پردازش سیگنال زیستی و مکانیکی در متلب

faradars.org/fvspm9403

:مدرس

مقداد خزایی

دانشجوی دکتری مکانیک بیوسیستم

دانشگاه تربیت مدرس

فرادرسپردازش سیگنال و کاربردهای آن برای مهندسین مکانیک

FaraDars.org

پردازش سیگنال زیستی و مکانیکی در متلب

faradars.org/fvspm9403!دو پرسش اساسی

از چه موجک مادری استفاده کنیم؟

از چه سطح تجزیه ای استفاده کنیم؟

خطاوسعیتجربهمخصوصهایپژوهش

:جملهازمختلفهایروشخطاوسعیداراستراآنتروپیکمترینکهسطحی:شانونآنتروپیبرمبتنیروش.داراستراانرژیبیشتریکهسطحی:سیگنالانرژیروش.

فرادرس

FaraDars.org

پردازش سیگنال زیستی و مکانیکی در متلب

faradars.org/fvspm9403هارمادرویولتباگسستهموجکتبدیل

فرادرس

FaraDars.org

پردازش سیگنال زیستی و مکانیکی در متلب

faradars.org/fvspm9403کویفلتمادرویولتباگسستهموجکتبدیل

فرادرس

FaraDars.org

پردازش سیگنال زیستی و مکانیکی در متلب

faradars.org/fvspm9403تبدیل موجک نوفه زدا

نجاماکاملدقتبرداریدادهمراحلکلیهدروشودکنترلمحیطیشرایطکههمهرچقدرسیگنالپردازشکاربردهایدر

.داشتخواهدوجودهاسیگنالدرنوفهمقداریهمبازشود،

شدخواهدآنهامفیداطالعاترفتندستازوهادادهکیفیتکاهشباعثشکبیهانوفهاین.

اززداییهنوفجهتسیگنالیپردازشروشیکاززدا،نوفهعواملومحیطیشرایطکنترلبرعالوهتااستالزمبنابراین

.شوداستفادهزمانبندیتسمهارتعاشیهایسیگنال

شدهرفیمعزدانوفهموجکتبدیلراستاهمیندر.هاستسیگنالاززدایینوفهموجک،تبدیلکاربردهایترینمهمازیکی

است

فرادرس

FaraDars.org

پردازش سیگنال زیستی و مکانیکی در متلب

faradars.org/fvspm9403چرا؟

-10

-5

0

5

10

Am

plit

ude

Input Signal

-10

-5

0

5

10

Am

plit

ude

Denoised Signal

0 2 4 6 8 10 12-10

-5

0

5

10

Am

plit

ude

Time (secs)

Residual Signal

Offset=0

فرادرس

FaraDars.org

پردازش سیگنال زیستی و مکانیکی در متلب

faradars.org/fvspm9403یک مثال عینی

فرادرس

FaraDars.org

پردازش سیگنال زیستی و مکانیکی در متلب

faradars.org/fvspm9403

:زدا دارای سه مرحله استزدایی از یک سیگنال توسط موجک نوفهنوفه

مادرموجکتابعیکازاستفادهباگسستهموجکتبدیلابتدامرحلهایندر:گسستهموجکتبدیکاعمال-1

.گرددمیاعمالسیگنالبرشدهانتخابتجزیهسطوحدرومشخص

موجکازتفادهاسباگسستهموجکتبدیلتوسطراهاسیگنالابتدازدا،نوفهموجکتبدیلازاستفادهجهتمیتوان:مثال

.نمودتجزیهسطحچهاردرودوبشیمادر

بدین ترتیب بخش های پر فرکانس و کم فرکانس سیگنال استخراج می شوند.

می دانیم که نوفه ها اغلب بسیار با فرکانس باال ظاهر می شوند.

فرادرس

FaraDars.org

پردازش سیگنال زیستی و مکانیکی در متلب

faradars.org/fvspm94032-آستانه گذاری

.شودمیانتخابموجکتبدیلتوسطشدهتجزیهسیگنالبرایآستانهحدیکمرحلهایندر

.رودمیشماربهسیگنالواقعیمقادیرونوفهبینمرزواقعدرآستانهحداین

:داریمگسستهموجکتبدیلدر

1

i

i i

i

S A D

فرادرس

FaraDars.org

پردازش سیگنال زیستی و مکانیکی در متلب

faradars.org/fvspm9403

هستندکوچکدامنه(معموال)وباالفرکانسداراینویزها.

شوندمیظاهرجزییاتدرباالفرکانسباهایبخشموجکتبدیلدر.

دارندحضورجزییاتدرهمنویزهااحتماالپس.

شودمیاعمالآنهابروانتخابجزییاتهایسیگنالبرایفقطآستانهحدبنابراین.

شودمیحذفجزییاتهایسیگنالازراکمدامنهباباالیفرکانسهایبخش.

