[發明專利]基于數字散斑的復合材料構件多源噪聲濾除方法

在審

• 申請號: 202211312627.1
• 申請日: 2022-10-25
• 公開（公告）號: CN115482892A
• 公開（公告）日: 2022-12-16
• 發明（設計）人: 肖啟陽;黃澳飛;楊茂林;胡振濤;李軍偉;賈林
• 申請（專利權）人: 河南大學
• 主分類號: G16C60/00
• 分類號: G16C60/00;G06V10/44;G06V10/30;G06F30/20;G06F113/26
• 代理公司: 鄭州優盾知識產權代理有限公司 41125
• 代理人: 張彬

本發明提出了一種基于數字散斑的復合材料構件多源噪聲濾除方法，用于解決采集的數字散斑圖的測量靈敏度低、精度低的技術問題；其步驟為：首先，利用數字散斑光路分別采集一幅物體變形前后的數字散斑圖，利用傅里葉變換提取數字散斑圖的相位信息，獲得復合材料構件缺陷圖；其次，對復合材料構件缺陷圖進行同態變換，將乘性噪聲轉換為加性噪聲；然后利用壓縮感知理論對加性噪聲進行濾波，濾除復合材料構件缺陷圖中的乘性噪聲；最后，采用矩陣奇異值分解算法濾除復合材料構件缺陷圖中的加性噪聲，得到降噪后的構件缺陷圖。本發明利用K?SVD算法去噪能夠很好的恢復原始圖像的細節部分，并去除高斯白噪聲，提高去噪圖像的PSNR值。

技術領域

本發明涉及光學圖像處理技術領域，特別是指一種基于數字散斑的復合材料構件多源噪聲濾除方法。

背景技術

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，這種現象稱為數字散斑。數字散斑技術(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。采集的數字散斑圖(構件缺陷圖)包含大量多源噪聲，這些噪聲既有乘性噪聲、又有加性噪聲，這些多源噪聲導致測量靈敏度低，嚴重影響測量精度，有必要采用合適的方法對構件缺陷圖進行處理，濾除多源噪聲。

發明內容

針對采集的數字散斑圖包含大量多源噪聲，導致測量靈敏度低，嚴重影響測量精度的技術問題，本發明提出了一種基于數字散斑的復合材料構件多源噪聲濾除方法，針對復合材料構件缺陷圖中多源噪聲干擾，利用同態壓縮感知理論濾除乘性噪聲，奇異值分解法去除加性噪聲，實現多源噪聲濾除，獲得降噪后的構件圖。

本發明的技術方案是這樣實現的：

一種基于數字散斑的復合材料構件多源噪聲濾除方法，其步驟如下：

步驟一：利用數字散斑光路分別采集一幅物體變形前后的數字散斑圖，利用傅里葉變換提取數字散斑圖的相位信息，獲得復合材料構件缺陷圖；

步驟二：對復合材料構件缺陷圖進行同態變換，將乘性噪聲轉換為加性噪聲；

步驟三：利用壓縮感知理論對加性噪聲進行濾波，濾除復合材料構件缺陷圖中的乘性噪聲；

步驟四：采用矩陣奇異值分解算法濾除復合材料構件缺陷圖中的加性噪聲，得到降噪后的構件缺陷圖。

步驟一的實現方法為：搭建數字散斑光路，對復合材料構件進行熱加載，在物體變形前后分別采集一幅數字散斑干涉圖；對采集的單幅數字散斑圖進行傅里葉變換，提取變換后的高頻部分，利用反正切計算數字散斑包裹相位圖，得到構件缺陷圖。

所述將乘性噪聲轉換為加性噪聲的方法為：

含噪觀測信號表達式為：

y(t)＝s(t)·e(t)；

式中，y(t)為含噪觀測信號，t表示時間變量，s(t)為真實信號，e(t)為噪聲，且噪聲類型服從N(1，σ²)的高斯分布；

將含噪觀測信號表達式經過對數同態變換得到：

G(t)＝ln(s)+ln(e)；

其中，G(t)表示重構信號，s表示真實信號，e表示噪聲信號。

步驟三的實現方法為：