专利名称：一种基于像素坐标策略的电磁兼容测试曲线图片的信息提取方法
技术领域：
本发明涉及一种电磁兼容诊断和调试部分中关于电磁兼容测试曲线的数据提取方法，更特别地说，是指一种基于像素一坐标策略的电磁兼容测试曲线图片的数据信息提取方法。
背景技术：
MATLAB软件是一款集数值计算、符号运算和图形处理等多种功能于一体的科学计算软件，包含许多专用工具箱，可以满足不同专业用户的需求。MATLAB可以创建图形用户界面，即用户与计算机或计算机程序的接触点或交互方式，是用户与计算机进行信息交流的方式。电磁兼容(EMC,ElectroMagnetic Compatibility)一般指电气及电子设备在共同的电磁环境中能执行各自功能的共存状态，即要求在同一电磁环境中的上述各种设备都能正常工作又互不干扰，达到“兼容”状态。换句话说，电磁兼容是指电子线路、设备、系统相互不影响，从电磁角度具有相容性的状态。相容性包括设备内电路模块之间的相容性、设备之间的相容性和系统之间的相容性。电磁兼容在电子产品的研制过程中有3个重要部分是缺一不可的，那就是电磁兼容的设计、电磁兼容的诊断和调试以及电磁兼容的标准检测。由于电磁兼容本身的复杂性，虽然理论设计毫无疑问将起十分重要的作用，但产品的实际研制中出现的电磁干扰是理论设计中无法考虑和遇见的。因此，电磁兼容的诊断和调试在产品的研制过程中就特别重要。电磁干扰的检测、诊断离不开测量仪器，常用的仪器有频谱分析仪、示波器等。其中频谱分析仪频带范围为IOkHz 1GHz，频带很宽，频谱测试曲线(如图2C所示)常采用半对数坐标系，即幅值轴采用分度均匀的普通坐标轴，而频率轴则采用分度不均匀的对数坐标，在此轴上，某点与原点的实际距离为该点对应数的对数值，但是在该点标出的值是真数，也就是实际的频率值。除此之外，也可用普通坐标系显示测试曲线(如图2A、图2B所示)。对于仪器上显示的测试曲线大多以图片(图片可以是电子形式也可以是纸制图片经扫描成电子得到)形式存储，而不能以数据方式存储，为后期的曲线分析和故障诊断带来了不便。为此，需要一种可以提取电磁兼容测试曲线图片中各项数据的方法。目前，提取图片中相关数据的方法大致可归纳为两类一类是通过图像处理软件，设置曲线坐标轴进行数据提取，可分为自动提取和手动采点提取两种方法，自动提取方法虽然省时省力，但没有考虑到电磁兼容测试曲线频带宽的特点，基本上都是一个频率点对应多个幅值，在自动提取数据时遇到这种情况会将幅值进行均值处理，与实际数据不符，手动采点提取则需要大量的时间和精力，且受限于人的视觉和标记的精度；另一类是对图像进行矢量化处理，将其转化成矢量化格式，结合图像处理软件进行数据提取，但图像的转化过程不甚准确，对于电磁兼容测试曲线来说，很多谐波分量会在此过程中丢失，造成提取完成后重要数据缺失的问题。且以上这些方法大多用于曲线过于简单平滑的图片曲线数据的提取，对于电磁兼容测试领域中复杂多变的曲线适用性不强。综上所述，现有的从图片中提取相关数据的方法均无法完全满足从图片形式保存的电磁兼容测试曲线中获取各项数据信息的要求。
发明内容
有鉴于此，本发明目的在于提供一种能够满足电磁兼容测试曲线图片的数据信息提取方法，该方法能够较完整的提取电磁兼容测试曲线图片中的数据信息，特别是谐波成分，提取出的数据较全面的反映了电磁兼容测试曲线的频谱特征，满足了电磁兼容诊断和调试部分中后续故障诊断的要求。本发明的数据提取方法较已有方法扩大了应用范围，且提闻了准确性和稳定性。