一种将分布式光纤振动信号图像化的特征增强和信号处理方法技术

本发明专利技术公开了一种将分布式光纤振动信号图像化的特征增强和信号处理方法，包括以下步骤：S1、前端光纤振动信号收集；S2、数据采集；S3、数据传输；S4、数据堆叠和插值；S5、二维数据图像加强；S6、识别区域进行特征表示和描述。本发明专利技术提供的一种将分布式光纤振动信号图像化的特征增强和信号处理方法，通过将分布式光纤振动信号转换为单位时间的二维图像信号，更便于信号，通过二维图像识别的方式处理信号，将信号的特征进行加强，将信号的特征通过傅里叶描述子进行提取。适合广泛推广。

Feature enhancement and signal processing method for image distribution of fiber optic vibration signals

The invention discloses a distributed optical fiber image feature of vibration signal enhancement and signal processing method, which comprises the following steps: S1, front end of optical fiber vibration signal collection; S2, S3, data acquisition; data transmission; S4, data stacking and interpolation; S5, two-dimensional image data, identifying regions are strengthened; S6 feature representation and description. A distributed optical fiber vibration signal of the image of the present invention features enhancement and signal processing method, by converting the distributed optical fiber vibration signal into two-dimensional image signal per unit time, more convenient to signal through the two-dimensional image recognition method of signal processing, the signal was strengthened, the signal feature extraction by Fu Liye descriptor. Suitable for widespread promotion.

