用于信号处理的降噪滤波器制造技术

使用两个正交坐标来实施数据信号的降噪滤波器，所述两个正交坐标包括从对所述数据信号进行采样和排序而生成的强度和差分强度值。加权函数用于放大或减少使用所述强度和差分强度值生成的数据集分布的不同部分。所述加权函数还可以包括标量常数以进一步增强所述降噪滤波器的能力。所述降噪滤波器可以用于减少噪声数据信号的噪声分量或增加所述噪声数据信号的有用信号分量，由此提高信噪比并且还提高频谱分辨率。所述降噪滤波器也可以用于其中所述噪声数据信号的强度和频率频谱重叠的特殊情况。所述降噪滤波器可以用于包括光谱学和图像处理等等的各种应用中。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于信号处理的降噪滤波器相关申请的交叉引用本申请要求于2018年11月19日提交的美国临时申请号62/769,174和于2019年2月14日提交的美国非临时专利申请号16/275,978的优先权，所述申请的全部内容特此通过引用的方式并入本文中。
本文描述的各方面总体上涉及信号处理。更具体地，本文描述的各方面提供了一种改进的降噪滤波器，以改进噪声数据信号的信噪比，并且潜在地提高信号分辨率。
技术介绍
数据信号的降噪在各个领域(例如，光谱学、数字图像处理、音频和语音处理、声纳、雷达和其他传感器阵列处理、频谱密度估计、统计信号处理、控制系统、生物医学工程和地震学，仅举几个非限制性示例)中都很有用。数据信号中的降噪通常涉及使用某种降噪滤波器从噪声数据信号中恢复有用的数据信号。通常，噪声数据信号可以通过其强度和频率频谱分量来表征，所述强度和频率频谱分量可以被分类为表示有用数据信号的分量和表示不需要的噪声的分量。有用数据信号的强度与不需要的噪声的强度之比被称为信噪比(SNR)。降噪滤波器改进噪声数据信号的SNR。噪声数据信号的强度和频率频谱分量可以采取多种形式。在其中有用数据信号的强度谱显著大于不需要的噪声的强度谱的情况下，可以使用对数据信号的简单阈值设定来实施降噪滤波器以改进噪声数据信号的SNR。在其中不需要的噪声的频率显著大于或低于有用数据信号的频率的情况下，可以分别使用简单的低通或高通滤波器来实施降噪滤波器以改进噪声数据信号的SNR。然而，在其中有用数据信号和不需要的噪声的强度和频率频谱可能重叠的情况下，没有合适的降噪滤波器来在没有显著信号失真的情况下改进噪声数据信号的SNR。
技术实现思路
下文呈现了对本文描述的各个方面的简化概述。这种概述并非广泛概述，并且不旨在标识关键或重要要素或描绘权利要求的范围。以下概述仅以简化形式呈现一些概念以作为下面提供的更详细描述的介绍性序言。为了克服上述现有技术中的限制并且为了克服在阅读和理解本说明书后将会明白的其他限制，本文描述的各方面是针对信号处理中或用于信号处理的降噪。根据本公开的各个方面，可以使用接收器来接收数据信号。数据信号可以包括噪声分量和信号分量。可以基于所接收的数据信号来生成第一数据集。第一数据集可以包括数据信号的强度和差分强度值的有序对。可以基于强度和差分强度值对第一数据集进行排序。可以将加权乘法函数应用于排序后的第一数据集。加权的和排序的第一数据集可以被重新排列和重新排序以对应于第一数据集中的有序对的原始顺序。可以将强度值与重新排列的数据集中的对应差分强度值相加以生成第二数据集。可以通过将第一数据集的第一强度值插入到第二数据集的第一位置中来生成输出数据集。根据本公开的另一方面，具有一个或多个处理器和存储器的计算机可以用于使用接收器来接收数据。数据信号可以包括噪声分量和信号分量。所述计算机还可以基于所接收的数据信号来生成第一数据集。第一数据集可以包括数据信号的强度和差分强度值的有序对。可以通过计算机基于强度和差分强度值对第一数据集进行排序。计算机处理器可以将加权乘法函数应用于排序后的第一数据集。计算机处理器可以重新排列加权的和排序的第一数据集以对应于第一数据集中的有序对的原始顺序。计算机处理器可以执行将强度值与其在重新排列的数据集中的对应差分强度值相加以生成第二数据集的指令。计算机处理器可以通过将第一数据集的第一强度值插入到第二数据集的第一位置中来生成输出数据集。附图说明在附图中通过示例而非限制地示出了一些特征。在附图中，相同的数字指代类似元件。图1是描绘根据本文描述的说明性方面的信号处理系统的框图；图2是描绘可以用于实施本公开的各个方面的示例性计算装置的框图；图3是示出示例性降噪滤波器的组成以及示例性降噪滤波器可以如何抑制采样的数据信号中的噪声的功能框图。图4是描绘根据本文描述的说明性方面的用于实施降噪滤波器的方法的流程图。图5是描绘根据本文描述的说明性方面的生成差分强度数据集的方法的流程图。图6是描绘根据本文描述的说明性方面的将第一数据集的第一强度值插入到第二数据集的第一位置中的方法的流程图。图7A至图7H是描绘根据本公开的各种说明性方面的示例性信号的图形。图8A至图8I是示出根据本公开的各种说明性实施方案的信号的图形。图9A和图9B描绘了根据本公开的各种说明性实施方案的应用于照片的滤波器的结果。图9C至图9E是描绘根据本公开的各种说明性方面的滤波的图形。具体实施方式描述了抑制噪声数据信号的噪声分量由此提高数据信号的信噪比(SNR)的降噪滤波器。在一些实施方案中，降噪滤波器可以使用与噪声数据信号的强度和差分强度值以及强度的二阶、三阶和更高阶(最高至五阶)差分相对应的两个正交坐标。另外，降噪滤波器还可以包括各种加权函数，所述加权函数可以进行调整以提供期望的滤波器输出响应。降噪滤波器可以用于抑制具有重叠强度和频率频谱特性的数据信号中的噪声贡献。然而，降噪滤波器是灵活的，并且还可以用于其中数据信号的强度和频率频谱特性不重叠的情况。降噪滤波器已使用假设性和真实世界噪声数据信号进行了测试，以示出其作为频谱处理工具的有效性以及对包括光谱学和图像处理的各种应用中使用的任何频谱处理软件工具箱的潜在有价值补充。现在参考附图，图1是信号处理系统100的框图，所述信号处理系统包括频谱处理部件101(例如，光谱仪)和离散滤波系统108。光谱仪101输出噪声数据信号，例如，噪声输入信号106。噪声输入信号包括有用数据信号分量和不需要的噪声信号分量。尽管图1将信号处理部件101示出为光谱仪，但是应理解，任何适当的信号处理部件，例如，图像处理器、相机、无线电接收器，或者可以生成噪声数据信号并受益于如本文所述的滤波的任何仪器。离散滤波系统108用于对光谱仪101的输出执行采样和滤波操作，以生成滤波后的输出信号107。离散滤波系统108使用降噪滤波器104来降低噪声数据信号的噪声信号分量并生成滤波后的输出信号107。滤波后的输出信号107的信噪比大于噪声输入信号106的信噪比。如图1所示，离散滤波系统108还可以包括接收器102，所述接收器被配置为接收噪声数据信号106并将它转换为连续的时变或空变信号，所述信号可以使用其强度和频率频谱来表征。采样器103可以被配置为从接收器102接收输出，并通过对信号进行采样来将连续噪声信号转换为离散数据信号。根据一些实施方案，采样器103可以使用采样频率或频率间隔来生成具有N个采样数据点的离散数据信号。离散滤波系统108还可以包括计算机105，所述计算机被配置为与降噪滤波器104进行通信。根据各种实施方案，计算机105可以被配置为处理和存储在降噪滤波器104的实施期间使用的信息。下面关于图2描述示例性计算机。图2是描绘计算装置200的示例的框图。根据一些实施方案，计算装置200可以用于实施系统100的一个或多个部件。例如，计算装置200可以用于实施图1中描绘本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种方法，其包括：/n使用接收器接收数据信号，其中所述数据信号包括噪声分量和信号分量；/n基于所述接收到的数据信号而生成第一数据集，其中所述第一数据集包括所述数据信号的强度值和差分强度值的有序对；/n基于所述强度值和差分强度值来对所述第一数据集进行排序；/n将加权乘法函数应用于所述排序后的第一数据集；/n在所述加权的第一数据集中重新排列强度值和差分强度值的所述有序对，以对应于所述第一数据集中的有序对的原始顺序；/n将所述强度值与其在所述重新排列的数据集中的对应差分强度值相加以生成第二数据集；以及/n通过将所述第一数据集的第一强度值插入到所述第二数据集的第一位置中来生成输出数据集。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20181119 US 62/769,174;20190214 US 16/275,9781.一种方法，其包括：
使用接收器接收数据信号，其中所述数据信号包括噪声分量和信号分量；
基于所述接收到的数据信号而生成第一数据集，其中所述第一数据集包括所述数据信号的强度值和差分强度值的有序对；
基于所述强度值和差分强度值来对所述第一数据集进行排序；
将加权乘法函数应用于所述排序后的第一数据集；
在所述加权的第一数据集中重新排列强度值和差分强度值的所述有序对，以对应于所述第一数据集中的有序对的原始顺序；
将所述强度值与其在所述重新排列的数据集中的对应差分强度值相加以生成第二数据集；以及
通过将所述第一数据集的第一强度值插入到所述第二数据集的第一位置中来生成输出数据集。