本发明的一种电磁兼容图片测试曲线的数据提取方法，该数据提取是用于电磁兼容测试中的图片曲线数字化，其特征在于所述电磁兼容图片测试曲线的数据提取方法包括图片去噪、图片二值化、去除网格的图片预处理；普通坐标系和半对数坐标系的坐标系置换下的图片数据提取；多图处理和数据合并处理；为了便于用户和计算机程序的交互，利用MATLAB软件编写了相应的程序界面；基于此界面的数据提取方法有下列处理步骤步骤1:导入目标图片，该图片内容是电磁兼容的一条测试曲线，需看得出坐标系种类和坐标轴标注，该图片可来自测试仪器，也可来自纸介质的扫描件，导入图片后即可获得整个图片的像素矩阵，导入图片后转到步骤2 ;步骤2 :采用手动采点的方式标注坐标轴的原点和终点，并采集测试曲线与背景网格重叠的峰值点，获得这些点的像素位置并存储，先存储坐标轴的关键点，再存储曲线和网格的重叠点，分别待步骤5中数据提取和步骤3中去除网格备用，如果测试曲线中没有网格，则只标记坐标轴的关键 点，标记完成后转到步骤3 ；所述的坐标轴的原点和横纵坐标轴的终点的像素位置分别用(Μ, η)、(Μ, N)、(m, η)表不，m为坐标轴内有效区域的横向扫描像素点的初始位置，M为坐标轴内有效区域的横向扫描像素点的终止位置，η为坐标轴内有效区域的纵向扫描像素点的初始位置，N为坐标轴内有效区域的纵向扫描像素点的终止位置；步骤3 :采用图像处理技术，根据图片质量选择性的进行图片去噪、图像二值化和网格去除，处理完毕后转到步骤4 ；所述图像去噪是采用小波变换对含有噪声的图片进行去噪处理，这类图片因噪声原因质量差，图片曲线特性容易被淹没，造成数据的物体去和漏提取，如果图像清晰，可直接跳过该步；所述图像二值化是将图片转化为只有黑白两色的二值图像，采用大津法对图片进行处理，找到目标图片的阈值，大于阈值的像素点设为背景色白色，小于阈值的像素点设为目标曲线黑色，从而获得只有黑白两色的图片；基于本发明是根据一点的像素值来判断该点是否为曲线上的有效点，为此将图片进行二值化处理有助于像素点的快速判断，如果图像本身已是黑白图像，可直接跳过该步；所述网格去除是指去除电磁兼容测试曲线的背景网格，采用像素遍历扫描法将网格设为背景色白色，对步骤2中储存的曲线与网格重叠处的像素位置点进行插值，设为目标曲线黑色，获得没有网格的测试曲线；去除水平和垂直的网格后可便于数据的准确提取，如果曲线背景无网格，可直接跳过该步；步骤4 :对测试曲线进行参数设置，手动输入横纵坐标轴的起始值和终止值，以获得坐标轴的最大最小值信息，设置完成后转到步骤5 ；步骤5 :由步骤2和步骤4分别获得了图片中坐标轴区域的像素矩阵和坐标轴参数，采用像素-坐标策略，选择图片中曲线的坐标系类型，根据像素位置和坐标轴的关系即可获得测试曲线的数据信息，并存储在文本文件中，即提高了效率又减小了人类视觉和标记精度带来的误差，数据提取完毕后转到步骤6 ；步骤6 :判断测试曲线是否分多图处理，若该测试曲线只存储在一副图片中，则转到步骤9，若分多图存储，则转到步骤7 ;步骤7 :判断多图处理是否完毕，若处理完毕则转到步骤8，若还未处理完毕，则转到步骤1，依次进行步骤2、步骤3、步骤4、步骤5、步骤6、步骤7，直到全部处理完毕后转到步骤8 ;步骤8 :采用数据首尾相接法，对从多幅测试曲线图片中提取的数据进行处理，获得该测试数据的完整信息，并转到步骤9 ；步骤9 :显示已提取出的数据，结束此次数据提取过程。本发明可实现电磁兼容测试曲线图片的数据提取的优点在于本发明将图像处理技术与电磁兼容测试领域相结合，使以图片形式存储的测试曲线实现数字化。本发明较已有方法扩大了应用范围，除步骤2中标注坐标轴和少数与网格重叠的曲线峰值点外均可通过自动方式完成数据提取，提高了效率和稳定性。