基于二维四向随机共振的工件材料图像质量增强方法与流程

本发明属于通信，尤其是涉及基于二维四向随机共振的工件材料图像质量增强方法。

背景技术：

1、工件材料产品在连续、高速的自动化生产过程中会产生各种各样的质量问题，诸如麻坑、掉角、刀纹、裂纹和划痕等表面缺陷，这些表面缺陷一方面影响外观质量，在使用中容易引起表面的腐蚀等问题，另一方面也反映了内部质量问题。这些质量问题一旦出现，导致大量废品，大大增加了原辅材料的消耗和生产成本。因此对工件材料表面质量进行分析一直是研究热点之一。

2、图像感知又称为视觉感知或图像对比度增强，是图像处理领域的重要研究课题，其应用涉及军事夜视、道路交通、视频监控、生物医学等方面。常规的图像增强方法或者基于“降噪”处理，例如直方图均衡化方法、自适应滤波器的增强算法，或者基于反射光线对波长的依赖性，例如基于retinex理论的融合算法。然而，这些方法的生物学可解释性还有待加强。一般来说，在线性系统或者近平衡系统中，系统响应的信噪比总是噪声强度的减函数，此时噪声的干扰只会产生负面作用，但在远离平衡的非线性系统例如随机共振系统,适量的噪声却具有放大弱信号的有益作用。所谓的随机共振，是指在一定的非线性多稳系统或可兴奋系统中，由于能量转换作用，适量的噪声能够最优地放大微弱的输入信号，使得系统响应的信噪比或谱放大因子随噪声强度的变化呈现出先增大后减小的类似于“共振”的反常规效应。该现象是意大利科学家为解释古气象学中冷气候期和暖气候期的周期性交替所提出，已在模型和实验方面得到了广泛的例证和揭示。

3、随机共振原理的一个重要应用是图像处理，典型研究包括脑机接口以及图像去雾等。这些研究结合不同的应用例证了噪声在图像增强与图像恢复中产生的积极作用。特别地，基于随机共振原理的图像增强算法，不同于传统的降噪方法，它不是通过抑制或消除噪声而是通过利用噪声来实现图像的增强。由于现有方法中基于随机共振原理的图像增强算法大多缺乏算法实现的细节，图像质量增强有待进一步提高。因此本专利采用二维四向随机共振理论模型，进一步增强工件材料表面质量图像的细节体现，提高图像对比度，提升工件材料表面检测系统的性能。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明旨在克服现有技术中上述问题的不足之处，提出基于二维四向随机共振的工件材料图像质量增强方法。

2、为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

3、本发明第一方面提供了基于二维四向随机共振的工件材料图像质量增强方法，包括如下步骤：

4、步骤1；采集工件材料表面含噪图像，对二值数字图像的灰度值进行映射，从而将二值数字图像像素值映射为双极性的图像像素信息；

5、步骤2：将含噪的图像输入至二维经验模态分解模型中得到若干个本征模态函数，以峰值信噪比为评价模型筛选出包含图像信息少于设定阈值的本征模态函数，将剩余的本征模态函数和残差量进行融合得到去噪的工件材料表面缺陷图像；

6、步骤3：经二维经验模态分解去噪处理后的图像进行归一均化处理；

7、步骤4：将归一均化的图片作为自适应二维四向随机共振系统的输入,对映射后的二值图像像素点按行或列的方向进行二维扫描，同时每一个维度采用从左到右、从右到左、从上到下、从下到上四个方向进行像素点的采集，将二值数字图像的像素值变换为包含四组像素信息的一维的双极性非周期脉冲信号；

8、步骤5：自适应调节随机共振的参数，产生噪声、非线性系统和数字信号的共振，以峰值信噪比为评价模型实现噪声能量向有用信号的转移；

9、步骤6：将自适应二维四向随机共振输出得到的序列按照列扫描过程的方式重新组成一个方阵，并再将这个方阵进行归一均化处理，得到二维四向随机共振增强的图像。

10、进一步的，所述归一均化处理包括：将图片的像素值缩放到0-1之间，同时对图片进行均衡化处理，对在图像中像素个数多的灰度级进行展宽，而对像素个数少的灰度级进行缩减，增强图像的清晰度。

11、进一步的，所述峰值信噪比定义如下：

12、

13、

14、式中，灰度图像的2d矩阵的大小为p行和q列，i(i,j)是原始图像中ird行和jrd列中像素的灰度值，r(i,j)是恢复图像中ird行和jrd列中像素的灰度值。

