收稿日期:2008-07-06;修回日期:2008-10-14 基金项目:江苏省自然科学基金资助项目(B K 2007050);苏州大学“211工程”资助项目(X 2118005)
作者简介:陈恒金(1981-),男,山东临沂人,硕士研究生,主要研究方向为图像处理、数学形态学(064227065002@s u d a .e d u .c n );马小虎(1964-),男,教授,博士,主要研究方向为计算机图形学、图像处理等;郭震(1982-),男,硕士研究生,主要研究方向为计算机图形学、图像处理;余平(1983-),男,硕士研究生,主要研究方向为图像处理、小波变换.
基于改进脉冲噪声检测的新型滤波算法
＊
陈恒金,马小虎,郭 震,余 平
(苏州大学计算机科学与技术学院,江苏苏州215006)
摘 要:通过分析脉冲噪声图像的数值特征,为了快速和准确地滤除图像脉冲噪声并能很好地保持图像的细
节,提出了基于改进脉冲噪声检测的灰度图像和彩色图像非线性自适应滤波算法。该算法首先通过改进的噪声检测方法把图像中的噪声点标志在噪声标志矩阵中,然后采用改进中值滤波方法并有限制地自适应调整滤波窗口对灰度图像中的脉冲噪声给予有效滤除。在此基础之上,分别采用该方法对彩色图像的三个R G B 子图像进行单独滤波,然后利用通道融合技术得到最终的彩色滤波图像。经过实验仿真并与国内外相关文献提出的算法相比,本方法不仅思想简单、快速、易于实现,并且具有更好的滤波性能指标和视觉效果。关键词:脉冲噪声;噪声检测;自适应中值滤波中图分类号:T P 391.41 文献标志码:A 文章编号:1001-3695(2009)05-1985-04
N e wf i l t e r i n g a l g o r i t h mb a s e d o n i m p r o v e d i m p u l s e n o i s e d e t e c t i o n
C H E NH e n g -j i n ,M A X i a o -h u ,G U OZ h e n ,Y UP i n g
(S c h o o l o f C o m p u t e r S c i e n c e ＆T e c h n o l o g y ,S o o c h o wU n i v e r s i t y ,S u z h o u J i a n g s u 215006,C h i n a )
A b s t r a c t :
B y a n a l y z i n g t h e n u m e r i c a l c h a r a c t e r i s t i c s o f i m p u l s e n o i s e i m a g e s ,i n o r d e r t o f i l t e r i m p u l s e n o i s e q u i c k l y a n d p r e -c i s e l y a s w e l l a s p r e s e r v i n g i m a g e d e t a i l s ,t h i s p a p e r p r o p o s e dn o n -l i n e a r a d a p t i v e f i l t e r i n g a l g o r i t h ma b o u t g r a y i m a g e a n dc o -l o r i m a g e b a s e d o n i m p r o v e d i m p u l s e n o i s e d e t e c t i o n .F i r s t l y ,t h e a l g o r i t h mm a r k e d n o i s e p o i n t s i n t h e n o i s e m a r k i n g m a t r i x b y i m p r o v e d n o i s e d e t e c t i o n m e t h o d .T h e n ,f i l t e r e d t h e i m p u l s e n o i s e i n g r a y i m a g e e f f i c i e n t l y b y u s i n g i m p r o v e d m e d i a n f i l t e r i n g w i t ha d a p t i v e a d j u s t m e n t f i l t e r i n g w i n d o w .O n t h i s b a s i s ,i n e a c h c o l o r c h a n n e l o f a n i m a g e b a s e d o n t h e R G Bc o l o r s p a c e ,f i l -t e r e dt h e n o i s e s e p a r a t e l y ,i t c o u l dg e t t h e f i n a l c o l o r f i l t e r e di m a g eb y t h ec h a n n e l f u s i o n t e c h n o l o g y .T h er e s u l t s c o m p a r e d w i t ho t h e r p u b l i s h e d a l g o r i t h m s s h o wt h a t t h e p r o p o s e da l g o r i t h m s a r en o t o n l y e a s ya n dq u i c k ,b u t a l s oh a v e b e t t e r p e r f o r -m a n c e s t h a nt h e o t h e r e x i s t i n g a p p r o a c h e s o f g r a y a n dc o l o r i m a g e f i l t e r i n g .K e y w o r d s :i m p u l s e n o i s e ;n o i s e d e t e c t i o n ;a d a p t i v e m e d i a n f i l t e r i n g
引言
在图像处理中,无论是图像生成,还是图像实际传输应用,都避免不了受到各类噪声的干扰,其中最典型的是受到脉冲噪声的干扰。脉冲噪声会导致图像呈现出随机分布的黑白相间的噪声点,极大地降低图像质量。因而去除噪声在图像处理中占有非常重要的地位,它对图像分割、特征提取、图像识别均有直接的影响。目前对噪声的去除主要是采用图像滤波,分为线性滤波和非线性滤波两种方法。其中以中值滤波为代表的非线性滤波方法长期以来得到广泛应用。但是,对图像滤波的要求是既能去除图像以外的噪声,同时又要保持图像的细节。因此,以标准中值滤波为代表的传统滤波方法很难满足实际图像滤波的要求。
近年来,大量学者和专家提出了许多改进的中值滤波算法。1988年,L i n 等人[1]提出了长度自适应的改进型中值滤波器;1994年,F l o r e n c i o 等人
[2]
提出了局部信号统计特性的中值滤波器;同年,H a r d i e 等人
[3]
提出了R C R S 滤波器;1996年,
A b r e u 等人[4]提出了R O M 滤波器;R u s s o 及Z h a n g 等人[5,6]分
别提出了基于模糊逻辑的滤波器;1997年,Wa n g 等人[7]提出了M i n -m a x 算法;1998年,Wa n g 等人[8]提出基于长度相关算法;1999年,他们[9]又提出了递进开关中值滤波算法(P S M);
2000年,李树涛等人[10]
提出了新颖的椒盐噪声自适应去除算法;2003年,曲延锋等人[11]提出了基于局部极值噪声检测的迭代中值滤波算法;2004年,韩晓微等人[12]提出一种基于脉冲检测的滤波方法。这些算法都从不同角度对中值滤波算法进行了改进,对于去除图像中脉冲噪声方面,在一定程度上改善了滤波性能,作出了有益的探索,但在实际应用中都存在不同程度的局限性。其中,在这些改进滤波算法中,以基于噪声检测的改进滤波算法在滤除噪声和保留细节方面取得的滤波效果和滤波性能最令人满意。基于噪声检测的这类滤波方法的最大特点就是通过某种特定检测方法把受噪声污染的图像像素分为两类,即受噪声干扰和未受噪声干扰。这样就克服了标准中值滤波算法对所有像素点进行统一处理的缺点。M i n -m a x 和P S M 等算法都是基于这一思想的,但是这些算法在噪声检测时不是采用自适应阈值方法,就是采用局部的极值方法。虽然这些检测算法在一定程度上可以把噪声像素检测出来,但是它们的共同缺点是要么花费的时间比较长,不适合实
第26卷第5期2009年5月
计算机应用研究A p p l i c a t i o n R e s e a r c h o f C o m p u t e r s
V o l .26N o .5
M a y 2009
时处理;要么花费时间相对短,但又漏检或误检,从而影响滤波性能和滤波效果,不利于图像细节的保存。还有就是这些检测算法在噪声检测时存在另外一个很大的缺陷,就是需要人为地
输入一些初始参数或者需要花费大量时间来确定一个判断阈值,这难免使得这类方法的自适应性和实时性受到极大限制
[10～12]
。
通过分析脉冲噪声的图像特征和研究其他脉冲噪声滤波算法,本文提出了一种基于改进噪声检测的新型脉冲噪声滤波方法。通过相关实验及其和其他相关的脉冲图像滤波算法的噪声检测方法相比较,本文方法具有思想简单、速度快、漏检率和误检率低等特点,并且在滤波性能和滤波效果方面好于其他
相关滤波算法。最后,本文还把提出的方法推广到彩色图像的滤波中,提出了一种快速、简单的彩色图像滤波算法。从滤波性能和滤波效果来看,优于相关的其他彩色图像滤波算法。