本发明利用已有的图像处理技术，如图像去噪、二值化，并结合电磁兼容测试曲线图片的实际情况，通过步骤2和步骤3增加了去除网格这一预处理过程，避免了图中背景网格给数据提取造成的干扰。在预处理过程中，可根据图片的实际情况选择预处理技术以便获得最好的图像效果。本发明通过步骤2、步骤4和步骤5引入了像素一坐标策略，包含了电磁兼容测试数据常用的两种坐标系，一种是普通坐标系，一种是半对数坐标系，在处理过程中可根据实际曲线坐标系选择相应的坐标类型和像素位置与坐标尺度的关系进行数据提取。本发明针对电磁兼容测试数据频谱宽的特点，并结合实际情况，对可能分多图存储的一组测试数据同样适用。每张图片的处理过程同前一样，当所有的图片都处理完毕后可通过步骤8进行多组数据的合并，完成该组图片的数据提取过程。
图1是本发明像素一坐标策略的信息流向结构框图。图2A是普通坐标系下无网格测试曲线图片上的像素位置与其坐标尺度的关系示意图。图2B是普通坐标系下测试曲线图片上的像素位置与其坐标尺度的关系示意图。图2C是半对数坐标系下测试曲线图片上的像素位置与其坐标尺度的关系示意图。图3是基于界面的电磁兼容测试曲线图片的数据提取流程图。
图4是纵向网格去除的流程图。图5是采用像素-坐标策略提取数据的流程图。图6是电磁兼容测试曲线图片提取数据的初始界面。图7是电磁兼容测试曲线图片导入的示意图。图8是设置图片中电磁兼容测试曲线坐标轴的示意图。图9是手动采集图片中电磁兼容测试曲线与网格重叠的峰值点的示意图。图10是对电磁兼容测试曲线图片进行预处理的示意图。图11是设置图片中电磁兼容测试曲线参数的示意图。图12是坐标系选择示意图,包括普通坐标系和半对数坐标系。图13是显示从电磁兼容测试曲线图片中提取的数据的示意图。图14是针对一组电磁兼容测试数据分多图存储情况下数据合并的示意图。图15是用提取出的数据重构的曲线与原曲线的对比图。
具体实施例方式下面将结合附图和实施例1对本发明做进一步的详细说明。本发明的实质是将图像处理技术与电磁兼容测试曲线相结合，利用像素坐标策略对电磁兼容测试曲线图片格式文件进行处理，获取电磁兼容测试曲线图片中的频率与幅度数字信息。所述频率与幅度数字信息能够以txt文件格式进行保存，保存的txt文件能够应用于电磁兼容的诊断和调试阶段。参见图1所示，在本发明中，像素一坐标策略包括有图片导入单元10、图像预处理单元20、参数设置单元30、坐标系选择单元40和数据合并单元50。像素一坐标策略采用MATLAB (版本号MATLAB_R2011A)软件编程得到。像素一坐标策略运行于计算机中，所述计算机是一种能够按照事先存储的程序，自动、高速地进行大量数值计算和各种信息处理的现代化智能电子设备。最低配置为CPU 2GHz,内存2GB，硬盘40GB ;操作系统为windows2000/2003/XP。(一)图片导入单元10图片导入单元10第一方面用于读取格式为JPG、BMP、GIF的电磁兼容测试曲线图片文件；第二方面对导入的图片标记出起始坐标点，导入图片的左上角为像素坐标系XOY的原点0(x。，Y。)，幅度值为X轴，频率值为Y轴，起始坐标点存储在axis mesh, txt文件中；第三方面对带有网格的电磁兼容测试曲线图片进行峰值点标记；标记方式为，选取峰值点与幅度值和频率值网格线重合的点，标记的峰值点将会存储在data mesh, txt文件中。(二)图像预处理单元2O图像预处理单元20包括有图像去噪、二值化、去除网格。所述图像去噪是采用小波变换对含有噪声的图片进行去噪处理，这类图片因噪声原因质量差，图片曲线特性容易被淹没，造成数据的误提取和漏提取，如果图像清晰，可以不进行图像去噪处理。