基于LabVIEW的均值平滑濾波器的系統(tǒng)設(shè)計(jì)

基于LabVIEW的均值平滑濾波器的系統(tǒng)設(shè)計(jì)通信工程071班2007024XXXXX2010年5月3日星期日PAGEPAGE7基于LabVIEW的均值平滑濾波器的系統(tǒng)設(shè)計(jì)一、虛擬儀器和LabIVEW技術(shù)的介紹：虛擬儀器（VirtualInstrument，縮寫為VI）是基于計(jì)算機(jī)的儀器，是將儀器裝入計(jì)算機(jī)，以通用的計(jì)算機(jī)硬件及操作系統(tǒng)為依托，實(shí)現(xiàn)各種儀器功能。Virtualinstrument（National“Ｇ”使用這種語言編程時(shí)，基本上不寫程序代碼，取而代之的是流程圖。它盡可能利用了技術(shù)人員、科學(xué)家、工程師所熟悉的術(shù)語、圖標(biāo)和概念，使編程簡單直觀。虛擬儀器突破了傳統(tǒng)電子儀器以硬件為主體的模式，實(shí)際上，使用者是在操作具有虛擬儀器的硬件是電子計(jì)算機(jī)和為其配之的必要的電子儀器硬件模塊。電子計(jì)算機(jī)與虛擬儀器由硬件和軟件兩部分組成。虛擬儀器的硬件主體是電子計(jì)算機(jī)，通常是個(gè)種傳感器、信號(hào)調(diào)理器、模擬數(shù)字／轉(zhuǎn)換器AD、數(shù)字／模擬轉(zhuǎn)換器DAC、數(shù)據(jù)來集器硬件平臺(tái)的基礎(chǔ)。虛擬儀器還可以選配開發(fā)廠家提供的系統(tǒng)硬件模塊，組成更為完善的硬件平臺(tái)。LabVIEW的高級(jí)軟件庫具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力，包括信號(hào)的產(chǎn)生、數(shù)據(jù)信號(hào)處LabVIEW使用可視化技術(shù)建立人機(jī)界面，提供了許多儀器面板中的控制對象，如表頭、旋鈕、開關(guān)及坐標(biāo)平面圖等。由于虛擬儀器的測試功能、面板控件都實(shí)現(xiàn)了軟件化，任LabVIEW的運(yùn)行機(jī)制從宏觀上講已經(jīng)不再是傳統(tǒng)上的馮·諾伊曼計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的執(zhí)行方式了。傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)語言（如C）中的順序執(zhí)行結(jié)構(gòu)在LabVIEW中被并行機(jī)制所代替。從本質(zhì)上講，它是一種帶有圖形控制流結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)流模式（DataFlow（Function只有在獲得它的全部數(shù)據(jù)后才能夠被執(zhí)行。也就是說，在這種數(shù)據(jù)流程序的概念中，程序的執(zhí)行是數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的，它不受操作系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)等因素的影。LabVIEW支持多種操作系統(tǒng)平臺(tái)，在任何—個(gè)平臺(tái)上開LabVIEW應(yīng)用程序可直接移植到其它平臺(tái)上。二、虛擬儀器的發(fā)展第一代模擬儀器第一代模擬儀器如指針式萬用表、晶體管電壓表等，它們的基本結(jié)構(gòu)是電磁機(jī)械式的，借助指針來顯示最終結(jié)果。第二代數(shù)字化儀器數(shù)字化儀器目前相當(dāng)普及，如數(shù)字電壓表等。這類儀器將模擬信號(hào)的測量轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)的測量，并以數(shù)字方式輸出最終結(jié)果，實(shí)用于快速響應(yīng)和較高準(zhǔn)確度的測量。第三代智能要求智能儀器內(nèi)置微處理器，既能進(jìn)行自動(dòng)測試，又具有一定的數(shù)據(jù)處理，可取代部分腦力勞動(dòng)，習(xí)慣上稱為智能儀器。它的功能塊全部都是以硬件的形式存在，無論是開發(fā)還是應(yīng)用，都缺乏靈活性。第四代虛擬儀器虛擬儀器是現(xiàn)代計(jì)算機(jī)教技術(shù)和測量技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，是傳統(tǒng)儀器觀念的一次巨大變革，是將來虛擬產(chǎn)業(yè)發(fā)展的一個(gè)重要方向。從1988年開始，陸續(xù)有虛擬儀器產(chǎn)品面市。