[發明專利]一種IVMD及能量估計相結合的DSPI相位濾波方法

有效

• 申請號: 201711009315.2
• 申請日: 2017-10-25
• 公開（公告）號: CN107907542B
• 公開（公告）日: 2020-05-29
• 發明（設計）人: 肖啟陽;李健;曾周末
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G01N21/88
• 分類號: G01N21/88;G01N21/45;G01B11/16;G01B11/02;G06T5/00;G06T5/10;G06T5/20
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 李林娟

一種IVMD和能量估計相結合的DSPI相位濾波方法，所述DSPI相位濾波方法包括以下步驟：VMD方法分解過程中需要預先設定分解后的模態數量，為此文中根據相位圖長度和寬度估算分解后的模態分量的個數，利用正交指標選取最佳模態數量；根據最佳模態數量的個數對DSPI相位圖進行變分模態分解，獲得一系列的模態函數分量，即調頻調幅成分；計算調頻調幅成分能量，利用分解后分量的能量估算噪聲分量的能量；分析能量對數值與模態分量個數的曲線變化圖，提取無噪聲分量，獲得濾波后的DSPI相位圖。本發明在散斑相位圖中包含的大量噪聲前提下避免VMD分解過程中模態數量的設定問題，采用IVMD對圖片進行濾波處理，去除噪聲干擾，獲得精確的相位測量信息。

技術領域

本發明涉及激光無損檢測和光學圖像處理領域，尤其涉及一種IVMD(Improvedvariational mode decomposition，改進變分模態分解)及能量估計相結合的DSPI相位濾波方法。

背景技術

近年來，隨著航空航天的發展，各種復合材料獲得廣泛應用。然而，這些復合材料在加工制造和服役過程中由于變形、位移等缺陷導致構件性能顯著下降，減少服役時間。為此，需要對這些復合材料進行檢測及評估，為后續搶修提供方案，保障航空航天設備的健康運行。

研究表明當被相干光照射的物體表面發生形變或者位移時，物面的形變就轉化成像面上散斑的相位變化，這種現象稱為散斑干涉。數字散斑干涉(Digital SpecklePattern Interferometry,DSPI)是一種非接觸式全場測量技術，它可以對復合材料的位移、形變、表面缺陷等進行測量。采集的散斑相位圖由于大量噪聲干擾，導致散斑相位圖信噪比低、相位測量靈敏度低，無法獲得測量物體的精確信息。因此，有必要對散斑相位圖進行處理，提高圖像的信噪比，去除噪聲干擾。

針對DSPI相位降噪，國內外學者提出了很多種降噪方法，它們主要分為空域類和時頻分析類。空域類方法主要有均值濾波法和中值濾波法：均值濾波法在濾除噪聲的同時也破壞了圖像的細節部分，導致處理后的圖像變得模糊，使相位突變的信息丟失；中值濾波方法在降噪的同時可以保留邊緣信息，且方法簡單，易于實現，然而該方法計算時間長，平滑效果較差。

時頻分析降噪法有Gabor變換、小波變換、經驗模態分解等方法。Gabor濾波和小波閾值降噪法都是通過人工設定閾值的方法濾除干擾噪聲，不具有自適應性，無法獲取精確的相位信息；經驗模態分解法存在模態混疊、過包絡、欠包絡等缺點，不能有效的對噪聲進行處理。

發明內容

本發明提供了一種IVMD及能量估計相結合的DSPI相位濾波方法，本發明針對數字散斑相位圖中大量噪聲干擾，采用IVMD對散斑相位圖進行處理，無需參數設置，可以對圖片進行分解，去除噪聲干擾，獲得精確的測量信息，詳見下文描述：

一種IVMD和能量估計相結合的DSPI相位濾波方法，所述DSPI相位濾波方法包括以下步驟：

采集DSPI相位圖，根據相位圖長度和寬度估算分解后的模態分量的個數，利用正交指標提取最佳模態數量；

根據分解后分量的個數對DSPI相位圖進行變分模態分解，獲得一系列的模態函數分量，即調頻調幅成分；

計算調頻調幅成分能量，利用分解后分量的能量估算噪聲分量的能量；

分析能量對數值與模態分量個數的曲線變化圖，提取無噪聲分量，獲得濾波后的DSPI相位圖。

其中，所述根據相位圖長度和寬度估算分解后的模態分量的個數，利用正交指標提取最佳模態數量的步驟具體為：

判斷圖片的長度和寬度，兩者相等的時候，利用長度或寬度可以計算出來模態分量的個數；

兩者不相等的時候，首先根據尺度估算模態數量的范圍，分別計算分解后的正交性，選取正交最小時對應的分量個數，即為最佳模態數量。