{RT}小波在工程中的應用-Luo Gaoyong 科學齣版社 9787030410092 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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Luo Gaoyong 著

圖書標籤:

• 小波分析
• 工程應用
• 信號處理
• 圖像處理
• 數值計算
• 科學齣版社
• 高等教育
• 專業書籍
• Luogaoyong
• 9787030410092

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齣版社： 科學齣版社

ISBN：9787030410092

商品編碼：29729935256

包裝：平裝

齣版時間：2014-07-01

圖書基本信息
圖書名稱	小波在工程中的應用	作者	Luo Gaoyong
定價	78.00元	齣版社	科學齣版社
ISBN	9787030410092	齣版日期	2014-07-01
字數		頁碼
版次	1	裝幀	平裝

內容簡介

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作者簡介

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目錄

CONTENTS PREFACE Chapter 1 WAVELET TRANSFORMS IN SIGNAL PROCESSING1 Introduction1 1.1 The continuous wavelet transform2 1.2 The discrete wavelet transform3 1.3 1.4 The heisenberg uncertainty principle and time-frequency depositions5 1.5 Multi-resolution analysis5 1.6 Some important properties of wavelets6 1.6.1 Compact support 6 Rational coe.cients 6 1.6.2 1.6.3 Symmetry 6 Smoothness 6 1.6.4 1.6.5 Number of vanishing moments 7 1.6.6 Analytic expression 7 1.7 Current fast WT algorithms7 1.7.1 Orthogonal wavelets 7 1.7.2 Semiorthogonal (nonorthogonal) wavelets 8 1.7.3 Biorthogonal wavelets 8 1.7.4 Wavelet packets 9 Harmonic wavelets9 1.7.5 Discussion9 1.8 REFERENCES10 Chapter 2 SYSTEM MODELLING12 Introduction12 2.1 2.2 The underlying principle of Fourier harmonic analysis13 2.3 Autocorrelationwaveletalgorithm14 2.4 Vibration model selection with FT and autocorrelation wavelet algorithm16 2.5 Coe.cients estimation with least-squares algorithm17 Results and discussion19 2.6 2.7 Conditionmonitoringofbearing23 2.8 Concluding remarks28 REFERENCES28 Chapter 3 CONDITION MONITORING 30 3.1 Wavelet analysis30 3.2 Filterdesignandfastcontinuouswaveletalgorithm32 3.3 Small defect detection of bearing37 3.3.1 Speci.c frequency ranges monitoring 39 3.3.2 Signi.cant and natural frequencies monitoring 39 3.4 Concluding remarks41 REFERENCES42 Chapter 4 PROCESS CONTROL43 Introduction43 4.1 4.2 Vibration and surface quality44 4.2.1 Theoretical calculation of surface quality 44 4.2.2 Vibration during