一種壓敏漆測量圖像去噪方法
【專利摘要】一種壓敏漆測量圖像去噪方法，屬于全域光學(xué)表面壓力測試技術(shù)領(lǐng)域，所述方法是通過對壓力場進(jìn)行連續(xù)多幀測量，得到一組壓敏漆測量圖像序列，接著通過主成分分析法提取測量圖像序列低維主成分空間，然后將時刻t的壓敏漆測量圖像向該低維主成分空間投影并重構(gòu)，得到時刻t的瞬態(tài)壓敏漆測量圖像去噪結(jié)果；依次處理所有時刻的測量圖像，得到每個時刻瞬態(tài)壓力場壓敏漆測量圖像去噪結(jié)果；本方法信噪比更高，且不會產(chǎn)生多幀圖像均值濾波中的圖像模糊問題，為采用壓敏漆測量技術(shù)進(jìn)行高精確瞬態(tài)壓力場測量提供技術(shù)支撐。
【專利說明】
一種壓敏漆測量圖像去噪方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于全域光學(xué)表面壓力測試技術(shù)，主要涉及一種壓敏漆測量圖像去噪方 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 壓力敏感涂料測壓方法是一種新型的全域光學(xué)表面壓力測量技術(shù)。自20世紀(jì)提出 以來，以其巨大的發(fā)展?jié)摿图夹g(shù)優(yōu)勢，受到了世界航空航天和空氣動力學(xué)領(lǐng)域的廣泛關(guān) 注和深入研究，目前已發(fā)展成為世界各國大型風(fēng)洞重要的試驗技術(shù)。
[0003] 壓敏涂料以氧-光致發(fā)光原理為基礎(chǔ)，在受到一定波長光源照射時，涂層中的探針 分子會受到激發(fā)，進(jìn)入電子激發(fā)態(tài)，并通過發(fā)射波長更長的光來耗散所吸收的能量，同時， 激發(fā)態(tài)的探針分子與空氣中滲透進(jìn)入涂層并在其中擴(kuò)散的氧分子相碰撞，轉(zhuǎn)移所吸收的能 量，回到基態(tài)。上述過程被稱為Stern-Volmer過程，描述這一過程的關(guān)系式為Stern-Volmer 關(guān)系式，它建立了表面壓力與涂料發(fā)光強(qiáng)度之間的函數(shù)關(guān)系。工程應(yīng)用中，Stern-Volmer關(guān) 系式常用形式為：
[0005] 其中，其中p為空氣壓力；i為相應(yīng)壓力下的光敏分子發(fā)射出的光強(qiáng);A，B為stern-Volmer系數(shù);下標(biāo)ref代表參考狀態(tài)。其中，A，B通過標(biāo)定得到，在p rrf、已知的情況下，通 過當(dāng)前測量圖像中的光強(qiáng)i，即可得到當(dāng)前狀態(tài)的壓力值P。
[0006] 根據(jù)Stern-Volmer關(guān)系式，為得到高精度壓力測量結(jié)果，需保證測量圖像具有較 高的信噪比。實際的壓敏漆測量圖像中含有大量的噪聲，包括壓敏涂料對壓力場的響應(yīng)噪 聲、光子成像噪聲、圖像傳感器電路噪聲等。目前，為消除這些噪聲干擾，李國帥等采用中值 濾波、高斯濾波進(jìn)行單幀壓敏漆測量圖像去噪，采用均值濾波進(jìn)行同一壓力場多幀壓敏漆 測量圖像去噪。這些方法對提高壓敏漆測量圖像信噪比具有一定意義，尤其是多幀圖像均 值濾波方法，可得到較高信噪比測量圖像。近期，隨著空氣動力學(xué)技術(shù)的發(fā)展，采用壓敏漆 測量技術(shù)進(jìn)行瞬態(tài)壓力場測量的需求日益旺盛。諸如采用壓敏漆測量技術(shù)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)葉片瞬 態(tài)壓力場測量等。但是在常規(guī)的空氣動力學(xué)試驗中，獲得瞬態(tài)壓力場數(shù)據(jù)，對觀測和研究壓 力場的變化也具有積極意義。