[發(fā)明專利]數(shù)字散斑干涉條紋快速濾波系統(tǒng)

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210512902.4
• 申請日: 2012-12-04
• 公開（公告）號: CN103017665A
• 公開（公告）日: 2013-04-03
• 發(fā)明（設計）人: 周義;周生通;李鴻光
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: G01B11/02
• 分類號: G01B11/02;G01N21/88
• 代理公司: 上海漢聲知識產(chǎn)權代理有限公司 31236
• 代理人: 郭國中

技術領域

本發(fā)明涉及激光無損檢測領域，具體地，涉及是一種數(shù)字散斑干涉條紋快速濾波系統(tǒng)。

背景技術

數(shù)字散斑干涉術（Digital?Speckle?Pattern?Interferometry，DSPI），是一種全場、非接觸、實時的測量方法，用來較精準地測量離面位移。與全息術（Holographic?Interferometry，HI）相比，DSPI具有操作簡便、抗干擾能力強等優(yōu)點，然而由于攝像機分辨率不足，DSPI的條紋信號質(zhì)量很差，遠遠不能和HI相提并論。因此，為了提高條紋信號的信噪比，濾波技術成為DSPI發(fā)展中的一個重要課題。以傅里葉變換和小波變換為基礎的現(xiàn)有技術，或處理效果不佳，或自適應性較差，都不能盡如人意。

雖然已提出的隨著噪聲輔助數(shù)據(jù)分析（Noise-assisted?DataAnalysis,NADA）方法的出現(xiàn)，N.E.Huang等人提出了二維集合經(jīng)驗模態(tài)分解（Bi-dimensional?Ensemble?Empirical?Mode?Decomposition,BEEMD），用來解決模式混疊問題。然而，這種集合的概念卻帶來了繁重的計算代價。

為了能夠自適應地減少DSPI條紋信號中的噪聲，M.B.Bernini等人提出了基于二維經(jīng)驗模態(tài)分解（Bi-dimensional?Empirical?Mode?Decomposition,BEMD）的方法能夠自適應地濾波，這種方法雖然取得了重大突破，在一定范圍內(nèi)性能優(yōu)良。但M.B.Bernini的濾波方法，存在一個重大的技術缺陷，即一種時常發(fā)生在BEMD方法中的漏波現(xiàn)象，這種現(xiàn)象的起因在于模式混疊。漏波現(xiàn)象可以解釋為，本來應該屬于一個BIMF內(nèi)的成分，可能會在其他頻帶BIMF中出現(xiàn)，或者一個BIMF分量中出現(xiàn)了不同頻率成分，這使得分解不徹底，不能形成成分單一的BIMF分量，進而影響了濾波效果。Y.?Zhou等提出的基于BEEMD的濾波方法，雖然效果甚佳，但對于計算能力的要求過高，耗時的弊端使DSPI技術不可能做在線診斷、實時偵測。

相比以往的接觸式傳感器測試，雖然DSPI無損檢測技術有著諸多優(yōu)勢，但如果不能提高條紋信號的信噪比，無法突破技術瓶頸，那么該測量技術的應用前景則極為暗淡。

因此本發(fā)明使用BEMD的快速實現(xiàn)方法，即快速二維經(jīng)驗模態(tài)分解（Fast?Bi-dimensional?Empirical?Mode?Decomposition,FBEMD）。結(jié)合集合與快速的特點，就形成了快速二維集合經(jīng)驗模態(tài)分解（Fast?Bi-dimensional?Ensemble?Empirical?Mode?Decomposition,FBEEMD）方法。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術中的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種數(shù)字散斑干涉條紋快速濾波系統(tǒng)，經(jīng)過本發(fā)明的濾波之后，條紋信號的信噪比有了極大的提升，視覺效果良好，而且快速實時。與本發(fā)明相結(jié)合的DSPI無損檢測技術，可以直接投入工程實際，檢測零件是否有損傷存在。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術方案：

一種數(shù)字散斑干涉條紋快速濾波系統(tǒng)，包括：背景光去除模塊、極值削減模塊、信號分解模塊、BIMFs分組模塊、去噪保真模塊和矯正模塊，其中：

背景光去除模塊，負責消除DSPI條紋信號中的直流成分，即背景光，并將一次粗濾波條紋信號傳遞至極值削減模塊處理；

極值消減模塊，負責消除DSPI條紋信號中處于最高頻帶的極值點，并將二次粗濾波條紋信號傳遞至信號分解模塊處理；

信號分解模塊，接收到來自極值削減模塊的處理結(jié)果，借助FBEEMD信號分解方法，將二次粗濾波條紋信號分解成為一系列二維固有模態(tài)函數(shù)（BIMFs），并按頻率從高到低排列，最后傳遞至BIMFs分組模塊處理；

BIMFs分組模塊，接收到來自信號分解模塊的處理結(jié)果，繪制真實信號的BIMF能量曲線，并依據(jù)這個曲線估計對應的純噪聲信號的BIMF能量曲線，找出兩曲線的不同之處，分為噪聲組和信息組，并將處理結(jié)果傳輸?shù)饺ピ氡Ｕ婺K；

去噪保真模塊，接收到來自BIMFs分組模塊的處理結(jié)果，舍棄噪聲組信號，保留信息組信號，并將信息組BIMF分量做加和處理，最后將處理結(jié)果傳輸?shù)匠C正模塊；

矯正模塊，即“過濾波”矯正模塊，接收到來自去噪保真模塊的處理結(jié)果，消除“過濾波”現(xiàn)象。