采用运动分析的液体杂质智能检测方法研究

提出一种新的液体杂质检测方法。该方法先采集液体运动的序列图像,然后对这些序列图像进行运动分析来检测液体中的杂质。提出了二值图像差分算法来判断采集到的序列图像中是否存在运动目标。在分割出运动目标后采用卡尔曼滤波和关联匹配算法来跟踪这些运动目标。最后由运动目标的运动参数来判断液体中是否存在液体杂质。试验证明这种检测方法的准确率可以达到96.8%。     

运用小波模极大值滤波算法消除光电容积脉搏波中的运动干扰

在通过光电容积脉搏波(PPG)测量血氧饱和度的过程中,PPG信号易受到被测者身体移动的影响产生运动伪迹,这些无规律的运动伪迹影响了血氧饱和度测量的稳定性和准确性.首先利用朗伯-比尔(Lamber-Beer)定理和指尖半球形模型,分析了运动干扰与正常信号之间的关系,分析表明运动干扰信号与正常信号约成线性叠加关系.并利用分析结果引入小波模极大值重构滤波算法去除信号中的运动干扰,而后通过初步实验将该算法与常规快速傅里叶(FFT)算法进行了比较.实验结果表明, 此方法较FFT法有更高的准确性和稳定性.     

基于Cortex-M3与FPGA的无线生理参数监测仪的设计

设计了以Cortex-M3与FPGA为核心的无线生理参数监测仪,可以实时监测人体运动状态下的重要生理参数。文中介绍了监测仪的测量原理,和以心电信号提取为主的系统采集模块、无线电信号传输和中继器等硬件电路的设计;在该硬件系统中,采用NRF24L01无线芯片完成自定义协议数据通信,中继器则采用Cyclone III的FPGA实现对信号预处理及显示功能,同时控制Cy68013经USB与上位机通信;最后进行了对血氧饱和度的实时监测和系统性能的测试,验证了监测仪的可行性。     

基于自适应梯度盲源分离算法的胎儿心电提取

梯度算法是盲源分离信号分析中的主要算法之一.本文首先介绍了算法的基本原理及其自适应改进,并用4种生理信号对改进算法的性能进行了仿真研究;将该算法应用于母体心电等强干扰条件下胎儿心电信号的提取.研究结果表明,相对于传统的批处理算法,自适应梯度盲分离算法具有更好的性能与鲁棒性,能够将采集的混合信号分解为信源统计独立的不同独立分量,最终通过信号重构在体表电极处获得清晰的胎儿心电信号.自适应梯度盲源分离算法在生理信号的分解和重构提取研究中是一种有潜力的工具.     

基于混合时频分析方法的风电机组故障诊断

针对风电机组传动链系统振动信号非高斯、非平稳性的特点,提出了一种基于混合时频分析的风电机组故障诊断方法。该方法首先采用参数优化Morlet小波消噪方法对原始振动信号进行分析,滤除强大的背景噪声干扰;进而通过自项窗方法抑制时频面的干扰项,增强信号特征成分,提取故障特征以实现故障诊断。在Morlet小波参数优化过程中,采用交叉验证法优化波形参数及连续小波变换的尺度参数;在自项窗的设计过程中,采用基于平滑伪魏格纳分布的函数进行设计,并通过两次阈值处理以减少运算量、提高运算效率。通过对风电机组监测振动数据分析,证明了该方法可以有效地实现背景噪声的消除和故障诊断。     

从光电容积图中提取脉搏率、呼吸率和心率的新方法

光电容积描记图(PPG)是一种利用光学技术无创检测人体心血管脉搏波的方法。PPG信号来源于MIMIC数据库,它含有许多生理信息。本文提出了将集合经验模态分解(EEMD)、倒谱、快速傅里叶变化和过零点检测相结合的方法,从PPG中可靠地估算脉搏率(PR)、心率(HR)和呼吸频率(RR)。首先,将PPG信号通过EEMD分解为有限个固有模态函数(IMF)。因为EEMD有自适应滤波特性,所以估算不同的生理参数时,可以用不同的IMF分量来重构信号。其次,估算脉搏率时,舍去低频含有伪迹的IMF,再通过过零点检测可以得到瞬时脉搏率。然后,估算心率时,用1 Hz~1.67 Hz(60次/分钟~100次/分钟)的IMF来重构信号,再求倒谱,选取反映心脏活动的频带来得到心率。最后,估算呼吸率时,用0.05 Hz~0.75 Hz(3次/分钟~45次/分钟)的IMF来重构信号,然后对呼吸信号求快速傅里叶变化得到频谱图,寻找频谱图中的峰值得到呼吸率。对来自MIMIC数据库的53个成人PPG信号进行了仿真。仿真结果表明使用该综合信号处理方法提取的生理参数与实际生理参数一致,且该方法有运算量小,精确度高的优点(误差不超过1.17%)。     

