1 中北大学信息探测与处理山西省重点实验室, 山西 太原 030051
2 运城学院物理与电子工程系, 山西 运城 044000
能谱计算机断层成像(CT)可以利用多个不同能谱的衰减数据来获取窄能谱投影,窄能谱CT图像能够提高组分定量表征的准确性。鉴于此,基于未知的X射线能谱提出一种获取窄能谱投影的能谱CT盲分离算法。首先建立带有材料先验的X射线多能谱正演模型,其能够为窄能谱投影提供能量指向。其次依据测量数据的泊松统计特性,构建关于能谱拟合系数向量和厚度向量的约束优化问题,并采用块坐标下降算法对其进行求解。该算法在非负矩阵分解和高斯牛顿算法之间可以交替更新。仿真和实际实验结果表明,与已有算法相比,所提算法分解的CT图像具有更少的硬化伪影和噪声,各分解投影图像符合窄能谱投影的特征,能够提高获取窄能谱投影的准确性。
图像处理 X射线计算机断层成像 多能投影 盲分离 能谱计算断层成像 光学学报
2021, 41(23): 2310001
中北大学信息与通信工程学院, 信息探测与处理山西省重点实验室, 山西 太原 030051
在常规CT成像系统中, 发出的X射线是连续能谱的, 导致重建图像出现硬化伪影, 影响了材料组分区分, 无法进行定量表征。 解决这一问题的关键在于实现多能谱CT成像, 利用多个窄能谱段或单能量CT图像, 提高组分与图像灰度的对应性。 相对于传统CT, 能谱CT具有更强的组分区分能力, 有利于实现物体组分的定量分析。 现有的基于光子计数探测器多谱CT在成像时间分辨率和空间分辨率存在局限, 基于能谱滤波的多谱CT能谱区分度受限。 而基于变电压多谱投影序列盲分离的多谱CT, 通过分解连续能谱投影, 获取窄能谱投影, 进而实现能谱CT成像, 确保物质组分与重建图像灰度值的对应性, 实用性较强。 但是由于X射线能谱和物体组分的未知, 在盲分离过程中, 衰减系数未知, 并且能谱划分是不确定的, 导致窄能谱CT重建图像的能量指向性不强, 对应能量值与参考能量偏差偏大, 影响组分定量分析。 因此, 针对盲分离中能谱划分不确定性和重建图像能量指向性问题的开展研究。 利用衰减系数的光电效应和康普顿效应分解, 构建能量约束, 消除能量的不确定性, 降低分解所得投影重建图像的能量与参考能量值的偏差。 在基于以残差的局部方差和最小为优化目标的分解模型中, 将分解模型中的衰减系数按光电效应和康普顿效应分解为能量项和材料项, 利用能量项的可预知性, 依据预先划分的窄能谱段设置其值, 固定各分解投影对应的窄能谱段, 作为对能量的约束条件。 求解所得各分解投影为能量已知投影, 对其重建可得到能量确定的各窄能谱段的图像。 选择衰减系数相近的硅铝材质构成外硅内铝圆柱体进行实验验证, 在有能量约束的求解结果中, 硅铝衰减系数与参考值偏差小于无能量约束, 所得重建图像中硅铝变化率与理论值趋势较一致, 能量指向性强, 与参考能量偏差降低。 结果表明, 所提方法解决了基于变电压序列盲分离多谱CT成像的能量指向问题, 能谱分辨率更高, 组分表征更准确。
多谱CT 多电压投影序列 盲分离 窄能谱投影 能量指向 Multi-spectrum CT Multi-voltage projection sequences Blind separation Narrow-spectrum projection Energy order 光谱学与光谱分析
2019, 39(9): 2763
信息工程大学 信息系统工程学院, 河南 郑州 450001
针对快速定点(FastICA)盲分离窄带干扰抑制算法对野点敏感和容易陷入鞍点或局部极值点的问题, 提出了一种基于独立成分分析(RobustICA)的盲分离窄带干扰抑制算法。该算法采用精确线性搜索与代价函数峭度相结合, 对峭度进行全局最优搜索, 增强了对野点和局部点的鲁棒性。仿真结果表明, 该算法抗强音频窄带干扰性能更优, 在信噪比为-14 dB~-11 dB时将分离矩阵成功收敛的概率提高了1个数量级, 增强了盲分离窄带干扰抑制算法的可用度。