machining 46 4.3 Adaptive spline wavelet algorithm 47 4.3.1 Battle-Lemari′e wavelet .lter design 47 4.3.2 Arbitrary .ne time-scale representation 49 4.3.3 Adaptive frequency resolution deposition 51 4.4 Methodologyofexperiment53 Results and discussions55 4.5 4.5.1 Experimental results 55 Discussions 63 4.5.2 4.6 Concluding remarks64 REFERENCES65 Chapter 5 VIBRATION ANALYSIS 67 Introduction67 5.1 5.2 Machining process vibration68 5.3 Wavelet algorithm with cross-correlation69 5.4 Experimentalset-up71 5.5 Experimental results73 Discussion77 5.6 5.7 Concluding remarks79 REFERENCES80 Chapter 6 AUDIO CODING 82 Introduction82 6.1 6.2 DSP Implantation of lifting wavelet transform 84 6.3 Embedded coding and error resilience88 6.4 Results of experiment and simulation91 Conclusions93 6.5 REFERENCES94 Chapter 7 IMAGE QUALITY MEASUREMENT 96 Introduction96 7.1 7.2 Waveletanalysisandtheliftingscheme98 7.3 Image quality evaluation102 7.3.1 Image noise analysis 104 7.3.2 Image sharpness analysis105 7.3.3 Image brightness analysis 106 7.3.4 Image contrast analysis 106 7.3.5 Image MTF analysis 107 7.3.6 Image quality quanti.cation and classi.cation 107 7.3.7 Optimisation of weighting coe.cients 108 7.4 Experimental results and discussions110 Conclusions118 7.5 REFERENCES119 Chapter 8 IMAGE DENOISING 121 Introduction121 8.1 8.2 Fast lifting wavelet analysis123 8.3 Noise reduction with wavelet thresholding and derivative .ltering127 General noise reduction 127 8.3.1 Fine noise reduction 128 8.3.2 8.4 Experimental results and discussions131 Conclusions135 8.5 REFERENCES135 Chapter 9 WIRELESS POSITIONING 138 Introduction138 9.1 9.2 Wavelet notch .lter design140 9.3 System model and narrowband interference detection145 9.4 Experimental results and discussions147 Conclusions155 9.5 REFERENCES155 Chapter 10 POWER LINE MUNICATIONS157 Introduction157 10.1 10.2 Multicarrier spread spectrum system162 10.3 Carrier frequency error estimation and pensation169 10.4 Time-frequency analysis of noise170 10.5 Noise detection and .ltering175 10.6 Experimental results and discussions178 Conclusions183 10.7 REFERENCES184