滤波算法原理与实现
本文提出的灰度图像滤波算法与其他基于噪声检测的滤波算法相似,主要分为噪声检测和噪声滤波两步。. 脉冲噪声的图像特征分析
一般来说,图像中像素的灰度值是连续渐变的。例如,尺寸大小为256×256,灰度级为256的L e n a 灰度图像如图1(a )所示。设该图像为
f {f (i ,j )∈[0,255],1≤i ≤L ,1≤j ≤M }
(1)
其中:i 和j 代表像素的行标和列标;L 和M 分别为图像的行数和列数。在原图像的基础上加入噪声密度为0.2的脉冲噪声,得到一幅噪声图像如图1(b )所示,设为f ′(i ,j )。
f ′{f ′(i ,j )∈[0,255],1≤i ≤L ,1≤j ≤M}
(2
)
对于灰度图像来说,脉冲噪声点的灰度是该点正常灰度与噪声灰度的叠加。当图像中某一像素受到了脉冲噪声的干扰,它的灰度值将与其周围相邻像素点的灰度值相差较大。当噪声在图像上呈现为孤立的亮点即为盐噪声,此时,f (i ,j )=255;当噪声在图像上呈现为孤立的暗点即为椒噪声,此时,f (i ,j )=0。图2清晰地说明了脉冲噪声与其邻域的像素灰度变化典型特征。其中,以图像坐标的横轴或纵轴为水平轴,灰度值为垂直轴
[13]
。
. 新颖噪声检测
1.2.1 噪声标志矩阵
为了标志脉冲噪声,首先建立一个与待检测图像的维数大小相同的矩阵。为方便起见,这里称该矩阵为噪声标志矩阵,定义为N 。
在该矩阵中,每个矩阵元素都与待处理的噪声图像中每个
像素相对应,用N (i ,j )表示,即
N={N (i ,j ),0≤i ≤L ,0≤j ≤M }
(3)
N (i ,j )可取1或0;0代表该元素所对应的原图像像素为脉冲噪声;1代表原图像像素。N 初始化为全1矩阵。在脉冲噪声检测的过程中,根据脉冲噪声检测的结果将矩阵中的元素赋值为0或保持原值1。1.2.2 脉冲噪声判别
待检测的噪声图像用矩阵[X i j
]表示。其中i 、j 表示矩阵中相应像素点的位置。噪声检测的结果就是把图像中的噪声点反映在噪声标志矩阵N (i ,j )中。如果N (i ,j )=0,表示x i j 是噪声点;否则表示x i j 是信号点。对于待检测噪声图像矩阵中的每一个点x i j ,都要按照式(4)进行条件判断,确定其是否为噪声点,从而修改N (i ,j )中相应的值,即
N (i ,j )=
0 i f x i j =255o r x i j =01 e l s e
(4)
从式(4)定义可知,本文提出的噪声判别原则是完全针对脉冲噪声的图像特征来定义的,不同于以往提出的区域极值法和阈值判定法,该方法更为简单、准确。. 脉冲噪声滤波
一般来说,图像中的像素点与其周围像素点的灰度值变化是不大的。因此,对于图像中的一个像素点,如果是脉冲噪声点,就需要从其周围的像素点作为参考样本来计算一个合适的值以替换该像素点,从而达到图像滤波的效果。在这里参考其周围的像素点时,一般通过定义一个滤波窗口的方法。由于在窗口内可能有超过一个的脉冲噪声像素,采用的滤波器应该是非线性的来重构噪声像素的灰度值[13]。本文的滤波算法是在
中值滤波方法的基础上进行改进的。
算法噪声滤波过程为:遍历噪声标志矩阵N (i ,j )。如果N (i ,j )=0,在[x i j ]中的对应位置以x i j 为中心,首先利用3×3窗口来进行滤波。如果检测到窗口内部均为噪声点,则进一步扩大窗口到5×5,直到扩大到7×7为止。一旦扩大到7×7,如果仍然没有非噪声点存在,这时就认为在噪声检测时出现了误检,故不再对该点进行滤波,相应地就需要修正N (i ,j )的值
为1。这里之所以把最大的滤波窗口扩大到7×7就停止,主要是因为就算脉冲噪声达到90%,一般也不会出现同一种噪声粘连在一起达到7×7大小的同一噪声区域。如果检测到窗口中有非噪声点像素,就定义一个大小与滤波窗口相同的临时存储区域,把滤波窗口中的非噪声点存放在该存储区域中。这样,根据图像各个区域的噪声污染程度的不同,可以自适应地调整中值滤波窗口的大小。同时,对于已经判定为噪声的像素点,不再参与滤波过程,以更好地保留图像细节,增加像素灰度值复原的效果。为达到滤波效果,需要对存放在临时存储区域中的非噪声点像素值进行排序。如果临时区域中非噪声点的个数是奇数,就利用排序序列的中间值来代替该x i j ;否则用排序序列的中间两个值的均值来拟合该x i j 的灰度值,这样就完成了噪声滤波的过程。
. 实验结果与分析
为检测1.2和1.3节提出的噪声检测方法和滤波方法,此节采用文献[11]的模式来检验算法。实验采用大小为512×512的标准L e n a 灰度图像为例,将从噪声检测和滤波性能两方面来与已发表的相关论文进行比较。理论分析和实验结果将说明提出方法在这两个方面的优越性。
·1986·计算机应用研究
第26卷
1.4.1 噪声检测
在已发表的论文中,文献[9]中提出的P S M噪声检测方法在很长一段时间都是最好的,直到文献[11]提出了I M F L E D 噪声检测方法。具体的实验效果对比在文献[11]已经详细给出,这里就不再赘述。本文提出的噪声检测算法优于I M F L E D 算法主要就是在噪声检测方面。为了说明这个问题,在这里仿照文献[11]的方式,定义估计噪声密度、误检率和漏检率三个参数来衡量噪声检测的能力。其中,估计噪声密度为估计出的噪声总点数占图像总点数的比列;误检率为误将信号点判断为噪声点的总点数占图像总点数的百分比;漏检率为误将噪声点判断为信号点的总点数占图像总点数的百分比。从而有
实际噪声密度=估计噪声密度+漏检率-误检率
I M F L E D方法和本文方法在噪声检测方面,前者采用对每个滤波窗口中取最大值和最小值来判断是否是脉冲噪声点,这样虽然不会漏检每一个噪声点,但却存在一定程度上的误检。由于两种方法在滤波方面都是采用信号点来对噪声点进行滤波,滤波效果的好坏在一定程度上就决定于噪声检测时的漏检率和误检率。漏检率对滤波效果的影响要大于误检率,因为一旦出现漏检的情况,那么就是把噪声点归类为信号点,这样不仅保留了噪声点,在后来的滤波过程中,还利用噪声点来进行滤波,从而在一定程度上又造成了噪声的集结和传播,大大地降低了滤波效果。虽然误检率对滤波效果的影响与漏检率相比要小一些,但是把信号点误归类为噪声点,在后续的滤波过程中要对信号点进行滤波,这样一方面使得滤波的时间进一步增多,并且会损失图像的细节信息,也是一个不容忽视的方面。从比较可知,I M F L E D算法在噪声检测过程中是取检测窗口中的极值,故不论检测窗口多大,其漏检率始终为0。本文算法是直接根据脉冲噪声的图像特征,无须开销I M F L E D算法中用到的检测窗口,从而节约了存储空间。由于本文算法也不需要确定极值,只是一个像素灰度值的比较,从而也节约了计算时间,并且本文方法的漏检率始终也是0。对于误检率,I M F L E D 算法由其算法本质决定,并存在一定程度的误检,因为检测窗口中的极值并不一定是真正的脉冲噪声点。本文算法的误检率对于大多数图像而言,始终为0。即使在极端情况下,图像本身存在大量的白点和黑点,本文算法的误检率才退化为I M-
F L E D算法,这就是本文算法好于I M F L E D的主要原因。
1.4.2 滤波效果与性能
在实验中,采用图3(a)所示大小为512×512个像素、灰度级为256的标准L e n a图像进行实验。为说明算法的滤波性能,采用图像的峰值信噪比(P S N R)来评价。
P S N R=10×l g[2552/(1/(L×M)∑L-1
i=0∑M-1
j=0
(f(i,j)-f′(i,j)))2](5)
其中:L、M是待处理图像大小;f(i,j)是待处理图像;f′(i,j)是滤波图像。
图3(b)是加了噪声密度为0.2的脉冲噪声的标准L e n a 图像;(c)是利用3×3的滤波窗口对(b)的滤波效果;(d)是本文方法的滤波效果。
为了在同一前提条件下,说明本文算法相比已发表论文的优越性,表1给出了在带有脉冲噪声密度为0.2的L e n a图处理结果的P S N R对比数据。可以看出,本文算法优于其他滤波算法。
通过前面的实验结果不难发现,不论是从实验效果,还是从滤波性能的比较中,本文方法都优于相关已发表的文章。
彩色图像脉冲噪声滤波
目前,彩色图像的滤波方法主要有标量滤波法和矢量滤波法。一般来讲,标量滤波方法是对各个颜色通道单独进行处理,没有考虑到颜色通道分量之间的联系;而矢量滤波方法则是把彩色作为一个三维矢量来进行处理,这样就考虑到了颜色通道分量之间的联系。但在实际应用中,往往需要对彩色图像滤波处理是简单的、快速的和准确的,这往往是矢量滤波算法难以达到的。在前面灰度图像滤波的基础上,本文把灰度图像滤波方法推广到彩色图像,并利用彩色图像处理中最常用的颜色空间R G B来表示颜色,提出了一种有效、快速、简单且滤波性能佳的彩色图像脉冲噪声滤波算法。
彩色滤波算法的具体步骤如下:
a)输入待检测彩色脉冲噪声图像O。
b)从O分离出三个颜色子通道:红色子通道O
R
、绿色子
通道O
G
和蓝色子通道O
B
。
c)利用本文第1章提出的滤波方法分别对O
R
、O
G
和O
B 进行噪声检测和滤波,从而得到三个颜色通道的滤波图像O′
R
、O′
G
和O′
B
。
d)利用通道融合,把O′
R
、O′
G
和O′
B
融合为O′。
e)输出滤波后图像O′。
为说明该方法的有效性和可行性,这里将从滤波效果和滤波性能两方面与已发表相关论文进行比较。
实验结果采用标准彩色L e n a图像,大小为512×512,如图4(a)所示;对(a)加入噪声密度为20%的椒盐噪声,如(b)所示;(c)是本文滤波算法效果图。
为说明该方法对脉冲噪声滤波的能力,同时也便于与其他文献中的滤波方法比较,这里采用P S N R作为滤波性能的客
·
1987
·
第5期陈恒金,等:基于改进脉冲噪声检测的新型滤波算法
观评价标准,定义为
P S N R=10l g (3×2552)
(1/(L ×M)∑L -1i =0∑M-1
j =0(O (i ,j )-O ′(i ,j ))2
))
(6)