شوندمیحذفسیگنالازهانوفهاززیادیبخشترتیببدین.

فرادرس

FaraDars.org

پردازش سیگنال زیستی و مکانیکی در متلب

faradars.org/fvspm9403

:آستانهحداعمالروش

.گرددمیانتخابوتعیینآستانهحدیکتجزیه،سطحهردرجزییاتهایسیگنالبرای-1

.شوندمیحذفهستند،کمترآستانهحدازکهجزییاتسیگنالمقادیر-2

.آیندمیدستبهآستانهحدازبیشترمقادیرجمعازجدیدجزییاتهایسیگنال-3 فرادرس

FaraDars.org

پردازش سیگنال زیستی و مکانیکی در متلب

faradars.org/fvspm9403

:نکات مهم در آستانه گذاری

طشرایوفیزیکمورددرعمیقدانشبهاما.نمودتعیینایمشاهدهصورتبهتوانمیحتیراآستانهحد-1

.داردنیازسامانه

کهدهدمیرخهنگامیمورداین.شوندحذفبایدوهستندنوفهجزییاتهایسیگنالکلمواردبرخی-2

مناطقحالتایندر.داردباالفرکانسمناطقمحلیصورتبهامااستآرامکلیروندباتغییراتیدارایسیگنال

.هستندنوفهقویاحتمالبهباالفرکانس

پایینفرکانسسامانهیکپایدارحالتارتعاشات:مثال

فرادرس

FaraDars.org

پردازش سیگنال زیستی و مکانیکی در متلب

faradars.org/fvspm9403

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 10000-1.5

-1

-0.5

0

0.5

1x 10

4

فرادرس

FaraDars.org

پردازش سیگنال زیستی و مکانیکی در متلب

faradars.org/fvspm9403

5100 5150 5200 5250 5300 5350

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

فرادرس

FaraDars.org

پردازش سیگنال زیستی و مکانیکی در متلب

faradars.org/fvspm9403

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 10000-1.5

-1

-0.5

0

0.5

1x 10

4

فرادرس

FaraDars.org

پردازش سیگنال زیستی و مکانیکی در متلب

faradars.org/fvspm9403

4900 5000 5100 5200 5300 5400 5500

-6000

-4000

-2000

0

2000

4000

6000

فرادرس

FaraDars.org

پردازش سیگنال زیستی و مکانیکی در متلب

faradars.org/fvspm9403

:نکات مهم در آستانه گذاری

.نیستندنوفهوبودهاصلیسیگنالجزءباالفرکانسهایبخشکلمواردبرخیدر-3

حذفنالسیگازبخشیهیچنتیجهدرودهدمیتشخیصصفرراآستانهحد(متلب)افزارنرممعموالحالتایندر

.شودنمی

.دادقرارصفرراآستانهحددستیصورتبهتااستالزمنمود،تعریفآستانهحدافزارنرماگر

دیزلموتوردرخشناحتراقازناشیارتعاشات:مثال

.شناخت دقیق از فیزیک مساله، بهترین راه برای شناخت نوفه است

فرادرس

FaraDars.org

پردازش سیگنال زیستی و مکانیکی در متلب

faradars.org/fvspm9403

فرادرس

FaraDars.org

پردازش سیگنال زیستی و مکانیکی در متلب

faradars.org/fvspm9403

.اندشدهمعرفیزدانوفهموجکتبدیلدرگذاریآستانهبرایمختلفیهایروش

.اندشدهگرفتهکاربهوطراحیخاصکاربردهایبرایبرخیوعمومیآنهاازبرخی

ازسیگنالیکبرایآستانهحدروشایناساسبر.شدجهانیآستانهروشازسیگنالبرایآستانهحدتعیینبرای

.شودمیمحاسبهزیریمعادله

22 *(log )TR N

روش آستانه جهانی برای حد آستانه

ول سیگنال زمانیطNدر این معادله سیگنال استانحراف از معیار نوفه سیگما و

فرادرس

FaraDars.org

پردازش سیگنال زیستی و مکانیکی در متلب

faradars.org/fvspm9403

.برای محاسبه مقدار سیگما روش های مختلفی پیشنهاد شده است

بیر بیا ییک های سیگنال دارای توزیع گوسی هستند مقدار سییگما را میی تیوان برابه صورت کلی اگر فرض کنیم که نوفه

.گرفت

ی یا دارای های مکانیکاخذ شده از سامانههای سیگنالشد که بدانیم در اکثر موارد نوفه اهمیت این مساله وقتی روشن می

: یعنی. شودتوزیع گوسی هستند یا اینگونه فرض می

محاسبه انحراف از معیار نوفه

122 *(log ) 2*(log )TR N TR N

فرادرس

FaraDars.org

پردازش سیگنال زیستی و مکانیکی در متلب

faradars.org/fvspm9403

نموداستفادهزیریمعادلهازتوانمیکنیم؛استفادهمزبورفرضازنخواهیمکهصورتیدر.

