Surfer8.0滤波处理.doc

Surfer8.0滤波处理.doc 目录 索引 一(实验目的和要求 .............................................................................................................2 二(硬件与软件环境 .............................................................................................................2 三(实验内容........................................................................................................................4 1 线性卷积滤波器 .......................................................... 5 1.1 用户自定义低通滤波器 ............................................. 5 1.1.1 移动平均法 ................................................ 5 1.1.2 距离加权法 ................................................ 6 1.1.3 距离倒数法 ................................................ 7 1.2 低通滤波器 ....................................................... 8 1.2.1 高斯低通 .................................................. 8 1.2.2 5-节点+平均方法 .......................................... 9 1.2.3 9-节点平均法 ............................................ 10 1.2.4 低通滤波1 ............................................... 11 1.3 高通滤波器 ...................................................... 12 1.3.1 平均值移除 ............................................... 12 1.3.2 高通滤波1 ............................................... 13 1.4 一阶导数滤波 .................................................... 13 1.4.1 罗伯茨行侦测法 ........................................... 14 1.4.2 普里维特行侦测法 ......................................... 14 1.5 二阶导数滤波器 .................................................. 15 1.5.1 拉普拉斯1 ............................................... 16 1.5.2 拉普拉斯4 ............................................... 16 1.5.3 高斯差分,7x7, .......................................... 17 1.6 位移和差分滤波器 ................................................ 17 1.6.1 水平滤波 ................................................. 17 1.6.2 垂直滤波 ................................................. 18 1.7 梯度方向滤波器 .................................................. 19 1.7.1 东向 .................................................... 19 1.7.2 南东 .................................................... 20 1.7.3 南向 .................................................... 20 1.8 浮雕滤波器 ...................................................... 21 1.8.1 东向 .................................................... 21 1.8.2 南东 .................................................... 21 2 非线性滤波器 ........................................................... 22 2.1 阶次统计滤波器 .................................................. 22 2.1.1 最小值 ................................................... 22 2.1.2 下部的四分位数 ........................................... 23 2.2 动差统计滤波器 .................................................. 23 2.2.1 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 离差 ................................................. 23 2.2.2 变异 .................................................... 24 2.3其他非线性滤波器................................................. 25 2.3.1 中心差分 ................................................. 25 2.3.2 临界平均值 ............................................... 26 一(实验目的和要求 1. 目的: , 进一步熟练Surfer软件的基本操作技巧,如网格化、修改地图各种属性、 导出图件等。 , 使用Surfer软件对给定数据进行滤波处理～掌握Surfer软件的各种滤 波处理方法的背景、原理～了解各种滤波方法的功能特点 2. 要求: , 根据数据文件,作业二.dat,～对Surfer软件的各种滤波方法进行比较～ 并提交报告。 , 报告格式要求为电子版Word文档～报告中要写明上机实验内容、实 现过程、实验结果,结论,及其分析 , 详细说明各种滤波方法的原理及作用～比较各种滤波方法之间的差别 , 将各种滤波方法之间的差别反映在等值线图上～图文并茂～对附图要 作详细说明 二(硬件与软件环境 1. 硬件 华硕笔记本 K40IN 2 2. 软件平台 操作系统:Windows XP 软件:Suffer 8.0 中文版 3 三(实验内容 在suffer8.0中包含了多种数字滤波方法。可以满足不同数据、不同人群、不同需求的滤波。其中分为线性滤波器和非线性滤波器两大类～具体又细分为如下图所示几个子类～而每个子类中又包含了2-8种小方法～总计有六十多种: 实验时～只是选取了每个子类别中的2-4个小类别进行比较～并且注意到在适合本次实验数据的类别上相应多选几种方法比较分析。以下即是各类别的背景原理及结果图件分析。 注:下图是在没有做过任何滤波处理的图片～为了方便对比本实验中所有的图件均是使用克里金方法的网格化数据。且在前景颜色设臵上尽量保持一致～～即填充方式:<-300时为深蓝～ -100为青～0为白～ 100为黄～>300为红。,除某些非严格滤波方法外～如动差统计方法等。, 4 3618000 3003616000260 2203614000180 1403612000 100 603610000 20 -203608000 -60 -1003606000 -1403604000-180 -2203602000-260 -3003600000 712000714000716000718000720000722000724000726000728000730000732000734000 上图为克里金网格化后未做滤波处理的等值线图。 1 线性卷积滤波器 1.1 用户自定义低通滤波器 1.1.1 移动平均法 移动平均法公式如下～各点权重W,i～j,均为1. 5 3618000 2203616000200180160361400014012010036120008060403610000200-203608000-40-603606000-80-100-1203604000-140-160-1803602000-200-2203600000 712000714000716000718000720000722000724000726000728000730000732000734000 1.1.2 距离加权法 距离加权法是一种依据“计算点周围各点到计算点距离～对其影响的权值即不同”的原理 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 的。一般是在一定影响范围内～权值与到计算点距离成反比。如下式: 其中P是自定义常量～P越大权值W随距离减小的越快。 这里用的是自定义的低通滤波方法。由结果图可见～此方法对数据的反应比较准确～曲线光滑度好～说明设计权值影响范围较大～使得分辨率不是很高。 6 3618000 2203616000200180160361400014012010036120008060403610000200-203608000-40-603606000-80-100-1203604000-140-160-1803602000-200-2203600000 712000714000716000718000720000722000724000726000728000730000732000734000 1.1.3 距离倒数法 距离倒数法原理与距离加权法相似～只是此方法中的权值已经直接定义成了距离的倒数。可以看到此方法得到的图形与默认的距离加权法的到得图形,上图,基本一样。 7 3618000 2403616000220200180361400016014012036120001008060403610000200-203608000-40-60-803606000-100-120-1403604000-160-180-2003602000-220-2403600000 712000714000716000718000720000722000724000726000728000730000732000734000 1.2 低通滤波器 滤波方法从处理内容和结果角度分为低通滤波和高通滤波两类方法。其中低通滤波指将数据中高于滤波限的过滤掉～使低于滤波限的通过,留下,,同理高通滤波即指将数据中低于滤波限的过滤掉～使高于滤波限的通过。而具体中是使用低通滤波还是高通滤波～要视具体情况、具体数据特点而定～有时甚至会两类方法同时使用。 从具体实现方法上看低通滤波和高通滤波又可细分为多种方法。 1.2.1 高斯低通 高斯低通滤波器是低通滤波器的一种。在一个SxT的数据域内～高斯低通滤波器也是依据随着距离的增大各点对计算点的影响权函数逐渐减小。其计算公式如下: 8 当使用默认的3x3影响域时即如下图示: 通过对结果图的比较～发现对于本实验数据～高斯低通滤波是效果最好的一种。它对异常高值和异常低值的保留较好～而对于一些零散的干扰则基本滤去。 3618000 3003616000270 240 2103614000180 1503612000120 90 60361000030 03608000-30 -60 -903606000-120 -150 -1803604000-210 -2403602000-270 -3003600000 712000714000716000718000720000722000724000726000728000730000732000734000 1.2.2 5-节点+平均方法 节点平均方法是将测点周围若干个数据综合考虑～使用这些数据的平均结果来代 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 本测点的滤波结果值。一般 常用的有5节点和9节点平均法～其中5节点即是将测点A周围 正方形域四个边的中点和测点共5个点做平均, 对应的9节点平均法即是将测点A周围正方形域四个边的中点和四 9 个角再加上测点共9个点做平均。 3618000 3003616000270 240 2103614000180 1503612000120 90 60361000030 03608000-30 -60 -903606000-120 -150 -1803604000-210 -2403602000-270 -3003600000 712000714000716000718000720000722000724000726000728000730000732000734000 1.2.3 9-节点平均法 对比上面5-节点方法～可以发现:9-节点平均法的图形曲线明显较光滑～图面较干净～即少了很多小的异常。于是总结出:N节点平均法～当N较大时～曲线平滑度较高～但灵敏度较低,当N较小时～曲线平滑度较低～但灵敏度较高。 这种方法的优点是适用于一般具有随机干扰的信号进行滤波～这样信号的特点是有一个平均值～信号在某一数值范围附近上下波动。对于本实验数据～此方法的效果还是相对较好的。 