[发明专利]一种基于改进的变分模态分解的DSPI相位提取方法

说明书

本发明公开了一种基于改进的变分模态分解的DSPI相位提取方法，包括：采集DSPI相位图，根据相位图长度和宽度估算分解后的模态分量的个数，利用正交指标提取最佳模态数量；根据最佳模态数量对DSPI相位图进行变分模态分解，获得一系列的模态函数分量；计算模态函数分量的直方图，利用直方图分析分解后的模态分量是否包含噪声，对含噪分量进行IVMD分解，分别计算二次分解后分量的直方图，根据直方图获得二次分解后的无噪声分量；将二次分解后的无噪声分量和一次分解后的无噪声分量进行重构，获得降噪后散斑图；采用希尔伯特变化法计算变形前后的相位图，对其进行相减得到DSPI相位图，对相位进行解包裹及位移提取。本方法降低噪声干扰，获取精确相位信息。

技术领域

本发明涉及光学图像处理技术领域，尤其涉及一种基于改进的变分模态分解(Improved variational mode decomposition，IVMD)的DSPI相位提取方法。

背景技术

近年来，随着航空航天的发展，各种复合材料获得广泛应用。然而，这些复合材料在加工制造和服役过程中由于变形、位移等缺陷导致构件性能显著下降，减少服役时间。为此，需要对这些复合材料进行检测及评估，为后续抢修提供方案，保障航空航天设备的健康运行。

研究表明当被相干光照射的物体表面发生形变或者位移时，物面的形变就转化成像面上散斑的相位变化，这种现象称为散斑干涉。数字散斑干涉(Digital SpecklePattern Interferometry,DSPI)是一种非接触式全场测量技术，它可以对复合材料的位移、形变、表面缺陷等进行测量。目前国内外散斑相位提取技术主要分为两类：一类是基于单幅散斑图的相位提取技术，即空间载波法，一类是以相移法为代表的基于多幅散斑图的相位提取技术。与采用多幅散斑图的相移法相比，空间载波技术是在某一时刻只采集一幅图像，受环境扰动的影响较小，更适合动态测量。采用合适的信号处理方法对散斑图片进行处理，对提高空间载波相位提取法的测量精度具有重要意义。

发明人在实现本发明的过程中，发现现有技术中至少存在以下缺点和不足：

1、传统的傅立叶变换和小波变换不具有自适应性，不能有效的获得准确相位信息；

2、由于经验模态分解过程中完全基于信号本身特性，无需人为选择基函数，因此获得广泛应用，但该方法也存在一些缺点，如：模态混叠、缺乏理论支撑等，不能有效的提取相位信息。

发明内容

本发明提供了一种基于改进的变分模态分解的DSPI相位提取方法，本发明针对DSPI测量中传统相位提取方法精度低，采用IVMD对变形前后的散斑图进行处理，无需参数设置，可以对图片进行分解，降低噪声干扰，获取精确相位信息，详见下文描述：

一种基于改进的变分模态分解的DSPI相位提取方法，所述方法包括以下步骤：

1)采集DSPI相位图，根据相位图长度和宽度估算分解后的模态分量的个数，利用正交指标提取最佳模态数量；

2)根据最佳模态数量对DSPI相位图进行变分模态分解，获得一系列的模态函数分量；

3)计算模态函数分量的直方图，利用直方图分析分解后的模态分量是否包含噪声，对含噪分量继续进行IVMD分解，分别计算二次分解后分量的直方图，根据直方图获得二次分解后的无噪声分量；

4)将二次分解后的无噪声分量和一次分解后的无噪声分量进行重构，获得降噪后的散斑图；

5)采用希尔伯特变化法计算变形前后的相位图，对其进行相减得到DSPI相位图。

6)对相位图进行解包裹并计算位移值。

上述步骤3)具体为：

计算分解后的模态分量直方图，若分解后的模态分量直方图符合正态则为含噪模态分量，反之则为无噪声分量；