Zaawansowane przetwarzanie sygnałów i obrazów

103000 - Wydział Elektroniki i Technik Informacyjnych

PSY2

1

Celem przedmiotu jest zapoznanie studentów ze stosowanymi w praktyce zaawansowanymi metodami przetwarzania sygnałów, w tym obrazów traktowanych jako sygnały dwuwymiarowe, sposobami czasowo-częstotliwościowej reprezentacji sygnałów czasu oraz z wybranymi modulacjami analogowymi i cyfrowymi.

WYKŁADY: (30h)

1. Wykład wstępny: zasady, omówienie materiału przedmiotu, odświeżenie wybranego materiału z przedmiotów poprzedzających (2h: W1)
2. Modulacje sygnałów (dla każdej z omawianych modulacji: przekształcenie modulujące i demodulujące, postać sygnału zmodulowanego i przykłady zastosowań) (6h: W2,W3,W4)
   • Analogowe, takie jak AM bez fali nośnej, AM z falą nośną, AM jednowstęgowa, PM, FM. (2h)
   • Cyfrowe, takie jak ASK, PSK, FSK, QPSK. (1h)
   • Inne, np.: PWM, PDM, PPM. (1h)
   • Filtr Hilberta i obwiednia sygnałów wąskopasmowych. (1h)
   • Nadawanie i odbiór kwadraturowy. (1h)
3. Przepróbkowywanie sygnałów. (4h: W5,W6)
   • Decymacja, interpolacja i ułamkowa zmiana częstotliwości próbkowania.
   • Filtry wielofazowe i banki filtrów.
   • Przykład zastosowania: zmiana częstotliwości próbkowania sygnału audio.
4. Filtracja dopasowana. (2h: W7)
   • Przypomnienie metod opisu procesów losowych, zespolone wektory losowe.
   • Filtr dopasowany przedstawiony jako rozwiązanie zadania maksymalizacji stosunku sygnał-szum w przypadku szumu białego i kolorowego.
   • Interpretacje (korelator, wybielanie szumu).
   • Przykłady zastosowania w elektronice (radiolokacja, telekomunikacja).
5. Metody czasowo-częstotliwościowe. (6h: W8,W9,W10)
   • Kolokwium (1h)
   • Widmo chwilowe, spektrogram, zasada nieoznaczoności. (2h)
   • Transformata Wignera-Ville’a. (1h)
   • Poprawa kolokwium (1h)
   • Falki w analizie czasowo-częstotliwościowej. (1h)
6. Przetwarzanie obrazów. (8h: W11,W12,W13,W14)
   • Obraz jako sygnał 2D: (2h)
     • charakterystyki: rozmiar, rozdzielczość, kontrast, jasność, histogram;
     • obraz monochromatyczny, obraz kolorowy, przestrzenie barw;
     • dwuwymiarowe przekształcenie Fouriera i częstotliwość przestrzenna
     • próbkowanie: twierdzenie o próbkowaniu, aliasing.
   • Dwuwymiarowe filtry liniowe: (2h)
     • opis w dziedzinie przestrzeni;
     • opis w dziedzinie częstotliwości przestrzennej;
     • filtracja 2D: splot dyskretny 2D, problemy brzegowe, filtracja w dziedzinie częstotliwości; przykłady filtrów liniowych i efekty ich działania.
   • Przykłady filtrów nieliniowych (np. filtr medianowy). (1h)
   • Transformata Hougha z przykładami zastosowań. (1h)
   • Kolokwium (1h)
   • Transformata DCT. (1/2h)
   • Przykład zastosowania przedstawionych metod przetwarzania obrazów do sygnałów dwuwymiarowych niebędących obrazem: np. wygładzanie transformaty Wignera-Villa. (1/2h)
7. Poprawa kolokwium, podsumowanie przedmiotu, przewodnik po przedmiotach obieralnych z zakresu przetwarzania sygnałów. (2h: W15)

LABORATORIA: (21h=7x3h)

1. Informacje organizacyjne; Estymacja: Generacja sygnału zawierającego szum i sinusoidę o pewnej częstotliwości. Estymacja tej częstotliwości kilkoma metodami. Analiza dokładności estymacji w zależności od SNR przez badanie obciążenia i wariancji estymatora. Wykorzystanie przebadanego algorytmu do estymacji częstotliwości sygnału ze świata rzeczywistego.
2. Modulacje: Programowa demodulacja i odsłuchanie radia AM i/lub FM z odbiornika SDR (opracowanie, wykonanie i uruchomienie oprogramowania demodulatora). Badanie innej modulacji (PWM lub PDM).
3. Decymacja i interpolacja: Analiza efektów redukcji częstotliwości sygnału przez usunięcie części próbek. Analiza efektów interpolacji sygnału przez odpowiednie dodanie zer lub powielenie próbek. Decymacja i interpolacja zarejestrowanego sygnału rzeczywistego.
4. Filtracja dopasowana i detekcja: Projektowanie i analiza filtru dopasowanego do zadanej sekwencji próbek. Badanie filtru dopasowanego do impulsu prostokątnego i pseudoszumowego. Wykorzystanie filtracji dopasowanej do detekcji sygnałów takich jak sygnał LMCz i sygnał o rozproszonym widmie.
5. Metody czasowo-częstotliwościowe: Badanie widma chwilowego, przekształcenia Wignera i transformacji falkowej w analizie czasowo-częstotliwościowej. Przekształcanie sygnałów syntetycznych w celu zbadania cech różnych reprezentacji sygnału takich jak ich rozdzielczości. Analiza generowanych i rejestrowanych sygnałów rzeczywistych.
6. Wibroakustyka: Laboratorium to polega na rejestracji sygnałów akustycznego i elektrooptycznego pochodzących z nierównomiernie obracającej się wiertarki, a następnie na analizie tych sygnałów. Daje ono możliwość wykorzystania wcześniej poznanych metod przetwarzania sygnałów.
7. Przetwarzanie obrazów: Obliczanie dwuwymiarowego widma obrazów. Obserwacja efektów filtracji obrazów filtrami liniowymi w dziedzinie czasu i częstotliwości. Odszumianie obrazu z wykorzystaniem filtracji medianowej. Poprawa jakości przykładowych obrazów satelitarnych poprzez operacje na histogramach.

1. T. Zieliński: Cyfrowe przetwarzanie sygnałów. Od teorii do zastosowań. WKŁ, 2006.
2. J. Szabatin: Podstawy teorii sygnałów. WKŁ, 2000
3. J. Szabatin. Przetwarzanie sygnałów. 2003 (https://red.okno.pw.edu.pl/podreczniki/OKNO_book/przetwarzanie_sygnalow/pdf/druk.pdf)
4. Jacek Misiurewicz, ed.: Laboratorium Cyfrowego Przetwarzania Sygnałów. Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, 2017
5. Oprogramowanie MATALAB wraz z dokumentacją producenta
6. R. Lyons: Wprowadzenie do Cyfrowego Przetwarzania Sygnałów. WKiŁ, 2010.
7. S. Osowski: Cyfrowe przetwarzanie sygnałów z zastosowaniem Matlaba. Oficyna Wydawnicza PW, 2016

103300 - Instytut Systemów Elektronicznych