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基于小波变换和直方图均衡的红外图像增强
基于红外图像低分辨率、低对比度、视觉特性差的特性，以及传统的利用直方图均衡化进行红外图像增强的方法会丢失图像的细节信息、增强红外图像的噪声的特性，将小波变换的多尺度、多分辨率的特点和直方图均衡化的方法相结合，提出一种更好的实现红外图像增强的算法。激光与红外No.22013尹士畅等基于小波变换和直方图均衡的红外图像增强227度下的原因,手臂的温度和环温比较接近,从而使得得到的图像的对比度比较差,视觉效果不明显。如图2中为经过小波变换后提取出来的图像的低频成分,从中可以看出,该图像和原始图像的对比度差别不大,但是从视觉上来看,图片的连续性较好,噪声较少。图3是经过直方图均衡化处理的图像,经过直方图均衡化之后图像的整体的视觉效果变好了,图片中手表和手臂的对比度非常明显,甚至包括表图4本文增强算法带和手臂的也可以清楚地辨认出来。然而,经过直7结论方图均衡化之后,手臂左下角方向和右下角方向以针对直方图均衡化和小波变换在红外图像增强及手表中央的噪声也变得非常的大,相比较原始图存在的问题,本文所提出的改进算法,通过将两者的像而言信噪比变差了。图4则是将直方图均衡化和优势相结合,弥补单独算法的劣势,从而达到适当提小波变换算法相结合后增强的红外图像,相比较图高原始红外图像的对比度,增强了目标和背景的差3而言,对比度的变化不大,但是图像的很多噪声特异性并且保证红外图像的信噪比的效果。性得到了改善,尤其是手表中央和手臂的左右下角部分的噪声得到了明显改善,从而很好的验证了该参考文献:算法的可行性。[1 Lin Zhenxian Song Guoxiang, Xue Wen Comparison andimprovements of several methods wavelet image denoising[ J]. Journal of Xidian University, 2004, 31(4)625-629.( in Chinese)林椹尠,宋国乡,薛文.图像的几种小波去噪方法的比较和改进[J].西安电子科技大学学报,2004,31(4):625-6292 Yu Tianhe, Hao Fuchun, Kang Weimin Summarization onthe infrared image enhancement technology [J]. Infrared图1原始红外图像and Laser Engineering, 2007, S2): 131-137.( in Chinese于天河,郝富春,康为民红外图像增强技术综述[J]红外与激光工程,2007,(S2):131-137[3 Xie Jiecheng, Zhang Dali, Xu Wenli. Wavelet Image De-noising vigorously [ J]. Journal of Image and Graphics2002,7(3):209-218.( in Chinese)谢杰成,张大力,徐文立小波图象去噪综述[J].中国图象图形学报,2002,7(3):209-218图2低频红外图像[4 Peng Zhou, Zhao Baojun. Nover scheme for infrared imageenhancement based on contourlet transform and fuzzy theory[J]. Laser& nfrared,2011,41(6):129-133.彭洲,赵保军.基于 Contourlet变换和模糊理论的红外图像增强算法[J].激光与红外,2011,41(6):129-133[5 Yong Yang, Wang Jingru, Zhang Qiheng. Enhancement oflow Contrast Image Contain Small Targ[ J]. Laser &Infrared,2005,35(5):373-377.( in Chinese)图3直方图均衡化雍杨,王敬儒,张启衡.弱小目标低对比度图像增强算228激光与红外第43卷法研究[J].激光与红外,205,35(5):373-377round[ J. Laser Infrared, 2003, 33(6): 109-114.[6 An Chengbin, Ren Hongliang, Nei Chuanhong, et al. Infraincsered Image Enhancement Technology for Staring Infrared温佩芝,史泽林,于海斌基于小波变换的复杂海面背Imager[ J]. Laser Infrared, 2003, 33(6): 32-33. (in景红外小目标检测[J]激光与红外,2003,33(6)nese109-114安成斌任宏亮,传虹,等凝视焦平面热像仪的红[11]孙延奎小波分析及其应用M].北京:机械工业出版外图像增强技术[J].