本發(fā)明涉及分布式光纖領域，尤其涉及一種將分布式光纖振動信號圖像化的特征增強和信號處理方法。

背景技術：

分布式光纖傳感系統(tǒng)原理是同時利用光纖作為傳感敏感元件和傳輸信號介質，采用先進的OTDR技術，探測出沿著光纖不同位置的溫度和應變的變化，實現(xiàn)真正分布式的測量。提出的基于OTDR的瑞利散射系統(tǒng)的分布式光纖傳感器經(jīng)歷了基于OTDR的喇曼散射系統(tǒng)和基于OTDR的布里淵散射系統(tǒng)，測溫精度和范圍大幅提高。

OFDR是在20世紀90年代提出的，隨著喇曼散射和布里淵散射以及強散射研究的深入，OFDR與其集成日益顯示出其在測量精度、測量范圍和測量速度方面的優(yōu)越性。除了基于OTDR的喇曼散射型溫度傳感器外，其他幾種分布式溫度光纖傳感器離工業(yè)實用化還有很長的一段距離，所以基于OTDR和OFDR的分布式溫度光纖傳感器仍將是研究的熱點，尤其是基于OFDR的新型分布式光纖傳感器將是一個重要的發(fā)展方向，分布式光纖應用領域：電力行業(yè)、電力電纜的表面溫度檢測監(jiān)控、事故點定位、電纜隧道、夾層的火情監(jiān)測 發(fā)電廠和變電站的加的溫度監(jiān)測、故障點的檢測和火災報警 水利土木建筑行業(yè) 大壩、河堤的滲漏，橋梁及其他混凝土結構裂變的監(jiān)測 大壩、河堤、橋梁的混凝土凝固與養(yǎng)護溫度與應變監(jiān)測 大型民用工程的結構健康監(jiān)測公路 、地鐵隧道行業(yè)、隧道、地鐵、公路的火災監(jiān)測和報警、石油天然氣行業(yè) 石油、天然氣輸送管線或儲罐泄漏監(jiān)測、油庫、油管、油罐的溫度監(jiān)測及故障點的檢測分布光纖溫度傳感系統(tǒng)通過光纖對遠處的一個空間各個點的溫度進行實時測量，主要應用于油庫、煤礦、軍火庫、地下商場、隧道、大中型變壓器和電纜溝等的測溫，并可通過監(jiān)測溫度變化達到溫度報警。與傳統(tǒng)測溫方法比較，分布光纖溫度傳感系統(tǒng)可以在易燃、易爆的環(huán)境下同時測量幾萬個點，并可對每個溫度測量點進行準確定位。在分布式光纖振動信號圖像化處理的領域，并沒有具體的特征增強和信號處理的方式，而且現(xiàn)有的二維圖像信號處理方式不便。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有技術中存在的缺點，而提出的一種將分布式光纖振動信號圖像化的特征增強和信號處理方法及其制備方法。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了如下技術方案：

一種將分布式光纖振動信號圖像化的特征增強和信號處理方法，該方法包括以下步驟：

S1、前端光纖振動信號收集，通過光發(fā)射模塊發(fā)射脈沖信號進入傳感光纖，以瑞利后向散射信號作為載波信號，再利用光時域反射技術和干涉技術接受到的信號；

S2、數(shù)據(jù)采集，以FPGA作為主控制器，USB作為傳輸接口，硬件分為信號調理部分、信號采集部份、FPGA部分、USB信號傳輸部分以及電源模塊、數(shù)字IO模塊和預留擴展口；

S3、數(shù)據(jù)傳輸，F(xiàn)PGA作為數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的主控制器，得到上位機的指令，F(xiàn)GPA根據(jù)指令使數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)處于正確的工作狀態(tài)，并將信息和數(shù)據(jù)反饋給上位機；