但是，現(xiàn)有的多幀均值濾波法，對變化中的壓力場測量數(shù)據(jù)進(jìn) 行時間積分后求平均，會使測量圖像產(chǎn)生模糊，而無法得到瞬態(tài)壓力場測量結(jié)果;而現(xiàn)有的 單幀中值濾波、高斯濾波方法得到的圖像信噪比又較低，難以滿足應(yīng)用需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的目的就是針對上述現(xiàn)有技術(shù)中壓敏測量圖像信噪比較低的問題，提供一 種新的壓敏漆測量圖像去噪方法，達(dá)到得到更高信噪比，提高瞬態(tài)壓力場測量精度的目的。 本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的：所述方法采用主成分學(xué)習(xí)方法進(jìn)行壓敏漆測量圖像重建，具 體操作步驟如下：
[0008] 第一步:獲取測量數(shù)據(jù)
[0009] 對某一壓力場，按時間順序連續(xù)拍攝η幀大小為w*h的壓敏漆測量圖像{Ih ...， U，拍攝的壓敏漆測量圖像數(shù)量在50幀以上；
[0010]第二步:學(xué)習(xí)低維主成分空間
[0011]將{Ii，. . .，In}中每一幀壓敏漆測量圖像Ij按z字型掃描拉成一個m = w*h維向量 vj，即得至Un個m維向量V= [vi，. . .，vn]，計算V的均值M=E(V)及協(xié)方差矩陣C = cov(V)，采用 主成分分析法從協(xié)方差矩陣C中提取前k個主成分構(gòu)成低維主成份空間S;
[0012]第三步:基于低維主成分空間進(jìn)行壓敏漆測量圖像去噪
[0013 ]將第j時刻的測量圖像I j的向量Vj減去均值Μ得到去中心后向量Xj = Vj-M，將Xj向低 維主成份空間S投影得到重構(gòu)系數(shù)w = STXj，并重構(gòu)出然后加上均值μ得到 將向量重新排列成圖像\，?;即為第j時刻的測量圖像l的去噪后圖像，按 上述方法，依次處理每幀圖像，得到去噪后結(jié)果{iP..J"},在中包含了所有時刻壓 敏漆測量圖像信息。
[0014] 在拍攝連續(xù)拍攝η幀圖像過程中，當(dāng)測量對象存在位移時，則采用壓敏漆測量圖像 修正與配準(zhǔn)方法，先對壓敏漆測量圖像進(jìn)行修正和配準(zhǔn)后，再進(jìn)行低維主成分空間學(xué)習(xí)和 圖像去噪。
[0015] 本發(fā)明的有益效果是采用對壓力場進(jìn)行多幀連續(xù)測量，以主成分分析法提取這些 測量圖像的主成分，以提取測量圖像中的有用信號，消除測量圖像隨機(jī)噪聲干擾，并通過主 成分空間重構(gòu)，可以得到任意時刻的瞬態(tài)壓力場測量圖像去噪結(jié)果。與現(xiàn)有多幀均值濾波 去噪方法相比，本發(fā)明方法得到的去噪結(jié)果，不是壓力場測量信號的時間積分后平均結(jié)果， 而是當(dāng)前測量狀態(tài)在主成分空間中的一個投影，因此，不產(chǎn)生測量圖像模糊問題，能夠得到 瞬態(tài)測量結(jié)果。此外，與單幀中值濾波、高斯濾波相比，本發(fā)明方法可得到更高信噪比，提高 瞬態(tài)壓力場測量精度。
【附圖說明】
[0016] 圖1仿真測試結(jié)果示意圖
[0017] 圖中：1.采用高斯函數(shù)生成的圓盤形壓力場分布觀測圖像序列，三幅從左至右，代 表壓力場的變化趨勢，2.某一時刻的壓力場分布觀測圖像，3.在2基礎(chǔ)上添加泊松、高斯噪 聲的污染圖像，4.本發(fā)明算法去噪結(jié)果，5.中值濾波去噪結(jié)果，6.多幀均值濾波去噪結(jié)果
【具體實施方式】
[0018] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明創(chuàng)造的實施方式進(jìn)行詳細(xì)描述:一種壓敏漆測量圖像去噪 方法，其特征是:所述方法采用主成分學(xué)習(xí)方法進(jìn)行壓敏漆測量圖像重建，具體操作步驟如 下：
[0019]第一步:獲取測量數(shù)據(jù)
[0020] 對某一壓力場，按時間順序連續(xù)拍攝η幀大小為w*h的壓敏漆測量圖像{Ii，...， In}，拍攝的壓敏漆測量圖像數(shù)量在50幀以上；
[0021] 第二步:學(xué)習(xí)低維主成分空間