需说明的是,P S N R 值越大,说明滤波效果越好。以L e n a 彩色图像为例,在脉冲噪声概率密度均为20%的情况下,对比该方法与其他文献所提出方法的P S N R 性能指标,如表2所示
。
通过表2的滤波性能比较不难发现,该方法的滤波性能是明显优于其他同类滤波算法,并且该方法思想简单、便于实现、速度快,具有实际应用价值。
结束语
本文提出的方法所做工作主要有以下几个方面:a )对灰度图像脉冲噪声检测方法进行了改进,使得漏检率降至最小,误检率多数情况下降至最小,防止了噪声的传播和集结,改善了滤波效果,保留了图像细节。
b )改进噪声检测方法无须输入初始参数,且简单快速。
c )滤波前对像素点进行合理分类,仅利用信号点对噪声图像进行恢复。
d )噪声滤波时仅需要一次循环就完成滤波,快速、简单。
e )推广灰度图像滤波方法到彩色图像,提出简单、快速和满足实时要求的彩色图像滤波方法。
f )通过定义滤波性能客观评价标准,与已发表相关灰度和彩色图像滤波算法相比,具有更好的滤波性能。
e )本文提出的方法是完全自适应的,快速简单,具有很好的实际应用价值。参考文献:
[1]L I NHM ,WI L L S O NA N .M e d i a nf i l t e r s w i t ha d a p t i v el e n g t h [J ].I E E ET r a n so nC i r c u i t sa n dS y s t e m s ,1988,35(6):675-690.[2]
F L O R E N C I ODAF ,S C H A F E R RW.D e c i s i o n -b a s e dm e d i a nf i l t e r u s i n g l o c a l s i g n a l s t a t i s t i c s [C ]//P r o co f S P I ES y m p o s i u mo nV i s u a l C o m m u n i c a t i o n s I m a g e P r o c e s s i n g .C h i c a g o :[s .n ],1994:268-275.[3]
H A R D I ERE ,B A R N E RKE .R a n k c o n d i t i o n e dr a n ks e l e c t i o n f i l t e r s f o r s i g n a l r e s t o r a t i o n [J ].I E E EI P ,1994,3(2):192-206.
[4]
A B R E UE ,L I G H T O N EM ,M I T R ASK ,e t a l .An e we f f i c i e n t a p -p r o a c h f o r t h e r e m o v a l o f i m p u l s en o i s ef r o mh i g h l y c o r r u p t e di m a g e s [J ].I E E EI P ,1996,5(6):1012-1025.
[5]R U S S OF ,R A M P O N I G .A f u z z yf i l t e rw i t ha d a p t i v el e n g t h [J ].I E E EC A S 1,1988,35(6):675-690.
[6]Z H A N GD ,WA N GZ h o u .I m p u l s e n o i s e d e t e c t i o na n dr e m o v a l u s i n g f u z z y t e c h n i q u e s [J ].E l e c t r o n i c sL e t t e r s ,1997,33(5):373-379.[7]
WA N GJ i n g -h u a ,L I NL i a n -d a .I m p r o v e dm e d i a n f i l t e r u s i n g m i n -m a x a l g o r i t h mf o r i m a g ep r o c e s s i n g [J ].E l e c t r o n i c sL e t t e r s ,1997,33(16):1362-1363.
[8]W A N G Z h o u ,Z H A N G D .R e s t o r a t i o no f i m p u l s en o i s ec o r r u p t e d i m a -g e s u s i n g l o n g -r a n g ec o r r e l a t i o n[J ].I E E ES i g n a l P r o c e s s i n g L e t t e r s ,1998,5(1):4-7.
[9]WA N GZ h o u ,Z H A N GD .P r o g r e s s i v e s w i t c h i n g m e d i a nf i l t e r f o r t h e r e m o v a l o f i m p u l s en o i s ef r o m h i g h l yc o r r u p t e di m a g e s [J ].I E E E T r a n so nC i r c u i t s a n dS y s t e ms ,1999,46(1):78-80.
[10]李树涛,王耀南.图像椒盐噪声的非线性自适应滤除[J ].中国图
象图形学报,2000,5(12):999-1001.
[11]曲延锋,徐健,李卫军,等.有效去除图像中脉冲噪声的新型滤波
算法[J ].计算机辅助设计与图形学学报,2003,
15(4):397-401.
[12]韩晓微,范立南,李浚圣,等.一种基于脉冲噪声检测的图像均值
滤波方法[J ].计算机工程与应用,2004,40(27):102-104.[13]范立南,韩晓微,张广渊.图像处理与模式识别[M ].北京:科学出
版社,2007.
[14]K I M V ,S L A V S K I I LY .R a n ka l g o r i t h m s f o r p i c t u r e p r o c e s s i n g [J ].
I ma g eP r o c e s s i n g ,1986,35(2):234-258.
[15]M I T R ASK ,Y UT i a n -f u .An e wa l g o r i t h mf o r t h e r e m o v a l o f i m p u l s e
n o i s ef r o mh i g h l yc o r r u p t e d i m a g e s [C ]//P r o co f I E E EI n t e r n a t i o n a l S y m p o s i u mo n C i r c u i t s a n dS y s t e m s .L o n d o n :[s .n ],1994:17-20.[16]蒋刚毅,郁伯康,郁梅,等.彩色形态滤波器分析[J ].电子学
报,1999,27(11):57-60.
[17]蒋刚毅,郁梅,郁伯康.自适应彩色图像滤波新方法[J ].科学通
报,1999,44(18):1937-1942.
[18]李永峰,丁润涛,国澄明.一种彩色图像滤波的改进矢量中值算
法[J ].数据采集与处理,2003,18(3):361-364.
[19]郁伯康,蒋刚毅.基于噪声检测的彩色图像脉冲噪声滤波[J ].
计算机工程与应用,2000,36(3):55-57,74.
[20]王文惠,楼生强,万建伟,等.一种彩色图像的非线性自适应滤
波算法[J ].计算机工程与科学,2001,23(4):18-20,33.[21]郁伯康,郁梅.彩色图像脉冲噪声的自适应矢量滤波[J ].电子
科技大学学报,2000,29(2):131-135.
[22]杨延竹,赵学增,王伟杰,等.基于模糊神经网络的彩色图像滤
波方法[J ].控制与决策,2004,19(1):69-72.
[23]韩晓微,晏磊,原忠虎,等.应用多通道脉冲噪声检测的彩色图像
自适应中值滤波方法[J ].工程图学学报,2006,27(6):63-68.
(上接第1984页)上修复了顶点错位、孔洞等错误,并开发了相
应的软件。该方法可作为预处理模块广泛应用于快速成形、逆向工程等领域。参考文献:
[1]颜永年,张伟,卢清萍.基于离散/堆积成型概念的R P M 原理与发
展[J ].中国机械工程,1994,5(4):64-66.
[2]杨行建.微机三维实体造型原理与实践[M ].西安:西北工业大
学出版社,1993.
[3]L E WI N E RT ,L O P E S H ,V I E I R AAW.e t a l .E f f i c i e n t i m p l e m e n t a -t i o n o f M a r c h i n g C u b e s 'c a s e s w i t h t o p o l o g i c a l g u a r a n t e e s [J ].J o u r -n a l o f G r a p h i c sT o o l s ,2003,8(2):1-15.
[4]侯宝明,刘雪娜.S T L 实体模型的拓扑重建及其缺陷修复[J ].计
算机工程,2005,31(3):213-214,217.
[5]周华民,成学文,刘芬,等.S T L 文件错误的修复算法研究[J ].计
算机辅助设计与图形学学报,2005,17(4):137-143.
[6]白晓亮.逆向工程中混合C S G /B -r e p 模型重构技术研究[D ].西
安:西北工业大学,2005.
