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基于分形理论的图像处理和序列预测算法研究

基于分形理论的图像处理和序列预测算法研究

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作者：蔡珊珊大连理工大学

学位级别：硕士

近年来,分形理论成为图像处理方面的一个研究热点,在图像编码,图像分类和纹理分析等方面都有突出表现。同时,分形理论也越来越多地应用于时间序列预测和分析方面。本文通过改进徐如丹等人的分形字典编码算法,并扩展徐等人的分形字典,将... 详细信息

近年来,分形理论成为图像处理方面的一个研究热点,在图像编码,图像分类和纹理分析等方面都有突出表现。同时,分形理论也越来越多地应用于时间序列预测和分析方面。本文通过改进徐如丹等人的分形字典编码算法,并扩展徐等人的分形字典,将分形字典编码应用到医学图像编码之上;同时,提出了一种新的基于盒维数法的分形维数计算方法;最后,提出将曲线的分形维数应用到时间序列预测上。主要工作包括如下:1、针对分形字典编码应用于CT图像编码上存在的缺陷,对分形字典编码算法进行了改进,并扩展了徐等人的分形字典。对编码算法的改进,解决了CT图像解码图中出现的“黑白颠倒”问题。扩展分形字典,通过向分形字典中添加极端边缘块,极大改善了CT解码图像中严重的方块效应问题,将CT图像编码的PSNR值提高到30以上。最后,结合CT图像自身的特点,提出使用图像块灰度值的均值来对CT图像中大面积的背景区域进行编码。在不影响视觉效果的情况下,CT图像的编码时间缩短了60%以上。2、针对差分盒维数方法存在的两大缺陷,提出了一种新的基于盒维数法的分形维数计算方法。新方法提出将灰度图像的像素点置于用来覆盖图像的盒子的顶点处。具体改进有三点:选择合适的盒子高度、改进盒子数的计算方式和提出相邻变化块机制。实验结果表明,与其他四种方法相比,新方法计算的分形维数的平均拟合误差最低,低至0.007086,相比其他方法至少降低了60%。针对纹理变化剧烈的图像,计算其分形维数时,新方法的计算稳定性最佳。针对112组相同纹理不同尺寸的图像,计算每组图像分形维数的标准差时,新方法计算出的其中79组图像的分形维数标准差最小,约占70.5%。3、将商家历史客流量曲线的分形维数应用到序列预测方面。使用盒维数法计算曲线的分形维数,将此特征添加到特征向量中。使用机器学习中的极端随机树模型来进行客流量序列预测。实验结果表明,添加了历史数据曲线的分形维数特征的模型,能一定程度上降低序列预测的误差。

关键词：分形字典压缩编码 CT图像分形维数序列预测

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结合分形及形态学滤波的红外虚警源检测方法研究

结合分形及形态学滤波的红外虚警源检测方法研究

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作者：吕昱霄电子科技大学

学位级别：硕士

在地球观测系统中,特别是在弱小目标探测中,对远距离红外目标的探测和识别在军事和民用领域具有重要作用。然而,地球表面存在大量的高辐射区,成为目标检测的虚警源,给目标检测造成干扰,导致目标误检率较高,会干扰军事预警系统。为了提... 详细信息

在地球观测系统中,特别是在弱小目标探测中,对远距离红外目标的探测和识别在军事和民用领域具有重要作用。然而,地球表面存在大量的高辐射区,成为目标检测的虚警源,给目标检测造成干扰,导致目标误检率较高,会干扰军事预警系统。为了提高系统性能和小目标检测精度,本文提出的方法采用抑制虚警源来作为小目标检测的辅助手段。对虚警源的纹理分析发现分形可以很好的表征虚警源,同时红外图像中特定类型的信号分量可被同类型的字典高效表征,并且利用形态学的操作可以剔除掉与图像无关的信息而增强有用信息。因此本课题针对红外成像虚警源检测提出了结合分形特征和形态学滤波的方法和结合分形字典和双结构形态学指数的方法,论文主要的研究工作如下:（1）研究了红外成像虚警源分形特征的提取与分析。对虚警源的纹理发现其具有自相似性,即具有分形特征,因此通过提取虚警源的分形特征来增强虚警源。本课题提取的分形特征包括分形维数、分形面积和多重分形分析的分形特征。通过算法仿真测试发现,分形面积的提取效果最好,该方法的背景抑制效果最强。（2）研究了基于分形字典学习的虚警源检测算法。该方法的提出基于虚警源具有分形特征,且红外图像中的信号可被同种类型的字典高效表征。该方法在虚警源检测上取得一定成效,其在ROC曲线、PR曲线、AUC、AUCpr、F-measure和IOU等质量指标具有更好的性能。（3）研究了形态学滤波的方法,并在形态学重建、双算子形态学滤波和形态学建筑物指数的基础上进行了改进,提出了双结构形态学指数。该指数的提出使得背景抑制效果更强,为后续结合分形做了巨大的贡献。（4）研究了结合分形和形态学对虚警源的检测,根据前面的基础,提出了结合分形特征和形态学滤波的虚警源检测算法及结合分形字典和双结构形态学指数的虚警源检测算法。通过仿真测试发现,结合分形字典和双结构形态学指数的算法在ROC曲线和PR曲线上的表现更好,在同一召回率下的精确率更高,其F-measure值和IOU值大于其他算法,表明其具有较好的检测效果。

关键词：分形特征分形字典形态学滤波虚警源

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