Filtertechnieken

Filtertechnieken verwijzen naar methoden en algoritmen die bedoeld zijn om ongewenste componenten uit een signaal, dataset of materiaal te verwijderen of te benadrukken. Het doel is ruis te verminderen, de signaal- of informatiekwaliteit te verbeteren en relevante kenmerken beter waarneembaar te maken. Toepassingen lopen uiteen van elektronica en telecommunicatie tot beeldvorming, milieuhygiëne en statistische data-analyse.

In de signaalverwerking worden zowel analoge als digitale filtertechnieken toegepast. Veelvoorkomende filters zijn laagdoorlaat-, hoogdoorlaat-, banddoorlaat- en bandstopfilters. Digitale filters worden onderverdeeld in FIR- (finite impulse response) en IIR- (infinite impulse response) types; FIR-filters hebben doorgaans een lineaire fase, IIR-filters kunnen minder rekentijd vereisen maar kunnen stabiliteits- en faseproblemen opleveren. Naast lineaire filters bestaan niet-lineaire methoden zoals mediane filters en adaptieve filters zoals Kalman- en particle filters voor ruisonderdrukking en toestandsschatting in tijdsafhankelijke systemen.

In beeld- en videobewerking worden filteringstechnieken toegepast voor smoothing en ruisreductie, vaak met behoud van randen (edge-preserving filters) via methoden zoals anisotropische diffusie of bilaterale filtering. In statistiek en data-analyse maken methoden als moving average, median-filter en Savitzky–Golay-filter gegevens glad, terwijl Wiener- en andere spectrale filters gericht zijn op ruisreductie op basis van modellering van signaal- en ruisverdeling. Voor dynamische systemen worden Kalman-, Extended Kalman- en Particle Filters gebruikt om de toestand van een systeem te schatten op basis van metingen.

De keuze voor een filter hangt af van het doel, de aard van de ruis en real-time vereisten. Belangrijke overwegingen zijn de frequentierespons, de benodigde vertraging, stabiliteit en de rekentijd. Uitdagingen zijn onder meer vervorming of artefacten, niet-stationaire signalen, en onnauwkeurige ruismodellen. Historisch ontstonden analoge RC-filters lang geleden; digitale filtering werd wijdverbreid met de opkomst van computerverwerking in de 20e eeuw.