·
1988·计算机应用研究
第26卷
噪声测试仪的原理分析 噪声测试仪，是用于工作现场，广场等公共场所的噪声检测和测试的仪器。噪声污染是影响较大的环境污染之一，较高分贝的噪音甚至会对人的耳膜造成严重的损伤，致使失聪等。噪声测试仪的应用可以提供噪声所达到的分贝以便采取相关措施控制和减小噪音。声音大小的计量单位是分贝，专业的噪音测试仪具有高灵敏的传感器，精度高，适用范围广，能广泛用于各种环境的噪音测量。 噪声测试仪原理 噪声计中的频率计权网络有A、B、C三种标准计权网络。A网络是模拟人耳对等响曲线中40方纯音的响应，它的噪声计曲线形状与340方的等响曲线相反，从而使电信号的中、低频段有较大的衰减。B网络是模拟人耳对70方纯音的响应，它使电信号的低频段有一定的衰减。C网络是模拟人耳对100方纯音的响应，在整个声频范围内有近乎平直的响应。声级计经过频率计权网络测得的声压级称为声级，根据所使用的计权网不同，分别称为A声级、B声级和C声级，单位记作dB（A）、dB（B）和dB（C）。目前，测量噪声用的声级计，表头响应按灵敏度可分为四种： 1、“慢”。表头时间常数为1000ms，―般用于测量稳态噪声，测得的数值为有效值。 2、”快”。表头时间常数为125ms，一般用于测量波动较大的不稳态噪声和交通运输噪声等。快档接近人耳对声音的反应。 3、“脉冲或脉冲保持”。表针上升时间为35ms，用于测量持续时间较长的脉冲噪声，如冲床、按锤等，测得的数值为最大有效值。 4、“峰值保持”。表针上升时间小于20ms。用于测量持续时间很短的脉冲声，如枪、炮和爆炸声，测得的数值是峰值．即最大值。 声级计可以外接滤波器和记录仪，对噪声做频谱分析。国产的ND2型精密声级计内装了一个倍频页程滤波器，便于携带到现场和作频谱分析。声级计按精度可分为精密声级计和普通声级计。精密声级计的测量误差约为土1dB，普通声级计约为土3dB。声级计按用途可分为两类：一类用于测量稳态噪声，一类则用于测量不稳态噪声和脉冲噪声。积分式声级计是用来测量一段时间内不稳态噪声的等效声级的。噪声剂量计也是一种积分式声级计，主要用来测量噪声暴露量。脉冲式声级计是用于测量脉冲噪声的，这种声级计符合人耳对脉冲声的响应及人耳对脉冲声反应的平均时间。 环境噪声监测仪器的选用 为防治噪声污染，保障城乡居民生活工作和学习的声环境质量，国家环境保护部最近发布了
脉冲调制信号相位噪声测试方法 安捷伦科技有限公司技术指南 相位噪声参数是评估连续波信号频率短期稳定度的重要指标，相位噪声性能的好坏会对电子系统的整体性能有重要影响，例如雷达系统的作用距离，目标分辨率，数字通信系统的误码率等都和系统频率源的相位噪声有关。在雷达系统和TDMA系统中，发射的信号都为脉冲形式的突发信号，测试中需要在系统的工作状态下进行频率源性能测试，这就要求在脉冲调制状态下测试频率源输出信号的相位噪声。当信号被脉冲调制后，信号的功率谱特性会发生变化，图1为典型的脉冲调制信号的功率谱，频谱特性为按脉冲重复频率（PRF）为等间隔的离散频谱，频谱形状为sinx/x辛格函数包络，频谱包络的过零点位置为脉冲宽度的倒数（1/τ）。脉冲调制后信号的相位噪声的频域特性同样会发生变化。 图1：脉冲调制信号功率谱特性 连续波信号相位噪声反映在频谱上为偏离载波频率的噪声边带，通过单边带相位噪声指标（SSB phase noise）能对该参数进行定量描述。当信号被脉冲调制后，载波的相位噪声边带会和重复频率位置的频谱成份噪声边带发生混叠，整个噪声边带的功率分布还会受到脉冲调制信号功率谱的sinx/x辛格函数的影响。脉冲调制信号的频谱特性能决定了脉冲调制信号相位噪声测试时，最大测试频偏需范围需要小于脉冲重复频率一半，超过这个范围会受调制边带噪声的影响。 脉冲重复频率 连续波信号相位噪声频谱特性脉冲调制信号相位噪声频谱特性 图2：脉冲调制信号相位噪声频谱特性
连续波信号相位噪声时域特性 脉冲调制信号相位噪声时域特性 图3：脉冲调制信号相位噪声的时域特性 相对连续波形式点频信号相位噪声测试，脉冲调制形式的信号相位噪声测试需要测试仪表具备相应的能力来完成测试，针对脉冲调制信号相位噪声的测试要求，工程上可以采用鉴相法和频谱分析仪测试方法来测试脉冲调制信号的相位噪声。这两种方法测试原理不同，可以适应不同类型和脉冲参数的被测试频率源的测试要求。表格1给出这两种脉冲调制信号相位噪声测试方法的技术特点说明。 表1：脉冲调制信号相位噪声测试方法 脉冲相噪测试方法 测试方法说明 技术特点 典型的测试参数范围 鉴相法测试法 1：使用参考信号源和被测频率源进行鉴相处理，对鉴相器输出的相位误差电压进行频谱分析。 2：测试系统对脉冲形式 鉴相输出进行滤波，低 噪声放大和频谱分析， 得到相位噪声参数。 3：测试系统需要具备高 性能参考源，频率锁定， 同步脉冲调制等功能。 1：测试灵敏度高 2：相位噪声灵敏度受信号脉冲占空比影响。 3：最大测试频偏受脉冲重复频率的影响。最大频偏小于脉冲重复频率的一半。 占空比：2% 脉冲重复频率：50kHz 脉冲宽度：1us 测试频偏范围： 0.1Hz~脉冲重频/2 频谱仪测试法 1：使用频谱仪时间门功 能对脉冲调制信号进行 选时频谱测试。 2：频谱仪RBW>2/脉冲 宽度 3：频谱仪的时间门处理 功能，得到脉冲调制信 号脉内时间区域信号的 频谱，通过功率比值测 量得到相位噪声参数。1：测试方便 2：测试最小频偏受信号脉冲宽度影响。最小频偏需大于脉冲信号频谱主瓣宽度： （2/脉冲宽度）。 3：相位噪声测试灵敏度受频谱本振相噪和中频滤波器频 响影响。 脉冲宽度：1ms 最小测试频偏： 大于1kHz
喷油脉冲信号 操作说明 喷油器的驱动器简称喷油驱动器有四种基本类型： 饱和开关型 峰值保持型 博士（BOSCH）峰值保持型 PNP型 喷油脉冲检测操作说明 连接： 用通用探针连接喷油脉冲传感器输出信号线。将一缸信号拾取器夹在一缸高压线上。 操作说明： ●在“电控发动机参数”菜单下点击“喷油脉冲信号”图标，系统即可进入 喷油脉冲传感器波形测试界面，并显示所测得的喷油脉冲传感器波形，如下图所示。 ●用鼠标左键点击“停止”图标（“停止”图标被按下后即变为“测试”图 标），系统即停止测试，再点击此图标即可恢复测试（同时“测试”图标恢复为“停止”图标）。 ●显示的转速、占空比、频率与显示的波形实时对应。 ●在停止状态下可点击“显示调整”图标，在弹出的工具窗口中可对X、Y轴 进行缩放、平移，以便观察。 ●用鼠标左键点击“保存数据”图标可将检测有效结果进行保存。
●用鼠标左键点击“保存波形”图标可将波形保存于指定目录。 ●用鼠标左键点击“图形打印”可对界面有效区域进行图形打印。 ●点击帮助图标可进入帮助系统查看相应技术数据。 ●用鼠标左键点击“返回”图标可返回上级菜单。 喷油脉冲传感器检测 饱和开关型（PFI/SFI）喷油器驱动器
*测试步骤 起动发动机，以2500转/分转速保持油门2-3分钟，直至发动机完全热机，同时燃油反馈系统进入闭环，通过观察屏幕上氧传感器的信号确定这一点。 关掉空调和所有附属电器设备，让变速杆置于停车档或空档，缓慢加速并观察在加速时喷油驱动器喷油时间的相应增加。 A. 从进气管加入丙烷，使混合气变浓，如果系统工作正常，喷油驱动器喷油时间将缩短，它试图对浓的混合气进行修正（高的氧传感器电压）。
4 脉冲信号产生电路 4.1 实验目的 1．了解集成单稳态触发器的基本功能及主要应用。 2．掌握555定时器的基本工作原理及其性能。 3．掌握用555定时器构成多谐振荡器、单稳态触发器的工作原理、设计及调试方法。 4.2 实验原理 1．集成单稳态触发器及其应用 在数字电路的时序组合工作中，有时需要定时、延时电路产生定时、展宽延时等脉冲，专门用于完成这种功能的IC，就是“单稳延时多谐振荡器”，也称“单稳触发器”。其基本原理是利用电阻、电容的充放电延时特性以及电平比较器对充放电电压检测的功能，实现定时或延时，只需按需要灵活改变电阻、电容值大小，就可以取得在一定时间范围的延时或振荡脉冲输出。常用的器件有LS121/122、LS/HC123、LS/HC221、LS/HC423、HC/C4538及CC4528B等。 集成单稳态触发器在没有触发信号输入时，电路输出Q=0，电路处于稳态；当输入端输入触发信号时，电路由稳态转入暂稳态，使输出Q=1；待电路暂稳态结束，电路又自动返回到稳态Q=0。在这一过程中，电路输 出一个具有一定宽度的脉冲，其宽度与电路的外接定时元件C ext 和R ext 的数 值有关。 图4-1