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文摘

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序言

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信號分析的利器：小波理論及其在現代工程中的革新 引言 在瞬息萬變的工程技術領域，對復雜信號進行精確的分析和理解，是解決實際問題、推動技術創新的基石。從通信係統到圖像處理，從地球物理勘探到金融風險評估，信號無處不在，其蘊含的信息往往隱藏在紛繁復雜的波動之中。傳統的信號分析方法，如傅裏葉變換，在分析穩態信號時錶現齣色，但麵對非平穩信號，即信號的頻率成分隨時間變化的信號時，其局限性便顯而易見。非平穩信號在工程領域中占據著主導地位，例如一段語音信號、一次地震波記錄、或者一段心電圖的波動，這些信號的頻譜特性並非固定不變。 正是在這樣的背景下，一種更具革命性的信號分析工具應運而生，它就是小波理論。小波理論以其獨特的時間-頻率局部化分析能力，成功剋服瞭傅裏葉變換的不足，為工程師們提供瞭一個強大的新視角來審視和處理信號。它能夠同時捕捉信號在時間和頻率兩個維度上的局部特徵，就像一把能夠“放大”信號細節的顯微鏡，讓我們能夠深入到信號的細微之處，揭示其隱藏的規律。 一、 小波理論的誕生與核心思想 小波理論並非一蹴而就，它經曆瞭數學傢和工程師們長期的探索與發展。其核心思想在於利用一組“小波”（wavelet）函數，對原始信號進行分解。這些小波函數是具有有限能量、並且在時間和頻率域都具有良好局部化特性的函數，它們可以看作是經過拉伸（尺度變化）和滑動（時間平移）後的一個基本母小波（mother wavelet）的“副本”。 想象一下，傅裏葉變換是將一個信號分解成一係列不同頻率的正弦波疊加，就好比將一首樂麯分解成一係列不同音高的純音。而小波變換則不同，它將信號分解成一係列不同尺度（對應於頻率）和不同位置（對應於時間）的小波成分。這就像用一係列不同尺寸和不同位置的“探測器”去掃描信號，每個探測器都能捕捉到信號在特定時間窗口內具有特定頻率特徵的部分。 這種“局部化”的分析能力是小波理論最顯著的優勢。它允許我們同時關注信號的“何時”和“何頻率”，這對於分析那些瞬態事件、突變、或者具有局部特徵的信號至關重要。例如，在分析一段語音信號時，小波變換可以清晰地識彆齣輔音的爆發、元音的持續，以及聲調的快速變化，而這些細節往往是傅裏葉變換難以捕捉的。 二、 小波變換的基本形式與優勢 小波變換主要分為連續小波變換（CWT）和離散小波變換（DWT）兩種形式。 連續小波變換（CWT）：這是小波理論的初始形式，它通過對信號與一係列連續尺度和小波函數進行捲積來實現。CWT能夠提供信號在時間和頻率上的連續錶示，即小波係數矩陣，直觀地展現信號的能量分布。雖然CWT提供瞭豐富的信息，但其計算量較大，且輸齣的數據量龐大，不便於存儲和實時處理。 離散小波變換（DWT）：為瞭解決CWT的計算效率和數據冗餘問題，DWT應運而生。DWT使用離散的尺度和位移參數，將信號分解為一係列離散的小波係數。DWT的實現通常基於濾波器組，可以將原始信號分解為一係列不同頻段的低頻（近似）分量和高頻（細節）分量。通過迭代分解，可以得到信號在不同尺度上的近似和細節信息，這為信號的壓縮、去噪、特徵提取等應用奠定瞭基礎。 DWT的優勢體現在： 高效性：相比CWT，DWT的計算效率更高，更適閤於實際工程應用。 數據壓縮：DWT能夠將信號能量集中到少數幾個重要的係數上，使得信號的稀疏錶示成為可能，從而實現高效的數據壓縮。 多分辨率分析：DWT能夠提供信號的多分辨率錶示，即在不同的尺度上分析信號，揭示其不同層次的結構信息。 降噪能力：通過對DWT係數進行閾值處理，可以有效地去除信號中的噪聲，同時保留信號的主要特徵。 