所述图像二值化是将图片转化为只有黑白两色的二值图像，采用大津法对图片进行处理，找到目标图片的阈值，大于阈值的像素点设为背景色白色，小于阈值的像素点设为目标曲线黑色，从而获得只有黑白两色的图片。基于本发明是根据某一点的像素值来判断该点是否为曲线上的有效点，为此将图片进行二值化处理有助于像素点的快速判断，如果图像本身已是黑白图像，可以不进行图像二值化的处理。所述去除网格是指去除电磁兼容测试曲线的幅度值和频率值网格线，采用像素遍历扫描法将网格设为背景色白色，对data mesh, txt文件中参数表征的曲线与网格重叠处的像素位置点进行插值，设为目标曲线黑色，获得没有网格的测试曲线。去除网格后可便于数据的准确提取，如果曲线背景无网格，可以不进行去除网格处理。(三)参数设置单元30参数设置单元30—方面根据电磁兼容测试曲线的频率和幅度范围设置曲线在普通坐标系或半对数坐标系下的频率和幅度的起始值；第二方面命名要保存提取数据的.txt文件，并选择该.txt文件的保存路径。(四)坐标系选择单元40坐标系选择单元40仅通过普通坐标系和半对数坐标系进行选择，再将电磁兼容测试曲线中表征的参数运行在像素坐标系下，从而提取出在像素坐标系下对应的电磁兼容测试参数。·(五)数据合并单元50数据合并单元50通过添加两个或者两个以上的.txt文件进行参数合并，从而得到一幅合并后的电磁兼容测试曲线图。所述合并后的电磁兼容测试曲线图的参数将以.txt文件进行保存，并且保存后的.txt文件能够应用于电磁兼容的诊断和调试阶段。图2A、图2B和图2C分别展示了普通坐标系和半对数坐标系下像素位置和坐标轴尺度的关系示意图，为了清楚的体现两种坐标系的特点，图2B和图2C这里未去除网格，但在本发明的图像预处理单元20中需要进行去除网格处理。本发明采用像素一坐标策略对不同图片格式(如JPG、BMP、GIF)的电磁兼容测试曲线进行数据提取，解决的技术手段是如何找到在坐标系选择单元40中的像素位置和坐标轴尺度的关系(简称P-A关系)，以便在坐标轴设置的有效区域内进行像素点的遍历扫描，寻找电磁兼容测试曲线的峰值点像素位置，根据P-A关系得到峰值点像素对应的真实坐标值(即电磁兼容测试曲线图片中的参数)。对此，在本发明的像素一坐标策略中像素位置和坐标轴尺度的关系分为UPA关系和LPA关系。所述UPA关系是指在普通坐标系下的P-A关系，普通坐标系其频率和幅值分布都是均匀的。所述LPA关系是指在半对数坐标系下的P-A关系，半对数坐标系其频率是对数分布的，幅值是均匀分布的。( I) UPA 关系对于普通坐标系而言，电磁兼容测试曲线中的频谱和幅值分布都是均匀的。由图2A、图2B可以得到某一峰值点在普通坐标系与像素坐标系之间的关系(简称UPA关系)为
权利要求
1.一种电磁兼容图片测试曲线的数据提取方法，该数据提取是用于电磁兼容测试中的图片曲线数字化，其特征在于所述电磁兼容图片测试曲线的数据提取方法包括图片去噪、图片二值化、去除网格的图片预处理；普通坐标系和半对数坐标系的坐标系置换下的图片数据提取；多图处理和数据合并处理；为了便于用户和计算机程序的交互，利用MATLAB软件编写了相应的程序界面；基于此界面的数据提取方法有下列处理步骤 步骤1:导入目标图片，该图片内容是电磁兼容的一条测试曲线，需看得出坐标系种类和坐标轴标注，该图片可来自测试仪器，也可来自纸介质的扫描件，导入图片后即可获得整个图片的像素矩阵，导入图片后转到步骤2 ; 步骤2 :采用手动采点的方式标注坐标轴的原点和终点，并采集测试曲线与背景网格重叠的峰值点，获得这些点的像素位置并存储，先存储坐标轴的关键点，再存储曲线和网格的重叠点，分别待步骤5中数据提取和步骤3中去除网格备用，如果测试曲线中没有网格，则只标记坐标轴的关键点，标记完成后转到步骤3 ； 所述的坐标轴的原点和横纵坐标轴的终点的像素位置分别用(Μ，η)、(Μ, N)、(m, η)表示，m为坐标轴内有效区域的横向扫描像素点的初始位置，M为坐标轴内有效区域的横向扫描像素点的终止位置，η为坐标轴内有效区域的纵向扫描像素点的初始位置，N为坐标轴内有效区域的纵向扫描像素点的终止位置； 步骤3:采用图像处理技术，根据图片质量选择性的进行图片去噪、图像二值化和网格去除，处理完毕后转到步骤4; 所述图像去噪是采用小波变换对含有噪声的图片进行去噪处理，这类图片因噪声原因质量差，图片曲线特性容易被淹没，造成数据的物体去和漏提取，如果图像清晰，可直接跳过该步； 所述图像二值化是将图片转化为只有黑白两色的二值图像，采用大津法对图片进行处理，找到目标图片的阈值，大于阈值的像素点设为背景色白色，小于阈值的像素点设为目标曲线黑色，从而获得只有黑白两色的图片；基于本发明是根据一点的像素值来判断该点是否为曲线上的有效点，为此将图片进行二值化处理有助于像素点的快速判断，如果图像本身已是黑白图像，可直接跳过该步； 所述网格去除是指去除电磁兼容测试曲线的背景网格，采用像素遍历扫描法将网格设为背景色白色，对步骤2中储存的曲线与网格重叠处的像素位置点进行插值，设为目标曲线黑色，获得没有网格的测试曲线；去除水平和垂直的网格后可便于数据的准确提取，如果曲线背景无网格，可直接跳过该步； 步骤4 :对测试曲线进行参数设置，手动输入横纵坐标轴的起始值和终止值，以获得坐标轴的最大最小值信息，设置完成后转到步骤5 ; 步骤5 :由步骤2和步骤4分别获得了图片中坐标轴区域的像素矩阵和坐标轴参数，采用像素-坐标策略，选择图片中曲线的坐标系类型，根据像素位置和坐标轴的关系即可获得测试曲线的数据信息，并存储在文本文件中，即提高了效率又减小了人类视觉和标记精度带来的误差，数据提取完毕后转到步骤6 ; 步骤6 :判断测试曲线是否分多图处理，若该测试曲线只存储在一副图片中，则转到步骤9，若分多图存储，则转到步骤7 ; 步骤7 :判断多图处理是否完毕，若处理完毕则转到步骤8，若还未处理完毕，则转到步骤1，依次进行步骤2、步骤3、步骤4、步骤5、步骤6、步骤7，直到全部处理完毕后转到步骤·8 ； 步骤8:采用数据首尾相接法，对从多幅测试曲线图片中提取的数据进行处理，获得该测试数据的完整信息，并转到步骤9 ; 步骤9 :显示已提取出的数据，结束此次数据提取过程。
2.根据权利要求1所述的可提取电磁兼容图片测试曲线数据的软件，其特征在于 考虑了常用的图像处理技术，如图像去噪、二值化，另外为了避免图中背景网格给数据提取造成的干扰，增加了去除网格这一预处理过程；纵向网格去除方法的具体执行步骤如下 步骤1:手动标记测试曲线与网格重叠的峰值点，包括与横行和纵向网格的重叠点，将这些点的像素位置存储以供步骤12使用，全部标记存储完毕后传到步骤2 ； 步骤2:初始化纵向扫描的像素初始位置，令i=n，同时清楚计数器，使计数器值Count=O,完成后转到步骤3 ； 所述i表示纵向扫描的像素位置； 所述η为纵向扫描的初始位置； 步骤3 :初始化横向扫描的像素初始位置，令j=m，完成后转到步骤4 ； 所述j表不横向扫描的像素位置； 所述m为纵向扫描的初始位置； 步骤4:由j，i确定了像素点的扫描位置，判断该点的像素值是否小于127，是的话表明该处为黑色，转到步骤5，否则的话为白色，转到步骤6 ； 步骤5 :计数器值增加1，完成后转到步骤6 ; 步骤6 :判断横向扫描是否完成，即j是否等于M，完成的话转到步骤7和步骤9，否则转到步骤8 ； 步骤7 :判断纵向扫描是否完成，即i是否等于N，完成的话转到步骤12，否则转到步骤·11 ; 步骤8 :横向扫描的像素位置j增加1，继续横向扫描，并转到步骤4 ; 步骤9:判断计数器值是否为该列像素总值的一半，此时的计数器值为该列所有为黑色的像素点数，是的话认为该列为网格所在处，转到步骤10，否则不作处理； 步骤10 :将该列的所有像素值设为背景白色，从而达到去除网格的目的； 步骤11 :纵向扫描的像素位置i增加1，并转到步骤3，继续横向扫描； 步骤12 :将步骤I中存储的像素位置处的像素值设为曲线黑色，并结束此次网格去除算法; 该步骤避免了网格去除时个别曲线特征点也被删除的可能性，保证了曲线数据的完整提取； 在横向网格去除方法中，需要将横向和纵向扫描顺序进行变换。
3.根据权利要求1所述的可提取电磁兼容图片测试曲线数据的软件，其特征在于如何找到的像素位置和坐标轴尺度的关系公式，这是像素-坐标策略的重点，包含电磁兼容测试数据常用的两种坐标系，一种是普通坐标系，一种是半对数坐标系，这两种坐标系下的像素位置和坐标轴尺度的关系公式分别为
4.根据权利要求1所述的可提取电磁兼容图片测试曲线数据的软件，其特征在于采用像素一坐标策略，在坐标轴设置的有效区域内进行像素点的遍历扫描，寻找曲线的峰值点像素位置，根据公式得到峰值点像素对应的真实坐标值；该策略是基于图片预处理的结果之上，具体执行步骤如下 步骤1:初始化纵向扫描的像素初始位置，令i=n，完成后转到步骤2 ； 步骤2 :初始化横向扫描的像素初始位置，令j=m，完成后转到步骤3 ； 步骤3 :由(j，i)确定了像素点的扫描位置，判断该点的像素值是否小于127，是的话表明该处为黑色，转到步骤4，否则的话转到步骤6 ; 步骤4:根据坐标系种类选择像素坐标关系公式对图片有效区域内的像素点进行计算，从而获得曲线数据，完成后转到步骤5 ; 步骤5 :将每次计算得到的像素点对应的真实坐标值依次进行存储； 步骤6 :判断横向扫描是否完成，即j是否等于M，未完成的话转到步骤7，否则转到步骤8; 步骤7 :横向扫描的像素位置j增加1，继续横向扫描，并转到步骤3 ； 步骤8 :判断纵向扫描是否完成，即i是否等于N，未完成的话转到步骤9，否则结束此次数据提取过程； 步骤9 :纵向扫描的像素位置i增加1，并转到步骤2，继续横向扫描，直至纵向扫描完成，结束此次数据提取过程。
5.根据权利要求1所述的可提取电磁兼容图片测试曲线数据的软件，其特征在于针对电磁兼容测试数据频谱宽的特点，并结合实际情况，对可能分多图存储的一组测试数据同样适用；每张图片的处理过程同前一样，当所有的图片都处理完毕后可进行多组数据的合并，实现该组数据的完整提取。
全文摘要
本发明公开了一种电磁兼容测试曲线图片的数据提取方法，该数据提取方法针对电磁兼容测试曲线频带宽、频谱密集重叠、坐标系种类不单一等特点，利用图像处理方法的多样性，采用像素—坐标策略对二维曲线图片进行遍历扫描，寻找有效像素点，并根据像素—坐标关系获得目标曲线的数据信息，包括图片预处理，两种坐标系下的图片数据提取方法，多图处理和数据合并。本发明较全面的考虑了电磁兼容测试曲线的种类和特点，能够实现电磁兼容测试领域中图片曲线的数字化，便于后期的数据分析和故障诊断，既避免了人工操作的繁琐，又减小了人眼视觉带来的误差，提高了准确性和稳定性。
文档编号G06F17/50GK103049598SQ201210500260
公开日2013年4月17日 申请日期2012年11月29日 优先权日2012年11月29日
发明者郭慧, 苏东林, 刘焱, 付永庆, 王建强 申请人:北京航空航天大学