S4、數(shù)據(jù)堆疊和插值，將一維數(shù)據(jù)按需要堆積成二行或多行，根據(jù)采集時間進行插值，產(chǎn)生二維信號；

S5、二維數(shù)據(jù)圖像加強，通過形態(tài)學處理方法進行圖像加強，包括圖像膨脹，孔洞填充，區(qū)域分割；

S6、識別區(qū)域進行特征表示和描述，通過提取圖像骨骼，提取圖像的傅里葉描述子，并通過傅里葉描述子進行振動信號的識別。

優(yōu)選的，步驟S1中脈沖信號具有頻帶寬和頻率高的特點，頻率范圍在20Hz-10MHz，需要高速數(shù)據(jù)采集卡進行采集。

優(yōu)選的，步驟S2中信號調理、信號采集和信號緩存都有兩路獨立的通道，F(xiàn)PGA是現(xiàn)場可編程門陣列，它是在PAL、GAL、CPLD等可編程器件的基礎上進一步發(fā)展的產(chǎn)物，它是作為專用集成電路領域中的一種半定制電路而出現(xiàn)的，既解決了定制電路的不足，又克服了原有可編程器件門電路數(shù)有限的缺點。

優(yōu)選的，步驟S2中信號采集的參數(shù)有采樣頻率、采樣長度、觸發(fā)方式和觸發(fā)電平，參數(shù)通過地址線譯碼，數(shù)據(jù)線復用的方式傳至FGPA，采用鎖存功能模塊保存參數(shù)。

優(yōu)選的，步驟S3中上位機傳達給FGPA的命令以及FGPA傳送給上位機的數(shù)據(jù)都是通過USB來完成的，上位機是整個采集系統(tǒng)的指令源頭和歸宿，它控制了采集系統(tǒng)的工作參數(shù)和工作狀態(tài)并最后接收采集數(shù)據(jù)。

優(yōu)選的，步驟S5中圖像膨脹是以得到B的相對與它自身原點的映像并且由Z對映像進行移位為基礎的，A被B膨脹是所有位移Z的集合，這樣，和A至少有一個元素是重疊的，孔洞填充是采用Matlab軟件中的imfill用于二值圖像孔洞填充，來用于填充圖像區(qū)域和空洞，區(qū)域分割是指將待分析的數(shù)據(jù)進行區(qū)域劃分，將其中感興趣的數(shù)據(jù)片段提取出來做進一步處理，而將其它的數(shù)據(jù)拋棄，區(qū)域分割的主要目的，是減少后續(xù)處理的數(shù)據(jù)量。

優(yōu)選的，步驟S6中提取圖像骨骼是是采用讀取圖像文件，再用graythreash函數(shù)計算閾值計算，利用im2bw函數(shù)將原圖像變?yōu)槎祱D像，調用bwmorph函數(shù)去除物體的邊界像素，其余像素組成的圖像骨架并顯示出來，完成圖像骨骼的提取，提取圖像的傅里葉描述子是利用基于曲線多邊形近似的連續(xù)傅里葉變換方法計算出傅里葉描述子，并通過形狀的主方向消除邊界起始點相位影響。

本發(fā)明提供的一種將分布式光纖振動信號圖像化的特征增強和信號處理方法，通過將分布式光纖振動信號轉換為單位時間的二維圖像信號，更便于信號，通過二維圖像識別的方式處理信號，將信號的特征進行加強，將信號的特征通過傅里葉描述子進行提取。適合廣泛推廣。

具體實施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結合具體實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

一種將分布式光纖振動信號圖像化的特征增強和信號處理方法，該方法包括以下步驟：

S1、前端光纖振動信號收集，通過光發(fā)射模塊發(fā)射脈沖信號進入傳感光纖，以瑞利后向散射信號作為載波信號，再利用光時域反射技術和干涉技術接受到的信號；

S2、數(shù)據(jù)采集，以FPGA作為主控制器，USB作為傳輸接口，硬件分為信號調理部分、信號采集部份、FPGA部分、USB信號傳輸部分以及電源模塊、數(shù)字IO模塊和預留擴展口；

