專利名稱：一種信號時頻特征圖像生成方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及信號處理技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種信號時頻特征圖像生成方法及裝置。
背景技術(shù)：
時頻聯(lián)合域分析(Joint Time-Frequency Analysis, JTFA)簡稱時頻分析。時頻分析是分析時變非平穩(wěn)信號的有力工具。時頻分析方法提供了時間域與頻率域的聯(lián)合分布信息，能夠描述信號頻率隨時間變化的關(guān)系。通過時頻分析方法生成的圖像叫做信號時頻特征圖像。 現(xiàn)有技術(shù)中的信號時頻特征圖像生成方法有兩種一種是加窗的時頻變換方法，另一種是雙線性(科恩類)時頻分布。加窗的時頻變換方法的主要原理是在傅里葉變換之前乘上一個時間有限的窗函數(shù)，通過窗在時間軸上的移動從而逐段分析信號。此類方法的缺點(diǎn)是生成的信號時頻特征圖像的時頻分辨率較差。雙線性時頻分布，其原型是Wigner-Ville分布(WVD)。與加窗的時頻變化相比，雙線性時頻分布具有較高的時頻分辨率，但是由于其內(nèi)在的雙線性結(jié)構(gòu)，會不可避免的引入交叉項(xiàng)，導(dǎo)致生成的信號時頻特征圖像中存在虛假特征。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種信號時頻特征圖像生成方法及裝置，使用該方法或裝置生成的信號時頻特征圖像具有較高的時頻分辨率，并且能夠消除生成圖像時引入的交叉項(xiàng)。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了如下方案一種信號時頻特征圖像生成方法，包括獲取時域波形信號；對所述時域波形信號分別進(jìn)行Wigner-Ville分布變換(WVD)和小波變換(WT)，得到兩個時頻矩陣；對所述兩個時頻矩陣中的每個時頻值進(jìn)行歸一化處理；將歸一化處理后的兩個時頻矩陣融合成一個時頻矩陣；對融合后的時頻矩陣進(jìn)行反歸一化處理；根據(jù)反歸一化處理后的時頻矩陣，生成信號時頻特征圖像。優(yōu)選的，對所述兩個時頻矩陣中的每個時頻值進(jìn)行歸一化處理之前，還包括分別對所述兩個時頻矩陣進(jìn)行均值濾波。優(yōu)選的，對所述兩個時頻矩陣中的每個時頻值進(jìn)行歸一化處理，包括
TFR(t f)-TFR根據(jù)公式^^H)= τπ τπ mm，對所述兩個時頻矩陣中的每個時頻值進(jìn)行歸一化處理；其中，TFR(t，f)表示任一時頻矩陣中的時頻值，TFRmax表示相應(yīng)時頻矩陣的最大時頻值，TFRmin表示相應(yīng)時頻矩陣的最小時頻值，TFRi (t，f)表示歸一化后的結(jié)果。優(yōu)選的，將歸一化處理后的兩個時頻矩陣融合成一個時頻矩陣，包括根據(jù)公式z = min(min(x,y) X (x+y), I),對兩個時頻矩陣相同位置處的時頻值進(jìn)行融合處理，得到融合后的時頻矩陣；其中，x、y分別表示歸一化處理后的兩個時頻矩陣中相同位置處的時頻值，z表示融合后的時頻值。優(yōu)選的，對融合后的時頻矩陣進(jìn)行反歸一化處理，包括根據(jù)公式FTFR = ZXmax{TFRWD}，對融合后的時頻矩陣進(jìn)行反歸一化處理； 其中，Z表示融合后的時頻矩陣，max{TFRwd}表示對所述時域波形信號進(jìn)行Wigner-Ville分布變換得到的時頻矩陣的最大值，F(xiàn)TFR表示反歸一化處理得到的時頻矩陣。優(yōu)選的，對融合后的時頻矩陣進(jìn)行反歸一化處理，包括根據(jù)公式FTFR = ZXmax{TFRWT}，對融合后的時頻矩陣進(jìn)行反歸一化處理；其中，Z表示融合后的時頻矩陣，max {TFRffT}表示對所述時域波形信號進(jìn)行小波變換得到的時頻矩陣的最大值，F(xiàn)TFR表示反歸一化處理得到的時頻矩陣。一種信號時頻特征圖像生成裝置，包括信號獲取單元，用于獲取時域波形信號；預(yù)處理單元,用于對所述時域波形信號分別進(jìn)行Wigner-Ville分布(WVD)和小波變換(WT)，得到兩個時頻矩陣；歸一化處理單元，用于對所述兩個時頻矩陣中的每個時頻值進(jìn)行歸一化處理；融合處理單元，用于將歸一化處理后的兩個時頻矩陣融合成一個時頻矩陣；反歸一化處理單元，用于對融合后的時頻矩陣進(jìn)行反歸一化處理；圖像生成單元，用于根據(jù)反歸一化處理后的時頻矩陣，生成信號時頻特征圖像。優(yōu)選的，還包括均值濾波單元，用于分別對所述兩個時頻矩陣進(jìn)行均值濾波。本發(fā)明公開的信號時頻特征圖像生成方法及裝置,通過對Wigner-Ville分布變換(WVD)和小波變換(WT)得到的兩個時頻矩陣進(jìn)行歸一化處理；將歸一化處理后的兩個時頻矩陣融合成一個時頻矩陣；對融合后的時頻矩陣進(jìn)行反歸一化處理；根據(jù)反歸一化處理后的時頻矩陣生成的信號時頻特征圖像，具有較高的時頻分辨率，并且能夠消除生成圖像時引入的交叉項(xiàng)。


