号进行分段,各段对应不同的放大倍数,逆序输出,最后再根据不同段的放大倍数做数据合成恢复。此方法不仅可以保证大小信号的线性放大,还可以提高ADC的分辨率;在声信号分析处理与评估中,应用变分模态分解（VMD）方法降低环境噪声影响,突出有效声信号,并针对频率计权过程中双线性变换法的不足,提出一种基于混沌加权粒子群（CW-PSO）的数字滤波器设计方法,仿真结果表明算法更拟合于理想曲线,最后通过倍频程分析完成声级的测量计算;在声源信号的特征分析与提取中,采用基于自适应迭代滤波（ALIF）的信号分解方法,仿真验证了该算法在平稳和非平稳信号中都具有更强的鲁棒性;将信号主频分量作为基础波束,基于分布式测量应用场景,提出了一种基于主频特征能量与相位变换加权的可控响应功率（SRP-PHAT）波束形成相结合的声源定位算法,通过搭建仿真定位模型进行实验验证,该方法在定位的同时还可以重建声场的能量分布,且具有较高的精确度,为实际工程应用提供了方法思路。

关键词：大动态声信号频率计权声级测量特征提取分布式定位

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动变结构构件超声检测收发系统设计

动变结构构件超声检测收发系统设计

作者：张硕中北大学

学位级别：硕士

在无损检测领域,超声检测作为重要的无损检测方法,在航空、航天、军事、工业等领域广泛应用。在工程中,构件形态和结构的动态变化是超声检测经常遇到的工程难题,例如固体火箭发动机燃烧过程中,材料超声波衰减强,发射效率需追求最大化,... 详细信息

在无损检测领域,超声检测作为重要的无损检测方法,在航空、航天、军事、工业等领域广泛应用。在工程中,构件形态和结构的动态变化是超声检测经常遇到的工程难题,例如固体火箭发动机燃烧过程中,材料超声波衰减强,发射效率需追求最大化,且在燃面退移监测过程中,接收信号动态范围较大,需要进行动态范围压缩。超声动变结构构件检测对仪器提出了新的要求。主要体现在换能器的频率、能量匹配;接收信号的自适应放大、滤波等。此外,对于一些特殊环境,还需进行远程检测。目前,尚无满足上述工程检测需求的超声检测仪器。针对动变结构构件的特点和检测需求,本文研究了动变结构超声检测收发系统的设计和实现方法,以大型动变结构复合材料构件检测为背景,基于模块化可组合的设计原则,设计了工作频率范围为20k Hz～2MHz的四通道超声发射、接收系统。为满足多工位动变结构构件检测和超声成像,所设计的系统具有单收-单发、单发-多收,多发-多收的同步收发功能。发射模块采用双极性激励脉冲形式,输出电压峰峰值最高为1000V,具有电压连续可调,激励信号的极性、周期数、重复频率、脉宽可控,换能器频率自适应匹配功能,可实现换能器工作频率自动跟踪和激励脉宽的自适应调节,以达到超声波发射功率的最大输出。接收模块设计了程控线性放大器、大动态对数放大器和基于状态变量滤波器的自适应滤波器,实现线性增益调节和大动态范围超声信号对数放大,保障了大动态范围超声信号的有效获取。滤波器可根据发射模块测定的换能器工作频率进行滤波参数的自动调整。为了满足远程检测的需求,本文还设计了基于Zynq的高速采集传输模块,以Zynq为主控芯片,采用软硬件协同开发的方式,实现了四通道并行采集传输,采样率达12.5MSPS,分辨率14位。最后,以固体火箭发动机推进剂燃面检测为应用背景,对本文设计的收发系统进行了厚度变化模拟检测试验与性能考核,实验结果表明,系统能够适用于动变结构超声检测的要求。

关键词：动变结构构件超声检测超声激励电源频率自适应状态变量滤波器

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目标检测跟踪技术研究及DSP实现

目标检测跟踪技术研究及DSP实现

作者：崔青松中北大学

学位级别：硕士

随着现代信息技术的迅猛发展,目标自动检测跟踪(ATR)系统在国民经济和国防建设中发挥着极为重要的作用。本文设计了一种基于DSP的高速数字图像目标检测跟踪系统。该系统是为了提高数字图像处理速度,实现对目标识别与跟踪处理的实时性而... 详细信息

随着现代信息技术的迅猛发展,目标自动检测跟踪(ATR)系统在国民经济和国防建设中发挥着极为重要的作用。本文设计了一种基于DSP的高速数字图像目标检测跟踪系统。该系统是为了提高数字图像处理速度,实现对目标识别与跟踪处理的实时性而开发的。本文从算法实现和硬件设计两部分分别介绍了该目标检测跟踪系统的实现。针对目标检测,在差分算法的基础上,研究和分析了图像分割算法,同时提出了背景减法与区域生长相结合的检测算法。实验证明这种算法可以有效地对所得图像序列进行特征提取。通过研究典型的目标跟踪算法,建立运动目标的数学模型并提出了基于卡尔曼预测的目标识别跟踪方法。采用质心位置预测来代替较复杂的匹配过程,很大程度上提高了跟踪速度,同时简单有效地解决了复杂运动的情况。介绍了基于DM642的硬件开发调试平台,说明了图像处理系统各个功能模块的具体设计方法,讨论了目标检测跟踪处理算法的硬件实现及参数分析。

关键词：目标识别区域生长 Kalman预测 DM642

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基于不同能谱的射线图像融合技术研究

基于不同能谱的射线图像融合技术研究

作者：隋海洋中北大学

学位级别：硕士

传统一维投影方法获得的射线图像是X射线通路上物体内部各种成分投影的叠加,不但图像的深度分辨率丢失,而且产生对我们无效的冗余信息,这些无效信息使我们无法从射线图像中获取所需信息。为了解决射线图像中冗余信息对有用信息的干扰问... 详细信息

传统一维投影方法获得的射线图像是X射线通路上物体内部各种成分投影的叠加,不但图像的深度分辨率丢失,而且产生对我们无效的冗余信息,这些无效信息使我们无法从射线图像中获取所需信息。为了解决射线图像中冗余信息对有用信息的干扰问题,我们用不同的窄束能谱射线获取图像然后进行射线图像融合。本文首先从物理学角度研究了射线的产生和射线能谱,通过论述射线与物质的关系,并根据射线的宽谱特性,研究了射线能谱单色化的方法---K边缘滤波法。利用传统射线成像系统,通过在射线源与被成像物体间加滤波板的方法,设计了多色射线成像系统。本文主要采用了层叠法、加权平均法和小波变换等融合方法对多色射线图像融合进行了大量的研究,很好的解决了射线成像过程中,无效冗余信息对有用信息的干扰,融合图像中不同物质清晰可见。对小波方法融合多色射线图像进行了改进,改进的融合方法增强了图像的细节。提出了频域平均融合算法。另外,在射线图像融合前进行了低通滤波、同态滤波还有小波增强处理,各种滤波方法都起到了比较好的效果。在射线图像融合后还进行了伪彩色增强处理,使成像物体内部层次更直观化的。最后设计并用VC6.0实现了多色射线图像融合软件系统。

关键词：图像融合多色射线能谱调制小波分解