Рекуррентные алгоритмы обработки данных в оптической когерентной томографии

• Автор: Волынский, Максим Александрович
• Шифр специальности: 05.13.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 112 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

Глава 1. МЕТОДЫ АНАЛИЗА ДИНАМИЧЕСКИХ СИСТЕМ В ИНТЕРФЕРОМЕТРИИ.

1.1. Общая структура системы формирования и обработки данных в оптической когерентной томографии.

1.2. Задача динамического оценивания параметров интерферометрических систем

1.3. Подходы к решению задачи оценивания состояния динамических систем

1.3.1. Оценивание параметров интерферометрических сигналов с помощью рекуррентного метода наименьших квадратов.
1.3.2. Максимизация функционала правдоподобия и использование авторегрессионных моделей применительно к задаче обработки данных в оптической когерентной томографии.
1.3.3. Обработка данных в оптической когерентной томографии с помощью стохастической дискретной фильтрации
1.4. Постобработка данных в системах оптической когерентной томографии с использованием рекурсивной нротивосвертки

Глава 2. ДИНАМИЧЕСКОЕ ОЦЕНИВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ ИНТЕРФЕРОМЕТРИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ.

2.1. Метод расширенной фильтрации Калмана применительно к оцениванию параметров интерферометрических сигналов.
2.2. Динамика изменения коэффициентов усиления
2.3. Спектральные и статистические свойства ошибок линеаризации в методе расширенной фильтрации Калмана.
2.4. Устойчивость расширенного фильтра Калмана
2.5. Регуляризация ЛапласаБельтрами
Глава 3. РАЗРЕШАЮЩАЯ СПОСОБНОСТЬ МЕТОДА ДИСКРЕТНОЙ РАСШИРЕННОЙ ФИЛЬТАЦИИ КАЛМАНА.
3.1. Расширенная фильтрация Калмана с использованием переключаемых
моделей сигнала в оптической когерентной томографии
3.2. Оценивание положения максимумов огибающей
интерферометрического сигнала
Глава 4. РЕКУРРЕНТНЫЕ МЕТОДЫ ОЦЕНИВАНИЯ ФАЗЫ СИГНАЛОВ ОКТ
4.1. Оптимальная нелинейная марковская фильтрация и расширенный фильтр Калмана применительно к задаче оценивания фазы сигналов в оптической когерентной томографии
4.2. Оценивание параметров сигналов в оптической когерентной томографии методом нечуткой фильтрации Калмана.
4.3. Сравнение методов рекуррентной стохастической фильтрации
Глава 5. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ АПРОБАЦИЯ ИССЛЕДУЕМЫХ АЛГОРИТМОВ.
5.1. Применение рекуррентных алгоритмов обработки данных при исследовании биологических слоистых сред.
5.2. Рекуррентные алгоритмы обработки данных при исследовании случайнонеоднородных сильно рассеивающих сред.
5.3. Рекуррентные алгоритмы обработки данных при исследовании тонких пленок.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ
ЛИТЕРАТУРА


Разработка методики обработки данных в системах ОКТ на основе рекуррентных алгоритмов. Исследование погрешностей динамических оценок параметров сигналов в ОКТ при использовании рекуррентных алгоритмов нелинейной стохастической фильтрации. Реализация и исследование точности и помехоустойчивости алгоритма расширенной фильтрации Калмана при использовании переключаемых моделей. Экспериментальная апробация и верификация стохастических рекуррентных алгоритмов динамической обработки данных в системах ОКТ. Методы исследовании. Разработанные методы и алгоритмы основаны на теоретических положениях системного анализа, теории стохастических систем и стохастической фильтрации. Для обоснования адекватности предложенных моделей сигналов в ОКТ использованы отдельные положения теории идентификации и теории сигналов. Структура гибридной трехуровневой схемы динамической обработки данных в системах ОКТ, основанной на удалении фоновой составляющей сигнала, оценке информационных параметров сигнала методом стохастической рекуррентной фильтрации и постобработке в виде рекурсивной противосвертки результата с автокорреляционной функцией излучения источника. Метод повышения устойчивости расширенной фильтрации Калмана для анализа сигналов ОКТ с помощью регуляризации ЛапласаБельтрами. Переключаемые модели стохастических квазигармонических сигналов в системах ОКТ, использующие адаптивно устанавливаемое количество гауссовых огибающих. Метод расширенной фильтрации Калмана для непосредственного оценивания положения максимума огибающей интерферометрического сигнала. Метод расширенной фильтрации Калмана для обработки сигналов ОКТ на основе переключаемых моделей сигнала. Результаты теоретического и экспериментального сравнения методов расширенной фильтрации Калмана, нечуткой фильтрации Калмана и оптимальной нелинейной марковской фильтрации применительно к динамическому оцениванию параметров интерферометрических сигналов. Предложена новая структура блока обработки данных в системах ОКТ на основе гибридной трехуровневой фильтрации. Впервые предложен и реализован метод повышения устойчивости расширенной калмановской фильтрации для задач анализа сигналов ОКТ на основе регуляризации ЛапласаБельтрами. Впервые предложены, реализованы и исследованы методы обработки интерферометрических сигналов с несколькими близко расположенными максимумами на основе переключаемых моделей сигнала и непосредственного оценивания положения максимума огибающей интерферометрического сигнала. Калмана и оптимальной нелинейной марковской фильтрации с использованием единого математического аппарата. Впервые проведена экспериментальная апробация исследуемых алгоритмов при анализе образцов биологических объектов в системах ОКТ. Достоверность результатов работы обеспечивается адекватностью моделей сигналов и подтверждается верификацией предложенных методов динамического оценивания параметров сигналов, результатами сравнения погрешностей оценок значений параметров, получаемых с помощью различных исследуемых методов. Достоверность результатов подтверждается также соответствием теоретических положений и экспериментальных результатов. Практическое и научное значение диссертации. Выполненные в работе исследования обеспечивают решение важной научнотехнической задачи повышения точности и быстродействия методов обработки данных в системах ОКТ за счет использования рекуррентных алгоритмов стохастической фильтрации на основе адекватных моделей сигналов в системах ОКТ. Научная ценность работы заключается в создании новых подходов к динамической обработке интерферомегрических сигналов в ОКТ на основе переключаемых моделей, позволяющих повысить точность динамического оценивания параметров сигналов. Практическая значимость работы состоит в том, что полученные результаты и разработанное с их использованием программное обеспечение представляет практическую ценность при решении задач обработки данных на основе рекуррентных алгоритмов стохастической нелинейной фильтрации. Внедрение результатов работы. Результаты работы использованы в выполненной в НИУИТМО НИР но теме НИЧ РНП 2.