【技术实现步骤摘要】
一种将分布式光纤振动信号图像化的特征增强和信号处理方法
本专利技术涉及分布式光纤领域，尤其涉及一种将分布式光纤振动信号图像化的特征增强和信号处理方法。
技术介绍
分布式光纤传感系统原理是同时利用光纤作为传感敏感元件和传输信号介质，采用先进的OTDR技术，探测出沿着光纤不同位置的温度和应变的变化，实现真正分布式的测量。提出的基于OTDR的瑞利散射系统的分布式光纤传感器经历了基于OTDR的喇曼散射系统和基于OTDR的布里渊散射系统，测温精度和范围大幅提高。OFDR是在20世纪90年代提出的，随着喇曼散射和布里渊散射以及强散射研究的深入，OFDR与其集成日益显示出其在测量精度、测量范围和测量速度方面的优越性。除了基于OTDR的喇曼散射型温度传感器外，其他几种分布式温度光纤传感器离工业实用化还有很长的一段距离，所以基于OTDR和OFDR的分布式温度光纤传感器仍将是研究的热点，尤其是基于OFDR的新型分布式光纤传感器将是一个重要的发展方向，分布式光纤应用领域：电力行业、电力电缆的表面温度检测监控、事故点定位、电缆隧道、夹层的火情监测发电厂和变电站的加的温度监测、故障点的检测和火灾报警水利土木建筑行业大坝、河堤的渗漏，桥梁及其他混凝土结构裂变的监测大坝、河堤、桥梁的混凝土凝固与养护温度与应变监测大型民用工程的结构健康监测公路、地铁隧道行业、隧道、地铁、公路的火灾监测和报警、石油天然气行业石油、天然气输送管线或储罐泄漏监测、油库、油管、油罐的温度监测及故障点的检测分布光纤温度传感系统通过光纤对远处的一个空间各个点的温度进行实时测量，主要应用于油库、煤矿、军火库、地下商场、隧道、大中型变压器和电缆沟等的测温，并可通过监测温度变化达到温度报警。与传统测温方法比较，分布光纤温度传感系统可以在易燃、易爆的环境下同时测量几万个点，并可对每个温度测量点进行准确定位。在分布式光纤振动信号图像化处理的领域，并没有具体的特征增强和信号处理的方式，而且现有的二维图像信号处理方式不便。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种将分布式光纤振动信号图像化的特征增强和信号处理方法及其制备方法。为了实现上述目的，本专利技术采用了如下技术方案：一种将分布式光纤振动信号图像化的特征增强和信号处理方法，该方法包括以下步骤：S1、前端光纤振动信号收集，通过光发射模块发射脉冲信号进入传感光纤，以瑞利后向散射信号作为载波信号，再利用光时域反射技术和干涉技术接受到的信号；S2、数据采集，以FPGA作为主控制器，USB作为传输接口，硬件分为信号调理部分、信号采集部份、FPGA部分、USB信号传输部分以及电源模块、数字IO模块和预留扩展口；S3、数据传输，FPGA作为数据采集系统的主控制器，得到上位机的指令，FGPA根据指令使数据采集系统处于正确的工作状态，并将信息和数据反馈给上位机；S4、数据堆叠和插值，将一维数据按需要堆积成二行或多行，根据采集时间进行插值，产生二维信号；S5、二维数据图像加强，通过形态学处理方法进行图像加强，包括图像膨胀，孔洞填充，区域分割；S6、识别区域进行特征表示和描述，通过提取图像骨骼，提取图像的傅里叶描述子，并通过傅里叶描述子进行振动信号的识别。优选的，步骤S1中脉冲信号具有频带宽和频率高的特点，频率范围在20Hz-10MHz，需要高速数据采集卡进行采集。优选的，步骤S2中信号调理、信号采集和信号缓存都有两路独立的通道，FPGA是现场可编程门阵列，它是在PAL、GAL、CPLD等可编程器件的基础上进一步发展的产物，它是作为专用集成电路领域中的一种半定制电路而出现的，既解决了定制电路的不足，又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。优选的，步骤S2中信号采集的参数有采样频率、采样长度、触发方式和触发电平，参数通过地址线译码，数据线复用的方式传至FGPA，采用锁存功能模块保存参数。优选的，步骤S3中上位机传达给FGPA的命令以及FGPA传送给上位机的数据都是通过USB来完成的，上位机是整个采集系统的指令源头和归宿，它控制了采集系统的工作参数和工作状态并最后接收采集数据。优选的，步骤S5中图像膨胀是以得到B的相对与它自身原点的映像并且由Z对映像进行移位为基础的，A被B膨胀是所有位移Z的集合，这样，和A至少有一个元素是重叠的，孔洞填充是采用Matlab软件中的imfill用于二值图像孔洞填充，来用于填充图像区域和空洞，区域分割是指将待分析的数据进行区域划分，将其中感兴趣的数据片段提取出来做进一步处理，而将其它的数据抛弃，区域分割的主要目的，是减少后续处理的数据量。优选的，步骤S6中提取图像骨骼是是采用读取图像文件，再用graythreash函数计算阈值计算，利用im2bw函数将原图像变为二值图像，调用bwmorph函数去除物体的边界像素，其余像素组成的图像骨架并显示出来，完成图像骨骼的提取，提取图像的傅里叶描述子是利用基于曲线多边形近似的连续傅里叶变换方法计算出傅里叶描述子，并通过形状的主方向消除边界起始点相位影响。本专利技术提供的一种将分布式光纤振动信号图像化的特征增强和信号处理方法，通过将分布式光纤振动信号转换为单位时间的二维图像信号，更便于信号，通过二维图像识别的方式处理信号，将信号的特征进行加强，将信号的特征通过傅里叶描述子进行提取。适合广泛推广。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。一种将分布式光纤振动信号图像化的特征增强和信号处理方法，该方法包括以下步骤：S1、前端光纤振动信号收集，通过光发射模块发射脉冲信号进入传感光纤，以瑞利后向散射信号作为载波信号，再利用光时域反射技术和干涉技术接受到的信号；S2、数据采集，以FPGA作为主控制器，USB作为传输接口，硬件分为信号调理部分、信号采集部份、FPGA部分、USB信号传输部分以及电源模块、数字IO模块和预留扩展口；S3、数据传输，FPGA作为数据采集系统的主控制器，得到上位机的指令，FGPA根据指令使数据采集系统处于正确的工作状态，并将信息和数据反馈给上位机；S4、数据堆叠和插值，将一维数据按需要堆积成二行或多行，根据采集时间进行插值，产生二维信号；S5、二维数据图像加强，通过形态学处理方法进行图像加强，包括图像膨胀，孔洞填充，区域分割；S6、识别区域进行特征表示和描述，通过提取图像骨骼，提取图像的傅里叶描述子，并通过傅里叶描述子进行振动信号的识别。所述步骤S1中脉冲信号具有频带宽和频率高的特点，频率范围在20Hz-10MHz，需要高速数据采集卡进行采集。所述步骤S2中信号调理、信号采集和信号缓存都有两路独立的通道，FPGA是现场可编程门阵列，它是在PAL、GAL、CPLD等可编程器件的基础上进一步发展的产物，它是作为专用集成电路领域中的一种半定制电路而出现的，既解决了定制电路的不足，又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。所述步骤S2中信号采集的参数有采样频率、采样长度、触发方式和触发电平，参数通过地址线译码，数据线复用的方式传至FGPA，采用锁存功能模块保存参数。所述步骤S3中上位机传达给FGPA的命令以及本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种将分布式光纤振动信号图像化的特征增强和信号处理方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：S1、前端光纤振动信号收集，通过光发射模块发射脉冲信号进入传感光纤，以瑞利后向散射信号作为载波信号，再利用光时域反射技术和干涉技术接受到的信号；S2、数据采集，以FPGA作为主控制器，USB作为传输接口，硬件分为信号调理部分、信号采集部份、FPGA部分、USB信号传输部分以及电源模块、数字IO模块和预留扩展口；S3、数据传输，FPGA作为数据采集系统的主控制器，得到上位机的指令，FGPA根据指令使数据采集系统处于正确的工作状态，并将信息和数据反馈给上位机；S4、数据堆叠和插值，将一维数据按需要堆积成二行或多行，根据采集时间进行插值，产生二维信号；S5、二维数据图像加强，通过形态学处理方法进行图像加强，包括图像膨胀，孔洞填充，区域分割；S6、识别区域进行特征表示和描述，通过提取图像骨骼，提取图像的傅里叶描述子，并通过傅里叶描述子进行振动信号的识别。

