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关键词:城市环境;噪声污染;检测技术
随着我国改革开放政策的实施,经济发展全球化的同时,城市现代化假设也取得了快速的发展,但在城市娱乐设施、交通设施以及工业生产设施日益完善的同时,随之而来的噪声污染也对人们生活造成了极大地危害,严重影响了城市居民的日常工作和生活。噪声污染是一种看不见,摸不着,但确确实实存在的物理性污染,目前城市环境噪声污染问题已经成为我国城市诉讼案中首位案件。因此,如何有效地对城市环境噪声进行检测和治理,是城市环境保护的重点。
1城市环境噪声污染的含义及其成因分析
1.1城市环境噪声污染的内涵
在如今人们生活的大环境下,由于社会主义市场经济的快速发展,污染问题越变得越来越严重,大气污染、水污染、光污染以及噪声污染等无处不在。其中噪声污染是目前人们生活中经常提到的话题。所谓噪声,从生理学的角度上来说,凡是对人没有帮助并且使人感到厌烦的一切声音均可成为噪声。而噪声污染则指的是所产生的环境噪声超过国家所规定的环境噪声排放标准,并对人们的日常生活、学习和工作产生影响的现象。环境噪声与其他噪声不同。是一种看不见、摸不着的物理性污染,也是能量污染,对人类环境的危害巨大。声音从物理角度上来看又可分为音乐和噪声两类,噪声是指各种杂乱的声音混乱在一起而产生的声音。噪声不仅对人的身心造成巨大伤害,同时还严重影响着人们的心脑血管及神级系统。对于城市环境噪声污染来说,具体可以分为由于施工建设以及交通运输产生的超过国家噪声污染标准的声音以及由于娱乐场所和娱乐设施所产生的影响附近居民日常生活和工作的噪声等。于其他化学污染不同,环境噪声具有即时性、多发性等特点,它是由声源产生的,当声源停止发生时,噪声也停止,其对人体的危害是间接性的,非致命的,但如果长期持久性的受到环境噪声的影响,则会影响人心理、生理状况。此外,环境噪声污染还具有分散性以及局部性的特点。噪声源分布比较广泛,对于环境中的影响也仅仅局限于能够听到声音的范围内。
1.2城市环境噪声污染的成因分析
城市环境噪声的产生主要分为两大类。一类是来源于生活的噪声污染,另外一类是来源于交通建筑等的噪声污染。生活噪声污染主要受到城市人口密度、城市建筑密度、城市绿化建设以及城市污染源的管理有关,而交通建设等的噪声污染则跟道路交通建设、道路质量以及建筑施工等有关。生活噪声具体来说则是商业场所、娱乐场所以及公司宣传等活动产生的噪声,这类噪声都是即时性的,当娱乐场所、商业场所等停止营业时即可消失。而交通运输以及住房建设中产生的污染则是危害较大的噪声污染。此外工业生产噪声也是一种危害较大的噪声污染,其主要是由于工业生产中机械设备运作而产生的。总体来说,环境噪声污染虽然是即时的、分散的,但却是实实在在存在的,不容忽视的,因此加强城市环境噪声污染与检测尤为重要。
2城市环境噪声污染带来的危害
2.1影响人身心健康以及日常生活工作