激光与红外,203,33(6):社,2005[12] Turghunjan, et al. a technique of image enhancement[7]宋芳莉图像边缘检测中的方法研究[D].西安:西北based on the dyadic wavelet transform[ J]. Joumal of Xin-大学,2002jiang Normal University Natural Science Edition, 2006[8 Luo Jiebo, Chen Changwen, Parker K J Image enhancement25(4):6-13for low bit rate wavelet-based compression[ J]. IEEE Inter吐尔洪江,等.基于二进小波变换的图像增强技术national Symposium on Circuits and Systems, 1997: 6-20[J].新疆师范大学学报:自然科学版,2006,25(4)[9 Ji Shupeng, Ding Xiaoqing. Study on image enhancing fusion algorithm of visible and infrared image[J]. Laser [13]S Mallat. a Wavelet Tour of Signal Processing[ M].PittsInfrared, 2002, 31(6): 518-521.( in Chinese): Academic Press, 1999.吉书鹏,丁晓青.可见光与红外图像增强融合算法矸4]张德丰 MATLAB小波分析[M].机械工业出版社究[J激光与红外,2002,31(6):518-5212009[10] Wen peizhi, Shi Zhelin, Yu haibin. Wavelet transform-[15]葛哲学,沙威.小波分析理论与 MATLAB R007实现based Detection for Small IR Target in Complex Sea Back-[M].北京:电子工业出版社,2007
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多进制LDPC码改进算法研究
对多进制LDPC码的构造、译码、码长及码率等方面进行仿真研究，以期为多进制LDPC码的实用化发展提供设计参考。76科技论坛如图1建立了多进制LDPC码的仿真平台,主要对多进制LD-时,对多进制LDPC码的译码算法复杂度进行计算。经仿真分析和PC码构造方法、译码算法、不同码长和不同码率进行了仿真对比。计算,基于3种算法的多进制IDPC码在高码率时均具有逞近香农系统运用高斯编码,信道是高斯白噪声信道,调整方式釆用BPSK限的特性。Ig-FF-BP译码算法的计算复杂度低于FTBP和调制,最大迭代次数为30,并且i-PG随机构造方法构造的非规BP算法,虽然BP算法表现出更好的系统性能但前者更适合于硬则LDPC码的变量节点度分布服从4(x)-038354x+0023x2+0.574092。件实现。这对多进制LDPC码的实用化有较大意义,并且对有关多表1给出了用于仿貞实验的多进制IDPC码参数,他们均为八元域进制IDC码译码算法的应用领域也有重婆的参考意义。码型且校验矩阵H的列重为4。现在对多进制LDPC码的编译码整参考文献体系统中能够对码字纠错效果产生影响的参数分别进行性能仿真。[] Gallager R.G.L灬 w Density Parity Check Codes. IRE Transac-3仿真结果tions on Information Theory 1962, 8: 208-220图2分别给出了LDPC-Ⅰ按照 Mackay、r-FS、 rg-PEG、ir-PE、[2] MacKay D.J.C. and ncal r.m. Ncar Shannon limit performanccir-QC构造方法基丁Lg-FFT-B译码算法得到的八进制LDPC码 of low- density parity- -check codes. Electronics Letters,199,32:在不同信噪比条件下的误码率曲线。由图可以看出,随着信噪比的1645-1646增加,五种码的性能开始出现差异。ir-PEC构造方法的误码率性能「3] MACKAY D, W ISON S, DAY Y M.Corconstruc明显优于其它几种构造方法,在2dB的信噪比时,误码性能接近 tions of irregular Gallager codes[J. I Transaction on Communica106数量级。其次为ir-QC、rg-PEG、rg-PS,可以看出i-QC对比于tion,199,47(10:1449-1454ir-PEG构造方法,在2dB时有10数量级的误码率性能损失。