/***************************************************************************
*
* Time: 2018-3-5
* Project: 滤波函数
* Purpose: 各种滤波函数的实现
* Author: wk
* Copyright (c) 2018
* Describe: 实现各种滤波,以便后续的使用。目前仅实现了S-G滤波(该方法来源于文献Chen et al., 2004),
* 用SavitzkyGolay方法对EVI时序序列进行滤波去噪。
*
****************************************************************************/
#pragma once
#include "Filter.h"
Filter::Filter(){}
Filter::~Filter(){}
/**
* @brief sg滤波
* @param y 平滑数组
* @param iSize 数组大小
* @return 返回值:表示计算过程中出现的各种错误信息
*/
int Filter::SG_Filter(float *y,int iSize,float*Sgresult)
{
float *fQuality = new float[iSize];
memset(fQuality,0.0,sizeof(float)*iSize);
findNoiceInEVI(y,iSize,0.2,fQuality);
lineInterpol(y,iSize,fQuality);
delete [] fQuality;
//gsl_vector_free(gslQuality);
//第三步:探测时序的长期趋势
//创建滤波系数
int iFilterSize = 2*5+1;
float * fFilter = new float[iFilterSize];
memset(fFilter,0.0,sizeof(float)*iFilterSize);
SG_FilterCreate(5,2,fFilter);
//float * fFilter = new float[iFilterSize];
//for (int i= 0;i<iFilterSize;i++)
// fFilter[i] = gsl_vector_get(sgFilter,i);
//gsl_vector_free(sgFilter);
//根据滤波进行卷积
float *ytr = new float[iSize];
memset(ytr,0.0,sizeof(float)*iSize);
gsl_MyConv(y,iSize,fFilter,iFilterSize,ytr);
delete [] fFilter;
//cout<<"ytr0: "<<endl;
//for (int i = 0;i<ytr->size;i++)
//{
// cout<<gsl_vector_get(ytr,i)<<endl;
//}
//gsl_vector_free(sgFilter);
//第四步:设定各点权重
//设定EVI序列各点的权重
//gsl_vector*gvWeight = gsl_CalWeight(y,ytr);
float * fWeight = new float[iSize];
memset(fWeight,0.0,sizeof(float)*iSize);
gsl_CalWeight(y,iSize,ytr,fWeight);
//对初始结果的三次拟合结果进行判断,如果第一、二次的拟合指数最小,则滤波结束,否则进入滤波循环
//////////////////////////////////////////////////////////////////////////
float * ffittresulet = new float[3];
memset(ffittresulet,0.0,sizeof(float)*3);
//////////////////////////////////////////////////////////////////////////
//第一次拟合
//第五步:产生一条新的EVI序列
float* newy1 = new float[iSize];
memset(newy1,0.0,sizeof(float)*iSize);
gsl_GetMaxValueofVectors(y,iSize,ytr,newy1);
//第六步:用SG滤波处理这条新的NDVI序列
//gsl_vector*sgFilter46 = SG_FilterCreate(4,6);
int iFilter2Size = 2*4+1;
float * fFilter2 = new float[iFilter2Size];
memset(fFilter2,0.0,sizeof(float)*iFilter2Size);
SG_FilterCreate(4,6,fFilter2);
//for(int i = 0 ; i<iFilter2Size;i++)
// fFilter2[i] = gsl_vector_get(sgFilter46,i);
//float *newy1 = new float[iSize];
gsl_MyConv(newy1,iSize,fFilter2,iFilter2Size,ytr);
//gsl_vector_free(sgFilter46);
//cout<<"ytr1: "<<endl;
//for (int i = 0;i<ytr->size;i++)
//{
// cout<<gsl_vector_get(ytr,i)<<endl;
//}
//第七步:计算拟合效果指数
ffittresulet[0]=gsl_CalTotal(ytr,iSize,y,fWeight);
//////////////////////////////////////////////////////////////////////////
//第二次拟合
//第五步,产生一条新的EVI序列
float* newy2 = new float[iSize];
memset(newy2,0.0,sizeof(float)*iSize);
gsl_GetMaxValueofVectors(y,iSize,ytr,newy2);
//第六步:用SG滤波处理这条新的NDVI序列
gsl_MyConv(newy2,iSize,fFilter2,iFilter2Size,ytr);
//cout<<"ytr2: "<<endl;
//for (int i = 0;i<ytr->size;i++)
//{
// cout<<gsl_vector_get(ytr,i)<<endl;
//}
//第七步:计算拟合效果指数
ffittresulet[1]= gsl_CalTotal(ytr,iSize,y,fWeight);
//////////////////////////////////////////////////////////////////////////
//第三次拟合
float * newy3 = new float[iSize];
memset(newy3,0.0,sizeof(float)*iSize);
gsl_GetMaxValueofVectors(y,iSize,ytr,newy3);
gsl_MyConv(newy3,iSize,fFilter2,iFilter2Size,ytr);
//cout<<"ytr3: "<<endl;
//for (int i = 0;i<ytr->size;i++)
//{
// cout<<gsl_vector_get(ytr,i)<<endl;
//}
ffittresulet[2]= gsl_CalTotal(ytr,iSize,y,fWeight);
float minValue = findmin(ffittresulet,3);
int iIndex = 0;
for (int i = 0; i < 3; i++)
{
if (minValue == ffittresulet[i])
iIndex = i;
}
//////////////////////////////////////////////////////////////////////////
//用S-G方法进行循环滤波
float loop_times = 0;
while(loop_times < 5 && iIndex!=1)
{
ffittresulet[0] = ffittresulet[1];
ffittresulet[1] = ffittresulet[2];
//gsl_vector_memcpy(newy1,newy2);
//gsl_vector_memcpy(newy2,newy3);
memoryCopy(newy2,newy1,iSize);
memoryCopy(newy3,newy2,iSize);
gsl_GetMaxValueofVectors(y,iSize,ytr,newy3);
gsl_MyConv(newy3,iSize,fFilter2,iFilter2Size,ytr);
//cout<<"ytr"<<4+loop_times<<": "<<endl;
//for (int i = 0;i<ytr->size;i++)
//{
// cout<<gsl_vector_get(ytr,i)<<endl;
//}
ffittresulet[2]= gsl_CalTotal(ytr,iSize,y,fWeight);
//拟合效果指数f[1]是否最小?
