基于数学形态学的航空电磁数据去噪方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种航空电磁领域的数据去噪方法，尤其是时间域航空电磁领域，具 体是一种基于数学形态学的航空电磁数据去噪方法。
【背景技术】
[0002] 航空电磁法是一种以飞机为载体，进行地球物理探测的一种勘察探测方法，主要 用来快速普查金属矿体，大面积地质填图，水文地质，工程地质勘查和环境监测等领域。
[0003] 数学形态学是一门建立在严格数学理论基础上的学科，现已成功应用于图像处 理、图形分析、模式识别、计算机视觉、电能扰动、机械振动及地震检测等工程实践领域，并 引起广泛重视。该方法运算简单，其基本运算包括腐蚀、膨胀、开运算和闭运算以及在此基 础上引出的形态开闭和形态闭开运算。基于数学形态学的信号去噪方法仅取决于待处理信 号的局部特征，利用结构元素对信号的几何特征进行匹配或修正，同时保留目标信号的主 要形状，以达到抑制噪声、提取有用信息和保留细节成分的目的。
[0004] 数学形态学滤波方法中存在的一个主要难题是结构元素的选取，对结构元素类型 的选取是影响其滤波效果的关键因素。采用不同类型的结构元素可将目标信号中不同的形 状特征进行提取，结构元素的选取要尽可能地接近待处理信号本身的形状特点，这样才能 尽可能达到最好的滤波效果，常见的结构元素类型有直线型、矩形、圆盘型、抛物线型、三 角形以及其他多边形组合。
[0005] 现有的形态滤波方法大多只采用单尺度结构元素，单尺度形态学只选择一个固定 的结构元素对信号进行形态学分析，这种方法虽然简单且易于实现，但其处理效果的好坏 却极大的依赖相关先验知识，而准确有效的先验知识却往往难以获得。另外由于在信号中 通常包含不止一种噪声类型，而且噪声在信号中往往也不是均匀分布的。
[0006] 现有的形态滤波方法均不能对不同尺度下的结构元素信号中不同类型与强度的 噪声成分进行复合形态滤波。
【发明内容】
[0007] 本发明的目的就在于针对现有技术的不足，提供一种在抑制噪声、提取有用信息 的同时，更好地保留信号细节特征的基于数学形态学的航空电磁数据去噪方法。
[0008] 本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
[0009] 本发明的主要思想是：针对航空电磁数据中包含的多种干扰成分，提出了自适应 多尺度的形态学滤波，选取了三角形结构元素和半圆形结构元素，滤除信号中的正、负脉冲 噪声和随机噪声。
[0010] 基于数学形态学的航空电磁数据去噪方法，包括以下步骤：
[0011] A、通过时间域直升机电磁探测实验，经数据采集硬件电路，进行定时等间隔采样， 采集到原始航空电磁数据；
[0012] B、采用三角形结构元素与半圆形结构元素相结合，将航空电磁信号进行自适应多 尺度复合形态滤波处理，滤除目标信号中的正、负脉冲噪声和随机噪声。
[0013] 步骤B包括以下步骤：
[0014] a、首先根据原始信号中相邻峰值间隔的最小值和最大值确定结构元素的长度范 围并以此确定相应的分析尺度大小K;
[0015] b、再根据信号峰值的最小值和最大值确定高度范围；
[0016] c、然后利用小/大长度对应小/大高度确定多尺度分析中的各结构元素并构成相 应的多结构元素集；
[0017] d、最后采用各结构元素集对原始信号进行复合形态运算并取平均值作为输出结 果。
[0018] 所述的对原始信号进行复合形态运算是对航空电磁信号先分别进行腐蚀运算、膨 胀运算、开运算和闭运算，再分别进行形态开闭滤波和形态闭开滤波：
【主权项】
1. 一种基于数学形态学的航空电磁数据去噪方法，其特征在于，包括w下步骤： A、 通过时间域直升机电磁探测实验，经数据采集硬件电路，进行定时等间隔采样，采集 到原始航空电磁数据； B、 采用=角形结构元素与半圆形结构元素相结合，将航空电磁信号进行自适应多尺度 复合形态滤波处理，滤除目标信号中的正、负脉冲噪声和随机噪声。
2. 按照权利要求1所述的基于数学形态学的航空电磁数据去噪方法，其特征在于，步 骤B包括W下步骤： a、 首先根据原始信号中相邻峰值间隔的最小值和最大值确定结构元素的长度范围并 W此确定相应的分析尺度大小K; b、 再根据信号峰值的最小值和最大值确定高度范围； C、 然后利用小/大长度对应小/大高度确定多尺度分析中的各结构元素并构成相应的 多结构元素集； t最后采用各结构元素集对原始信号进行复合形态运算并取平均值作为输出结果。
3. 按照权利要求2所述的基于数学形态学的航空电磁数据去噪方法，其特征在于，所 述的对原始信号进行复合形态运算是对航空电磁信号先分别进行腐蚀运算、膨胀运算、开 运算和闭运算，再分别进行形态开闭滤波和形态闭开滤波：
其中，0表示腐蚀运算，0表示膨胀运算，0表示开运算，?表示闭运算，f为原始航空 电磁波形数据，g为选定的形态学结构元素，m和n为输入信号的离散采样点数，N>>M; 再分别进行形态开闭滤波和形态闭开滤波： 形态开闭滤波；Foe(f(n)) =f0g?g 形态闭开滤波；Fco(f(n)) =f?g0g 最后，构造复合形态滤波器： 自适应复合形态滤波器
其中，G= (gi，g2, ...，&)，代表一组多结构元素集，N为结构元素的类型数。
【专利摘要】本发明涉及一种基于数学形态学的航空电磁数据去噪方法，通过试验获取航空电磁探测数据，采用三角形结构元素与半圆形结构元素相结合，对航空电磁数据进行自适应多尺度复合形态滤波：先根据原始信号中相邻峰值间隔的最小值和最大值确定结构元素的长度范围并以此确定相应的分析尺度大小K；再根据信号峰值的最小值和最大值确定高度范围；采用各结构元素集对原始信号进行复合形态运算并取平均值作为输出结果。本发明提出的自适应多尺度复合形态滤波方法克服了传统形态滤波结构元素选取随机的问题，该方法能够根据信号局部特征和噪声特点自适应的选择结构元素类型和尺寸大小，然后对航空电磁信号进行滤波。
【IPC分类】G01V3-38
【公开号】CN104793253
【申请号】CN201510193706
【发明人】于生宝, 李齐, 高明亮, 刘伟宇, 陈旭
【申请人】吉林大学
【公开日】2015年7月22日
【申请日】2015年4月22日