[發(fā)明專利]基于混沌圖像像素識(shí)別的Duffing系統(tǒng)大周期狀態(tài)檢測(cè)方法及裝置

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010515638.4
• 申請(qǐng)日: 2020-06-09
• 公開（公告）號(hào): CN111881929A
• 公開（公告）日: 2020-11-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊伏洲;何思瑾;梁世遠(yuǎn);沈夢(mèng)琳;彭晶
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 長江大學(xué)
• 主分類號(hào): G06K9/62
• 分類號(hào): G06K9/62;G06T7/11;G06K9/38;G01H17/00
• 代理公司: 武漢河山金堂專利事務(wù)所(普通合伙) 42212
• 代理人: 胡清堂;陳懿

本發(fā)明公開一種基于混沌圖像像素識(shí)別的Duffing系統(tǒng)大周期狀態(tài)檢測(cè)方法及裝置，所述方法包括：構(gòu)建Duffing振子弱信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)模型；選取參數(shù)值，使所述Duffing振子弱信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)處于混沌狀態(tài)到大尺度周期狀態(tài)的臨界狀態(tài)，輸入待測(cè)信號(hào)后，獲取此時(shí)系統(tǒng)的相空間狀態(tài)圖；對(duì)所述相空間狀態(tài)圖進(jìn)行預(yù)處理，去除坐標(biāo)框，通過雙矩形平移判定法獲得完全包裹住相空間狀態(tài)圖的最小矩形框；將最小矩形框進(jìn)行切分，得到左右兩個(gè)部分，統(tǒng)計(jì)左右兩個(gè)部分像素點(diǎn)分布，根據(jù)所述像素點(diǎn)分布判定Duffing系統(tǒng)處于混沌狀態(tài)還是大周期狀態(tài)。本發(fā)明對(duì)混沌圖像的處理，操作方法簡單，且具有更強(qiáng)的實(shí)用性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于隨鉆技術(shù)在弱聲信號(hào)檢測(cè)領(lǐng)域，涉及信號(hào)檢測(cè)、數(shù)字圖像處理。具體涉及一種基于混沌圖像像素識(shí)別的Duffing系統(tǒng)大周期狀態(tài)檢測(cè)方法及裝置。

背景技術(shù)

隨鉆聲波測(cè)量工具的應(yīng)用為超壓檢測(cè)與評(píng)價(jià)提供了重要手段。鉆井過程中,利用井下數(shù)據(jù)采集和傳輸系統(tǒng),將井下所測(cè)得的聲波時(shí)差數(shù)據(jù)發(fā)送至地面, 經(jīng)實(shí)時(shí)處理后,可實(shí)現(xiàn)對(duì)地層的實(shí)時(shí)檢測(cè)與評(píng)價(jià)。與此同時(shí)鉆井噪聲一直是影響隨鉆聲波測(cè)井的一個(gè)重要問題，利用混沌系統(tǒng)的噪聲強(qiáng)免疫性及初值敏感性等主要特點(diǎn)來處理弱聲信號(hào)，其中通過Duffing振子系統(tǒng)對(duì)弱信號(hào)檢測(cè)，是弱聲信號(hào)檢測(cè)技術(shù)的一個(gè)熱點(diǎn)。Duffing振子系統(tǒng)的相態(tài)躍變作為判斷待測(cè)信號(hào)的根據(jù)。首先使系統(tǒng)處入混沌運(yùn)動(dòng)與大尺度周期運(yùn)動(dòng)間的臨界狀態(tài)，加入待測(cè)信號(hào)改變系統(tǒng)總驅(qū)動(dòng)力，系統(tǒng)會(huì)從臨界狀態(tài)過渡到大尺度周期狀態(tài)。判斷混沌系統(tǒng)大尺度周期狀態(tài)的方法有：Lyapunov指數(shù)法、相空間法、時(shí)序圖法等。

Duffing振子系統(tǒng)的Lyapunov指數(shù)代表系統(tǒng)在相空間相鄰軌道間收斂或發(fā)散的平均指數(shù)率，通過Lyapunov指數(shù)的正，負(fù)可識(shí)別混沌運(yùn)動(dòng)，負(fù)的 Lyapunov指數(shù)，對(duì)應(yīng)于系統(tǒng)相空間大周期運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。然而，計(jì)算Lyapunov 指數(shù)的過程復(fù)雜，以wolf算法計(jì)算Lyapunov指數(shù)為例，需重構(gòu)相空間，通過自相關(guān)函數(shù)法求出相空間的時(shí)間延遲τ，再利用G-P算法求出重構(gòu)相空間嵌入維數(shù)m，經(jīng)過多次迭代才可將Lyapunov指數(shù)算出，步驟繁多，計(jì)算量大，在實(shí)際運(yùn)用中并不適合。Duffing振子系統(tǒng)相空間法，即通過Duffing振子系統(tǒng)相空間狀態(tài)仿真結(jié)果來判斷混沌系統(tǒng)狀態(tài)。由于系統(tǒng)在混沌和大尺度周期狀態(tài)時(shí)對(duì)應(yīng)的相空間狀態(tài)圖有明顯差別，可簡潔直觀的分辨出Duffing振子系統(tǒng)的狀態(tài)，但這種判斷方式只是主觀理論卻并無可靠的數(shù)據(jù)理論依據(jù)。在實(shí)際操作中，隨鉆聲波測(cè)量工具測(cè)量到信號(hào)后，將信號(hào)輸入后轉(zhuǎn)化為相空間狀態(tài)圖，再通過人為判斷，這種可取性不高且誤差較大。Duffing振子系統(tǒng)的時(shí)序圖法，是根據(jù)混沌和大尺度周期狀態(tài)時(shí)對(duì)應(yīng)的時(shí)序波形不同，比較即可區(qū)分，但由于混沌臨界狀態(tài)下時(shí)序波形多樣，難以分辨。

以上這些運(yùn)用在實(shí)際測(cè)量中缺少實(shí)用性，故此需要一種運(yùn)算簡單且可通過計(jì)算機(jī)或電路實(shí)現(xiàn)對(duì)Duffing振子系統(tǒng)大周期狀態(tài)自動(dòng)判斷的方法。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服現(xiàn)有的技術(shù)不足，本發(fā)明提供了一種基于混沌圖像像素識(shí)別的 Duffing系統(tǒng)相空間大周期狀態(tài)檢測(cè)的方法，該方法不僅運(yùn)算簡單，還能實(shí)現(xiàn)通過計(jì)算機(jī)或電路實(shí)現(xiàn)對(duì)Duffing振子系統(tǒng)大周期狀態(tài)自動(dòng)判斷，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)微弱信號(hào)檢測(cè)的目的。

本發(fā)明第一方面，提出一種基于混沌圖像像素識(shí)別的Duffing系統(tǒng)大周期狀態(tài)檢測(cè)方法，所述方法包括：

S1、構(gòu)建Duffing振子弱信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)模型；

S2、選取參數(shù)值，使所述Duffing振子弱信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)處于混沌狀態(tài)到大尺度周期狀態(tài)的臨界狀態(tài)，輸入待測(cè)信號(hào)后，獲取此時(shí)系統(tǒng)的相空間狀態(tài)圖；

S3、對(duì)所述相空間狀態(tài)圖進(jìn)行預(yù)處理，去除坐標(biāo)框，通過雙矩形平移判定法獲得完全包裹住相空間狀態(tài)圖的最小矩形框，統(tǒng)計(jì)所述最小矩形框中的像素點(diǎn)總和S，在所述最小矩形框內(nèi)部取其中心點(diǎn)；