JP5695593B2 - 信号分析装置、方法及びプログラム - Google Patents
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Description
図1は、第1の実施形態の信号分析装置1の一例を示す構成図である。図1に示すように、第1設定部101と生成部102とを備える。設定部101、生成部102は、例えば、CPU(Central Processing Unit)などの処理装置にプログラムを実行させること、即ち、ソフトウェアにより実現してもよいし、IC(Integrated Circuit)などのハードウェアにより実現してもよいし、ソフトウェア及びハードウェアを併用して実現してもよい。
ここで、(x,y)は注目画素の座標を表す。スペクトログラムの場合、xが時間を表し、yが周波数を表す。αはパラメータであり、n^は線状ノイズの平均信号レベルの推定値を表す。なお、数式中の「ハット記号^の付された文字n」を、本文中では「n^」と表記する。
f(x,y)は入力スペクトログラムの信号レベルを表し、Ωは平滑化を行う周波数帯を表している。
ここで、Nは周波数軸の分割数(画素数)である。ft(n)に信号が存在する場合は高いピークをもち、Ftに高周波数成分が含まれる。これを低減するためにローパスフィルタをかける。ローパスフィルタは次式を利用する。
基準レベルslはパラメータαによって線状ノイズの平均信号レベルn^と同程度か高めに設定されるため、視認できる信号とノイズを識別するための閾値として用いることができる。
minSはスペクトログラムに表示される最低の信号レベルを表し、βは0〜1で定められるパラメータを表す。
このように、ノイズであると判断されたスペクトログラムの画素は信号レベルがminSに近づくように抑制される。従って、出力スペクトログラムs^は時間方向でのレベル変動が抑制された画像となり、線状ノイズが除去される。
図6は、第2の実施形態に係わる信号分析装置2の一例を示す構成図である。第1の実施形態とはスペクトログラムの信号の確からしさを表す信頼度を算出する第1算出部201を備えることが異なる。以下、第1の実施形態と同じ構成、処理には同じ番号を付し、その説明を省略する。
を備えている。
ここで、σNはノイズの揺らぎ量を表す。Aはノイズの揺らぎ量σN(x)に応じてシグモイド関数のゲインを変化させるパラメータである。Aの値が大きいほど信号レベル範囲602でのシグモイド関数の傾きは小さくなる。この場合、信号レベル範囲602は範囲が広くなる。Bはノイズの揺らぎ量σN(x)に応じてシグモイド関数をシフトさせるパラメータである。Bの値が大きいほどf(x,y)=sl(x,y)の時の信頼度が小さくなるようにシグモイド関数がシフトする。Bによって基準レベルを制御できるので、数式1のαは0であることが望ましい。
σNは、線状ノイズの平均信号レベルn^に対する入力スペクトログラムfの標準偏差であり、fがn^よりも低い信号レベルとなる画素のみから計算する。これにより高い信号レベルをもつ信号が存在する周波数帯が計算から除外されるため、信号に影響されることなくノイズの揺らぎ量を求めることができる。
これにより、信頼度γが低い場合に信号レベルがminSに近づくように抑制する。信頼度はノイズの揺らぎ量に応じて適応的に定めることが可能なため、基準レベル設定におけるパラメータαの調整が不要である。また、ノイズか信号か曖昧な周波数帯は信号レベルが高く残るので、パラメータ設定によって信号が完全になくなってしまうリスクが減少する。
図9は、第3の実施形態に係わる信号分析装置3の一例を示す構成図である。第2の実施形態とは、レベル算出部301と、第2設定部302と、第2算出部303と、統合部304とを備える点が異なる。以下、第1の実施形態、第2の実施形態と同じ構成、処理には同じ番号を付し、その説明を省略する。
統合部304は第1算出部が算出した信頼度と、第2の信頼度(時間平均の信頼度)とに応じて、それらを統合する。統合した信頼度は第3の信頼度として出力する。
ここでγは1時刻で算出した信頼度、γ'は時間平均を用いて算出した信頼度、γ”は統合した第3の信頼度を表す。1時刻で算出した信頼度γは信号とスポット状のノイズの周波数帯で信頼度が大きくなる。時間平均を用いて算出した信頼度γ'は信号と信号付近のノイズの周波数帯で信頼度が大きくなる。よって、γとγ'の積を計算することで信号以外の周波数帯の信頼度が低くなる。組み合わせる信頼度の数は2つに限らず、時間平均量を変化させて取得した複数の信頼度から統合して第3の信頼度を算出してもよい。
上記実施形態の信号分析装置は、CPU(Central Processing Unit)などの制御装置、ROMやRAMなどの記憶装置、HDDやSSDなどの外部記憶装置、ディスプレイなどの表示装置、マウスやキーボードなどの入力装置、及びカメラなどの撮像装置等を備えており、通常のコンピュータを利用したハードウェア構成で実現可能となっている。
装置で実行されるプログラムを、インターネット等のネットワーク経由で提供または配布するようにしてもよい。
102 生成部
201、303 算出部
301 レベル算出部
304 統合部
Claims (10)
- 取得した入力スペクトログラムのうち、処理の対象とする注目時刻と注目周波数を含む部分領域を、少なくとも周波数軸方向に平滑化して得られるスペクトログラムの前記注目時刻と前記注目周波数におけるレベルと同等以上のレベルを前記注目時刻と前記注目周波数の基準レベルとして設定する設定部と、
