[發(fā)明專利]一種超聲信號(hào)稀疏分解方法及其信號(hào)降噪與缺陷檢測(cè)方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811020455.4
• 申請(qǐng)日: 2018-09-03
• 公開（公告）號(hào): CN109165617A
• 公開（公告）日: 2019-01-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 吳彪;黃永;李惠
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): G06K9/00
• 分類號(hào): G06K9/00;G06K9/46;G06K9/62;G01N29/04;G01N29/07
• 代理公司: 哈爾濱市陽(yáng)光惠遠(yuǎn)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 23211
• 代理人: 田鴻儒

本發(fā)明公開了一種超聲信號(hào)稀疏分解方法及其降噪與缺陷檢測(cè)方法，涉及超聲無(wú)損檢測(cè)領(lǐng)域，步驟一、采用Gabor模型對(duì)超聲信號(hào)進(jìn)行近似擬合，選取Gabor字典參數(shù)集合，組合形成字典矩陣，利用稀疏貝葉斯學(xué)習(xí)算法求解系數(shù)向量在稀疏約束條件下的最優(yōu)近似解。利用原子向量參數(shù)來(lái)排除系數(shù)向量中對(duì)應(yīng)于噪聲的項(xiàng)并通過(guò)設(shè)置能量閾值進(jìn)一步去噪，缺陷的數(shù)量即為系數(shù)向量中非零項(xiàng)的個(gè)數(shù)。本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)低信噪比的、包含復(fù)雜噪聲的超聲無(wú)損檢測(cè)信號(hào)的降噪、缺陷反射信號(hào)的恢復(fù)和缺陷檢測(cè)與定位。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及超聲無(wú)損檢測(cè)領(lǐng)域，一種超聲無(wú)損檢測(cè)信號(hào)稀疏分解方法和降噪與缺陷檢測(cè)方法。

背景技術(shù)

在土木工程領(lǐng)域，超聲無(wú)損檢測(cè)在建筑結(jié)構(gòu)、橋梁、管道等結(jié)構(gòu)損傷檢測(cè)中已經(jīng)有著廣泛的應(yīng)用。借助于超聲無(wú)損檢測(cè)技術(shù)，可以有效檢測(cè)結(jié)構(gòu)中是否存在缺陷或損傷、進(jìn)行缺陷定位并測(cè)量缺陷大小，以便對(duì)結(jié)構(gòu)的安全狀況進(jìn)行及時(shí)評(píng)估。與結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)的整體監(jiān)測(cè)和少量局部監(jiān)測(cè)技術(shù)相比，超聲無(wú)損檢測(cè)技術(shù)可以更好地檢測(cè)結(jié)構(gòu)局部微小損傷，是對(duì)結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)技術(shù)的有益補(bǔ)充。將無(wú)損檢測(cè)技術(shù)與結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)技術(shù)相融合于一體，可以實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)局部損傷至整體損傷的全尺度監(jiān)測(cè)，將有效提高結(jié)構(gòu)安全評(píng)估的準(zhǔn)確性。

土木工程結(jié)構(gòu)復(fù)雜，構(gòu)件材料與服役環(huán)境具備多樣性，導(dǎo)致超聲無(wú)損檢測(cè)信號(hào)非常容易受到噪聲等因素干擾，使得信號(hào)的有效解讀變得異常困難，難以準(zhǔn)確地獲取損傷大小和部位，限制了超聲無(wú)損檢測(cè)技術(shù)在結(jié)構(gòu)檢測(cè)方面的有效性和實(shí)用性。近些年來(lái)，基于信號(hào)稀疏表示概念的數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)已經(jīng)成為超聲信號(hào)處理方面的研究熱點(diǎn)。利用冗余表示和稀疏性作為驅(qū)動(dòng)力的信號(hào)處理方法在過(guò)去的數(shù)年中已經(jīng)在圖像去噪研究的一大焦點(diǎn)。在信號(hào)稀疏表示框架下，信號(hào)在某一過(guò)完備字典下可以直接進(jìn)行稀疏分解。盡管此時(shí)信號(hào)的分解過(guò)程是欠靜定的，過(guò)去的研究顯示這種處理方法在某些應(yīng)用中具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，比如信號(hào)恢復(fù)和數(shù)據(jù)壓縮。一方面，在捕捉數(shù)據(jù)特征方面，信號(hào)稀疏表示方法更具靈活性，對(duì)于特定一種信號(hào)，只需要從過(guò)完備字典中選取較少數(shù)量的原子來(lái)進(jìn)行表征。由于每一個(gè)原子都描述這一種數(shù)據(jù)特征，因此，這樣的表征結(jié)果會(huì)非常緊致。另外，信號(hào)稀疏表示相比常規(guī)方法具有超分辨率特性，同時(shí)還提升了信號(hào)存在微小擾動(dòng)時(shí)表示結(jié)果的穩(wěn)定性。目前，信號(hào)稀疏表示在超聲信號(hào)處理方面已經(jīng)得到較為廣泛的研究，例如超聲無(wú)損檢測(cè)信號(hào)去噪和缺陷反射信號(hào)的恢復(fù)等，顯示出優(yōu)于諸如小波降噪等常規(guī)方法的性能。

而目前的信號(hào)稀疏表示在超聲無(wú)損檢測(cè)信號(hào)處理方面的研究及應(yīng)用，在噪聲特征、字典設(shè)計(jì)和信號(hào)稀疏分解算法方面均存在著若干不足之處，使得信號(hào)稀疏表示的優(yōu)勢(shì)沒有得到充分發(fā)掘，方法的抗噪聲性能也有進(jìn)一步提升的空間。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有信號(hào)稀疏表示在超聲無(wú)損檢測(cè)信號(hào)處理中存在的字典設(shè)計(jì)方法和信號(hào)稀疏分解算法不夠完善等問(wèn)題，進(jìn)而導(dǎo)致超聲信號(hào)分析得到的結(jié)果不夠精確，而提出的一種基于稀疏貝葉斯學(xué)習(xí)(SBL)的信號(hào)稀疏分解、恢復(fù)以及缺陷檢測(cè)方法，適用于接觸式脈沖反射法超聲檢測(cè)。

首先，本發(fā)明提供一種超聲信號(hào)稀疏分解方法，包括以下步驟：

步驟一、采用Gabor模型分別對(duì)超聲換能器發(fā)射的信號(hào)和構(gòu)件底面預(yù)定最大探測(cè)深度處反射脈沖信號(hào)進(jìn)行近似擬合；

步驟二、選取Gabor字典的時(shí)間參數(shù)集合；

步驟三、選取Gabor字典的頻率參數(shù)集合；

步驟四、選取Gabor字典的帶寬參數(shù)集合；

步驟五、基于步驟二-四選取的Gabor模型參數(shù)集合，組合形成字典矩陣并對(duì)原子向量(字典矩陣中的列向量稱為原子向量)，同時(shí)對(duì)原子向量做能量歸一化；

步驟六、利用步驟五處理后的字典矩陣，依據(jù)信號(hào)稀疏表示模型，利用稀疏貝葉斯學(xué)習(xí)算法求解系數(shù)向量在稀疏約束條件下的最優(yōu)近似解。