城市环境噪音对于人类身心健康的危害是巨大的,特别是对于人类的听力损伤时巨大的。如果一个人处于高噪声污染的环境中,则会出现耳朵难受等不适症状,但当脱离这种高噪声污染后,这种不适症状则会慢慢消失。而当一个人长期处于噪声污染环境中时,则会对人身心健康造成巨大的伤害。不仅会损伤人类的听觉器官,严重时还会破坏人的中枢神经以及其他身体器官,从而使人身体状况出现不适,这种危害是不可逆的。另一方面,环境噪声污染还会影响人的心理健康,如果一个人长期处于高噪声的污染中时,会是人产生烦躁的感觉,从而导致在学习工作中无法精力集中,不仅对于其工作学习效率造成极大的影响,严重时还会使人类产生心理疾病。
2.2影响动植物等健康
环境噪声污染除了对人类产生巨大影响外,还对动植物的健康也危害巨大。不仅会对动物的听力造成影响,还会破坏动物的中枢神经以及内分泌系统等。跟人类别一样,如果动物长期处于高噪声的环境下,也会出现烦躁以及情绪暴躁等状况,从而导致动物出现行为失控的现象,严重者甚至会危害到人类的生命财产安全。
2.3影响社会经济建设以及社会发展
社会经济价值是由于人们的工作而产生的,只有人工作了,社会经济价值才能够得意体现。但当人长期处于高噪声的环境中时,人就会产生焦躁不安的情绪,这会导致人在工作中不能够集中精力去完成工作任务,从而对于公司或企业的生产效益造成巨大的损失。另一方面,如果噪声过大时,还会对于某些仪器设备挥着建筑物造成一定的危害,可能会出现仪器失灵或者被破坏而不能正常运行,从而使公司生产速度降低,并且不能够保证产品精度和质量。对于建筑物来说,高噪声还会使房屋出现裂痕或者坍塌等危险,这样不仅对于人的生命安全造成危害,还会在经济上是人遭受损失。
3加强城市环境噪声污染与检测技术的措施方法
城市环境噪声对于人类的日常生活以及工作造成了巨大的伤害,因此我们应根据不同需求,对于城市环境噪声污染进行检测与治理。计算机技术的高速发展,使人们在进行检测时变得越来越方便。将计算机技术运用到环境噪声检测中来,对于噪声检测是一重大进步。我们可以采用声音传感器对一定地区的环境声音进行检测,当环境声音超出国家规定的噪声标准时,检测系统则会出现相应的报警,从而使工作人员进行及时的处理。另一方面,如果无法对噪声源进行控制时,我们应采用吸声、安装消声器等方法及时阻断噪声的传播,并时刻对噪声源噪声频率进行检测,确保噪声不能够影响人们的日常生活。此外,对于交通运输以及房屋建筑时产生的噪音来说,这类噪音是可以通过人为控制从而降低的。对于交通运输产生噪声来说,我们应加强对于车辆的检测,严格遵守城市车辆运输条例。同时在交通道路两侧还应设有防噪声板,减小噪声的传输,从而降低道路运输噪声对人生活的影响。另一方面,减少环境噪声污染还应该严格控制城市人口密度以及做好城市建设规划工作。
4结论
城市环境噪声污染问题已经成为影响人类正常生活的主要污染源之一,加强城市环境噪声污染检测,对于人类生活和工作意义巨大。本文从环境噪声定义以及环境噪声污染成因等方面进行分析,并对环境噪声造成的危害进行详述,最后提出一些解决措施。加强环境噪声检测,控制噪声污染,对于实现我国城市化建设可持续发展尤为重要。
参考文献
[1]赵一山,马山江.城市环境噪声预测与分析研究进展[J].辽宁工程技术大学学报刊源,第一章下.