15、进一步的，所述二维四向随机共振系统的求解表示如下：

16、

17、x表示像素点，h表示步长，a和b分别为随机共振模型的参数。

18、本发明第二方面提供了基于二维四向随机共振的工件材料图像质量增强装置，包括：

19、图像采集单元，用于采集工件材料表面含噪图像，对二值数字图像的灰度值进行映射，从而将二值数字图像像素值映射为双极性的图像像素信息；

20、分解去噪单元；用于将含噪的图像输入至二维经验模态分解模型中得到若干个本征模态函数，以峰值信噪比为评价模型筛选出包含图像信息较少的本征模态函数，将剩余的本征模态函数和残差量进行融合得到去噪的工件材料表面缺陷图像；

21、图像处理单元，用于经二维经验模态分解去噪处理后的图像进行归一均化处理；

22、图像增强单元，用于将归一均化的图片作为自适应二维四向随机共振系统的输入,对映射后的二值图像像素点按行或列的方向进行二维扫描，同时每一个维度采用从左到右、从右到左、从上到下、从下到上四个方向进行像素点的采集，将二值数字图像的像素值变换为包含四组像素信息的一维的双极性非周期脉冲信号；

23、图像调整单元，用于自适应调节随机共振的参数，产生噪声、非线性系统和数字信号的共振，以峰值信噪比为评价模型实现噪声能量向有用信号的转移；

24、结果输出单元，用于将自适应二维四向随机共振输出得到的序列按照列扫描过程的方式重新组成一个方阵，并再将这个方阵进行归一均化处理，得到二维四向随机共振增强的图像。

25、本发明第三方面提供了一种电子设备，包括处理器以及与处理器通信连接，且用于存储所述处理器可执行指令的存储器，所述处理器用于执行上述基于二维四向随机共振的工件材料图像质量增强方法。

26、本发明第四方面提供了计算机可读取存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述基于二维四向随机共振的工件材料图像质量增强方法。

27、相对于现有技术，本发明所述的基于二维四向随机共振的工件材料图像质量增强方法具有以下优势：

28、本发明提供了基于自适应二维四向随机共振系统的图像去噪算法，自动调节系统，实现图像的自适应去噪。通过调整参数a和b，将psnr定义为最佳输出图像的标准，并使用逆向定位的方法，建立了自适应二维四向随机共振系统，自动获得模型的最优参数参数。通过将含噪图像输入至自适应二维四向随机共振模型中进行图像处理，去噪后的图像包含更少的噪声和更高的清晰度，该算法的psnr数值优于传统的均值滤波和中值滤波方法，具有更高的图像处理能力。

技术特征：

1.基于二维四向随机共振的工件材料图像质量增强方法，其特征在于：包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的基于二维四向随机共振的工件材料图像质量增强方法，其特征在于：所述归一均化处理包括：将图片的像素值缩放到0-1之间，同时对图片进行均衡化处理，对在图像中像素个数多的灰度级进行展宽，而对像素个数少的灰度级进行缩减，增强图像的清晰度。

3.根据权利要求1所述的基于二维四向随机共振的工件材料图像质量增强方法，其特征在于：所述峰值信噪比定义如下：

4.根据权利要求1所述的基于二维四向随机共振的工件材料图像质量增强方法，其特征在于：所述二维四向随机共振系统的求解表示如下：

5.基于二维四向随机共振的工件材料图像质量增强装置，其特征在于：包括：

6.一种电子设备，包括处理器以及与处理器通信连接，且用于存储所述处理器可执行指令的存储器，其特征在于：所述处理器用于执行上述权利要求1-4任一所述的基于二维四向随机共振的工件材料图像质量增强方法。

7.计算机可读取存储介质，存储有计算机程序，其特征在于：所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1-4任一项所述的基于二维四向随机共振的工件材料图像质量增强方法。

技术总结本发明提供了一种基于二维四向随机共振的工件材料图像质量增强方法，通过快速自适应BEMD对图像原始噪声进行分解，得到多个本征模态函数(Intrinsic mode function,IMF)分量和残差量，采用PSNR为评价标准通过阈值参数选取包含特征信息最多的IMF分量，对其采用自适应二维四向随机共振系统将噪声能量转移图像特征，同时采用峰值信噪比作为图像质量的评价模型自动获得自适应二维四向随机共振系统的最优参数，实现对工件材料表面质量图像的自适应去噪，去噪后的图像包含更少的噪声和更高的清晰度。技术研发人员：陈旭雯,王珊,张翔,祖洪飞,范雪珂,邱宇航受保护的技术使用者：浙江谱麦科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/7/29