基於圖像處理技術的電磁場成像及分析方法的研究

《基於圖像處理技術的電磁場成像及分析方法的研究》是依託哈爾濱工業大學，由程丹松擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：基於圖像處理技術的電磁場成像及分析方法的研究
• 依託單位：哈爾濱工業大學
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：程丹松

項目摘要

電磁場分布是研究電磁場的重要因素，目前電磁場分布的繪製方法基本都是採用先理論建模再計算，通過計算結果繪製電磁場分布圖，但此種方法有可能存在因理論建模過程中的某些簡化，而對電磁場估算造成誤差，尤其是對於複雜環境下的電磁場的研究，不能最大程度地還原電磁場的實際面貌。本研究力圖通過圖形生成技術和圖象理解方法，將感測器測量到的複雜的實際數據直接轉化為直觀的電磁場圖像（等位線，矢量圖，雲圖，三維動態場等）；建立基於圖像特徵描述的電磁場模型，利用圖像處理和模式識別等技術對電磁場的第一手測量數據進行分析處理，從而實現對電磁場特徵參數的提取；利用廣義似然比來評價模型對電磁場數據的擬和優度。本項目通過把模式識別理論、圖像處理理論和電磁理論相結合，有望為電磁場尤其是複雜環境下的電磁場的研究提供新的途徑，推動電磁場分布計算的發展。所以本項目有可能成為電磁場理論研究和套用的重要組成部分。

結題摘要

電磁場分布是反映電磁場的重要因素，目前電磁場分布的繪製方法基本都是採用先理論建模再計算，通過計算結果繪製電磁場分布圖，但此種方法有可能存在因理論建模過程中的某些簡化，而對電磁場估算造成誤差，尤其是對於複雜環境下的電磁場的研究，不能最大程度地還原電磁場的實際面貌。本研究通過圖形生成技術和圖象理解方法，將感測器測量到的實際數據直接轉化為直觀的電磁場圖像；嘗試基於圖像處理技術的電磁場分析方法，利用圖像處理和模式識別等技術對電磁場的第一手測量數據進行分析處理，從而實現對電磁場特徵參數的提取。 本項目通過設計空間電磁信號採集設備，對實際電磁場中有限處的相關數據進行採集測量。並針對特定的測量數據設計基於模糊邏輯理論和相關鄰域信息的多層增強算法對採集到的反映被測物場二維/三維分布狀態的瞬變電磁信號進行噪聲抑制，進而增強圖像特徵、提高信噪比的效果。為了提高顯示速度，本課題嘗試採用基於梯度的非線性插值法進行場數據擴展，由於插值算法中，插值點數據會受其鄰域內其他點特徵值的控制，進而導致對於一些沒有測量到的極值點特徵無法正確恢復並顯示的問題，本項目引入圖像重構技術，對測量數據進行有效擴充，以便進行電磁場的可靠恢復。 同時針對測量數據，利用圖像分析的方式獲得某些需要的特徵量，如電場強度、磁場能量、損耗、發射功率、阻抗等，從而實現集總參數提取等功能，為下一步三維電磁場的動態仿真建模提供可靠的數據信息。此外，本項目進一步對通用性圖像處理方法進行研究，在2013年使用基於模糊-PCNN模型的圖像特徵區域提取方法對特徵數據進行檢測和融合，進而提高數據的質量；並通過機器學習理論建立了基於BYY-RVM模型的方法對數據進行降維處理。此外，在2012年提出的基於顏色退化序列的圖像質量評價方法，可以對圖像質量進行分析。這些成果在一定程度上拓展了項目成果的應該用領域。 在實現電磁場的三維動態可視化時，對於複雜的空間場，通過對空間域進行三角化，使用體元或面元把拓撲結構轉化為統一的表達形式。同時針對三維重建時，圖像的像素間會出現不利於圖像的可視化分析的明顯階躍現象(塊狀效應)，提出了一種針對二值圖像序列的基於三維物體表面全局信息的插值方法，有效地利用了三維物體的形狀信息，用多種曲線自適應方法的將電磁場三維表面曲線擬合出來的。