[發明專利]一種基于改進的變分模態分解的DSPI相位提取方法

有效

• 申請號: 201711330483.1
• 申請日: 2017-12-13
• 公開（公告）號: CN108053379B
• 公開（公告）日: 2021-06-01
• 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: G06T5/00
• 分類號: G06T5/00;G06T5/40
• 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

本發明公開了一種基于改進的變分模態分解的DSPI相位提取方法，包括：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；根據最佳模態數量對DSPI相位圖進行變分模態分解，獲得一系列的模態函數分量；計算模態函數分量的直方圖，利用直方圖分析分解后的模態分量是否包含噪聲，對含噪分量進行IVMD分解，分別計算二次分解后分量的直方圖，根據直方圖獲得二次分解后的無噪聲分量；將二次分解后的無噪聲分量和一次分解后的無噪聲分量進行重構，獲得降噪后散斑圖；采用希爾伯特變化法計算變形前后的相位圖，對其進行相減得到DSPI相位圖，對相位進行解包裹及位移提取。本方法降低噪聲干擾，獲取精確相位信息。

技術領域

本發明涉及光學圖像處理技術領域，尤其涉及一種基于改進的變分模態分解(Improved variational mode decomposition，IVMD)的DSPI相位提取方法。

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。目前國內外散斑相位提取技術主要分為兩類：一類是基于單幅散斑圖的相位提取技術，即空間載波法，一類是以相移法為代表的基于多幅散斑圖的相位提取技術。與采用多幅散斑圖的相移法相比，空間載波技術是在某一時刻只采集一幅圖像，受環境擾動的影響較小，更適合動態測量。采用合適的信號處理方法對散斑圖片進行處理，對提高空間載波相位提取法的測量精度具有重要意義。

發明人在實現本發明的過程中，發現現有技術中至少存在以下缺點和不足：

1、傳統的傅立葉變換和小波變換不具有自適應性，不能有效的獲得準確相位信息；

2、由于經驗模態分解過程中完全基于信號本身特性，無需人為選擇基函數，因此獲得廣泛應用，但該方法也存在一些缺點，如：模態混疊、缺乏理論支撐等，不能有效的提取相位信息。

發明內容

本發明提供了一種基于改進的變分模態分解的DSPI相位提取方法，本發明針對DSPI測量中傳統相位提取方法精度低，采用IVMD對變形前后的散斑圖進行處理，無需參數設置，可以對圖片進行分解，降低噪聲干擾，獲取精確相位信息，詳見下文描述：

一種基于改進的變分模態分解的DSPI相位提取方法，所述方法包括以下步驟：

1)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；

2)根據最佳模態數量對DSPI相位圖進行變分模態分解，獲得一系列的模態函數分量；

3)計算模態函數分量的直方圖，利用直方圖分析分解后的模態分量是否包含噪聲，對含噪分量繼續進行IVMD分解，分別計算二次分解后分量的直方圖，根據直方圖獲得二次分解后的無噪聲分量；

4)將二次分解后的無噪聲分量和一次分解后的無噪聲分量進行重構，獲得降噪后的散斑圖；

5)采用希爾伯特變化法計算變形前后的相位圖，對其進行相減得到DSPI相位圖。

6)對相位圖進行解包裹并計算位移值。

上述步驟3)具體為：

計算分解后的模態分量直方圖，若分解后的模態分量直方圖符合正態則為含噪模態分量，反之則為無噪聲分量；