三、 小波理論在工程領域的廣泛應用 小波理論強大的分析能力使其在眾多工程領域得到瞭廣泛的應用，並深刻地改變瞭這些領域的信號處理方式。 1. 通信工程： 在無綫通信中，信號常常會受到多徑衰落、乾擾等影響。小波變換能夠有效地檢測和分離這些乾擾，提高信號的魯棒性。例如，在OFDM（正交頻分復用）係統中，小波變換可以用來替代循環前綴（CP），減少符號間乾擾（ISI），從而提高頻譜利用率和係統性能。此外，小波變換在信道均衡、誤碼檢測等方麵也發揮著重要作用。 2. 圖像處理與計算機視覺： 圖像本質上是一種二維信號。小波變換在圖像壓縮、去噪、邊緣檢測、特徵提取等方麵有著卓越的錶現。JPEG2000標準就采用瞭小波變換技術，實現瞭比JPEG更高的壓縮率和更好的圖像質量。在圖像去噪方麵，小波變換可以將噪聲集中在高頻分量，通過對這些分量進行閾值處理，可以有效地去除噪聲，恢復清晰圖像。在醫學圖像處理中，小波變換也用於病竈檢測、圖像增強等。 3. 信號去噪與特徵提取： 許多工程測量過程中會不可避免地引入噪聲。小波變換的“閾值去噪”方法是一種非常有效的信號去噪技術，它能夠區分信號和噪聲的特徵，從而實現“去粗存精”。同時，小波變換能夠捕捉信號的局部特徵，如突變、尖峰等，這使得它成為提取信號特徵的有力工具。例如，在機械故障診斷中，小波變換可以用來分析振動信號，檢測齣設備可能存在的異常。 4. 地球物理勘探： 地震勘探是獲取地下地質結構信息的重要手段。地震波信號是非平穩信號，其頻率和振幅隨時間和空間變化。小波變換能夠精確地刻畫地震波的局部特徵，例如震相的到達時間、振幅的變化等，這有助於地震數據的解釋和反演。它能夠更好地分辨齣不同地層的界麵和斷層。 5. 生物醫學工程： 在生物醫學信號分析領域，小波變換的應用非常廣泛。例如，分析心電圖（ECG）信號，可以識彆齣心律失常的細微特徵；分析腦電圖（EEG）信號，可以用於癲癇的檢測和睡眠分期；分析肌電圖（EMG）信號，可以評估肌肉功能。小波變換能夠捕捉這些生理信號中的瞬態事件和頻率變化，為疾病的診斷和治療提供重要依據。 6. 金融工程： 金融市場數據具有高度的非綫性和非平穩性。小波變換能夠捕捉到金融時間序列中的局部波動、趨勢和突變，這對於風險管理、投資策略製定、欺詐檢測等具有重要的意義。例如，分析股票價格的波動，小波變換可以識彆齣短期和長期的價格趨勢，以及市場異常波動的發生。 7. 模式識彆與機器學習： 小波變換可以作為一種有效的特徵提取器，為機器學習算法提供高質量的輸入。通過對原始信號進行小波變換，可以得到一組具有代錶性的特徵，然後將這些特徵輸入到分類器或迴歸模型中，以提高模型的性能。 四、 小波理論的未來發展 盡管小波理論已經取得瞭巨大的成就，但其研究和應用仍在不斷深化。未來的發展方嚮可能包括： 新型小波的構造：根據不同應用的特定需求，設計具有更優良數學性質和更強數據適應性的小波函數。 二維及更高維小波的優化：進一步發展和優化二維及多維小波變換，以更高效地處理圖像、視頻等多維信號。 與深度學習的融閤：將小波變換與深度學習模型相結閤，利用小波的特徵提取能力和深度學習的非綫性映射能力，構建更強大的信號處理和模式識彆係統。 實時處理與硬件實現：開發更高效的算法和硬件加速技術，實現小波變換在嵌入式係統和實時應用中的大規模部署。 理論研究的深入：進一步探索小波理論在數學、信號處理等基礎理論中的深刻內涵，挖掘其潛在的應用價值。 結論 小波理論作為一種革命性的信號分析工具，憑藉其獨特的時間-頻率局部化分析能力，已經深刻地改變瞭工程技術領域的麵貌。它不僅剋服瞭傳統方法的局限性，更在通信、圖像處理、地球物理、生物醫學、金融等眾多領域展現齣巨大的應用潛力。隨著理論研究的不斷深入和技術的不斷進步，小波理論必將在未來的工程實踐中發揮更加重要的作用，為解決日益復雜的工程問題提供強大的支撐。它是一把能夠解鎖信號深層奧秘的鑰匙，為我們理解和駕馭紛繁復雜的世界提供瞭一條新穎而高效的途徑。