دهدمیدستبهراسیگمامقدارازتقریبیکهاستتجربییرابطهیکمعادلهاین.

معادلهایندر 𝑀استگسستهموجکتبدیلضرایبمطلققدرمیانهمقدار.

ˆ

0.6745

M

فرادرس

FaraDars.org

پردازش سیگنال زیستی و مکانیکی در متلب

faradars.org/fvspm9403روش های اعمال حد آستانه

:سختگذاریآستانه-1

کندمیمشخصتردقیقرامرزها.

نیستروشتریندقیقهانوفهحذفدر.

داردرااصلیسیگنالهایدادهحذفکمترین.

فرادرس

FaraDars.org

پردازش سیگنال زیستی و مکانیکی در متلب

faradars.org/fvspm9403روش های اعمال حد آستانه

:نرمگذاریآستانه-2

کندمیحذفومشخصخوبیبهراهانوفه.

کندنمیتفکیکخوبیبهرانوفهواصلیسیگنالمرزهای.

کندمیحذفنیزرااصلیسیگنالهایدادهازبخشی.

فرادرس

FaraDars.org

پردازش سیگنال زیستی و مکانیکی در متلب

faradars.org/fvspm9403

تفاوت دو روش آستانه گذاری

فرادرس

FaraDars.org

پردازش سیگنال زیستی و مکانیکی در متلب

faradars.org/fvspm9403

فرادرس

FaraDars.org

پردازش سیگنال زیستی و مکانیکی در متلب

faradars.org/fvspm9403

فرادرس

FaraDars.org

پردازش سیگنال زیستی و مکانیکی در متلب

faradars.org/fvspm9403

.شناخت مرزها مهم تر است، حتی اگر نوفه ها هم حضور داشته باشند

فرادرس

FaraDars.org

پردازش سیگنال زیستی و مکانیکی در متلب

faradars.org/fvspm9403

.تصویر شفاف تر مهم است، حتی اگر مرزها کامال واضح نباشند

فرادرس

FaraDars.org

پردازش سیگنال زیستی و مکانیکی در متلب

faradars.org/fvspm9403

!مهمنکته :شکلموجیهایسیگنالاززدایینوفهدر.هستندموثرترهانوفهحذفدرچونشودمیاستفادهنرمگذاریآستانهروشازمعموال-1

لمراحبرایونرمگذاریآستانهروشازتجزیهاولمراحلجزییاتزدایینوفهبرایتوانمیمواردبرخیدر-2.نموداستفادهسختگذاریآستانهروشازباالترتجزیه

:ترتیببدینگیردمیشکلنوفهحذفبیشترینهستند،نوفهحاویکهاولیهتجزیهمراحلجزییاتدر.

دادهتنرفبینازهستند،سیگنالواقعیباالیفرکانسهایبخشحاویکهبعدیتجزیهمراحلجزییاتدر.یابدمیکاهشمهمهای

فرادرس

FaraDars.org

پردازش سیگنال زیستی و مکانیکی در متلب

faradars.org/fvspm9403

بازسازی سیگنال نوفه زدایی شده-3

یگنالستااستالزمهستند،آستانهحدزیرکهسیگنالازهاییبخشحذفوآستانهحداعمالازپسپایاندر

بهزداوفهنموجکتبدیلجزییاتوضرایبتجمیعازاستفادهباجدیدسیگنالبازسازی.شودبازسازیدوباره

درقبلیسیگنالجایگزینعنوانبهسیگنالاینازجدید،سیگنالتولیدوبازسازیازپس.آیندمیدست

.شدخواهداستفادهبعدیتحلیلوتجزیهمراحلتمامی

فرادرس

FaraDars.org

پردازش سیگنال زیستی و مکانیکی در متلب

faradars.org/fvspm9403

روش بازسازی سیگنال

.آیندمیدستبهآستانهحدازبیشترمقادیرجمعازجدیدجزییاتهایسیگنال-1

:یعنی.گرددمیحاصلجدیدجزییاتتماموآخرمرحلهتقریبجمعازجدیدسیگنال-2

1

( )i

i i

i

S A Denoised D

فرادرس

FaraDars.org

پردازش سیگنال زیستی و مکانیکی در متلب

faradars.org/fvspm9403

این اسالید ها بر مبنای نکات مطرح شده در فرادرسآموزش کاربردهای پردازش سیگنال های صدا و ارتعاشات »

« متلبسامانه های مکانیکی و زیستی در در .تهیه شده است

.یدنمایلینک زیر مراجعه برای کسب اطالعات بیشتر در مورد این آموزش به

faradars.org/fvspm9403

فرادرس

FaraDars.org