基于人脸视频的心率参数提取

为了在舒适非接触环境下检测被试者的心率变化,本文设计了一种通过普通摄像头来检测心率参数的信号处理系统。首先,将KLT(Kanade-Lucas-Tomasi)算法跟踪识别到的人脸视频图像转换到YCbCr颜色空间来进行皮肤检测,并同时转换到Cg颜色通道来提取高质量的光电容积脉搏波(Photoplethysmography, PPG)信号。然后,用Morlet复小波作为母波绘制PPG信号的小波能量谱图。最后根据心率信号的生理特性,去除伪点噪声,提取随时间变化的心率参数。实验结果表明,该方法在静息状态下的测量结果同标准仪器测量结果的平均绝对值误差|M_e|小于2 bpm(beats per minute),误差的标准差SD_e小于2.5 bpm,RMSE均小于2.6 bpm;头部运动状态下两种测量方法的|M_e|均小于2.3 bpm,SD_e均小于2.9 bpm,RMSE均小于2.9 bpm。对两种测量方法进行Bland-Altman一致性分析,其测量结果显示静息状态下差值的均数■为0.295 7 bpm,95%置信区间为-3.340 1~3.931 4 bpm;头部运动状态下■为0.383 2 bpm,95%置信区间为-3.677 1~4.443 5 bpm,表明本文提出的非接触式方法的测量结果同标准仪器的测量结果具有高度的一致性。     

从光电容积图中提取脉搏率、呼吸率和心率的新方法（英文）

光电容积描记图(PPG)是一种利用光学技术无创检测人体心血管脉搏波的方法。PPG信号来源于MIMIC数据库,它含有许多生理信息。本文提出了将集合经验模态分解(EEMD)、倒谱、快速傅里叶变化和过零点检测相结合的方法,从PPG中可靠地估算脉搏率(PR)、心率(HR)和呼吸频率(RR)。首先,将PPG信号通过EEMD分解为有限个固有模态函数(IMF)。因为EEMD有自适应滤波特性,所以估算不同的生理参数时,可以用不同的IMF分量来重构信号。其次,估算脉搏率时,舍去低频含有伪迹的IMF,再通过过零点检测可以得到瞬时脉搏率。然后,估算心率时,用1 Hz～1.67 Hz (60次/分钟～100次/分钟)的IMF来重构信号,再求倒谱,选取反映心脏活动的频带来得到心率。最后,估算呼吸率时,用0.05 Hz～0.75 Hz (3次/分钟～45次/分钟)的IMF来重构信号,然后对呼吸信号求快速傅里叶变化得到频谱图,寻找频谱图中的峰值得到呼吸率。对来自MIMIC数据库的53个成人PPG信号进行了仿真。仿真结果表明:使用该综合信号处理方法提取的生理参数与实际生理参数一致,且该方法有运算量小,精确度高的优点(误差不超过1.17%)。     

《地基光电望远镜技术》专题文章导读：光电跟踪伺服系统的频率特性测试与模型辨识

基于光电跟踪伺服系统全数宁化的特点．提出了一种新型频率特性测试方法．并对该方法所使用的激励信号、数据采集方式、幅值和相位提取算法、模型辨识算法进行了研究。利用数字运动控制器产生离散的正弦扫频信号,同时采集响应信号并存储在磁盘上,对其进行测试后．将文件导入Matlab进行数据预处理;然后,采用桐关分析方法计算输入输出信号的幅度比和相位差;最后,利用递阶辨识算法将测量得到的数据转化为高精度的传递函数。实验结果表明,测试信号基本可以覆盖伺服控制系统的频带宽度,在系统的中频段可以获得幅度±0．5dB和相位±1°的辨识精度,在高频段也可以使用双二节滤波器拟合出机械谐振频率,证明了该方法的有效性和实用性。     