評分☆☆☆☆☆

從整體的章節布局來看，這本書的邏輯層次感非常強，它遵循瞭一條從基礎理論到高級應用的自然增長麯綫。起初的章節奠定瞭堅實的數學基礎，確保讀者對傅裏葉變換與小波變換的核心區彆有深刻理解。然後，它非常自然地過渡到不同類型小波的介紹，比如Daubechies、Haar等，並清晰地說明瞭它們各自的優缺點以及適用場景。最令我感到驚喜的是，書中對“工程應用”這四個字的詮釋非常廣闊，它似乎涵蓋瞭信號處理、圖像分析乃至結構健康監測等多個交叉領域。這種跨學科的視角，極大地拓寬瞭讀者對小波分析潛力的認知。我感覺自己拿到瞭一把多功能的瑞士軍刀，而不是一把單一用途的工具。它教會我的不隻是如何使用小波，更是如何思考如何將這種強大的數學工具融入到解決任何具有尺度敏感性的工程問題中去。

評分☆☆☆☆☆

這本書的封麵設計，說實話，第一眼看上去就透露著一股濃厚的學術氣息，那種略顯樸實的排版，配上深沉的色調，讓人立刻意識到這不是一本輕鬆的閑書。我拿到手的時候，首先是被它的厚度所吸引，這重量感就讓人覺得內容一定非常紮實、詳盡。雖然我還沒來得及深入閱讀每一個章節，但光是快速翻閱目錄和前言部分，就能感受到作者在組織結構上的匠心獨運。他似乎非常注重理論與實踐的銜接，那種邏輯的遞進感非常清晰，不像有些教科書那樣堆砌公式，而是努力搭建一個可以被初學者理解的認知框架。我特彆欣賞那些在引言中對研究背景的闡述，那種對領域發展脈絡的梳理，讓人在進入具體技術細節之前，就能對小波分析在工程領域的重要性有一個宏觀的把握。這對於我這種希望係統學習而非零散收集知識的人來說，簡直是福音。特彆是對於那些需要在特定工程問題中應用小波變換的工程師來說，這種由宏觀到微觀的引導，能大大縮短他們構建知識體係的時間，是真正意義上的“工具書”而不是“參考書”。

評分☆☆☆☆☆

這本書的裝幀和紙張質量也值得一提，作為一本理工科的專業著作，它顯然在齣版環節也下瞭不少功夫。即便是高強度的翻閱和標記，紙張的耐久性也錶現齣色，不容易齣現捲邊或脫頁的情況。更重要的是，它在引用和參考文獻的組織上也體現瞭極高的規範性，這對於希望進一步深挖某個子課題的研究人員來說，提供瞭非常便捷的路徑指引。我習慣於在閱讀時隨時查閱原始文獻，這本書的引用格式清晰，很容易定位到作者的原始齣處。這種對細節的關注，體現瞭科學齣版社一貫的齣版水準。總的來說，這是一本內容詳實、結構嚴謹、對讀者極度友好的小波分析入門與進階教材，它不僅是知識的載體，更像是一位耐心且專業的導師，陪伴讀者探索工程數學的深邃世界。

評分☆☆☆☆☆

翻開內頁，那清晰的字體和閤理的行間距立刻提升瞭閱讀的舒適度，這對於動輒幾百頁的專業書籍來說，是極其重要的。我注意到書中在推導關鍵公式時，往往會附帶一些詳細的步驟說明，這在很多教材中是被省略或者一筆帶過的。例如，在講到特定小波基的選擇標準時，作者似乎沒有直接拋齣一個結論，而是通過對比不同基函數的特性，一步步引導讀者理解為何在某種工程場景下，某個特定的基函數是更優的選擇。這種“授人以漁”的教學方式，遠比死記硬背公式來得有效。我個人認為，這本書的價值不僅僅在於“是什麼”，更在於“為什麼是這樣”。它似乎在努力消除理論深奧與工程直覺之間的鴻溝。我甚至覺得，如果能再多一些清晰的圖示來輔助那些高維空間的分解過程，那就更完美瞭，不過即便如此，現有的圖錶質量也已經相當不錯，足以支撐復雜的概念理解。

評分☆☆☆☆☆

這本書的寫作風格，在我看來，呈現齣一種嚴謹的、近乎於一絲不苟的學術態度，這讓它在眾多同類書籍中脫穎而齣。它沒有使用過多的華麗辭藻來粉飾技術內容，而是用最精煉、最準確的語言來描述復雜的數學概念和工程實現。這種風格對於需要精確操作和嚴格驗證的工程領域而言，是至關重要的。我特彆留意瞭其中關於去噪和平滑處理的部分，作者似乎非常務實，直接切入到實際數據處理中可能遇到的各種噪聲類型，並針對性地給齣瞭基於小波閾值處理的策略。這讓讀者感覺作者本人就是一位經驗豐富的實踐者，而不是一個隻停留在紙麵理論的學者。這種基於實戰經驗的知識傳授，極大地增強瞭書的可信度和應用價值。我仿佛能從這些文字中感受到作者在早期研究中，為瞭解決一個實際工程難題而付齣的努力和思考深度。