集成单稳态触发器有非重触发和可重触发两种，74LS123是一种双可重触发的单稳态触发器。它的逻辑符号及功能表如图4-1、表4-1所示。 在表4-1中“正”为正脉冲，“负”为负脉冲。 LS/HC123的特点是，复位端CLR也具有上跳触发单稳态过程发生的功能。 在C ext >1000pF时，输出脉冲宽度t w ≈0.45R ext C ext 。 器件的可重触发功能是指在电路一旦被触发（即Q=1）后，只要Q还未恢复到0，电路可以被输入脉冲重复触发，Q=1将继续延长，直至重复触发的最后一个触发脉冲的到来后，再经过一个t w （该电路定时的脉冲宽度）时间，Q才变为0，如图4-2所示： 图4-2 74LS123的使用方法： （1）有A和B两个输入端，A为下降沿触发，B为上升沿触发，只有AB=1时电路才被触发。 （2）连接Q和A或Q与B，可使器件变为非重触发单稳态触发器。 （3）CLR=0时，使输出Q立即变为0，可用来控制脉冲宽度。 （4）按图4-3、3-5-4连接电路，可组成一个矩形波信号发生器，利用开关S瞬时接地，使电路起振。 图4-3 图4-4 2．555时基电路及其应用 555时基电路是一种将模拟功能和数字逻辑功能巧妙地结合在同一硅片上的新型集成电路，又称集成定时器，它的内部电路框图如图4-5所示。 图4-5 电路主要由两个高精度比较器C 1、C 2 以及一个RS触发器组成。比较器 的参考电压分别是2/3V CC 和1/3V CC ，利用触发器输入端TR输入一个小于 1/3V CC 信号，或者阈值输入端TH输入一个大于2/3V CC 的信号，可以使触发 器状态发生变换。CT是控制输入端，可以外接输入电压，以改变比较器的参考电压值。在不接外加电压时，通常接0.01μF电容到地，DISC是放电输入端，当输出端的F=0时，DISC对地短路，当F=1时，DISC对地开路。 R D 是复位输入端，当R D =0时，输出端有F=0。 器件的电源电压V CC 可以是+5V~+15V，输出的最大电流可达200mA，当 电源电压为+5V时，电路输出与TTL电路兼容。555电路能够输出从微秒级到小时级时间范围很广的信号。 （1）组成单稳态触发器 555电路按图4-6连接，即构成一个单稳态触发器，其中R、C是外接定时元件。单稳态触发器的输出脉冲宽度t w ≈1.1RC。 图4-6 （2）组成自激多谐振荡器 图4-7 自激多谐振荡器电路 按图4-7连接，即连成一个自激多谐振荡器电路，此电路的工作过程
通信原理 -----噪声 噪声，从广义上讲是指通信系统中有用信号以外的有害干扰信号，习惯上把周期性的、规律的有害信号称为干扰，而把其他有害的信号称为噪声。 噪声可以笼统的称为随机的，不稳定的能量。它分为加性噪声和乘性噪声，乘性噪声随着信号的存在而存在，当信号消失后，乘性噪声也随之消失。在这里我们主要讨论加性噪声。 一、信道中加性噪声的来源，一般可以分为三方面： 1 人为噪声 人为噪声来源于无关的其它信号源，例如：外台信号、开关接触噪声、工业的点火辐射等，这些干扰一般可以消除，例如加强屏蔽、滤波和接地措施等 2 自然噪声 自然噪声是指自然界存在的各种电磁波源，例如：闪电、雷击、太阳黑子、大气中的电暴和各种宇宙噪声等，这些噪声所占的频谱范围很宽，并不像无线电干扰那样频率是固定的，所以这种噪声难以消除。 3 内部噪声 内部噪声是系统设备本身产生的各种噪声，例如：电阻中自由电子的热运动和半导体中载流子的起伏变化等。内部噪声是由无数个自由电子做不规则运动形成的，它的波形变化不规则，通常又称起伏噪声。在数学上可以用随即过程来描述这种噪声，因此又称随机噪声。 随机噪声的分类 常见的随机噪声可分为三类: （1）单频噪声 单频噪声是一种连续波的干扰（如外台信号），它可视为一个已调正弦波，但其幅度、频率或相位是事先不能预知的。这种噪声的主要特点是占有极窄的频带，但在频率轴上的位置可以实测。因此，单频噪声并不是在所有通信系统中都
存在。 (2)脉冲噪声 脉冲噪声是突发出现的幅度高而持续时间短的离散脉冲。这种噪声的主要特点是其突发的脉冲幅度大，但持续时间短，且相邻突发脉冲之间往往有较长的安静时段。从频谱上看，脉冲噪声通常有较宽的频谱（从甚低频到高频），但频率越高，其频谱强度就越小。脉冲噪声主要来自机电交换机和各种电气干扰，雷电干扰、电火花干扰、电力线感应等。数据传输对脉冲噪声的容限取决于比特速率、调制解调方式以及对差错率的要求。脉冲噪声由于具有较长的安静期，故对模拟话音信号的影响不大,脉冲噪声虽然对模拟话音信号的影响不大，但是在数字通信中，它的影响是不容忽视的。一旦出现突发脉冲，由于它的幅度大，将会导致一连串的误码，对通信造成严重的危害。CCITT关于租用电话线路的脉冲噪声指标是15分钟内，在门限以上的脉冲数不得超过18个。在数字通信中，通常可以通过纠错编码技术来减轻这种危害。 (3)起伏噪声 起伏噪声是以热噪声、散弹噪声及宇宙噪声为代表的噪声。这些噪声的特点是，无论在时域内还是在频域内他们总是普遍存在和不可避免的。起伏噪声既不能避免，且始终存在。 二、噪声分为以下几种类型： 1.热噪声 又称白噪声。是由导体中电子的热震动引起的，它存在于所有电子器件和传输介质中。它是温度变化的结果，但不受频率变化的影响。热噪声是在所有频谱中以相同的形态分布，它是不能够消除的，由此对通信系统性能构成了上限。 或称约翰逊噪声（Johnson noise）。噪声的一种。当光电倍增管施加负高压，而无光投射光电阴极时，由于光电极极与倍增极的电子热发射和玻璃外壳与管座的漏电，导致热电子由倍增极放大，所引起的暗电流的波动。在记录仪器上则出现噪声。 2.散粒噪声 散粒噪声是半导体的载体密度变化引起的噪声。
噪声测试规范 文件编码：INVT-LAB-GF-16 噪声测试规范 拟制：韦启圣 _ 日期：2010-10-30 审核：董瑞勇 _ 日期：2010-12-02 批准：董瑞勇 _ 日期：2010-12-02
更改信息登记表 文件名称：噪声测试规范 文件编码：INVT-LAB-GF-16 评审会签区：
目录 1、目的 (4) 2、范围 (4) 3、定义 (4) 4、引用标准 (6) 5、测试设备 (6) 6、测试环境条件 (6) 7、噪声测试 (6) 7.1.被测设备的安装 (6) 7.2.传声器位置的选择 (7) 7.3.噪声测量 (11) 8、验收准则 (13) 附录A：噪声测试数据记录表 (14)
噪声测试规范 1、目的 本规范给出一种现场简易法测定电气设备的发射声压级。用于检验我司产品发射的噪声是否满足标准或设计的要求。使用本规范测试方法其结果的准确度等级为3级（简易级）。 2、范围 本规范规定的噪声测试方法，适用于深圳市英威腾电气股份有限公司开发生产的所有电气产品。 3、定义 本规范采用以下定义。其它声学术语、量和单位按GB/T 3947和GB/T 3102.7的规定。 3.1 发射 emission 由确定声源（被测机器）辐射出空气声。 3.2 发射声压（P） emission sound pressure 在一个反射平面上，按规定的安装和运行条件工作的声源附近指定位置的声压。它不包括背景噪声以及本测试方法所允许的反射面以外其他声反射的影响，单位Pa。 3.3 发射声压级（L ）emission sound pressure level P 发射声压平方P2(t)与基准声压平方P02之比的以10为底的对数乘以10。采用GB/T 3785规定的时间计权和频率计权进行测量，单位dB。基准声压为20μPa。P2(t)表示声压有效值平方随时间变化。 3.4 脉冲噪声指数（脉冲性） impulsive noise index (impulsiveness) 该指标用以表征声源发射噪声的脉冲特性，单位dB。 3.5 一个反射面上方的自由场 free field over a reflecting plane 被测机器所处的无限大、坚硬平面上方半空间内，各向同性均匀媒质中的声场。 3.6 工作位置，操作者位置 work station, operator’s position 被测机器附近，为操作者指定的位置。 3.7 指定位置 specified position
E题脉冲信参数测量仪 报告 公司内部编号：（GOOD-TMMT-MMUT-UUPTY-UUYY-DTTI-