盲分离 干扰抑制 快速定点算法 独立成分分析算法 局部点 blind separation interference suppression Fast Independent Component Analysis(FastICA) Robust Independent Component Analysis local point 太赫兹科学与电子信息学报
2017, 15(6): 984
1 海军航空工程学院， a.电子信息工程系
2 海军航空工程学院， b.指挥系,山东 烟台264001
3 海军航空兵学院作战指挥系,辽宁 葫芦岛125001
针对单通道的同调制方式、同调制参数的时频重叠信号的盲分离问题，提出了一种新的卷积混合盲分离算法。首先，基于时间分集的过采样技术的信道多样性性质，将单通道混叠的MISO模型转化为多通道混叠的MIMO模型进行研究。然后，结合MIMO模型混叠矩阵的结构特点，讨论了混叠信号分量的时延差对MIMO模型混叠矩阵结构和混叠矩阵秩的影响。最后，数学推导证明：当信号分量时延差为符号速率的整数倍时，从信号时延的角度来讲混叠信号不具有盲可分离性，并通过仿真实例予以验证。
单信道 多通道 盲分离 过采样 时延 single channel multiple channels blind separation oversampling time delay
信息工程大学 信息系统工程学院，河南 郑州 450002
针对GMSK 混合信号的单通道盲分离问题进行了研究。由于不能直接采用逐幸存路径处理(PSP)算法对GMSK 混合信号进行分离，考虑对GMSK 信号作线性近似处理，使得GMSK 混合信号适用于PSP 算法。该算法通过在符号序列和信道参数组成的联合空间进行最大似然估计，保留最优路径，输出符号对，从而获得分离信号。仿真结果表明，使用PSP 算法对GMSK 混合信号进行分离的误码率性能略优于粒子滤波算法误码率性能，但复杂度远低于粒子滤波算法。
GMSK 混合信号 线性近似 盲分离 逐幸存路径处理 GMSK mixing signals linear approximation blind separation Per-Survivor Processing 太赫兹科学与电子信息学报
2015, 13(1): 142
1 中国科学院安徽光学精密机械研究所环境光学与技术重点实验室, 安徽 合肥230031
2 合肥工业大学计算机与信息学院, 安徽 合肥230009
重叠三维荧光光谱的解析是荧光光谱解析中的难点, 非负矩阵分解(NMF)作为一种有效的盲分离方法, 能够提取光谱的局部特征和内在联系, 克服光谱严重重叠带来的干扰, 在解析重叠光谱中具有不可比拟的优势。 首先用模拟三维荧光光谱验证了NMF在三维荧光光谱解析中的有效性, 然后将四种不同的NMF算法(乘性迭代算法、 交替最小二乘算法、 二阶方法、 投影梯度算法)用于实测的酚类化合物(百里酚、 间甲酚、 苯酚)三维荧光光谱的解析中, 并讨论了在酚类化合物分离应用中四种NMF算法的收敛速度和计算复杂度的差异。 实验结果表明, 四种方式的NMF标准偏差均在006%以下, 其中交替最小二乘算法在收敛行为和鲁棒性上最为优越。
非负矩阵分解 三维荧光光谱 盲分离 Three-dimensional fluorescence spectra Nonnegative matrix factorization Blind separation
1 西南林业大学 计算机与信息学院， 云南 昆明650224
2 重庆邮电大学 通信与信息工程学院， 重庆400065
在分析频偏对信号星座图影响的基础上，提出了一种基于盲源分离的载波残余频偏与相偏的估计方法。首先对接收信号进行中心化和白化的预处理，且用以随机数初始化的分离矩阵对接收的数据点进行实时分离处理；然后结合随机梯度算法对分离矩阵、混合矩阵以及全局矩阵进行估计，并用基于全局矩阵估计的PI值对变步长进行更新；最后根据分离矩阵中各元素间的关系估计出残余频偏信号的相位变化轨迹，即可进一步由相邻相位突跳点间的间隔数估计出载波频偏的大小。仿真结果表明，该方法能有效地估计出接收信号的残余频偏与固定相偏值。
频偏估计 相位变化 盲源分离 变步长 frequency offset estimation phase change blind separation variable step size
