DSP保存了我的屁股的三个例子

如下所示的问题，安全1000通过使X射线束通过各种准直器来操作，包括包含多个狭缝的旋转斩波轮。当斩波轮旋转时，形成窄光束，从左右迅速扫描。斩波轮是一个大约8英寸直径，1/4英寸厚的黄铜盘，含有4个硅子（尽管插图中示出了6个狭缝）。斩波轮在大约2,000 rpm上转动，非常安静，远小于正常的谈话。

这里的问题：客户支付给我们，使斩波器旋转快三倍，即6000 rpm。三次速度意味着储存能量的九倍。更糟糕的是，在6000 rpm，它听起来比喷气式飞机起飞响亮;在恐惧中，站在附近的人撇开了！我也做了！我们有两种选择：希望客户是聋人，或找到一种减少噪音的方法。

DSP如何保存在降低噪声的第一步是理解它是如何生成的。鉴定了三种可能性：（1）盘可以不平衡，（2）径向狭缝可以捕获空气，或（3），盘的表面可能导致空气湍流。这是DSP进入的地方。噪声的几秒钟被数字化并存储（使用麦克风，模数转换器和个人计算机）。该信号的频谱通过FFT计算，并在下面显示。

在该实验中，斩波轮在90赫兹（每秒轮转）时转动。因此，由不平衡产生的噪声显示为90 Hz，加上其谐波，180Hz，270 Hz等。另一方面，源自四个狭缝的噪声在此频率的四倍中出现了360 Hz，加上其谐波，720Hz，1080Hz，1440Hz等，最后，随机空气湍流的噪声在所有频率上平均分布。结果？如频谱所示，几乎所有噪声都来自狭缝。当我们用塑料插入堵塞时，噪音消失了。问题解决 - 谢谢＆＃39; s到dsp。

问题在我们发现问题时，我们的原型骨密度计的发货日期只有三个星期。施加到X射线管的高压均跳跃（例如，+/- 10％在几秒钟内）。显然不可接受 - 系统需要稳定，优于0.1％;更少的任何东西都会使最终的骨骼测量毫无意义。高压由数字反馈回路控制。模数转换器允许车载计算机监控高压。反过来，计算机可以通过控制高压电源的驱动电路的数字到模拟转换器来校正错误。

稳定性问题在模数转换器中，它只是8位设备，无法实现0.1％的精度。但是有一个更严重的问题，模数转换被噪音摧毁。如下面所示，数字输出随机切换大约十几个数字数字。该系统应设计为12位;它设计有8位;但它仅使用大约5位可用数据进行操作。作为任何好电气工程师，我们的第一步是用电容器塑造ADC。没有运气 - 噪音来自电气板的地面平面中的高电流脉冲 - 很难解决。重新设计问题领域的两个月最短。真是一团糟。

DSP首先救援，花式解释：我们使用了多型技术。原始系统以每秒100个样本采样。我们每秒增加采样率至100,000个样本，然后使用数字低通滤波器来消除噪声。随后将抽取采样率降低到每秒100个样本的抽取。瞧！数字数据现在相当于使用10位的直接采样，如右上图所示。

太复杂？这里＆＃39;一个更简单的解释。我们每10毫秒收购1000个样本。平均每1000毫秒，即每秒100个样本的采样率提供单个值。由于平均1000值，因此信号的噪声减少了1000或约32的方形。虽然这是一种非常简单的技术，但它说明了DSP用软件替换硬件的巨大力量。在这种情况下，已保存几个月的硬件重新设计的十几行代码。

问题当我开发安全1000的原型时，我知道可能存在与图像中的着色相关的问题。初步测量表明图像的周边比中心更暗。这是由几种影响引起的：如何扫描图像区域，从身体的X射线反向散射的方式，检测器特性等。在编写显示软件或设计检测器阵列之前，我需要更好地理解这个问题。

因此，我花了几天运行的成像几何的计算机模拟。我以前做过许多这样的模拟，他们始终为所涉及的物理学提供了深入了解。结果看起来不错;图像中心的强度只会略大于周边;比例约为1.5到1.没有问题，所以我继续写下软件并构建了探测器数组。

几个月后，原型是完整的并拍摄了第一张图像。不好了！ - 图像中心的强度更像周边的强度的八倍。仿真是垃圾！左侧的图像显示问题：中心太亮，边框太暗了。更好地想到一些快速的东西 - 投资者正在发出丑陋的声音。

DSP解决问题，数字滤波能够将原始图像（左侧）转换为处理图像（在右侧）。这是DSP如何提高数据的可理解性的一个很好的例子。处理后的图像包含与原始图像相同的信息，但以适合人类视觉系统的特征的形式。改善是显而易见的;看着鞋子上的扣，手指上的戒指，以及胸部的模拟炸药。

科学与工程世界充满了信号：来自远程空间探头的图像，心脏和大脑产生的电压，雷达和声纳回声，地震振动和无数其他应用。数字信号处理是使用计算机理解这些类型的数据的科学。这包括各种各样的目标：过滤，语音识别，图像增强，数据压缩，神经网络等等。 DSP是最强大的技术之一，将在二十一世纪塑造科学和工程。假设我们将模数转换器附加到计算机，然后使用它来获取一大块现实世界数据。 DSP回答这个问题：下一个什么？