脉冲信号参数测量仪 摘要：本设计选用 FPGA 作为数据处理与系统控制的核心，采用FPGA与单片机相结合的方式制备出可测量脉冲信号频率、占空比、幅度、上升时间的测量仪以及标准脉冲信号发生器。本设计由以下功能模块构成：前端信号处理模块、峰值检波模块、窗口比较器模块、幅值升压模块等。利用FPGA的强大处理能力，完成数字信号处理，并将处理后的信号送至单片机进行显示，设计中综合运用了电容去耦、滤波以及同轴电缆等抗干扰措施，减少了电路干扰。在FPGA内有等精度测频模块、占空比测量模块和上升时间测量模块、标准脉冲产生模块等。显示与校准通过单片机完成。 关键词：峰值检波窗口比较器脉冲参数测试仪标准脉冲信号发生器 一、系统方案 1.方案论证与比较 方案一：图1所示为中规模电路脉冲信号测量仪。此方案采用中规模数字电路构成，主要由比较器、功能选择、量程选择、计数器和控制模块组成。该方案电路复杂，频带过窄，功能不强，实现起来比较困难。故不采用此方案。 图1 小规模数字电路原理框图 方案二：图2所示为纯单片机方案，该方案以单片机为核心。门控信号由单片机内部计数定时器产生。该方案成本低，但受单片机本身限
制，其时序控制能力弱，处理速度慢，无法达到本次设计要求。故不采用此方案。 图2 纯单片机方案原理框图 方案三：图3所示为FPGA与单片机相结合的方案。此方案中，FPGA 构成主要测量模块，输入信号经过前端处理电路，得到5V信号输入到FPGA中。单片机控制FPGA完成各种测量功能并显示测量数据。该方案外围元件相对较少，对高速信号处理速度快，精度高，且控制灵活、可靠性高。 图3 FPGA与单片机结合方案原理框图 综上所述，本设计拟采用方案三。 2.总体方案设计 当进行频率测量时，脉冲信号进入前置分挡模块。当信号较大时衰减，当信号较小时放大。在放大模块中，高频信号通过高速放大器，低频信号通过精密放大器，使输入波形均为幅值适中的脉冲，直接进入FPGA进行计算测量。FPGA中，采用等精度测频方法进行测频和测占空比，利用基本上升时间测量模式进行两个信号的上升时间测量。单片机完成数据读取及校准功能。测量幅值时经过峰值检测并保持电路，再经单片机AD采集测出。 二、理论分析与计算 1.频率测量方法
传感器脉冲信号处理电路设计 摘要 介绍了一种基于单片机平台，采用霍尔传感器实施电机转速测量的方法，硬件系统包括脉冲信号产生，脉冲信号处理和显示模块，重点分析，脉冲信号处理电路，采用c 语言编程，通过实验检测电路信号。 关键词：霍尔传感器；转速测量；单片机
目录 1 绪论 (1) 1.1 课题描述 (1) 1.2 基本工作原理及框图 (1) 2 相关芯片及硬件电路设计 (1) 2.1系统的主控电路 (1) 2.2 STC89C52单片机介绍 (2) 2.2.1 STC89C52芯片管脚介绍 (2) 2.2.2 时钟电路 (3) 2.3 单片机复位电路 (3) 2.4 霍尔传感器电机采样电路 (4) 2.4.1 A3144霍尔开关的工作原理及应用说明 (4) 2.4.2 霍尔传感器测量原理 (5) 2.5 电机驱动电路 (6) 2.6 显示电路 (6) 3 软件系统设计 (7) 3.1 软件流程图 (7) 3.2 系统初始化 (9) 3.3 定时获取脉冲数据 (10) 3.4 数据处理及显示 (11) 3.5 C语言程序 (12) 总结 (15) 致谢 (16) 参考文献 (17)
1 绪论 1.1 课题描述 在工农业生产和工程实践中，经常会遇到各种需要测量转速的场合，测量转速的方法分为模拟式和数字式两种。模拟式采用测速发电机为检测元件，得到的信号是模拟量，控制系统的硬件部分非常复杂，功能单一，而且系统非常不灵活、调试困难。数字式通常采用光电编码器、圆光栅、霍尔元件等为检测元件，得到的信号是脉冲信号。单片机技术的日新月异，特别是高性能价格比的单片机的出现，转速测量普遍采用以单片机为核心的数字式测量方法，使得许多控制功能及算法可以采用软件技术来完成。采用单片机构成控制系统，可以节约人力资源和降低系统成本，从而有效的提高工作效率。本课题，是要利用霍尔传感器来测量转速。由磁场的变化来使霍尔传感器产生脉冲，由单片机计数，经过数据计算转化成所测转速，再由数码管显示出来。 1.2 基本工作原理及框图 本课程设计的电机采用直流电机，然后利用霍尔传感A3144对电机的转速进行采样从而输出脉冲信号。主控芯片采用STC89C52单片机，对脉冲个数进行计数并经过数据处理以后得到单位时间电机转过的转数机电机的转速，再通过显示电路将电机转速显示出来。基本工作原理框图如图1所示。 图1基本工作原理框图 2 相关芯片及硬件电路设计 2.1系统的主控电路 图2是该系统的主控单元的电路图。J2、J3、J4、J5是单片机的I/O端口的扩展，预留接口用于调试等。主控芯片采用STC89C52单片机，该系统中采用定时器0作为定时器，定时器的时间为1S。定时器1作为计数器，对P35引脚采集到的脉冲信号进行计数操作，单片机然后对数据进行处理，计算出1S计数脉冲的个数，即电机转速。然后通过显示电路将电机转速显示出来，从而实现整个系统的功能。
郑州工业应用技术学院 课程设计说明书 题单片机脉冲信号测量 姓名： 院（系）：信息工程学院专业班级：计算 机科学与技术学号： 指导教师： 成绩： 时间：年月日至年月日
摘要 脉冲信号测量仪是一种常用的设备，它可以测量脉冲信号的脉冲宽度，频率等参数，并用十进制数字显示出来。利用定时器的门控信号GATE进行控制可以 实现脉冲宽度的测量。在单片机应用系统中，为了便于对LED显示器进行管理，需要建立一个显示缓冲区。本文介绍了基于单片机AT89C51的脉冲信号参数测量仪的设计。该设计可以对脉冲信号的宽度，频率等参数进行测量。 关键词：脉冲信号；频率；宽度；单片机AT89C51
目录 摘要............................................................... I 目录............................................................... II 第一章技术背景及意义 (1) 第二章设计方案及原理 (2) 第三章硬件设计任务 (3) 第四章软件结论 (12) 第五章参考文献 (13) 第六章附录 (14)
第一章技术背景及意义 单片机微型计算机是微型计算机的一个重要分支，也是颇具生命力的机种。单片机微型计算机简称单片机，特别适用于控制领域，故又称为微控制器。通常，单片机由单块集成电路芯片构成，内部包含有计算机的基本功能部件：中央处理器、存储器和I/O 接口电路等。因此，单片机只需要和适当的软件及外部设备相结合，便可成为一个单片机控制系统。由于单片机稳定可靠、物美价廉、功耗低，所以单片机的应用日益广泛深入，涉及到各行各业，如工业自动化、智能仪表与集成智能传感器、家用电器等领域。单片机应用的意义绝不仅限于它的广阔范围以及带来的经济效益，更重要的意义在于，单片机的应用正从根本上改变着传统的控制系统的设计思想和设计方法。从前必须由模拟电路或数字电路实现的大部分控制功能，现在使用单片机通过软件就能实现了。随着单片机应用的推广普及，单片机控制技术将不断发展，日益完善。因此，本课程设计旨在巩固所学的关于单片机的软件及硬件方面的知识，激发广大学生对单片机的兴趣，提高学生的创造能力，动手能力和将所学知识运用于实践的能力。 中断功能是一种应用比较广泛的功能，它指的是当CPU正在处理某件事情的时候，外部发生了某一件事（如一个电平的变化，一个脉冲沿的发生或定时器计数溢出等）请求CPU迅速去处理，于是，CPU暂时终止当前的工作，转去处理所发生的事件。中断服务处理完该事件以后，再回到原来被中止的地方继续原来的工作，这样的过程称为中断。本文中用到了定时器T0溢出中断，以实现软件延时。脉冲信号测量仪是一种常用的设备，它可以测量脉冲信号的脉冲宽度，脉冲频率等参数。
%对语言信号做原始的时域波形分析和频谱分析[y,fs,bits]=wavread('C:\Documents andSettings\Administrator\桌面\'); %sound(y,fs)% 回放语音信号 n=length(y)%选取变换的点数 y_p=fft(y,n);%对n点进行傅里叶变换到频域 f=fs*(0:n/2-1)/n;% 对应点的频率 figure(1) subplot(2,1,1); plot(y);%语音信号的时域波形图 title('原始语音信号采样后时域波形'); xlabel('时间轴') ylabel('幅值 A') subplot(2,1,2); plot(f,abs(y_p(1:n/2)));%语音信号的频谱图 title('原始语音信号采样后频谱图'); xlabel('频率Hz'); ylabel('频率幅值'); %对音频信号产生噪声 L=length(y)%计算音频信号的长度