并且[4]MC. Davey and D JC. Mac Kay. Low density parity check codesrg-PEG、rg-PS两种构造方法在低信噪比下误码率性能比较接近, over GF(q) J. IEEE Communication Letter,1998,2(6):165-167但其性能明显差于ir-QC构造方法。 Mackay构造方法性能最差,当[5jLan,YY.rai, L Chen,S.Lin,andK, Abdel- Ghaffar. a trellis信噪比大于2B时,已经呈蚬差错平底效应的趋势。由图可以看出 based method for removing cycles from bipartite graphs and corir-PEG构造方法的随机性好于ir-QC结构化构造算法码字伫能, struction of low density parity check codes[ J]. IEEE Communicarg-PEG构造方法的随机性也好于rg-PS结构化构造算法码字性 tion letters,2004,8(7):443-45能,这说明非规则随机构造算法的码字性能优于随机构造算法构造[6JmXu, Lei cher, Ivana Djurdjevic, Shu lin, and Khaled ah的码字性能;对应随机构造算法构造的码字性能优于结构构造算法dl- Chaffer. Construction of Regular and Irregular LDPC Codes:构造的码字性能。因此选用ir-PEG构造方法来构造校验矩阵。 Geometry Decomposition and Masking[. iEeE Transactions orl图3分别给出了LDPC-1采用i-PG构造方法基于 Information Theory,2007,53(1:121-134Log-FFT-BP、FT-BP和BP译码算法得到的八进制LDPC码在不[7] David J C. MacKay. ood Error Correcting Codes Based on同信噪比情况下的误码率血线。从图对比可看岀,随着信噪比的增 very Sparse. EEE Transaction on Information Theory,19加BP译码算法的性能优于Iog-FT-BP和FFT-BP译码算法,而(2:399-431Log-FFT-BP和上I-BP两种译码算法在相同的伽罗华域和高信噪[8 DAVEY MC. Error correction using low density parity check比下,误码率性能没有很大的差异。同时,Log-FFT-BP的译码性能 codes. Cambridge,U.K.Uniw. Cambridge,199在2B的信噪比时,误码性能接近⑩05数量级,已满足大部分通信⑨9 Wymeersch F., Steendam H and Moeneclaey M.Iog- domain要求。decoding of LDPC codes over GF(q IC). IEEE International Con-图4分别给出了使用i-PEG构造方法相同码率不同码长基于 ference on Communications,2004:772-775多进制Lg-FI-BP译码算法得到的八进制LDPC码在低信噪比情况下的误码率曲线。由图可得出,由于传输码字长度变大,多进制LDPC码的性能随之有着显著的提高由此可知多进制LDPC码的传输码字长度变长的话,其误码纠错性能会较短码更好。这是因为码字长度的增大,使得稀疏矩阵里非零元素所占据的百分比在对应减少,进而 anner图所看到的坏长在增大,纠错性能就变的更加好。从码长度来考志,码长度为1536时,误码率曲线基于GF8在信噪比为2dB时接近106数量级,首先考虑性能问题,基于满足大部分通信要求。其次考虑码长增长,会给系统编译码带来很高的复杂度,这对实际系统来说是很严峻的问题,最后考虑硬件系统在实际仿真测试中带来性能损失,需要软件仿真来留出至少1个数量级弹性变化范围,最终确定选取码长度1536为多进制IDPC码为系统码长图5分别给出了使用ir-PEG构造方法相同码长不同码率基于多进制Iog-FFT-BP译码算法得到的八进制IDC码在低信噪比情况下的误码率曲线从图中都可以看出,在码长相同的条件下,码率越低,多进制IDC码的性能越好,但是码率越低,信息的传输速率也随之下降,则导致系统的频带利用率越低。反之,随着码率的增大,系统的误码率性能随之下降。这是因为码率越高,参加校验的校验比特越少,也就是信道编码增加的冗余度越小,系统的可靠性也随之降低。由于在码长相同的情况下,码率12性能与其他码率相比有较好的性能,所以系统方案最终选取码率1/2的多进制LDPC码。结束语本文对多进制LDPC码的编译码整体系统中能够对码字纠错效果产生影响的参数分别进行验证,运用统变量的原则分别对校验矩阵构造算法,译码算法,码长和码率等参数进行仿真对比。同
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