什么是解析小波
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发布时间:2022-05-10 16:33
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时间:2023-10-16 08:58
小波分析是当前数学中一个迅速发展的新领域, 它同时具有理论 深刻和应用十分广泛的双重意义。 小波变换的概念是由法国从事石油信号处理的工程师 J.Morlet 在 1974 年首先提出的,通过物理的直观和信号处理的实际需要经验的 建立了反演公式,当时未能得到数学家的认可。正如 1807 年法国的 热学工程师 J.B.J.Fourier 提出任一函数都能展开成三角函数的无穷级 数的创新概念未能得到著名数学家 J.L.Lagrange,P.S.Laplace 以及 A.M.Legendre 的认可一样。幸运的是,早在七十年代,A.Calderon 表 示定理的发现、Hardy 空间的原子分解和无条件基的深入研究为小波 变换的诞生做了理论上的准备,而且 J.O.Stromberg 还构造了历史上 非常类似于现在的小波基;1986 年著名数学家 Y.Meyer 偶然构造出 一个真正的小波基, 并与 S.Mallat 合作建立了构造小波基的同意方法 枣多尺度分析之后,小波分析才开始蓬勃发展起来,其中比利时女数 学家 I.Daubechies 撰写的《小波十讲(Ten Lectures on Wavelets) 》对 小波的普及起了重要的推动作用。它与 Fourier 变换、窗口 Fourier 变 换(Gabor 变换)相比,这是一个时间和频率的局域变换,因而能有 效的从信号中提取信息, 通过伸缩和平移等运算功能对函数或信号进 行多尺度细化分析(Multiscale Analysis) ,解决了 Fourier 变换不能解 决的许多困难问题,从而小波变化被誉为“数学显微镜”,它是调和分 析发展史上里程碑式的进展。 小波(Wavelet)这一术语,顾名思义,“小波”就是小的波形。所谓
“小”是指它具有衰减性;而称之为“波”则是指它的波动性,其振幅正 负相间的震荡形式。 Fourier 变换相比, 与 小波变换是时间(空间)频率 的局部化分析,它通过伸缩平移运算对信号(函数)逐步进行多尺度细 化,最终达到高频处时间细分,低频处频率细分,能自动适应时频信 号分析的要求,从而可聚焦到信号的任意细节,解决了 Fourier 变换 的困难问题,成为继 Fourier 变换以来在科学方法上的重大突破。有 人把小波变换称为“数学显微镜”。 小波分析的应用是与小波分析的理论研究紧密地结合在一起地。 现在,它已经在科技信息产业领域取得了令人瞩目的成就。 电子信 息技术是六大高新技术中重要的一个领域, 它的重要方面是图像和信号处理。现今,信号处理已经成为当代科学技术工作的重要部分,信 号处理的目的就是:准确的分析、诊断、编码压缩和量化、快速传递 或存储、精确地重构(或恢复)。从数学地角度来看,信号与图像处 理可以统一看作是信号处理(图像可以看作是二维信号) ,在小波分 析地许多分析的许多应用中,都可以归结为信号处理问题。现在,对 于其性质随实践是稳定不变的信号,处理的理想工具仍然是傅立叶分 析。但是在实际应用中的绝大多数信号是非稳定的,而特别适用于非 稳定信号的工具就是小波分析。 小波分析是当前应用数学和工程学科中一个迅速发展的新领域, 经过近 10 年的探索研究,重要的数学形式化体系已经建立,理论基 础更加扎实。 Fourier 变换相比, 与 小波变换是空间(时间)和频率的局 部变换,因而能有效地从信号中提取信息。通过伸缩和平移等运算功
能可对函数或信号进行多尺度的细化分析,解决了 Fourier 变换不能 解决的许多困难问题。小波变换联系了应用数学、物理学、计算机科 学、 信号与信息处理、 图像处理、 地震勘探等多个学科。 数学家认为, 小波分析是一个新的数学分支,它是泛函分析、Fourier 分析、样调 分析、数值分析的完美结晶;信号和信息处理专家认为,小波分析是 时间—尺度分析和多分辨分析的一种新技术,它在信号分析、语音合 成、图像识别、计算机视觉、数据压缩、地震勘探、大气与海洋波分 析等方面的研究都取得了有科学意义和应用价值的成果。 事实上小波分析的应用领域十分广泛,它包括:数学领域的许多 学科;信号分析、图像处理;量子力学、理论物理;军事电子对抗与 武器的智能化;计算机分类与识别;音乐与语言的人工合成;医学成 像与诊断;地震勘探数据处理;大型机械的故障诊断等方面;例如, 在数学方面, 它已用于数值分析、 构造快速数值方法、 曲线曲面构造、 微分方程求解、控制论等。在信号分析方面的滤波、去噪声、压缩、 传递等。在图像处理方面的图像压缩、分类、识别与诊断,去污等。 在医学成像方面的减少 B 超、CT、核磁共振成像的时间,提高分辨 率等。 (1)小波分析用于信号与图像压缩是小波分析应用的一个重要方 面。它的特点是压缩比高,压缩速度快,压缩后能保持信号与图像的 特征不变,且在传递中可以抗干扰。基于小波分析的压缩方法很多, 比较成功的有小波包最好基方法,小波域纹理模型方法,小波变换零 树压缩,小波变换向量压缩等。
(2)小波在信号分析中的应用也十分广泛。它可以用于边界的处 理与滤波、时频分析、信噪分离与提取弱信号、求分形指数、信号的 识别与诊断以及多尺度边缘检测等。
(3)在工程技术等方面的应用。包括计算机视觉、计算机图形学、 曲线设计、湍流、远程宇宙的研究与生物医学方面。