noise=*randn(L,2);%产生等长度的随机噪声信号(这里的噪声的大小取决于随机函数的幅度倍数） y_z=y+noise;%将两个信号叠加成一个新的信号——加噪声处理 %sound(y_z,fs) %对加噪后的语音信号进行分析 n=length(y);%选取变换的点数 y_zp=fft(y_z,n);%对n点进行傅里叶变换到频域 f=fs*(0:n/2-1)/n;% 对应点的频率 figure(2) subplot(2,1,1); plot(y_z);%加噪语音信号的时域波形图 title('加噪语音信号时域波形'); xlabel('时间轴') ylabel('幅值 A') subplot(2,1,2); plot(f,abs(y_zp(1:n/2)));%加噪语音信号的频谱图 title('加噪语音信号频谱图'); xlabel('频率Hz'); ylabel('频率幅值'); 对加噪的语音信号进行去噪程序如下： fp=1500;fc=1700;As=100;Ap=1;
变频器的电压检测电路（新） ——正弦变频器电压检测实际电路分析 一、电路构成和原理简析 电压检测电路，是变频器故障检测电路中的一个重要组成部分，旨在保障使IGBT 逆变电路的工作电源电压在一特定安全范围以内，若工作电源危及IGBT （包含电源本身的储通电容）器件的安全时，实施故障报警、使制动电路投入工作、停机保护等措施。此外，少数机型还有对输出电压的检测，在一定程度上，起到对IGBT 导通管压降检测的同样作用，取代驱动电路中IGBT 的管压降检测电路。 1、电压检测电路的构成、电压采样方式及故障表现 图1 电路检测电路的构成（信号流程）框图 1、电压检测电路的电压采样形式（前级电路） 1）直接对DC530V 电压采样 78L05C 8 P N 图2 DC530V 电压检测电路之一 直接对P 、N 端DC530V 整流后电源电压进行进行采样，形成电压检测信号。如阿尔法ALPHA2000型变
频器的电压检测电路，如图2所示。 电路中U14线性光耦合器的输入侧供电，由开关变压器的独立绕组提供的交流电压，经整流滤波、由78L05稳压处理得到5V 电源所提供，电源地端与主电路N 端同电位。输出侧供电，则由主板+5V 所提供。 直流回路P 、N 端的DC530V 电压，直接经电阻分压，取得约120mV 的分压信号，输入U14（线性光耦合器，其工作原理前文已述）进行光、电隔离与线性放大后，在输出端得到放大了的检测电压信号，再由LF353减法放大器进一步放大，形成VPN 直流电压检测信号，经CNN1端子，送入MCU 主板上的电压检测后级电路。 2）由开关变压器次级绕组取得采样电路信号 +5V -42V 图3 DC530V 电压检测电路之二 N +5V N1输入电压波形示意图V T 截止 VT 饱合导通 0V 530V 5V 0V -42V N3输出电压波形示意图 压采样等效电路T1 图4 直流回路电压采样等效电路及波型示意图 主电路的DC550V 直流电压检测信号，并不是从主电路的P 、N 端直接取得，而是“间接”从开关电源的二次绕组取出，这是曾经令一些检修人员感到困惑、找不到电压检测信号是从何处取出的一件事情，也成为该部分电路检修的一个障碍。电压采样电路如上图4所示。 在开关管VT 截止期间，开关变压器TRAN 中储存的磁能量，由次级电路进行整流滤波得到+5V 工作电源，释放给负载电路；在VT 饱和导通期间，TC2从电源吸取能量进行储存。 N3二级绕组上产生的电磁感应电压，正向脉冲出现的时刻对应开关管的截止时间，宽度较大，幅值较低，经二极管D12正向整流后提供负载电路的供电，有电流释放回路；反向脉冲出现的时刻对应开关管的饱和导通时间，宽度极窄，但并不提供电流输出，回路的时间常数较大（不是作为供电电源应用，只是由R 、C 电路取得电压检测信号），故能在电容C17上维持较高的幅值。开关管VT 饱合导通时，相当于将N1绕组直接接入530V 电源，因而在同一时刻N3绕组此时所感应的负向脉冲电压，是直接反映N1绕组供电电压高低的，并与其成线性比例关系——N3绕组感应电压的高低，仅仅取决于N1、N3绕组的匝数比。整
一、用途 电气、电子产品实际使用过程中会受到以传导方式传入的脉冲信号干扰；脉冲群发生器是模拟环境中的脉冲信号并将其以传导方式施加到产品工作环境中检测设备，用于检测电气、电子产品对电快速瞬变脉冲群抗扰度是否符合设计要求。
二、外形简介 2.1工作平台 脉冲群发生器：脉冲群信号产生装置，型号为NSG 3060，可扩展浪涌等模块 耦合去耦网络：将脉冲群信号耦合到三相电路中，用于对电源施加脉冲群干扰，型号为CDN 3063 脉冲群耦合钳：将脉冲群信号耦合到数据线中，用于对485线路施加脉冲群干扰，型号为CDN 3425 485线：用于连接电力终端与电表，一端连接集中器或采集器，另一端连接电表 测试台：用于放置待测设备 测试台 脉冲群发生器 脉冲群耦合钳 485线 耦合去耦网络
脉冲群发生器 耦合去耦网络 调压器电源 接地线 调压器 调压器：三相电压调节器，用于调节耦合去耦合网络的输入电压，默认状态为380V 调压器电源：用于输入环境中的实际三相电源 接地线：基于设备、人员安全考虑，接真正的大地
2.2脉冲群测试仪 三相电源输入端口 信号耦合器电源线 耦合去耦网络开关 脉冲群发生器开关 脉冲群发生器电源线 显示屏 单相电源输出线 三相电源耦合输出端口 三相电源耦合输出线 参数调节旋钮 按键组 数据输出线 工作指示灯 耦合去耦网络脉冲群数据线输入端口
显示屏：显示脉冲群发生器操作参数，为触摸屏 按键组：左边三个分别为：启动、暂停、停止键；右边三个为参数调节进制，分别为1、10、100 参数调节旋钮：旋转可调节参数大小 工作指示灯：power（电源指示灯）、pulse（脉冲信号指示灯）、Hige Voltage（高电压指示灯）、EUT Power（待测设备供电指示灯）、Error（错误指示灯） 单相电源输出线：脉冲群信号通过两条单相电源线输出给耦合去耦网络 数据输出线：脉冲群信号通过数据线输出脉冲群耦合钳 三相电源耦合输出端口：耦合去耦网络将施加到单相电源的脉冲群信号转变为施加到三相电源的脉冲群信号，最右端的PE端口一般不用，空置即可 三相电源耦合输出线：用于给待测设备提供已施加脉冲群信号的三相电源 三相电源输入端口：将三相电源输入给耦合去耦网络，用于耦合脉冲群信号 耦合去耦网络脉冲群数据线输入端口：目前不用，空置即可 三、供电 脉冲群发生器、耦合去耦网络接普通220V民用电源即可
在科学研究和生产实践当中，周期脉冲信号是很常见的。如何检测周期脉冲信号的丢失，或因故障丢失周期脉冲信号需要报警的情况也是经常碰到的。本文给出了解决这类问题的办法，并通过理论分析给出了检测周期脉冲信号丢失的实用电路。 1 可重触发的单稳态电路 众所周知，所谓单稳态是指电路只有一个稳定状态，另一个是暂稳态。如电路输出稳定状态为低电平Ｌ，当输入信号到达后，电路输出变为高电平Ｈ，但是高电平状态只是暂时的，过了一定时间后它又自动回到稳定状态Ｌ。输入i u 的周期Ｔ小于输出 o u 的脉冲宽度W T 。（由W T 电路定时元件的 参数决定，定时元件参数不变，输出o u 的脉冲宽度W T 就不变），当电路在暂稳态期间若再来输入脉冲，输入脉冲对电路不起作用，只有当电路回到稳态后，再来输入脉冲信号才能触发单稳态再次动作。此种电路称为不可重复触发的单稳态电路。单稳态电路的作用一般是定时、延时、和波形整形。定时、延时的时间就是W T 。 当单稳态电路在暂稳态期间若再来输入脉冲，输出从此时刻开始再延迟W T 的宽度，此种单稳态电路为可重复触发的单稳态电路。可重复触发的单稳态电路若i u 为周期脉冲信号，且其周期Ｔ小于W T ，只要输入信号i u 正常，则o u 一直是暂稳态，这种情况输入i u 和输出o u 的波形如图（１）所示。 丢失周期脉冲信号的检测电路 许立新 李金民 (西京学院 西安 710123) 摘 要：本文通过对可重触发的单稳态电路的分析，得出了只要可重触发单稳态触发器的输出脉冲宽度大于输入周期脉冲信号的周期Ｔ，就可用可重触发的单稳态触发器构成检测周期脉冲信号丢失的电路。本文用芯片ＣＤ４５３８给出了实用的丢失周期脉冲信号的检测和报警电路。关键词：周期脉冲信号 单稳态 可重单稳态中图分类号：ＴＮ７８文献标识码：Ａ文章编号：１６７４－０９８Ｘ（２０１０）０４（ｂ）－００６８－０２ 2 丢失周期脉冲信号的检测电路实例 利用可重复触发的单稳态电路可以构成丢失周期脉冲信号的检测电路。