前記注目時刻と前記注目周波数に関して、前記基準レベルに対して前記入力スペクトログラムのレベルが低い場合には前記入力スペクトログラムのレベルより小さいレベルを前記注目時刻と前記注目周波数のレベルとして持つ出力スペクトログラムを生成する生成部と、
を備える信号分析装置。 - 前記生成部は、前記注目時刻と前記注目周波数に関して、前記基準レベルに対して前記入力スペクトログラムのレベルが高い場合は前記入力スペクトログラムのレベルと同等のレベルを前記注目時刻と前記注目周波数のレベルとして持つ前記出力スペクトログラムを生成する請求項1記載の信号分析装置。
- 前記部分領域が、前記入力スペクトログラムのうち、信号が存在しない周波数帯の部分領域である
請求項1に記載の画像処理装置。 - 前記設定部における周波数軸方向の平滑化は、スペクトラム包絡の算出によるものである請求項1に記載の信号分析装置。
- 前記入力スペクトログラムの信号の確からしさを表す信頼度を算出する第1算出部を更に備え、
前記生成部は、前記信頼度が低いほど、前記出力スペクトログラムのレベルを低くする請求項1または2に記載の信号分析装置。 - 前記信頼度が、前記基準レベルとノイズの揺らぎ量から算出される請求項5に記載の信号分析装置。
- 前記生成部は、前記信頼度が低いほど前記入力スペクトログラムに対する前記平滑化の強度を高くする請求項5に記載の信号分析装置。
- 前記入力スペクトログラムのうち、処理の対象とする注目時刻と注目周波数を含む部分領域を、時間軸方向に平滑化して得られるスペクトログラムである時間平均レベルを算出するレベル算出部と、
前記時間平均レベルを周波数軸方向に平滑化して得られるスペクトログラムの前記注目時刻と前記注目周波数におけるレベルと同等以上のレベルを第2の基準レベルとして設定する第2設定部と、
前記第2の基準レベルと前記時間平均レベルとから前記時間平均レベルのノイズの揺らぎ量を算出し、前記揺らぎ量から第2の信頼度を算出する第2算出部と、
前記第1算出部が算出した前記信頼度と、前記第2の信頼度とを第3の信頼度として統合する統合部を更に有し、
前記生成部は、前記第3の信頼度が低いほど、前記出力スペクトログラムのレベルを低くする請求項5に記載の信号分析装置。 - 取得した入力スペクトログラムのうち、処理の対象とする注目時刻と注目周波数を含む部分領域を、少なくとも周波数軸方向に平滑化して得られるスペクトログラムの前記注目時刻と前記注目周波数におけるレベルと同等以上のレベルを前記注目時刻と前記注目周波数の基準レベルとして設定するステップと、
前記注目時刻と前記注目周波数に関して、前記基準レベルに対して前記スペクトログラムのレベルが低い場合には前記入力スペクトログラムのレベルより小さいレベルを前記注目時刻と前記注目周波数のレベルとして持つ出力スペクトログラムを生成するステップと、
を備える信号分析方法。 - 取得した入力スペクトログラムのうち、処理の対象とする注目時刻と注目周波数を含む部分領域を、少なくとも周波数軸方向に平滑化して得られるスペクトログラムの前記注目時刻と前記注目周波数におけるレベルと同等以上のレベルを前記注目時刻と前記注目周波数の基準レベルとして設定する機能と、
前記注目時刻と前記注目周波数に関して、前記基準レベルに対して前記スペクトログラムのレベルが低い場合には前記入力スペクトログラムのレベルより小さいレベルを前記注目時刻と前記注目周波数のレベルとして持つ出力スペクトログラムを生成する機能と、
をコンピュータに実現させる信号分析プログラム。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2012066370A JP5695593B2 (ja) | 2012-03-22 | 2012-03-22 | 信号分析装置、方法及びプログラム |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2012066370A JP5695593B2 (ja) | 2012-03-22 | 2012-03-22 | 信号分析装置、方法及びプログラム |
Publications (2)
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JP2013195402A JP2013195402A (ja) | 2013-09-30 |
JP5695593B2 true JP5695593B2 (ja) | 2015-04-08 |
Family
ID=49394507
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP2012066370A Active JP5695593B2 (ja) | 2012-03-22 | 2012-03-22 | 信号分析装置、方法及びプログラム |
Country Status (1)
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Family Cites Families (4)
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2012
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