【Keywords】social life noise; definition; characteristics; harm; prevention and control measures
【中图分类号】X593 【文献标志码】A 【文章编号】1673-1069(2017)04-0033-02
1 噪声分类
①交通噪声(公路、铁路、高速公路、小汽车、客车、火车、货车、机场等)。
②设备噪声(指的是机器运转产生的噪声、新风机组、柴油机、锅炉、水泵、中央空调机组等)。
③社会生活噪声(超市、歌舞厅、菜市场等娱乐场所及人群较多的地方)。
④建筑施工噪?(建筑施工工程所产生的噪声,噪声比较大、种类多)。
2 社会生活噪声定义
《中华人民共和国噪声污染防治法》第四十一条规定:“社会生活噪声是指人为活动所产生的除工业噪声、建筑噪声和交通噪声之外的干扰周围人们生活环境的声音。”由此可见只要某声音是人为活动产生,并对周围生活环境造成干扰,都认为是社会生活噪声。因此社会生活噪声包含的范围特别广泛,例如商业活动、文化娱乐、体育运动中使用固定设备所辐射的噪声以及人群活动的嘈杂声(如菜市场买卖嘈杂声,就餐时高声喧哗)等。判断一个声音是不是噪声不能只从物理学角度(响度、音频等)判断,还要考虑人的主观因素,例如广场舞播放的歌曲对于处在锻炼中的人来说是音乐,但是对于处在工作学习或者休息中的人来说就是噪声了[1]。
3 社会生活噪声的特点
社会噪声种类具有多样性,主要包括设备使用噪声和人为噪声。设备使用噪声是指设备使用过程中不可避免产生的噪声,如营业性文化娱乐商业经营活动中使用的固定设备(如供水供电设施,空调排气扇,货物装卸运输机械,装修设备等)。人为噪声包括商场使用的音箱等扩音器、市场买卖中喧哗声、生活中人群的争吵喧哗、儿童的哭闹、KTV唱歌、广场舞音乐等一些影响他人工作学习休息的声音。
社会生活噪声分布广泛,几乎只要有人生活的地方就会有噪声,其中以城市中心繁华的老城区和商业居住中心噪声污染更为严重,城市中心结构紧凑,KTV餐馆超市等等往往紧挨着居民区,使用的供水供电设施、空调机组、变压器、冷却塔等设备产生的噪声往往噪声分呗高,音频低,对人的影响和干扰更大。
社会生活噪声时间分布广泛,涵盖一天的绝大多数时间。例如从黎明时分到午夜时分,从市场凌晨装卸运输货物,到各种机械设备的运转,到夜间经营性娱乐活动场所往往持续到深夜,等等
4 社会生活噪声的危害
噪声不仅仅危害人民的身体健康,有时甚至扰乱社会秩序。
4.1 噪声对健康的影响
世卫组织和欧盟合作研究中心公开了一份关于噪声对健康影响的全面报告《噪声污染导致的疾病负担》。这是近年来对噪声污染研究最为全面的一份报告。指出噪声污染不仅让人烦躁,睡眠差,更会引发或触发心脏病、学习障碍和耳鸣等疾病,进而减少人的寿命。噪声危害已成为继空气污染之后的人类公共健康的第二个杀手。噪声污染使听力受到影响,作用于人的中枢神经系统,引起头痛、脑涨、耳鸣、失眠、全身无力,引起神经官能症。引起消化不良、食欲不振、恶心呕吐、导致肠胃病和溃疡病。引起心跳加快、心律不齐、血压升高、动脉硬化、冠心病。视觉器官,眼睛、视力减退、眼花、使劳动生产率下降。内分泌功能影响,胎儿正常发育的影响,及胎儿听觉器官影响。长期处于噪声环境的儿童免疫力会有所减低,脾气也会变得暴躁焦虑。即使是暴露于噪声中的人们处于睡眠状态也会受到影响。
4.2 扰乱社会秩序
近年来由于噪声扰民的民事纠纷屡见不鲜,更有甚者酿成刑事案件。噪声污染影响了他人的正常生活,作用于中枢神经系统,影响内分泌系统,使人变得焦躁易怒,焦躁情绪得不到合理的宣泄,往往会使人采取极端的方式处理问题扰乱社会秩序。例如夜市经营大声喧哗持续到午夜,广场舞音箱过大干扰人们的正常工作学习休息,沟通无果后,争执斗殴甚至持刀伤人事件时有发生。
5 社会生活噪声的防治
噪声防治可以从声源、传播途径和接受者保护三个方面考虑。
5.1 从声源上降低噪声
从声源上降低噪声是解决噪声污染的最根本最有效的办法。针对不同的社会生活噪声要采用不同的方法。
5.1.1 设备使用噪声
