一种用于信号增强的加窗迭代随机相位调制方法和装置

本发明属于图像处理，具体涉及一种用于信号增强的加窗迭代随机相位调制方法和装置。

背景技术：

1、数字信号处理和图像处理技术是现代科技领域中非常重要的技术之一，这两个技术可以将实时或离线的信号转换为数字形式，并在数字计算机上进行处理和分析、他们在各种领域中发挥着非常重要的作用。

2、数字信号处理和图像处理领域，去噪和增强信号质量一直是研究热点。传统的去噪方法包括滤波技术、傅里叶变换、短时傅里叶变换、小波变换等，这些方法在降低噪声和提升信号质量方面有一定的效果，但也存在一些局限性。例如，傅里叶变换和滤波技术对高频噪声的抑制效果有限，同时在保留信号细节和边缘信息方面存在不足。

3、近年来，一些新的技术被引入信号处理领域以提高处理效果。随机相位调制(random phase modulation,rpm)就是其中一种方法，它通过在傅里叶域中引入随机相位来打乱噪声分布，从而在逆傅里叶变换回时域后实现更均匀的噪声分布。尽管这种方法在一定程度上改善了信号的信噪比，但目前还没有专门针对降噪的随机相位调制方法，现有的方法多用于其它领域，如信号加密和安全通信。

4、现有的随机相位调制方法在单次应用时效果有限，处理结果容易受到初始相位的影响，难以保证一致性和稳定性。而在没有分段处理的情况下，弱信号会被强信号压制，导致信号细节的丢失。为了提高处理效果，提出了迭代随机相位调制方法，通过多次迭代处理显著提升了信号质量和稳定性。然而，由于每次迭代的相位分布不同，处理过程需要大量计算资源，且结果的可重复性较差。

5、峰值检测和分段处理技术在解决上述问题中起到了关键作用。峰值检测用于识别信号中的显著特征点，通过分段处理可以分别对每个特征点附近的信号进行优化处理，从而避免弱信号被强信号压制。这些技术在结合随机相位调制和迭代优化时，如何有效整合和优化处理过程仍然是一个难题。

技术实现思路

1、鉴于上述，本发明的目的是提供一种用于信号增强的加窗迭代随机相位调制和装置，实现改善信号质量和稳定性、避免弱信号被强信号压制、提高处理效率和效果、减少伪影和噪声影响等技术效果。

2、为实现上述发明目的，本发明实施例提供了一种用于信号增强的加窗迭代随机相位调制方法，包括以下步骤：

3、对图像信号进行峰值检测，并基于峰值检测结果进行加窗处理得到每个窗口信号；

4、根据每个窗口信号信噪比随机生成信噪比对应的相位矩阵，利用相同的相位矩阵对窗口信号进行多次迭代相位调制处理，包括：将每个窗口的当前信号经过傅里叶变换转换到傅里叶域，将固定相位矩阵作用于傅里叶域的窗口信号以实现相位调制后经过逆傅里叶变换转换到空间域，其中首轮迭代时，当前信号为未经相位调制的初始窗口信号，其他轮次迭代时，当前信号为上一轮次相位调制后的窗口信号；

5、将每次迭代相位调制后的窗口信号累加并进行归一化处理后，按照窗口位置将归一化处理后的窗口信号进行连接整合，再对整合后信号进行归一化处理得到最终相位调制信号。

6、优选地，所述对图像信号进行峰值检测，并基于峰值检测结果进行加窗处理得到每个窗口信号，包括：

7、采用峰值检测算法对图像信号进行峰值检测，找到显著性大于阈值p的峰值pi和其对应的位置li，并根据位置li通过以下方式确定峰值pi的左边界si和右边界ei，基于每个峰值pi对应的左边界si和右边界ei进行加窗分割后处理，得到每个窗口信号；

8、

9、

10、其中，i为峰值的索引，n是信号的总长度，n是检测到的峰值数量。

11、优选地，所述根据每个窗口信号信噪比生成信噪比对应的随机相位矩阵，包括：

12、依据窗口信号中的信噪比生成信噪比对应的数据分布，并在数据分布中随机采样生成采样矩阵，基于采样矩阵构建相位矩阵，其中，数据分布包括正态分布、均匀分布、指数分布、以及泊松分布中的至少一种。

13、优选地，所述采样矩阵中采样值经统计满足来源的数据分布，基于采样矩阵构建相位矩阵包括：

14、基于采样矩阵中的每个采样值a计算每个相位值phi＝a×π，并根据相位值phi计算exp(-1i×phi)，将exp(-1i×phi)填充到采样值a对应的矩阵位置中，得到相位矩阵。