為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。圖I為本發(fā)明實(shí)施例所述信號時頻特征圖像生成方法流程圖2為本發(fā)明所述融合后的時頻矩陣示意圖；圖3為本發(fā)明所述信號時頻特征圖像生成裝置結(jié)構(gòu)圖；圖4為實(shí)例一所述軸承外圈嚴(yán)重故障對應(yīng)的時域波形圖；圖5為實(shí)例一所述WVD變換、WT變換與本發(fā)明所述方法生成圖像的對比圖；圖6為實(shí)例一所述WVD變換后的時域波形圖；圖7為實(shí)例一所述WT變換后的時域波形圖；圖8為實(shí)例一所述采用本發(fā)明所述方法生成的時域波形圖；圖9為實(shí)例二所述LC5T81型變速箱結(jié)構(gòu)圖；圖10為實(shí)例二所述齒輪振動加速度信號的時域波形圖；圖11為實(shí)例二所述WVD變換、WT變換與本發(fā)明所述方法生成圖像的對比圖；圖12為實(shí)例二所述WVD變換后的時域波形圖；圖13為實(shí)例二所述WT變換后的時域波形圖；圖14為實(shí)例二所述采用本發(fā)明所述方法生成的時域波形圖。
具體實(shí)施例方式下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。參見圖1，為本發(fā)明實(shí)施例所述信號時頻特征圖像生成方法流程圖。如圖I所示，該方法包括步驟SlOl :獲取時域波形信號；所述時域波形信號可以是待檢測物體的振幅隨時間變化的信號。具體獲取方式，可以利用傳感裝置對待檢測物體進(jìn)行感應(yīng)，對感應(yīng)信號進(jìn)行模/數(shù)轉(zhuǎn)換，獲得信號時域波形信號X(t)。S102 :對所述時域波形信號分別進(jìn)行Wigner-Ville分布變換(WVD)和小波變換(WT)，得到兩個時頻矩陣；對所述時域波形信號進(jìn)行Wigner-Ville分布變換,可以根據(jù)公式
權(quán)利要求
1.ー種信號時頻特征圖像生成方法，其特征在于，包括 獲取時域波形信號； 對所述時域波形信號分別進(jìn)行Wigner-Ville分布變換(WVD)和小波變換(WT)，得到兩個時頻矩陣； 對所述兩個時頻矩陣中的每個時頻值進(jìn)行歸ー化處理； 將歸ー化處理后的兩個時頻矩陣融合成ー個時頻矩陣； 對融合后的時頻矩陣進(jìn)行反歸ー化處理； 根據(jù)反歸一化處理后的時頻矩陣，生成信號時頻特征圖像。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在干，對所述兩個時頻矩陣中的每個時頻值進(jìn)行歸ー化處理之前，還包括 分別對所述兩個時頻矩陣進(jìn)行均值濾波。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的方法，其特征在干，對所述兩個時頻矩陣中的每個時頻值進(jìn)行歸一化處理，包括 根據(jù)公式
4.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的方法，其特征在于，將歸一化處理后的兩個時頻矩陣融合成ー個時頻矩陣，包括 根據(jù)公式
5.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的方法，其特征在于，對融合后的時頻矩陣進(jìn)行反歸ー化處理，包括 根據(jù)公式
6.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的方法，其特征在于，對融合后的時頻矩陣進(jìn)行反歸ー化處理，包括 根據(jù)公式FTFR = ZXmax{TFRWT}，對融合后的時頻矩陣進(jìn)行反歸ー化處理； 其中，Z表示融合后的時頻矩陣，max {TFRWT}表示對所述時域波形信號進(jìn)行小波變換得到的時頻矩陣的最大值，F(xiàn)TFR表示反歸ー化處理得到的時頻矩陣。
7.ー種信號時頻特征圖像生成裝置，其特征在于，包括 信號獲取單元，用于獲取時域波形信號； 預(yù)處理單元，用于對所述時域波形信號分別進(jìn)行Wigner-Ville分布(WVD)和小波變換(WT)，得到兩個時頻矩陣；歸ー化處理單元，用于對所述兩個時頻矩陣中的每個時頻值進(jìn)行歸ー化處理；融合處理單元，用于將歸一化處理后的兩個時頻矩陣融合成一個時頻矩陣；反歸ー化處理單元，用于對融合后的時頻矩陣進(jìn)行反歸ー化處理；圖像生成単元，用于根據(jù)反歸ー化處理后的時頻矩陣，生成信號時頻特征圖像。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于，還包括均值濾波単元，用于分別對所述兩個時頻矩陣進(jìn)行均值濾波。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種信號時頻特征圖像生成方法，包括獲取時域波形信號；對所述時域波形信號分別進(jìn)行Wigner-Ville分布變換(WVD)和小波變換(WT)，得到兩個時頻矩陣；對所述兩個時頻矩陣中的每個時頻值進(jìn)行歸一化處理；將歸一化處理后的兩個時頻矩陣融合成一個時頻矩陣；對融合后的時頻矩陣進(jìn)行反歸一化處理；根據(jù)反歸一化處理后的時頻矩陣，生成信號時頻特征圖像。本發(fā)明還公開了一種信號時頻特征圖像生成裝置。采用本發(fā)明所述方法或裝置生成的信號時頻特征圖像，具有較高的時頻分辨率，并且能夠消除生成圖像時引入的交叉項(xiàng)。
文檔編號G06T11/00GK102693546SQ20111007106
公開日2012年9月26日 申請日期2011年3月23日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月23日
發(fā)明者朱忠奎, 趙凱, 黃偉國, 龔海健 申請人:蘇州大學(xué)