[0022]將{Ii，. . .，In}中每一幀壓敏漆測量圖像Ij按Z字型掃描拉成一個m = w*h維向量 vj，即得至Un個m維向量V= [vi，. . .，vn]，計算V的均值M=E(V)及協(xié)方差矩陣C = cov(V)，采用 主成分分析法從協(xié)方差矩陣C中提取前k個主成分構(gòu)成低維主成份空間S;
[0023]第三步:基于低維主成分空間進(jìn)行壓敏漆測量圖像去噪
[0024]將第j時刻的測量圖像I j的向量vj減去均值Μ得到去中心后向量Xj = Vj-M，將Xj向低 維主成份空間S投影得到重構(gòu)系數(shù)w = STXj，并重構(gòu)出，然后加上均值Μ得到 七·=\+Μ，將向量七重新排列成圖像? ;，?;即為第j時刻的測量圖像L的去噪后圖像，按 上述方法，依次處理每幀圖像，得到去噪后結(jié)果漢，...上}，在戊，...上}中包含了所有時刻壓 敏漆測量圖像信息。
[0025] 在拍攝連續(xù)拍攝η幀圖像過程中，當(dāng)測量對象存在位移時，則采用壓敏漆測量圖像 修正與配準(zhǔn)方法，先對壓敏漆測量圖像進(jìn)行修正和配準(zhǔn)后，再進(jìn)行低維主成分空間學(xué)習(xí)和 圖像去噪。
[0026] 在上述測量過程中，假定被測對象是固定的，即連續(xù)拍攝的η幀壓敏漆測量圖像是 對齊的。在實際應(yīng)用中，可能存在被測對象振動而發(fā)生位移的情況。為此，可以采用壓敏漆 測量圖像修正與配準(zhǔn)方法，先對壓敏漆測量圖像進(jìn)行修正和配準(zhǔn)后，再進(jìn)行低維主成分空 間學(xué)習(xí)和圖像去噪。
[0027] 圖1給出了一個仿真測試結(jié)果，從仿真測試結(jié)果可以看出相同比中值濾波、多幀均 值濾波，本發(fā)明提出的方法能更有效地從當(dāng)前觀察圖像中恢復(fù)出測量對象表面壓力場分布 圖像。
【主權(quán)項】
1. 一種壓敏漆測量圖像去噪方法，其特征是:所述方法采用主成分學(xué)習(xí)方法進(jìn)行壓敏 漆測量圖像重建，具體操作步驟如下： 第一步:獲取測量數(shù)據(jù) 對某一壓力場，按時間順序連續(xù)拍攝η幀大小為w*h的壓敏漆測量圖像{Ih ...，In}，拍 攝的壓敏漆測量圖像數(shù)量在50幀以上； 第二步:學(xué)習(xí)低維主成分空間 將{L·，. . ·，In}中每一幀壓敏漆測量圖像Ij按Z字型掃描拉成一個m=w*h維向量Vj，即得 至Ijn個m維向量V= [vi，. . .，vn]，計算V的均值M=E(V)及協(xié)方差矩陣C = cov(V)，采用主成分 分析法從協(xié)方差矩陣C中提取前k個主成分構(gòu)成低維主成份空間S; 第三步:基于低維主成分空間進(jìn)行壓敏漆測量圖像去噪 將第j時刻的測量圖像I j的向量vj減去均值Μ得到去中心后向量xj = vj-M，將xj向低維主 成份空間S投影得到重構(gòu)系數(shù)aj = STXj，并重構(gòu)出^ =Sa;，然后加上均值μ得到七=i;+M， 將向量'^重新排列成圖像?; , 即為第j時刻的測量圖像L的去噪后圖像，按上述方法，依 次處理每幀圖像，得到去噪后結(jié)果{?Ρ·.·Λ}，在汰，...上}中包含了所有時刻壓敏漆測量圖像 信息。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種壓敏漆測量圖像去噪方法，其特征在于:在拍攝連續(xù)拍攝 η幀圖像過程中，當(dāng)測量對象存在位移時，則采用壓敏漆測量圖像修正與配準(zhǔn)方法，先對壓 敏漆測量圖像進(jìn)行修正和配準(zhǔn)后，再進(jìn)行低維主成分空間學(xué)習(xí)和圖像去噪。
【文檔編號】G06T5/00GK105869124SQ201610153141
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年3月11日
【發(fā)明人】王斌, 易賢, 周志宏
【申請人】空氣動力學(xué)國家重點實驗室