【技术特征摘要】
1.一种将分布式光纤振动信号图像化的特征增强和信号处理方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：S1、前端光纤振动信号收集，通过光发射模块发射脉冲信号进入传感光纤，以瑞利后向散射信号作为载波信号，再利用光时域反射技术和干涉技术接受到的信号；S2、数据采集，以FPGA作为主控制器，USB作为传输接口，硬件分为信号调理部分、信号采集部份、FPGA部分、USB信号传输部分以及电源模块、数字IO模块和预留扩展口；S3、数据传输，FPGA作为数据采集系统的主控制器，得到上位机的指令，FGPA根据指令使数据采集系统处于正确的工作状态，并将信息和数据反馈给上位机；S4、数据堆叠和插值，将一维数据按需要堆积成二行或多行，根据采集时间进行插值，产生二维信号；S5、二维数据图像加强，通过形态学处理方法进行图像加强，包括图像膨胀，孔洞填充，区域分割；S6、识别区域进行特征表示和描述，通过提取图像骨骼，提取图像的傅里叶描述子，并通过傅里叶描述子进行振动信号的识别。2.根据权利要求1所述的一种将分布式光纤振动信号图像化的特征增强和信号处理方法，其特征在于：步骤S1中脉冲信号具有频带宽和频率高的特点，频率范围在20Hz-10MHz，需要高速数据采集卡进行采集。3.根据权利要求1所述的一种将分布式光纤振动信号图像化的特征增强和信号处理方法，其特征在于：步骤S2中信号调理、信号采集和信号缓存都有两路独立的通道，FPGA是现场可编程门阵列，它是在PAL、GAL、CPLD等可编程器件的基础上进一步发展的产物，它是作为专用集成电路领域中的一种半定制电路而出现的，既解决了定制电路的不足，又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。4.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈柏，杨建成，张承涛，陈宇，陈嘉琳，
申请(专利权)人：无锡亚天光电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32