ACN系统加速度信号采集位置的比较分析

车辆碰撞自动呼救(Automatic Crash Notification,ACN)系统触发算法以加速度信号为基础触发紧急呼救,合理的加速度信号采集位置能够提高ACN系统的可靠性和抗干扰性。首先进行不同车速正面100%刚性壁障碰撞试验,采集得到B柱和ECU处车辆加速度信号;然后采用可靠性较高、碰撞识别能力较强的比功率算法和移动窗算法分别对采集到的加速度信号进行处理比较;最后分别计算出了两种触发算法对于B柱和ECU处采集到的不同车速下的加速度信号的分辨率值。结果表明:两种触发算法对于ECU处采集到的加速度信号具有较高的分辨率,因此中央通道ECU处采集到的加速度信号可以作为ACN系统可靠的信号源。     

气固流化床流化本质的非线性特征提取

引入互信息和非线性动力学理论对气固流化床的压力脉动和颗粒浓度信号进行研究,从互信息的角度提取传统单一参数检测所不能提取的信息,同时用复杂性算法分析采集的时间序列信号,从一个新的角度揭示了流化床系统的非线性本质.     

便携式医疗监护仪的研制

介绍了一种基于单片机控制的便携式医疗监护仪数据采集终端的硬件研制.主要包括心电、脉象、体温的数据采集、数据处理及其显示.本系统分别采用普通的Ag/AgCl电极、压电陶瓷器件、热敏电阻作为传感器分别采集心电信号、脉象信号和体温信号.并通过干扰抑制电路、滤波放大电路,获取清晰的生理参数信号,利用单片机对这些信号进行采样处理、存储和传送.经实验证明,该终端可实时采集、保存与处理心电、脉象、体温等生理参数数据,并可以完成短距离内的无线通信与数据显示.     

便携式医疗监护仪的研制

介绍了一种基于单片机控制的便携式医疗监护仪数据采集终端的硬件研制.主要包括:心电、脉象、体温的数据采集、数据处理及其显示.本系统分别采用普通的Ag/AgCl电极、压电陶瓷器件、热敏电阻作为传感器分别采集心电信号、脉象信号和体温信号.并通过干扰抑制电路、滤波放大电路,获取清晰的生理参数信号,利用单片机对这些信号进行采样处理、存储和传送.经实验证明,该终端可实时采集、保存与处理心电、脉象、体温等生理参数数据,并可以完成短距离内的无线通信与数据显示.     

一种改进的人体骨架特征提取算法

在人体边缘轮廓提取的基础上,提出一种人体星形骨架特征提取算法。计算轮廓边界点到人体质心的欧氏距离,并通过小波降噪平滑距离信号。然后提取极值点,构建人体星形骨架模型。利用自适应滤波方法将极值点统一为5个,并采用极值点到人体质心的欧氏距离参数化特征向量。提取视频序列中行为动作的关键姿态编码,建立码本。采用贪婪匹配下的旋转距离将骨架特征向量与码本对照,取距离最小的关键姿态的序列号作为该特征向量的特征序列号输出。实验结果表明,该算法可以提高特征提取的准确性和系统的整体匹配效果。     

独立分量分析方法在脑电信号预处理中的应用研究

眼动伪差和工频干扰是脑电图(electroencephalogram, EEG)中常见噪声,严重影响EEG信号提取和分析.通过比较Infomax、Extended-Infomax、Jade独立分量分析(Independent Component Analysis, ICA)算法用于诱发电位分离眼动伪差与工频干扰的结果,确证Infomax和Jade算法有较好的收敛性.Infomax算法可以分离出眼动慢波,但难以消除工频干扰,Extended InfomaxICA算法和Jade算法可以从16导联视觉诱发电位EEG信号中分离出眼动伪差和工频干扰并将其消除,为进一步提取诱发电位信号建立了基础.ICA在生物医学信号处理中尤其在临床医学工程中潜在着重要应用价值,值得深入研究.     