S3、數(shù)據(jù)傳輸，F(xiàn)PGA作為數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的主控制器，得到上位機的指令，F(xiàn)GPA根據(jù)指令使數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)處于正確的工作狀態(tài)，并將信息和數(shù)據(jù)反饋給上位機；

S4、數(shù)據(jù)堆疊和插值，將一維數(shù)據(jù)按需要堆積成二行或多行，根據(jù)采集時間進行插值，產(chǎn)生二維信號；

S5、二維數(shù)據(jù)圖像加強，通過形態(tài)學處理方法進行圖像加強，包括圖像膨脹，孔洞填充，區(qū)域分割；

S6、識別區(qū)域進行特征表示和描述，通過提取圖像骨骼，提取圖像的傅里葉描述子，并通過傅里葉描述子進行振動信號的識別。

所述步驟S1中脈沖信號具有頻帶寬和頻率高的特點，頻率范圍在20Hz-10MHz，需要高速數(shù)據(jù)采集卡進行采集。

所述步驟S2中信號調理、信號采集和信號緩存都有兩路獨立的通道，F(xiàn)PGA是現(xiàn)場可編程門陣列，它是在PAL、GAL、CPLD等可編程器件的基礎上進一步發(fā)展的產(chǎn)物，它是作為專用集成電路領域中的一種半定制電路而出現(xiàn)的，既解決了定制電路的不足，又克服了原有可編程器件門電路數(shù)有限的缺點。

所述步驟S2中信號采集的參數(shù)有采樣頻率、采樣長度、觸發(fā)方式和觸發(fā)電平，參數(shù)通過地址線譯碼，數(shù)據(jù)線復用的方式傳至FGPA，采用鎖存功能模塊保存參數(shù)。

所述步驟S3中上位機傳達給FGPA的命令以及FGPA傳送給上位機的數(shù)據(jù)都是通過USB來完成的，上位機是整個采集系統(tǒng)的指令源頭和歸宿，它控制了采集系統(tǒng)的工作參數(shù)和工作狀態(tài)并最后接收采集數(shù)據(jù)。

所述步驟S5中圖像膨脹是以得到B的相對與它自身原點的映像并且由Z對映像進行移位為基礎的，A被B膨脹是所有位移Z的集合，這樣，和A至少有一個元素是重疊的，孔洞填充是采用Matlab軟件中的imfill用于二值圖像孔洞填充，來用于填充圖像區(qū)域和空洞，區(qū)域分割是指將待分析的數(shù)據(jù)進行區(qū)域劃分，將其中感興趣的數(shù)據(jù)片段提取出來做進一步處理，而將其它的數(shù)據(jù)拋棄，區(qū)域分割的主要目的，是減少后續(xù)處理的數(shù)據(jù)量。

所述步驟S6中提取圖像骨骼是是采用讀取圖像文件，再用graythreash函數(shù)計算閾值計算，利用im2bw函數(shù)將原圖像變?yōu)槎祱D像，調用bwmorph函數(shù)去除物體的邊界像素，其余像素組成的圖像骨架并顯示出來，完成圖像骨骼的提取，提取圖像的傅里葉描述子是利用基于曲線多邊形近似的連續(xù)傅里葉變換方法計算出傅里葉描述子，并通過形狀的主方向消除邊界起始點相位影響。

本發(fā)明提供的一種將分布式光纖振動信號圖像化的特征增強和信號處理方法，通過將分布式光纖振動信號轉換為單位時間的二維圖像信號，更便于信號，通過二維圖像識別的方式處理信號，將信號的特征進行加強，將信號的特征通過傅里葉描述子進行提取。適合廣泛推廣。

以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實施方式，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發(fā)明揭露的技術范圍內，根據(jù)本發(fā)明的技術方案及其發(fā)明構思加以等同替換或改變，都應涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內。