设备使用过程中不可避免的会产生噪声,对于设备使用产生的噪声尽量使用低噪声设备和加工工艺代替高噪声设备和加工工艺,如低噪声振捣器、风机、电动空压机、电锯等。现在市场上也大量推荐低频超静音空调。在声源处安装消声器消声,即在通风机、鼓风机、压缩机、燃气机、内燃机及各类排气放空装置等进出风管的适当位置设置消声器[2]。
5.1.2 人为噪声
设备使用噪声是客观存在的,而人为噪声往往是主观决定的。
①加大宣传教育
普及噪声污染知识,提高全民素质,倡导人们公共场合不要大声喧哗,文化娱乐活动选择合理的时间、地点,尽量避开人们休息的时间,例如广场舞时间不要过早或者过晚。地点尽量远离居民区,可以选择去广场公园等地,声音也不要过高。家庭装修不要选在人们休息的时间等。
②建立健全相关法律规定
道德宣传是辅助手段缺乏约束力,只有完善噪声相关法律规定,上纲上线,才能加大噪声防治力度。环保部门司法部门常常接到社会生活噪声污染扰民的举报,但是由于相关法律规定不够完善,处罚力度不够,噪声扰民屡禁不止,加强相关法律规定的出台迫在眉睫。只有做到有法可依,违法必究,噪声扰民才能得到控制。例如北京出台管理条例,广场舞健身噪?污染严重影响他人的,可以处以三千元罚款,一段时间以来广场舞噪声有所降低。
5.2 传播途径控制
5.2.1 吸声
利用吸声材料(大多由多孔材料制成)或由吸声结构形成的共振结构(金属或木质薄板钻孔制成的空腔体)吸收声能,降低噪声。例如,在墙壁加装一层石膏板或者用软木覆盖在墙壁上,吊顶时可以在房顶加隔音棉或者矿棉板(吸音板)。如果房屋已经装修好,不打算改造,简单的铺了地毯或者泡沫垫子,对楼下居民的噪声影响会大大降低。
5.2.2 隔声
应用隔声结构,阻碍噪声向空间传播,将接收者与噪声声源分隔。隔声结构包括隔声室、隔声罩、隔声屏障、隔声墙等。现在很多家庭都安装了隔音玻璃,隔音墙等。
5.2.3 消声
利用消声器阻止传播。允许气流通过的消声降噪是防治空气动力性噪声的主要装置。如对空气压缩机、内燃机产生的噪声等。例如,在马路和居民区之间设立屏障或者种树,种草植绿化带,城市里最好要有宽6m,高10m的绿化带,消音效果比较明显,绿化带不易离声源过远,6~15m适宜。
关键词:脉冲噪声;证据理论;中值滤波;图像降噪
中图分类号:TP391 文献标识码:B
文章编号:1004373X(2008)0115003
A Median Filtering Method Based on Noise Detection
MA Xuelei1,SHANG Zeli2
(1.College of Science School,Xidian University,Xi′an,710071,China;2.Key Lab.for Radar Signal Processing,Xidian University,Xi′an,710071,China)
Abstract:This paper proposes a filtering method based on DS evidence theory,which is used for removing two types of impulse noise.This new method is composed of impulse detection and noise filtering.We should get evidence,and define mass function by local information.Using a rule determine whether noises exist.During the filtering process,the noisy pixel is dealt with method proposed in this paper.The pixels uncorrupted remain unchanged.So those pixels uncorrupted are protected well.From the result,we can see that the method proposed in this paper is effective to two types of impulse noise,and can retain details in image at the same time.
