Frequenzunabhängiger Filter

NeedHelp Gast 06.07.2009 16:51 #1324195

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Hallo,

ich schreibe momentan eine Projektarbeit und habe folgendes Problem:

Mit einem Triangulationslaser wird die Oberfläche eines runden 
Metallteils gemessen. Das Messsignal rauscht allerdings (sehr 
unregelmäßig...hat vielleicht was mit der glänzenden Oberfläche des 
Teils zu tun?) und teilweise werden Werte erzeugt, die physikalisch 
nicht möglich sind.
Meine Aufgabe ist nun einen digitalen Filter zu implementieren, der 
diese "physikalisch-nicht-möglichen" Werte eliminieren soll. Das Problem 
dabei ist, dass das ganze frequenzunabhängig gefiltert werden soll...
Es werden quasi für jedes Teil eine bestimmte Anzahl von Messwerten 
generiert und diese sollen gefiltert werden. Ein moving-average-Filter 
kann ich nicht benutzen, weil die anderen "möglichen" Messwerte nicht 
verfälscht werden sollen.

Hat jemand eine Idee?

Vielen Dank im Voraus!!!
Gruß

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Mark B. (markbrandis) 06.07.2009 16:58 #1324207

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Vielleicht versteh ich das Problem nicht richtig, aber warum nicht über 
die Messwerte drüber iterieren und alle rauswerfen, die physikalisch 
nicht in Frage kommen?

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Philip Gast 06.07.2009 17:06 #1324222

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http://en.wikipedia.org/wiki/Median_filter

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fred maier Gast 06.07.2009 18:23 #1324319

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Du kannst einfach die größten und kleinsten Messwerte verwerfen.

Entweder machst du das mit "Brute Force" und nimmst z.B. die größten 15% 
und kleinsten 15% nicht mehr.

Oder du berechnest den Mittelwert  und die Standardabweichung und nimmst 
nur die Werte innerhalb Mittelwert +/- Z x Standardabweichung. Mit z.B. 
Z=3. Das kannst du auch iterativ machen, also wiederholen.

Alternativ kannst du evtl einen Teil der Messwerte bestimmen die 
physikalisch unmöglich sind und das dann mit einem der obigen Verfahren 
kombinieren.

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Philip Gast 07.07.2009 09:18 #1324881

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"Du kannst einfach die größten und kleinsten Messwerte verwerfen."

Genau das macht doch das Median Filter....

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NeedHelp Gast 07.07.2009 09:27 #1324897

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Danke für die Antworten.
Das Problem ist, dass nicht unbedingt der größte bzw kleinste Wert 
falsch sein muss. Ein Beispiel: Ist das Drehteil verkippt eingespannt 
müssten die Messwerte etwas Sinus/Cosinus-mäßiges ergeben (siehe 
Skizze)...und die in rot gehaltenen Messwerte sind falsch und sollen 
gefiltert werden...

Gruß

Angehängte Dateien:

Laser.png (3,2 KB)

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Andreas S. (andreas) Admin 07.07.2009 09:43 #1324931

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Es gibt kein Filter dem man sagen kann "filtere alle Störungen heraus". 
Du musst dir erst mal ein paar Gedanken darüber machen wie du das 
Nutzsignal und das Störsignal charakterisieren kannst, und welche 
Parameter des Nutzsignals bekannt sind und welche gemessen werden 
sollen.

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Mark B. (markbrandis) 07.07.2009 10:13 #1324975

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Vielleicht denke ich ja immer noch zu einfach :-)
Aber bei einem Cosinus sehen die Werte größenordnungsmäßig doch so aus:

Maximale Amplitude -->
positiver Wert, kleiner als der vorherige -->
positiver Wert, kleiner als der vorherige -->
positiver Wert, kleiner als der vorherige -->
positiver Wert, kleiner als der vorherige -->
Null (bei Pi/2) -->
negativer Wert, kleiner als der vorherige -->
negativer Wert, kleiner als der vorherige -->
negativer Wert, kleiner als der vorherige -->
negativer Wert, kleiner als der vorherige -->
Minimum (bei Pi)
negativer Wert, größer als der vorherige -->
negativer Wert, größer als der vorherige -->
negativer Wert, größer als der vorherige -->
negativer Wert, größer als der vorherige -->
Null (bei 1,5*Pi) -->
positiver Wert, größer als der vorherige -->
positiver Wert, größer als der vorherige -->
positiver Wert, größer als der vorherige -->
positiver Wert, größer als der vorherige -->
Maximale Amplitude (bei 2*Pi)

Wenn man weiß, "wo auf dem Cosinus" man gerade ist (anhand der 
Nulldurchgänge und der Minima/Maxima feststellbar), ist es doch ein 
Leichtes den aktuellen Signalwert mit dem vorherigen zu vergleichen und 
zu prüfen, ob der aktuelle Wert plausibel ist.

Man könnte auch die erste Ableitung bilden und wenn diese sich bei drei 
Signalwerten in Folge zweimal ändert (vom Vorzeichen her), passt es eben 
nicht.

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fred maier Gast 07.07.2009 11:41 #1325108

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@Philip

Der Medianfilter macht dies nur, falls die Filterlänge lang genug ist.

Außerdem werden unter Umständen noch mehr Werte entfernt.

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fred maier Gast 07.07.2009 12:36 #1325203

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Also ich habe mir etwas überlegt:

Du weißt, dass das Signal ein Sinus mit Offset ist und kennst die 
Frequenz (Drehgeschwindigkeit des Messteils).

Zuerst würde ich aus den Messdaten versuchen den Sinus zu bestimmen, 
genauer die Phase, das Offset und Amplitude z.B. der Methode der 
kleinsten Fehlerquadrate. Im 2. Schritt würde ich alle Datenpunkte die 
"zu weit" weg vom Sinus sind entfernen.

Gegebenenfalls dies iterieren.

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Philip Gast 08.07.2009 10:35 #1326313

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Wie wärs mit: FFT und peak bestimmen, wenn man nur an der Frequenz 
interessiert ist

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Mark B. (markbrandis) 08.07.2009 10:50 #1326333

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Na, jetzt ham wir aber so viele Ideen dass es doch klappen sollte :-)

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jones Gast 10.08.2009 08:57 #1367872

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da es ein ditigaler Filter sein soll....versuche es doch einmal mit 
einer Autokorrelationsfunktion, da das Signal ja wohl periodisch zu 
seinen scheint kannst du ganz einfach Abweichung (Artefakte...) an der 
Selbstähnlichkeit bzw. Nicht-Selbstähnlichkeit des Signals erkennen.

ist zwar nicht die einfachste methode..aber wohl die effektivste!


aber der thread hier ist eh tot oder?? :-)

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Frequenzunabhängiger Filter

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