float minValue = findmin(ffittresulet,3);
for (int i = 0; i < 3; i++)
{
if (minValue == ffittresulet[i])
iIndex = i;
}
loop_times++;
}
for (int i =0;i<iSize;i++)
Sgresult[i] = newy2[i];
delete [] ytr;
delete [] newy1;
delete [] newy2;
delete [] newy3;
delete [] fWeight;
delete [] fFilter2;
delete [] ffittresulet;
//gsl_vector_free(ytr);
//gsl_vector_free(sgFilter46);
//gsl_vector_free(newy1);
//gsl_vector_free(newy3);
//gsl_vector_free(gvWeight);
//cout<<"newy2"<<": "<<endl;
//for (int i = 0;i<newy2->size;i++)
//{
// cout<<gsl_vector_get(newy2,i)<<endl;
//}
return 0;
}
/**
* 多项式拟合函数
* 根据 x y 拟合出一个N次多项式。返回多项式的系数。
*/
int Filter::PolyFit(gsl_vector *x, gsl_vector *y, int N,float * a)
{
int i, j;
int M = GSL_MIN(x->size, y->size);
double chisq, xi;
gsl_matrix *XX = gsl_matrix_alloc(M, N + 1);
gsl_vector *c = gsl_vector_alloc(N + 1);
gsl_matrix *cov = gsl_matrix_alloc(N + 1, N + 1);
for(i = 0; i < M; i++)
{
gsl_matrix_set(XX, i, 0, 1.0);
//获取gsl_vector*x的第i个值
xi = gsl_vector_get(x, i);
for(j = 1; j <= N; j++)
{
gsl_matrix_set(XX, i, j, pow(xi, j));
}
}
gsl_multifit_linear_workspace *workspace = gsl_multifit_linear_alloc(M, N + 1);
gsl_multifit_linear(XX, y, c, cov, &chisq, workspace);
gsl_matrix_free(XX);
gsl_matrix_free(cov);
gsl_multifit_linear_free(workspace);
for (int v =0;v<c->size;v++)
a[v] = gsl_vector_get(c,v);
gsl_vector_free(c);
return 0;
}
//
/**
* 计算 Savitzky-Golay 滤波器系数
* SG 滤波器的阶数为 2M+1,多项式的最高次数为 N
*/
int Filter::SG_FilterCreate(int M, int N, float * sg)
{
int i;
//创建2M+1的矩阵,并把元素全部初始化为0
gsl_vector *x = gsl_vector_alloc(2 * M + 1);
gsl_vector *y = gsl_vector_alloc(2 * M + 1);
//设置全是0
gsl_vector_set_zero(y);
//设置y中第M个元素为1
gsl_vector_set(y, M, 1);
for(i= -M; i <= M; i++)
{
gsl_vector_set(x, i + M, i);
}
float * c = new float[N+1];
memset(c,0.0,sizeof(float)*(N+1));
PolyFit(x, y, N,c);
//释放
gsl_vector_free(x);
gsl_vector_free(y);
gsl_vector * b =gsl_vector_alloc(N+1);
for (int j = 0;j<N+1;j++)
gsl_vector_set(b,j,c[j]);
delete [] c;
gsl_vector *fir = gsl_vector_alloc(2 * M + 1);
for(i = -M; i <= M; i++)
{
//gsl_poly_eval 多项式拟合,第一个为数组,第二个为多项式次数,第三个为自变量。c[N]*i^[N]
gsl_vector_set(fir, i + M, gsl_poly_eval(b->data, N + 1, i));
}
gsl_vector_free(b);
for (int j=0;j<fir->size;j++)
sg[j] = gsl_vector_get(fir,j);
gsl_vector_free(fir);
return 0;
}
//采用向两边无限扩展的方式处理边缘
// y = 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10
// k = 1,2,3,4,5
//扩展y:1,1,///1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,///10,10
//fArray,卷积数
//gvKernel.卷积核
//size : 卷积核大小
//fConv:结果存放
int Filter::gsl_MyConv(float*fArray,int iAsize,float*fKerne,int iKsize,float * fConv)
{
int addNum = (iKsize -1)/2;
//creat a new expended y;
//新向量gvNewy大小为: y->size+2*(k->size-1)/2
//gsl_vector *gvNewy = gsl_vector_alloc(size+2*addNum);
float * fNewy = n
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