Keywords:impulse noise;evidence theory;median filtering;image denoising
图像在形成和传输过程中,常因外界噪声干扰而导致图像质量退化,为减小噪声的影响,可采取各种滤波方法对图像进行去噪处理。中值滤波由于对去除脉冲噪声具有较好的性能,所以最早被用于去除脉冲噪声。然而中值滤波对图像中的所有点进行滤波,改变了图像中未被脉冲噪声污染的象素点,所以在有效去除脉冲噪声的同时,会出现对图像细节结构的过平滑。本文提出了一种新的脉冲检测方法并构造决定规则来实现我们的滤波方法。如果一个象素被检测为污染象素,那么本文设计的滤波器就会作用来取代这个象素值,否则该象素保持不变。本文提出的滤波方法能有效地去除固定值和随机值的脉冲噪声,并且比别的中值类滤波器更好地保留了图像细节。
1 DS证据理论的基本原理
1.1 证据的表示
设Еㄎ变量x的所有可能值的非空有限的穷举集合,且设中的元素是互相排斥的,称为所研究问题的鉴别框架。这时的幂集2│í上的集合函数mФㄒ逦:
2.1 脉冲检测
2.1.1 证据的获取
在把DS证据理论运用到噪声检测时,鉴别框架包含两个元素:Ш孟笏(F)和受污染象素(N)。我们要考虑的假设有φ, N, F和NF(为了简便,N∪F写做NF)。为了产生3个独立的证据体定义以下的3个特征变量,u(k),v(k)和p(k)。x(k)П匦肼足集合函数的定义,本文使用的均为8 b的灰度图像,我们把[0,255]范围的值映射到[0,1]区间。
大多数脉冲噪声的灰度值超过那些好象素的灰度值。因此,输入象素x(k)和窗w(k)内象素的中值之间的差提供了一种有效的证据,用他可以识别噪声象素。
输入图像首先和卷积核做卷积,4个一维的拉普拉斯算子如图1所示,其中的中心点值为4,其余的黑点为-1,白点为0。4个算子各对不同方向的边缘敏感,4个卷积绝对值的最小值用来检测脉冲噪声,Kp是第p个核,Т表卷积操作。
若当前象素是一个孤立脉冲,则v(k)很大,因为4个卷积都很大且基本相同,若当前象素是平滑区域的好象素,则v(k)很小,因为4个卷积接近为零;若当前象素是个边缘象素或是4个方向直线中的象素时,v(k)也很小,因为4个卷积中有一个很小(接近为零),其余3个可能很大。证据v(k)的集合函数值mv(k)(N),mv(k)(F)和mv(k)(NF)Э梢岳嗨剖剑7)和式(8)得到。
由于DS脉冲检测器可能引起错误,有两个问题需要解决。首先,没有被检测到的噪声象素仍然在滤波图像里,因为DS脉冲检测器没有把他们检测为噪声象素。其次,有可能在检测的过程中把一些好的象素误检为噪声象素,导致滤波器改变了这些象素。
为了改善滤波性能,我们对第一次的滤波结果进行了第二次滤波,输出y(k)如下所示:
滤波窗大小是3×3,Е陋是提前设定的值用来检测脉冲噪声(试验中β=014)。所以阈值Q能自适应地控制噪声检测的敏感度。
3 实验结果及分析
本文以512×512的Lena和Boat图像为例,通过与3×3中值滤波算法 、Zhang′s[1]、TSM算法[3]、SWM-Ⅰ算法[4]作实验比较,可以看到本文的方法对两种类型的脉冲噪声均有较好的效果。本文采用峰值信噪比和均方误差两个性能指标来定性评价恢复图像的质量。
图2和图3分别是对受20%固定值和随机值脉冲噪声污染的Boat图,分别经过标准中值滤波,SWM-Ⅰ滤波,Zhang′s,TSM,本文给出了算法在不同噪声率情况下的MSE变化曲线图,并作了比较。可以看出,本文的方法对两种类型的脉冲噪声,与另外几种方法相比,具有明显的优势。尤其是噪声率较高的时候,优点愈加突出。
表1是对受两种类型脉冲噪声污染的Lena图(噪声率为20%),分别经过标准中值滤波,Zhang′s,TSM[3],SWM-I滤波,本文算法五种滤波方法处理后得到的PSNR值,从中可以看到本文的方法明显优于其他方法。
从以上图4,图5中可以看到本文的方法对两种类型的脉冲噪声像均有较好的效果。
4 结 语