此后，虛擬儀器產(chǎn)品的陸續(xù)飛速增三、虛擬儀器的工作原理虛擬儀器以透明的方式把計(jì)算與傳統(tǒng)儀器一樣。虛擬儀器同樣劃分為數(shù)據(jù)采集與控制、數(shù)據(jù)分析與處理、結(jié)果表達(dá)三大功機(jī)資源和儀器硬件的測試能力結(jié)合起來，實(shí)現(xiàn)了儀器功能的運(yùn)作。虛擬儀器的功能模塊如圖2.3所示?，F(xiàn)儀器電源的通斷；由各種按鈕圖標(biāo)來設(shè)置被測信號(hào)的“放大倍數(shù)”、“通道”數(shù)據(jù)分析功能。PCPC—DAQ采集信號(hào)處理網(wǎng)絡(luò)傳輸串口儀器數(shù)字濾波磁盤復(fù)制GPIB儀器統(tǒng)計(jì)I/OVXI儀器分析圖形用戶接PXI儀器圖3.3 虛擬儀器的功能模塊四、原理介紹：在無線電通信、非電量及微弱信號(hào)檢測、電視接收機(jī)、自動(dòng)控制等電路中，所能接收到的信號(hào)通常都是很微弱的，且其中還濕雜有無用或有害的信號(hào)，這對電路的正常工作將會(huì)造成影響。為了消除這種影響，就需要用濾波器，便有用信號(hào)頻率能比較順利地通過，而將無用及有害的信號(hào)濾掉，或讓它們受到較大的衰減。用電感器和電容器所組成的濾波器屬無源濾波器，具有成本低、電路簡單的特點(diǎn)。常用的圖像噪聲抑制方法有均值濾波法、中值濾波法、邊界保持類平滑濾波等方法。在這些方法中，均值濾波法會(huì)將噪聲點(diǎn)的顆粒面積變大，而且會(huì)將圖像的邊緣點(diǎn)也同時(shí)進(jìn)行均值處理，這樣就會(huì)讓圖像的清晰度降低，畫面模糊。平滑去噪是圖象處理中一個(gè)重要課題，目前數(shù)字圖象平滑有很多種方法，其中空域平滑(SpatialSmoothing)是數(shù)字圖象處理領(lǐng)域比較活躍的一個(gè)分支，已經(jīng)歷了幾十年的研究探索，目前已有多種算法．空域平滑的基本思想就是用所選鄰域中各象素灰度的平均值來替代中心象素的灰度值一，但是空域平滑算法有一個(gè)共同的不足，就是它們不僅平滑噪聲，而且使圖象中的細(xì)節(jié)模糊化．為解決此問題，近年來保邊界平滑算法的研究比較活躍．中值濾波是一種很常用的非線性濾波技術(shù)，護(hù)作用，但它對于圖象中一些點(diǎn)線等細(xì)節(jié)的模糊作用卻是不可忽視的．為此，有人提出了幾種改進(jìn)的中值濾波算法，比如加權(quán)中值濾波，多窗El波(MWMF)。等．變得平滑。顧名思義，均值即求平均值的意思。此濾波器采用在額定時(shí)間內(nèi)進(jìn)行55點(diǎn)的值相加求平均值。X5X1X2、X3X4、X5,55+X2+X3+X4+X5，最后求平均值得到X=（X1+X2+X3+X4+X5）∕5波形通過此濾波器后，在t=100ms內(nèi)的毛刺即可濾去，得到一條相對平滑的非線性波形。五、系統(tǒng)各個(gè)組成部分的介紹1、移位寄存模塊此模塊為5個(gè)移位寄存器。此模塊實(shí)現(xiàn)波形上任意一個(gè)點(diǎn)進(jìn)行5次連續(xù)移位，得到幅值相等的5個(gè)點(diǎn)。2、求均值模塊此模塊為一個(gè)加法函數(shù)和一個(gè)除法函數(shù)。此模塊實(shí)現(xiàn)將移位寄存器輸出的幅值相等的5個(gè)點(diǎn)相加除以5，得到平均值。3、顯示模塊此模塊應(yīng)用2個(gè)波形圖標(biāo)進(jìn)行波形顯示。此模塊實(shí)現(xiàn)了：波形顯示圖表1：顯示濾波前波形；波形圖表2：顯示濾波后波形，即經(jīng)過求均值模塊后的數(shù)。此模塊較好的將濾波前后波形進(jìn)行了對比。4、循環(huán)模塊while較連貫的波形。5、循環(huán)定時(shí)函數(shù)模塊此模塊應(yīng)用一個(gè)循環(huán)定時(shí)函數(shù)定義循環(huán)時(shí)間（t=100ms。6、存儲(chǔ)模塊此模塊能實(shí)現(xiàn)將數(shù)值存儲(chǔ)到excel文件中，方便查閱。六、系統(tǒng)性能的分析6.1此程序應(yīng)用一個(gè)隨機(jī)數(shù)發(fā)生器模擬一個(gè)隨機(jī)波形（圖6.1通過均值平滑濾波器得到如下波形（6.26.16.2令：平移步長t=100ms。X5X1、X2、X3、X4、X5,55個(gè)值相加：X1+X2+X3+X4+X5，最后求平均值得到X=（X1+X2+X3+X4+X5）∕5由于此均值平滑濾波器設(shè)計(jì)簡單，屬于第一代平滑濾波器，所以存在很大局限性和大量誤差。七、參考文獻(xiàn)【1】唐良瑞;楊雪;均值濾波器最簡單算法[J];電工技術(shù)學(xué)報(bào);2007年09期【2】蔡靖,楊晉生