一种基于趋势包络中心线的示功图波动区域自适应定位方法

本发明涉及图像处理，具体涉及一种基于趋势包络中心线的示功图波动区域自适应定位方法，尤其适用于往复压缩机示功图的工况分析场景。

背景技术：

1、示功图可以反映压缩机在一个工作循环中气缸内气体压力变化的曲线图，示功图的测试，是研究压缩机性能与工作状态的重要方法。根据示功图的形状可以分析判断、气阀、活塞环、填料等的泄漏情况，进、排气过程的压力损失情况；压缩及膨胀过程的热交换情况等；从而根据这些分析对压缩机进行故障诊断。

2、因此，对示功图波动区域的准确提取是分析往复压缩机工作状态的核心环节。传统的示功图波动区域提取方法主要存在以下问题：不同压缩机示功图形态差异大，以及在实际工作过程中由于活塞磨损、气阀泄漏 、气缸余隙变化都会导致波动区域位置发生变化，因此，固定roi（region of interest，感兴趣区域）提取方法失效。若人工提取存在效率低、主观性强，难以适应大规模示功图分析需求的问题。

3、目前还有一些处理法直接对整幅示功图分析，存在大量无效信息，会造成背景占比高，关键波动特征被干扰。边界曲线的平滑处理效果差，易受噪声干扰导致极值点检测错误。掩码范围确定仅依赖经验值，横向和纵向范围的准确性不足，无法精准框定波动区域。因此，亟需一种自动化、高精度的示功图波动区域提取及掩码生成方法，以提升示功图工况分析的效率和准确性。

技术实现思路

1、本发明为了解决现有示功图分析诊断时需要对全图处理分析，导致数据处理量大的问题，提出了一种基于趋势包络中心线的示功图波动区域自适应定位方法，仅对波动区域提取出来分析，解决了数据处理量大的问题。

2、为了解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案予以实现：

3、一种基于趋势包络中心线的示功图波动区域自适应定位方法，包括：

4、步骤一，获取示功图图像，并进行预处理，得到二值图像；

5、步骤二，分别提取二值图像的上边界点和下边界点，得到由所述上边界点组成的上边界点序列和由所述下边界点组成的下边界点序列；

6、步骤三，分别对上边界点序列和下边界点序列在行坐标轴的方向上做平滑处理，得到连续的上边界曲线和连续的下边界曲线，所述行坐标轴沿竖向设置，列坐标轴沿横向设置；

7、步骤四，极值点检测步骤，分别对所述上边界曲线和下边界曲线进行局部极大值点和局部极小值点检测，记录上边界曲线的所有局部极大值点的列坐标值，组成上边界曲线的局部极大值点序列，记录上边界曲线的所有局部极小值点的列坐标值，组成上边界曲线的局部极小值点序列，同理获得下边界曲线的局部极大值点序列和局部极小值点序列；

8、步骤五，分别对各边界曲线的局部极大值点序列和局部极小值点序列进行插值拟合，构建相应边界曲线的上包络线和下包络线，并依据同一边界曲线的上包络线和下包络线计算该边界曲线的趋势包络中心线；

9、步骤六，查找边界曲线与其所对应的趋势包络中心线的交点，根据所述交点确定波动区域在列坐标轴方向的边界，并根据该边界曲线的局部极大值点序列和局部极小值点序列确定波动区域在行坐标轴方向的边界；

10、步骤七，波动区域掩码生成。创建与所述二值图像尺寸一致的零矩阵，并将所述波动区域填充数值1，分别生成上边界波动区域掩码和下边界波动区域掩码；

11、步骤八，根据所述上边界波动区域掩码和下边界波动区域掩码定位其余示功图的上边界波动区域和下边界波动区域。

12、在有的实施例中，步骤二中所述上边界点和下边界点的提取方法为：沿所述二值图像的列坐标轴方向逐列遍历，对于每一列像素值为1的元素，取位于最上方的元素作为上边界点，取位于最下方的元素作为下边界点，所有的上边界点组成上边界点序列，所有的下边界点组成下边界点序列。

13、在有的实施例中，步骤三中采用savitzky-golay滤波方法进行平滑处理。

14、在有的实施例中，步骤四中还包括对各极值点序列进行端点补全步骤，包括：

15、对于上边界曲线的局部极大值点序列和局部极小值点序列，在序列的首部插入一个元素，该元素存储的列坐标值为0，用于在绘制上边界曲线的包络线时从二维图像的第一列沿着列坐标轴方向开始绘制；

16、对于下边界曲线的局部极大值点序列和局部极小值点序列，在序列的尾部插入一个元素，该元素存储的列坐标值为二值图像的最大列数，用于在绘制下边界曲线的包络线时从二维图像的最后一列沿着列坐标轴反方向开始绘制。

17、在有的实施例中，步骤四中进行局部极大值点和局部极小值点的检测方法为：利用峰值检测函数分别检测相应边界曲线的峰值和谷值。

18、在有的实施例中，步骤五中采用三次hermite插值函数分别对各极值点序列进行拟合，并将所有参与插值的极值点处的导数设定为0。

19、在有的实施例中，步骤五中趋势包络中心线的计算方法为：将同一边界曲线的上包络线和下包络线进行均值计算，得到该边界曲线的趋势包络中心线。

20、在有的实施例中，步骤六中所述波动区域包括与所述上边界曲线对应的上波动区域，以及与所述下边界曲线对应的下波动区域，所述趋势包络中心线包括与所述上边界曲线对应的上趋势包络中心线，以及与所述下边界曲线对应的下趋势包络中心线，所述上波动区域在列坐标轴方向的边界确定方法为：

21、上趋势包络中心线的最左端作为上波动区域的左边界，上边界曲线与上趋势包络中心线最右端的交点作为上波动区域的右边界；

22、所述下波动区域在列坐标轴方向的边界确定方法为：

23、下趋势包络中心线的最右端作为下波动区域的右边界，下边界曲线与下趋势包络中心线最左端的交点作为下波动区域的左边界；

24、所述上波动区域在行坐标轴方向的边界的确定方法为：

25、上边界曲线的局部极大值点序列和局部极小值点序列中，位置最高的点作为上波动区域的上边界，位置最低的点作为上波动区域的下边界；

26、所述下波动区域在行坐标轴方向的边界的确定方法为：

27、下边界曲线的局部极大值点序列和局部极小值点序列中，位置最高的点作为下波动区域的上边界，位置最低的点作为下波动区域的下边界。

28、在有的实施例中，所述上波动区域在列坐标轴方向的边界确定方法中，当上边界曲线与上趋势包络中心线最右端的交点超过二值图像的一半时，选取上边界曲线与上趋势包络中心线从右端数第二个交点作为上波动区域的右边界。

29、在有的实施例中，步骤一中还包括对示功图图像进行方向归一化处理的步骤，统一设置列坐标轴的正向为气缸内气体体积值从零值向右增大，行坐标轴的正向为缸内气体压力从零值向上增大。

30、与现有技术相比，本发明的优点和积极效果是：本发明的基于趋势包络中心线的示功图波动区域自适应定位方法，通过构建示功图上下边界曲线的趋势包络中心线，以边界曲线相对于趋势包络中心线的偏离关系作为波动区域判定依据，实现波动区域的自动定位，并根据波动区域制作波动区域掩码，从而为后续工况识别和故障诊断提供高质量特征区域，解决了目前全图处理图像导致处理量大的问题，以及人工定位波动区域导致自动化低和精度差的问题。

31、结合附图阅读本发明实施方式的详细描述后，本发明的其他特点和优点将变得更加清楚。