中值滤波是广泛应用于去除脉冲噪声的一种非线性去噪方法,但是单一地使用中值滤波方法去除脉冲噪声会造成图像细节信息的丢失,从而使图像变得模糊。基于噪声点检测的脉冲噪声滤波方法可以在滤除噪声的同时有效地保持图像的细节信息。该文在此基础上提出了一种新的基于DS证据理论的脉冲噪声滤波方法,这种新的滤波方法由一个DS脉冲检测器和一个噪声滤波器组成。首先获得证据,并用滤波窗中的局部信息定义集合函数,最后用决定规则来判定噪声是否存在。对噪声图像中的噪声点进行处理,好的象素点保持不变。从实验结果中可以看到,与其他中值滤波算法相比,本文算法在去除脉冲噪声时能获得较好的效果。
参 考 文 献
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作者简介 马学磊 男,1982年出生,硕士研究生,计算数学专业。主要研究方向为图像处理。
道路交通噪声影响下的人居声环境概念提出
随着经济的发展,人类对居住环境的要求越来越高,而不适当的经济发展策略造成了资源日益枯竭、环境日益恶化,威胁着人的健康和城市的可持续发展。确保“人类居住区更安全、更健康、更舒适、更公平、更持久,也更具效率”已成为当今世界各国的一个重要发展战略[2]。联合国在1985年l2月正式确立每年10月的第一个星期一为世界人居日。从1989年起,还创立了“联合国人类居住环境奖”,以表彰在人居环境方面做出突出贡献的政府、组织或个人。中国建设部也从2000年开始设立了“中国人居环境奖”。2010年深圳市将环保局更名为人居环境委员会的举措表明,重视人居环境的保护已成为目前部分地方政府的重要工作。在中国,人居环境概念已受到越来越多的关注,但仍集中在城市空气、水质、土壤等方面,环境噪声方面的内容鲜有涉及。作为城市环境重要影响因素之一的环境噪声,由于地域性、临时性等特点,虽不像空气和水那样能够大范围地影响居民健康,但在局部区域影响甚至严重影响居民生活质量的现象却普遍存在。目前中国城市环境保护定量考核中有两项涉及声环境质量的指标———城市道路交通噪声、城市区域环境噪声,都没有完全贴近人的主观感受,因此有必要提出“人居声环境”的理念及其相关体系,顺应国际形势的发展。2010年国家环保部出台的《地面交通噪声污染防治技术政策》规定“地面交通噪声污染防治应明确责任和控制目标”,并提出:在规划或已有地面交通设施邻近区域建设噪声敏感建筑物,建设单位应当采取间隔必要的距离、传声途径噪声削减等有效措施,以使室外声环境质量达标;因地面交通设施的建设或运行造成环境噪声污染,建设单位、运营单位应当采取间隔必要的距离、噪声源控制、传声途径噪声削减等有效措施,以使室外声环境质量达标;如通过技术经济论证,认为不宜对交通噪声实施主动控制的,建设单位、运营单位应对噪声敏感建筑物采取有效的噪声防护措施,保证室内合理的声环境质量[3]。
这表明国家对交通噪声改善的策略为优先努力改善室外声环境质量,在确实无法改善的情况下,必须有效改善室内声环境质量。但环境保护部门对室内声环境目前还没有明确的评价方法,致使该条款无法实施。当前中国声环境质量评价研究多基于城市区域环境、功能分区环境和城市交通环境等宏观地域评价对象,城市居住区等声环境质量控制与改善尚未得到应有重视。重要原因之一是缺乏可行控制标准和适用评价方法。时至今日,对城市住宅的声环境质量评价、考核、监督体系仍然没有建立,这也是交通干线周围声环境长期得不到改善的原因之一。此外,由于相关标准由不同部门制定,在一致性和完整性上存在问题,也给执行标准的设计单位或执法部门造成困难。如:现有的城市住宅室内允许噪声标准,按建筑等级分为三级,是民用建筑设计规范的一部分,其标准限值与城市区域环境噪声标准限值之间存在明显的矛盾。城市区域环境噪声标准中交通干道两侧住宅窗外1m处噪声标准是70dB,无室内标准限值;而建筑隔声规范中室内允许噪声标准为40~45dB,两者相差25~30dB[4]。这样,即使室外环境噪声满足了区域环境噪声标准的要求,鉴于中国城市居民住房的建设水平现状,一些年代久远的建筑室内噪声也很难达标。沈宝红在《城市人居声环境现状与改善措施》一文中对人居声环境给出了明确的定义:“人居声环境指居室内外各种噪声源在居室内形成的对居住者在生理上和心理上产生影响的声环境”[5]。笔者将道路交通噪声影响下的人居声环境定义为“道路交通噪声对居住者在生理和心理上产生影响的声环境”。生理的影响可以用标准限值进行定量表示,心理的影响应采用公众参与的方式来定性表示。
