위키득계정 ↗
기술

사비츠키 골레이 필터

사비츠키 골레이 필터기술
영문명
Savitzky-Golay filter
핵심 방식
국소 다항식 적합
대표 설정
창 길이와 다항식 차수
추가 용도
도함수 추정
사비츠키 골레이 필터는 움직이는 구간 안의 자료에 낮은 차수의 다항식을 맞추어 평활화하거나 도함수를 추정하는 방법이다. 단순히 구간의 평균을 내는 것과 달리 국소적인 다항식 모양을 이용한다.

국소 적합과 평활화

균등한 간격의 표본을 중심 주변에서 모아 최소제곱으로 다항식을 맞추고, 중심에서의 적합값을 출력하는 구성을 생각할 수 있다. 같은 창과 차수를 유지하는 내부 구간에서는 정해진 계수의 가중 합으로 계산할 수 있다. 평활화는 잡음을 줄이려는 것이지만 모든 이상값을 제거하거나 원래 신호를 정확히 복원하는 절차는 아니다.

이차 곡선의 예제

간격 1인 위치 -2,-1,0,1,2에서 이차 함수 x²의 값은 4,1,0,1,4이다. 다섯 점에 이차 적합을 하는 중심 평활화 계수는 (-3,12,17,12,-3)/35이다. 이를 적용하면 (-12+12+0+12-12)/35=0으로 중심값을 유지한다. 같은 다섯 값의 단순평균은 2다. 이 예제는 국소 곡선의 형태를 활용한다는 차이를 보여 주며 잡음이 있는 모든 신호에서 우수하다는 보장은 아니다.

창과 차수의 선택

다항식 차수는 적합에 쓰는 표본 수보다 작게 정한다. 창을 넓히면 더 긴 범위의 자료가 함께 영향을 주고, 차수를 높이면 더 유연한 곡선을 맞출 수 있다. 설정에 따라 실제의 좁은 봉우리나 빠른 변화가 훼손될 수도 있다. 음의 계수가 포함될 수 있어 결과가 항상 구간 최솟값과 최댓값 사이에 있다고 가정해서는 안 된다.

미분과 가장자리

도함수 추정에서는 표본 사이 간격을 올바르게 사용해야 한다. 간격을 잘못 지정하면 미분값의 배율과 단위가 달라진다. 신호 끝부분은 중심 창을 만들 수 없어 반사, 상수 확장, 가장자리 다항식 적합 같은 별도 처리가 필요하다. 내부에서 다항식이 보존되는 성질을 모든 경계 처리에 그대로 적용하지 말고, 끝부분 결과와 재현성도 함께 확인한다.

관련 문서

최소제곱법 / 이동 평균 / 다항식 / 도함수 / 신호 처리 / 합성곱 / 수치 미분