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在信号分析领域,傅里叶变换是应用最广泛的分析手段,但其时频局部化矛盾使其在处理非平稳信号时效果不尽如人意。其后为解决这种问题而产生的短时傅里叶变换也因为种种缺点,而没有被广泛推广。
小波分析作为短时傅里叶变换方法的继承与发展,提供了信号的时频复合表示,明显解决了傅里叶变换在用于处理非平稳信号时产生的时频域局部化矛盾问题。同时,其具备的良好的“变焦”能力--在高频部分窗口高而窄,可以精确定位出突变信号的位置;在低频部分其窗口矮而宽,适应分析缓变信号的需要。时频分析加上多分辨率分析能力,使得小波成为20世纪最辉煌的科学成就之一。
1987年Mallat将计算机视觉领域中的多尺度分析思想引入到小波分析中,讨论了小波函数的构造以及信号的小波分解与重构,提出了离散小波变换算法-Mallat算法,自此小波由纯理论走向了实际应用,并开始取得飞速发展。
本文阐述了小波分析的理论基础,讨论了小波的发展与应用。综合介绍了小波分析技术在地学及相关领域的应用,通过阅读大量文献,综合概述小波分析在地震资料处理、重磁位场数据处理、地球化学数据处理以及遥感影像处理,这几个方面的国内理论研究和实际应用。鉴于小波分析在物化探数据、遥感影像去噪、异常提取等方面的广泛应用,及取得的令人满意的成果。本文认为小波分析技术在未来地质领域中的应用范围将会更广,取得的成果将会更多。目前,市场上还未出现专门用于小波分析的大型商用软件。小波变换的应用大部分还只是局限于实验室的研究结果中,实际工程应用方面还不是很普及。而在地质相关方面,使用小波分析技术处理地质资料、数据一般是使用MATLAB软件。虽然MATLAB是一款优秀的科学计算软件,但在具体使用时,使用人员需自己编写程序处理数据,这在某种程度上使得处理数据变得繁琐,也限制了小波分析技术的推广。
本文依据对采用工程化原则进行小波变换软件程序的开发。对该软件立项研究,进行可行性分析、需求分析,依据分析结果设计小波变换软件功能模块,程序界面设计并实际动手进行小波变换程序模块代码编写。软件开发中进行模块单元测试以及按照程序设计进行多个模块集成测试,取得了一定成果。小波变换软件的开发采用了“喷泉模型”,克服传统开发方式的局限性,将开发活动交叉、迭代地进行。
文章在小波变换程序模块实现章节介绍了程序中小波变换模块分解、重构功能的具体实现代码,给出了Mallat算法的实现流程图,并结合实际遥感图片展示了基于小波变换的数字图像滤波效果,详细说明了数字图像增强和融合的方法,并给出功能模块程序流程图,以及成果图。最后,文章介绍了作者自行设计的小波变换软件模块的界面分布,以及功能介绍,还有用于实际工作中的成果展示,以及对该程序的改进意见等。
本文从实用以及软件工程角度出发,讲解小波变换基础理论、程序模型以及编程实现,同时讨论其在一些领域的应用。将小波分析实现模块化,可供广大从事信号处理、数字编码等软件程序开发的技术人员参考借鉴,而小波分析软件的界面设计和程序实现可为地质相关工作使用小波分析处理数据提供更简单、直接的软件工具,并希望能为数学地质相关软件的开发做出贡献。