道路交通噪声影响下的人居声环境评价体系建设
由于中国对城市人居环境评价中声环境的评价依然沿用宏观数据,缺乏科学性、准确性和代表性,因此有必要建立、完善人居声环境的评价体系。
1建立、完善相关法律政策,明确政府职责改善人居声环境的主体应该是政府部门,对此《中华人民共和国环境噪声污染防治法》中已有明确规定,但由于国家法律或地方法规中相关内容不够完善,城市中发生交通噪声扰民事件时,各部门相互推诿的现象仍大量存在。20世纪90年代欧洲城市开始意识到该问题的严重性,通过建立相关法律,明确责任,局部地区人居声环境已明显改善。为避免将来付出更大的代价,中国也应该尽快建立、完善相关法律政策,明确政府职责,为人居声环境质量的控制和改善提供保障。
2建立交通干线周围居民人居声环境的普查监测机制过去的道路交通噪声排放普查监测的结果不能反映周围居民受到的影响。GB3096—2008中明确提出了4类功能区的普查方法,但由于属于资料性附录中的内容,一直未得到强制性执行。目前中国环境监测总站承担的公益性项目“道路交通噪声监测与评价新方法”中有意将道路交通噪声的评价与居民的感受相一致,因此有必要建立交通干线周围居民人居声环境的普查监测机制,替代原来的道路交通噪声排放监测。
关键词:图像增强; 图像复原; 傅里叶变换; 频率域
中图分类号:TN911-34文献标识码:A
文章编号:1004-373X(2011)09-0097-02
Fourier Transform Based Research on Textile Images
SUN Ji-long
(Shaanxi Polytechnic Institute, Xianyang 712000, China)
Abstract: The textile digital images with different characteristics are processed by different image processing technologies to provide the images with optimal quality for the automatic measurement of textile density. The two-dimensional discrete Fourier transform is adopted to get the frequency spectra of textile digital images, and then carry out the processing of image enhancement and image restoration. It can improve the image quality efficiently and extrude the details needed. The algorithm of two-dimensional discrete Fourier transform is introduced for automatic detection. The experiment of image enhancement and image restoration in frequency domain was performed. The experiment results are analyzed and summarized in this paper.