2.如权利要求1所述的方法，其中所述噪声分量和所述信号分量具有重叠强度特性或重叠频率频谱特性中的一者或多者。


3.如权利要求1所述的方法，其中应用所述加权乘法函数包括应用高斯函数，并且其中在所述排序后的第一数据集的强度值处于最大值的情况下出现所述高斯函数的峰值。


4.如权利要求1所述的方法，其中所述加权乘法函数包括阶跃函数、汉明函数或S型函数。


5.如权利要求1所述的方法，其还包括基于所述排序后的第一数据集的强度值的分布来选择所述加权乘法函数。


6.如权利要求1所述的方法，其中应用所述加权乘法函数包括应用至少两个不同的函数，其中将第一函数应用于所述强度值，并且将第二函数应用于所述差分强度值。


7.如权利要求1所述的方法，其还包括基于所述排序后的第一数据集中的强度值和差分强度值的所述有序对，改变所述加权乘法函数的宽度和幅度。


8.如权利要求1所述的方法，其还包括将比例因子应用于所述加权乘法函数以放大所述排序后的第一数据集中的强度值和差分强度值的不同区域。


9.如权利要求1所述的方法，其中所述数据信号的信号分量的强度大于所述数据信号的噪声分量的强度。


10.如权利要求1所述的方法，其中所述数据信号的信号频谱的频率分量与所述数据信号的噪声频谱的频率分量重叠。


11.如权利要求1所述的方法，其中所述第一数据集包括二维正交集。


12.一种设备，其包括：
一个或多个处理器；以及
存储计算机指令的存储器，所述计算机指令在由所述一个或多个处理器执行时使所述设备：
使用接收器接...

【专利技术属性】
技术研发人员：V·谢尔盖·拉科夫，
申请(专利权)人：珀金埃尔默健康科学有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US