15、优选地，针对信噪比为22-33db的图像，生成的正态分布为：均值任意，标准差处于0.35-0.75。

16、优选地，针对信噪比为22-33db的图像，生成的指数分布为：均值处于0.5-5.0。

17、优选地，针对信噪比为22-33db的图像，生成的泊松分布为：变化率参数λ处于0.4-1.2。

18、优选地，将每次迭代处理后的窗口信号累加并进行归一化处理，包括：

19、

20、其中，yi,final表示归一化处理后的窗口信号，m表示轮次索引，m表示总轮次，yi′,m表示第i个窗口信号在第m轮的相位调制后窗口信号。

21、优选地，对整合后信号进行归一化处理得到最终相位调制信号，包括：

22、

23、其中，yi′表示第i个窗口信号经过累加归一化处理后信号，y′表示整合后信号，min和max分别表示整合后信号y′中最小窗口信号和最大窗口信号，yi″表示最终相位调制信号。

24、为实现上述发明目的，本发明实施例还提供了一种用于信号增强的加窗迭代随机相位调制装置，包括存储器和一个或多个处理器，所述存储器中存储有可执行代码，所述一个或多个处理器执行所述可执行代码时，用于实现上述用于信号增强的加窗迭代随机相位调制方法。

25、与现有技术相比，本发明提供的技术方案能够解决现有技术中存在的若干问题，特别是在信号处理和图像处理领域中的去噪和信号增强问题，具有的技术效果包括：

26、1.改善信号质量和稳定性：现有的随机相位调制方法在处理高噪声信号时效果有限，处理结果容易受到初始相位的影响，难以保证一致性和稳定性。本发明通过引入固定相位分布和迭代优化，显著提高了处理结果的稳定性和可重复性。

27、2.避免弱信号被强信号压制：在现有技术中，弱信号往往会被强信号掩盖，导致信号细节丢失。本发明通过峰值检测和分段窗口处理技术，有效识别信号中的显著特征点，并分别处理每个特征点附近的信号段，避免了弱信号被强信号压制的现象。

28、3.提高处理效率和效果：传统的去噪方法在高频噪声的抑制和信号细节的保留方面存在不足。本发明通过结合平滑处理、随机相位调制和迭代优化，能够在较低的计算资源消耗下，显著提升信号的信噪比和整体质量。

29、4.减少伪影和噪声影响：现有的去噪和增强方法在处理复杂信号时，容易引入伪影和噪声放大问题。本发明通过多次迭代优化和信号重组，逐步减少噪声影响，有效抑制伪影，提高了信号的纯净度和清晰度。

技术特征：

1.一种用于信号增强的加窗迭代随机相位调制方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的用于信号增强的加窗迭代随机相位调制方法，其特征在于，所述对图像信号进行峰值检测，并基于峰值检测结果进行加窗处理得到每个窗口信号，包括：

3.根据权利要求1所述的用于信号增强的加窗迭代随机相位调制方法，其特征在于，所述根据每个窗口信号信噪比随机生成信噪比对应的相位矩阵，包括：

4.根据权利要求3所述的用于信号增强的加窗迭代随机相位调制方法，其特征在于，所述采样矩阵中采样值经统计满足来源的数据分布，基于采样矩阵构建相位矩阵包括：

5.根据权利要求3所述的用于信号增强的加窗迭代随机相位调制方法，其特征在于，针对信噪比为22-33db的图像，生成的正态分布为：均值任意，标准差处于0.35-0.75。

6.根据权利要求3所述的用于信号增强的加窗迭代随机相位调制方法，其特征在于，针对信噪比为22-33db的图像，生成的指数分布为：均值处于0.5-5.0。

7.根据权利要求3所述的用于信号增强的加窗迭代随机相位调制方法，其特征在于，针对信噪比为22-33db的图像，生成的泊松分布为：变化率参数λ处于0.4-1.2。

8.根据权利要求1所述的用于信号增强的加窗迭代随机相位调制方法，其特征在于，将每次迭代处理后的窗口信号累加并进行归一化处理，包括：

9.根据权利要求1所述的用于信号增强的加窗迭代随机相位调制方法，其特征在于，对整合后信号进行归一化处理得到最终相位调制信号，包括：

10.一种用于信号增强的加窗迭代随机相位调制装置，包括存储器和一个或多个处理器，所述存储器中存储有可执行代码，其特征在于，所述一个或多个处理器执行所述可执行代码时，用于实现权利要求1-9中任一项所述的用于信号增强的加窗迭代随机相位调制方法。

技术总结本发明公开了一种用于信号增强的加窗迭代随机相位调制方法和装置，包括：对获图像信号进行峰值检测，并基于峰值检测结果进行加窗处理得到每个窗口信号；根据每个窗口信号信噪比生成信噪比对应的随机相位矩阵，将每个窗口信号转换到傅里叶域，并将相位矩阵作用于傅里叶域的窗口信号以实现相位调制，采用相同的相位矩阵对相位调制后的窗口信号进行迭代处理多次后，再到空间域；将每次迭代处理后的窗口信号累加并进行归一化处理后，按照窗口位置将归一化处理后的窗口信号进行连接整合，再对整合后信号进行归一化处理得到最终相位调制信号，能够在高噪声环境下实现更高的信号质量和稳定性，广泛适用于各种需要去噪和增强信号质量的应用场景。技术研发人员：葛昕,刘琳波,杜晨光,黄永盛,陈思受保护的技术使用者：中山大学技术研发日：技术公布日：2024/9/12