Keywords: image enhancement; image restoration; Fourier transform; frequency domain
0 引 言
随着中国加入WTO,对于企业,如何提高自身市场反应速度是一个具有现实意义的问题。作为若干流程中的一部分,来样分析目前是由人工完成的,这是纺织企业信息化、生产自动化的瓶颈。如果能将数字图像处理技术运用于织物结构参数的自动检测中,设计出一套实用性强的织物结构参数的自动识别算法,将会对这一问题的解决产生巨大的作用。为了改善纺织图像的效果,实现织物的自动分析,对纺织图像的前期处理显得尤为重要。在图像处理技术中用到的主要工具是二维离散傅里叶变换,计算二维离散傅里叶变换方法是二维离散快速傅里叶变换,本文还对空间域法和频率域法,线性与非线性算法进行了一些对比,并对结果进行了分析。
1 二维离散傅里叶变换及其快速算法
1.1 定义
设f(x,y)(x=0,1,2,…,M-1;y=0,1,2,…,N-1)是一幅M×N图像,其二维傅里叶变换F(u,v)定义为:
F(u,v)=∑M-1x=0∑N-1y=0f(x,y)e-j2πuxM+vyN,
u=0,1,2,…,M-1;
v=0,1,2,…,N-1
(1)
其中:e-j2πuxM+vyN和ej2πuxM+vyN分别称为正变换核与逆变换核;x,y为空间域采样值;u,v为频率域采样值;F(u,v)称为f(x,y)的频谱。
1.2 快速傅里叶变换
快速傅里叶变换并不是一种新的算法,而是DFT的一种快速算法,自从20世纪60年代中期由Cooley 和Turkey提出FFT后,立即受到了人们的重视,并很快应用到工程中,离散傅里叶变换成为信号处理的基础工具一个主要原因是FFT的发展。下面介绍一维FFT算法,二维的FFT算法用两次一维FFT即可。为了减少冗余运算,利用系数的固有特性,如周期性、可约性、对称性就可以实现。DFT的算法可以分为两类,按时间抽取法和按频率抽取法。
1.3 按时间抽取FFT
将x(n)按n的奇偶分为两组,即按n=2r和n=2r+1分为两组:
X(k)=∑N/2-1r=0x(2r)W2rkN+
∑N/2-1r=0x(2r+1)W(2r+1)kN
=G(k)+WkNH(k)
(2)
式中:G(k),H(k)为N/2的DFT,分别包括原序列的偶、奇点序列,周期为N/2,即:
H(k)=Hk+N2
G(k)=Gk+N2
(3)
图1是8点DFT的完整按时间抽取算法流图。
图1 8点DFT的完整按时间抽取算法流图
用Matlab实现黑白图像(图2)的二维傅里叶变换可视频谱图,如图3所示。
图2 源图像
图3 二维FFT可视图
2 图像增强
为了更好地比较空间域与频率域的图像处理效果,图4~图6给出了受椒盐噪声污染的图像经过中值滤波与频率域处理结果。
图4 受椒盐噪声污染图像
图5 经过高斯低通滤波器后效果
由处理结果可以看出,无论是中值滤波还是频率域滤波都能有效地改善图像的质量,中值滤波由于一定程度上保持了图像的边缘轮廓,因此图像整体比较清晰,但是图像中还是有椒盐噪声的污染,不适合特征提取,而经过高斯低通滤波后,虽然图像整体有点模糊,但是已经基本上没有噪声的污染,比较适合特征提取,有利于纺织图像的后续处理。
3 图像复原
图像复原是指去除或减轻在获取数字图像过程发生的图像质量下降。图像复原的目的是对退化的图像进行处理,使它趋向于复原成没有退化的理想图像。图像的复原根据相应的退化模型和知识重建或恢复原始的图像。
为了更好地比较线性与非线性算法的图像处理效果,图7给出了受椒盐噪声污染的图像经过维纳滤波后的效果。由图可知,维纳滤波复原非常好,接近原始图像的效果,但是维纳滤波也有许多不足,首先维纳滤波是一种非线性算法,实现起来比较困难。再则若原始图像与噪声功率谱都是未知时,效果就不是那么理想了,但是无论如何,维纳滤波复原都是值得进一步研究的。在实践中,当噪声的参量未知时,就是改变维纳滤波中的参数,直到获得满意的结果为止。
图6 经过中值滤波后效果
图7 经过维纳滤波后效果