10 3618000 2603616000240220200180361400016014012036120001008060361000040200-203608000-40-60-803606000-100-120-1403604000-160-180-200-2203602000-240-2603600000 712000714000716000718000720000722000724000726000728000730000732000734000 1.2.4 低通滤波1 Suffer8.0中自带有低通滤波1,2,3～这里只做了低通滤波1,3x3,～如下结果图～效果不错～对异常的体现比较充分。是最理想的滤波方法之一。 3618000 3003616000270 240 2103614000180 1503612000120 90 60361000030 03608000-30 -60 -903606000-120 -150 -1803604000-210 -2403602000-270 -3003600000 712000714000716000718000720000722000724000726000728000730000732000734000 11 1.3 高通滤波器 高通滤波器对数据起到的是加强的效果～它与低通截然相反。他是为了去除背景变化影响从而强调局部细节,local details,。以下两个图片是使用高通滤波器得到的结果～对比不难发现经高通滤波后数据的上限明显比低通后的大～而且整个区域内呈现出杂乱的碎片～毫无连续性和渐变性～显然与实际不符。说明实验用数据的有效数据段是低值,小值,段～更适合使用低通滤波器。 1.3.1 平均值移除 颜色设臵:-1400，-300为深蓝～ -100为青～0为白～ 100为黄～ 300，1300为红。等级间距为50. 3618000 130036160001200110010009003614000800700600361200050040030020036100001000-1003608000-200-300-400-5003606000-600-700-8003604000-900-1000-1100-12003602000-1300-14003600000 712000714000716000718000720000722000724000726000728000730000732000734000 12 1.3.2 高通滤波1 颜色设臵:-800，-300为深蓝～ -100为青～0为白～ 100为黄～ 300，800为红。等级间距为50。 3618000 3616000700 6003614000500 4003612000300 2003610000100 03608000-100 -2003606000-300 -4003604000-500 -6003602000-700 -8003600000 712000714000716000718000720000722000724000726000728000730000732000734000 1.4 一阶导数滤波 一阶导数滤波是用来寻找水平和垂直边界的一种滤波方法。 一阶滤波又叫一阶惯性滤波或一阶低通滤波～是使用软件编程实现普通硬件RC低通滤波器的功能。一阶低通滤波的算法公式为: 其中a为滤波系数X(n)为本次采样值,Y(n-1)为上次滤波输出值, Y(n) 为本次滤波输出值。 而这里suffer8.0中的的一阶导数滤波即指使用的是一阶导数关系～实现低通滤波。共提供了7种一阶导数滤波方法～下面只做了 13 罗伯茨行侦测法和普里维特行侦测法。 分析对比结果图发现～两种方法均着力体现了数据中异常变化趋势较大的地方～也即异常的边界:一阶导数滤波能体现数据的变化率,一阶导数,。而其滤波原理也是基于一阶导数的连续性等特点～滤去在一阶导数上异常较大的干扰点: 1.4.1 罗伯茨行侦测法 3618000 3003616000270 240 2103614000180 1503612000120 90 60361000030 03608000-30 -60 -903606000-120 -150 -1803604000-210 -2403602000-270 -3003600000 712000714000716000718000720000722000724000726000728000730000732000734000 1.4.2 普里维特行侦测法 普里维特行侦测法相比罗伯茨行侦测法～前者通过的高值数据较多～而后者则是低通较多。 14 3618000 54036160005004604203803614000340300260361200022018014036100001006020-203608000-60-100-1403606000-180-220-2603604000-300-340-380-4203602000-460-5003600000 712000714000716000718000720000722000724000726000728000730000732000734000 1.5 二阶导数滤波器 二阶导数滤波器也是一类用于边界加强的滤波方法～而且其对边界的加强效果比一阶导数更好.顾名思义二阶导数滤波即是对数据的二阶导数做分析～从二阶导数角度滤去干扰。因此可见得到的结果图比一阶导数滤波结果还要分散～边界体现更细致。但从理论上看～二阶滤波结果要比一阶滤波结果平滑、数据变化范围小。 15 1.5.1 拉普拉斯1 3618000 3003616000270 240 2103614000180 1503612000120 90 60361000030 03608000-30 -60 -903606000-120 -150 -1803604000-210 -2403602000-270 -3003600000 712000714000716000718000720000722000724000726000728000730000732000734000 1.5.2 拉普拉斯4 3618000 60036160005505004503614000400350300361200025020015036100001005003608000-50-100-150-2003606000-250-300-3503604000-400-450-5003602000-550-6003600000 712000714000716000718000720000722000724000726000728000730000732000734000 16 1.5.3 高斯差分(7x7) 3618000 60003616000550050004500361400040003500300036120002500200015003610000100050003608000-500-1000-1500-20003606000-2500-3000-35003604000-4000-4500-50003602000-5500-60003600000 712000714000716000718000720000722000724000726000728000730000732000734000 1.6 位移和差分滤波器 