基于时间序列幅值分量标度特性的齿轮箱故障诊断

齿轮箱是复杂的动力学系统,其故障信号通常呈现出非平稳和非线性特征,因此齿轮箱故障信号的特征提取是一个难题。去趋势波动分析(Detrended Fluctuation Analysis,DFA)可以用来分析非平稳非线性数据,得到的标度曲线可以用来刻画复杂系统的动力学行为。然而原始序列的标度曲线通常具有复杂的形状,所以从原始序列的标度曲线提取故障特征具有一定的困难。为了解决这个问题,对齿轮箱故障数据增量序列的动力学特性进行了研究,结果证明增量序列的幅值分量主要携带数据的非线性特征,然后提出了基于时间序列幅值分量标度特性的齿轮箱故障特征提取方法。该方法首先计算原始序列的增量序列,获得增量序列的幅值分量,然后利用DFA方法计算幅值分量的标度曲线,最后提取标度曲线的左端点和转折点的波动参数作为故障特征进行故障诊断。利用实测数据对所提出方法的性能进行了验证,结果表明,该方法对噪声干扰具有较好的鲁棒性,可以有效地对齿轮箱故障进行诊断,与传统的时域参数方法相比具有明显的优势。     

基于伪随机序列调制的荧光测量系统

荧光分析法和伪随机序列技术均在多个领域有广泛应用。荧光测量过程中常伴随着复杂的背景噪声和干扰,为测量精度的提高带来了困难。利用伪随机序列的相关特性和频谱扩展效应,提出了一种适用于荧光测量系统的,基于伪随机序列的激发光调制方法。通过建立数学模型,从信号和噪声的频谱角度定量分析了伪随机序列调制系统对噪声和干扰的抑制能力,给出了序列参数与测量系统信噪比之间的关系。最后将该调制方法应用于一个典型的荧光测量系统(荧光型叶绿素仪)中。理论和实验结果都表明,使用伪随机序列调制方式能显著提高荧光检测信噪比,叶绿素仪的线性响应相关系数R2在0.999以上,达到国外同类型高端仪器水平。     

基于灰色预测恢复算法的流式细胞仪多参数提取

针对流式细胞仪测控系统由于脉冲信号信息不完整导致多参数提取存在误差的问题,提出了一种基于灰色预测恢复算法的多参数提取方法。利用基于GM(1,1)模型的灰色预测梯形递推信号恢复算法对脉冲信号进行高精度恢复,提高信号的信息完整性。同时,对直流恢复模块进行了优化设计,通过高速数字信号处理芯片对脉冲信号模拟偏移量及直流恢复进行反馈,提高直流恢复精度及信号信噪比。最后,搭建了测控系统实验环境,对该系统进行了验证。实验结果表明,多参数提取精度均在±1.5%范围内;同时可以将流式细胞仪检测细胞的速度提高到10万个/s。     

锥束CT圆轨迹半覆盖扫描的几何校正

研究了一种高精度的几何校正方法用于对锥束CT圆轨迹半覆盖成像进行几何校正.首先,使用Otsu算法分割体模投影中钢球所在的区域,并计算质心坐标.然后,采用最小二乘算法对质心进行椭圆拟合,并根据椭圆参数采用Cho的全覆盖几何校正算法计算探测器的旋转角度.最后,顺时针旋转质心,求得旋转的角度后,再次进行椭圆拟合,并根据得到的椭圆参数采用Noo的全覆盖几何校正算法计算除探测器倾斜角之外的所有几何参数.实验结果表明:探测器旋转角和偏转角的测量精度分别为0.02°和0.01°;射线源到探测器和到旋转轴的距离的测量精度分别为0.05 mm和0.01 mm;射线源在探测器上投影坐标的计算精度分别为0.07 mm和0.15 mm.由得到的结果可知,所提出的校正方法有效地去除了几何伪影的干扰,满足半覆盖成像图像重建的要求.     

超声波流量计中相关时差法的应用

介绍了一种基于互相关理论的时差法超声波流量测量算法.系统采用时差法声道布置,采集流体静止和有流速状态下的两组回波信号,通过计算相关函数的峰值得到两回波信号时间差,间接得出流量,提高了时差法渡越时间获取的精度.极性相关算法的引入,大大提高了系统运算速度,提高了实时性.采用伪随机信号作为超声激励信号,克服了算法测量范围小的缺陷,更可提高系统精度.实验表明该系统测量精度高,实时性好.