可重复触发的单稳态电路有多种，ＣＤ４５３８是双可重复触发的单稳态集成芯片，它的引脚排列如图（２）所示。 查ＣＤ４５３８的功能表知，端为清“０”端，低电平有效，它的稳定状态是Ｑ＝Ｌ，Q ＝Ｈ，当CLR ＝Ｈ，Ｂ输入端接高电平时，Ａ 输入端来一个脉冲上升沿，则Ｑ＝Ｈ，Q ＝Ｌ，电路进入暂稳态。ＣＤ４５３８的W T 决定外接的定时元件Ｒｅｘｔ和Ｃｅｘｔ，其 W T ＝Ｒｅｘｔ﹒Ｃｅｘｔ（１） 若输入周期脉冲信号i u 的周期是Ｔ，可重触发单稳的输出脉冲宽度为W T ，当 W T ＝１．５Ｔ左右时，只要输入i u 的周期脉冲 正常，则输出o u 就一直处在高电平状态（暂稳态）如图（１）所示。假设i u 的第４个脉冲丢失，第５个脉冲又正常，则输入i u 与输出o u 的波形如图（３）所示（图示为i u 从ＣＤ４５３８的Ａ端输入，i u 需要正的窄脉冲）。由图（３）的波形知，由于第４个周期信号丢失，单稳态电路又回到稳态低电平，当第５个输入脉冲再来时，输出o u 又为暂稳态高电平，据此可以 将丢失的周期脉冲信号检测出来。 如某自动工作的冲床，每３秒钟冲压一个工件，通过光电传感器使冲压工件的个数转换成脉冲数，每冲压一个工件，通过光电转换电路产生一个计数脉冲，计数脉冲的周期Ｔ＝３Ｓ。若间隔４．５Ｓ左右未来脉冲信号，说明工作不正常，应该报警。由ＣＤ４５３８构成的报警电路如图（４）所示。图（４）中计数部分用四位计数，锁存译码驱动，显示电路构成（图中未画出具体电路）。周期脉冲的上 升沿触发计数器。经光电转换，放大整形后的信号1i u 的周期Ｔ＝３Ｓ，若1i u 的脉冲宽度ｔｐ＝０．２ｓ，经过ＲＣ微分电路及二极管Ｄ的限幅作用后，得到周期Ｔ＝３Ｓ的正尖脉冲信号 i u （如图（３）中的i u ） 微分电路参数的选择原则是 τ＝ＲＣ＜＜ｔｐ（２） 本例选Ｃ＝１F μ，Ｒ＝２０ ? K ，可以满足式 （２）的要求。 图1 图2图3 (下转70页)
%对语言信号做原始的时域波形分析和频谱分析 [y,fs,bits]=wavread('C:\Documents and Settings\Administrator\桌面\cuocu o.wav'); % sou nd(y,fs) % 回放语音信号 n=length(y) %选取变换的点数 y_p=fft(y,n); %对n点进行傅里叶变换到频域 f=fs*(0:n/2-1)/n; % 对应点的频率 figure(1) subplot(2,1,1); plot(y); %语音信号的时域波形图 title('原始语音信号采样后时域波形'); xlabel('时间轴') ylabel('幅值A') subplot(2,1,2); plot(f,abs(y_p(1:n/2))); %语音信号的频谱图 title('原始语音信号采样后频谱图'); xlabel('频率Hz'); ylabel('频率幅值'); %对音频信号产生噪声 L=leng th(y) %计算音频信号的长度 noise=0.1*randn(L,2); %产生等长度的随机噪声信号(这里的噪声的大小取决于随机函数的幅度倍数） y_z=y+noise; %将两个信号叠加成一个新的信号——加噪声处理 %sou nd(y_z,fs) %对加噪后的语音信号进行分析 n=length(y); %选取变换的点数 y_zp=fft(y_z,n); %对n点进行傅里叶变换到频域 f=fs*(0:n/2-1)/n; % 对应点的频率 figure(2) subplot(2,1,1); plot(y_z); %加噪语音信号的时域波形图 title('加噪语音信号时域波形'); xlabel('时间轴') ylabel('幅值A') subplot(2,1,2); plot(f,abs(y_zp(1:n/2))); %加噪语音信号的频谱图
什么是噪声检测？你造吗 噪声检测 噪声监测是对干扰人们学习、工作和生活的声音及其声源进行的监测活动。其中包括：城市各功能区噪声监测、道路交通噪声监测、区域环境噪声监测和噪声源监测等。噪声监测结果析噪声污染的现状及变化趋势，也为噪声污染的规划管理和综合整治提供基础数据。一般以A计权声级表示，所用的主要仪器是声级计和频谱分析器。噪声监测的结果用于分析噪声污染的现状及变化趋势，也为噪声污染的规划管理和综合整治提供基础数据。 噪声又称杂音，属于随机信号，可用统计学方法加以描述，即其统计量是可测的。噪声存在于一切电子系统中，严重地影响通信系统接收微弱信号的能力，即影响通信的质量。 噪声测量包括两个内容：对噪声统计特性的测量和利用噪声作为测试信号的测量。 统计特性的测量 噪声统计特性的测量属于幅度域测量，包括数学期望（平均值），方差（均方值），功率谱密度、概率密度分布以及自相关和互相关函数的测量。通信线路噪声的测量，就是在规定带宽内，噪声均方值（功率）或均方根值（有效值）的测量。随
机信号电压的测量与确知信号电压的测量不同：①必须注意电压表的检波特性，有效值电压表是测量噪声电压比较理想的仪表，这种电压表的读数与被测电压的均方根值成正比，与被测电压的波形无关，故若该电压表以正弦有效值刻度，则可方便地直接读出噪声电压的有效值。否则，需要对读数进行修正。例如，采用均值电压表测量高斯白噪声，必须将读数乘上修正因数1．13。②带宽准则。噪声功率正比于系统的带宽，选用的电压表其带宽应远大于被测系统的噪声带宽，否则，将会损失噪声功率，使测量结果偏低。一般要求电压表的3dB带宽△f3db 大于8～10倍的噪声带宽。③满度波峰因数和测量时间的影响。波峰因数是交流电压的峰值与有效值之比，如正弦波的波峰因数为。以测量确知信号正弦波为例，当有效值电压表指示满度时，其宽带放大器所承受的最大瞬时电压（峰值）为有效值的倍，若放大器的动态范围足够，不会产生测量误差。所以，对电压表中使用的放大器，可用其满度波峰因数间接反映放大器的动态范围般测量正弦波的电压表来说，要求电压表具有的满度波峰因数就可胜任。由于噪声电压的峰值是随机的，即其波峰因数也是随机的，所以，只能用统计学方法来定量描述峰值大于有效值的概率，以高斯白噪声为例，其峰值是波峰因数大于4．4出现的概率为0.001%。所以，若电压表的满度波峰因数大于4．4，那么，用来测量高斯白噪声是足够的，因为，这时电压表只对出现概率小于0．001%的那些高峰值不予计及（被放大器削波），分析指出，由此产生的测量误差为-0．05%。④电话电路的噪声测量，宜加衡重（加权）网络，以模拟人耳的接收状况，衡重网络对各个频率的衡重（加权）系数应符合CCITT的有关建议。最后，要考虑测量时间的影响，噪声电压测量实质上是求平均值的过程，求平均应在无限的时间内进行，在有限时间内测量噪声只能得到平均值的估计值，这种误差本身是一个
如图所示为脉宽检测电路。该检测电路由微分电路(R2、C2)、放大电路BG1、单稳定时电路(555、R1、C1)等组成。输入的脉冲信号Vin(如波形A)一路加至微分、放大电路，另一路经R4后加至BG2的集电极电路。经微分放大后的负向脉冲(如波形B)触发555电路置位，使其③脚输出一定宽度的正向脉冲(如波形C)，其脉宽即为单稳电路的定时时间td=1.1R1C1(秒)，且该正向脉冲加至BG2的基极，故在检测期间，BG2饱和导通，其集电极(即电路输出端V0)呈低电平。若被检测的脉宽大于设定的脉宽td，则因BG2的集电极加压的时间大于基极偏置时间td，V0出现高电平，这说明被检测脉宽超过设定时间了。 基于NE555的脉冲丢失检测电路 发布:2011-09-27 | 作者:—— | 来源: jiaoyouhao | 查看:550次 | 用户关 注：检测电路 NE555定时器IC可以检测一个两个连续脉冲的脉冲列车之间的脉冲丢失或异常长的时间。这种电路可用于检测的汽车火花塞的间歇发射或监视一个生病的病人心脏的跳动。挑了传感器的信号的形状形成一个负脉冲，并应用到这是作为一个单声道稳定连接的集成电路的引脚2。只要脉冲之间的间距不到的时间间隔，时间周期不断复位输入脉冲电容器是通过T1出院。在减少脉冲频率或脉冲丢失许可证完成的时间间隔，这会导致产出水平的变化。 NE555定时器IC可以检测一个两个连续脉冲的脉冲列车之间的脉冲丢失或异常长的时间。这种电路可用于检测的汽车火花塞的间歇发射或监视一个生病的病人心脏的跳动。 挑了传感器的信号的形状形成一个负脉冲，并应用到这是作为一个单声道稳定连接的集成电路的引脚2。只要脉冲之间的间距不到的时间间隔，时间周期不断复位输入脉冲电容器是通过T1出院。在减少脉冲频率或脉冲丢失许可证完成 的时间间隔，这会导致产出水平的变化。