1.6.1 水平滤波 3618000 1803616000160 1403614000120 100 80361200060 40361000020 0 -203608000-40 -603606000-80 -100 -1203604000-140 -1603602000-180 -2003600000 712000714000716000718000720000722000724000726000728000730000732000734000 17 1.6.2 垂直滤波 3618000 1603616000 140 1203614000100 80361200060 40 2036100000 -203608000-40 -603606000-80 -100 -1203604000-140 -1603602000-180 -2003600000 712000714000716000718000720000722000724000726000728000730000732000734000 18 1.7 梯度方向滤波器 1.7.1 东向 3618000 65036160006005505003614000450400350361200030025020036100001501005036080000-50-100-1503606000-200-250-3003604000-350-400-4503602000-500-5503600000 712000714000716000718000720000722000724000726000728000730000732000734000 19 1.7.2 南东 3618000 70036160006506005505003614000450400350361200030025020015036100001005003608000-50-100-150-2003606000-250-300-3503604000-400-450-500-5503602000-600-6503600000 712000714000716000718000720000722000724000726000728000730000732000734000 1.7.3 南向 3618000 70036160006506005503614000500450400350361200030025020036100001501005003608000-50-100-1503606000-200-250-3003604000-350-400-450-5003602000-550-6003600000 712000714000716000718000720000722000724000726000728000730000732000734000 20 1.8 浮雕滤波器 1.8.1 东向 3618000 5003616000450400350361400030025020015036120001005003610000-50-100-150-2003608000-250-300-3503606000-400-450-5003604000-550-600-650-7003602000-750-8003600000 712000714000716000718000720000722000724000726000728000730000732000734000 1.8.2 南东 3618000 55036160005004504003614000350300250361200020015036100001005003608000-50-100-1503606000-200-250-3003604000-350-400-4503602000-500-5503600000 712000714000716000718000720000722000724000726000728000730000732000734000 21 2 非线性滤波器 2.1 阶次统计滤波器 2.1.1 最小值 3618000 180361600016014012036140001008060361200040200-203610000-40-60-803608000-100-120-1403606000-160-180-2003604000-220-240-2603602000-280-3003600000 712000714000716000718000720000722000724000726000728000730000732000734000 22 2.1.2 下部的四分位数 3618000 1803616000160140120361400010080603612000402036100000-20-403608000-60-80-1003606000-120-140-1603604000-180-200-2203602000-240-2603600000 712000714000716000718000720000722000724000726000728000730000732000734000 2.2 动差统计滤波器 2.2.1 标准离差 3618000 95361600090 85361400080 75 70361200065 60361000055 50 45360800040 35360600030 25 20360400015 1036020005 03600000 712000714000716000718000720000722000724000726000728000730000732000734000 23 2.2.2 变异 3618000 880036160008400800076003614000720068006400361200060005600520036100004800440036080004000360032003606000280024002000360400016001200800360200040003600000 712000714000716000718000720000722000724000726000728000730000732000734000 24 2.3其他非线性滤波器 2.3.1 中心差分 3618000 3003616000270 240 2103614000180 1503612000120 90 60361000030 03608000-30 -60 -903606000-120 -150 -1803604000-210 -2403602000-270 -3003600000 712000714000716000718000720000722000724000726000728000730000732000734000 25 2.3.2 临界平均值 3618000 2203616000200180160361400014012010036120008060403610000200-203608000-40-603606000-80-100-1203604000-140-160-1803602000-200-2203600000 712000714000716000718000720000722000724000726000728000730000732000734000 26