一种频谱图像处理方法和系统

技术领域

本发明属于图像处理技术领域，尤其涉及一种频谱图像处理方法和系统。

背景技术

实时频谱分析用于连续采集分析处理包含瞬态特征的通信信号，将大量频谱数据统计并合成为频谱密度统计图像。对于频谱显示的处理速度有较高的要求，频谱图像处理时间必须小于测量统计时间，否则会导致频谱数据丢失的严重问题。

普通软件对频谱图像处理方法采用嵌套循环遍历数组矩阵方式将原始图像数据映射到新的数组矩阵，时间复杂度高，效率低下，不能有效满足实时频谱图像需求的处理速度。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提出了一种频谱图像处理方案；以提高现有频谱图像处理方法的性能。

本发明第一方面公开了一种频谱图像处理方法。所述方法包括：

步骤S1、基于原始频谱图像的图像尺寸和放大后的频谱图像的图像尺寸，确定每个像素位置分别在二维坐标系中X方向和Y方向上的放大比例值；

步骤S2、对于所述原始频谱图像的每个像素位置，基于当前像素位置上的频谱密度值，利用颜色映射公式计算所述频谱密度值的颜色值，作为所述放大后的频谱图像在所述当前像素位置的放大区域上的填充颜色值；

步骤S3、根据所述原始频谱图像的每个像素位置的颜色值，对所述每个像素位置按照所述放大比例值进行放大后得到的放大区域进行颜色填充，从而获取以不同颜色显示的放大后的频谱图像。

根据本发明第一方面的方法，所述步骤S1具体包括：

根据所述原始频谱图像在X方向上的像素数Wx1和所述放大后的频谱图像在X方向上的像素数Wx2，计算所述每个像素位置的平均放大比例kx=Wx2/Wx1，其中Wx1和Wx2均为正整数，且W1x＜Wx2；

以所述原始频谱图像在X方向上的像素数Wx1和所述平均放大比例kx=Wx2/Wx1创建放大比例列表，所述放大比例列表的行数为3、列数为Wx1；其中：

第1行为列表索引值i，从第1行第1列到第1行第Wx1列的取值分别为从1到Wx1的正整数，1≤i≤Wx1，且i为正整数；

第2行为第1行列表索引值i的临时记录值Tx

第3行为临时放大值Sx

对所述临时放大值Sx

进一步利用与所述X方向相同的方式确定所述Y方向上的放大比例值Ay

根据本发明第一方面的方法，在所述步骤S2中，利用如下方式确定所述颜色映射公式：

对所述原始频谱图像的每个像素位置上的频谱密度值都求取其对数值，并提取出最大对数值Lmax和最小对数值Lmin，最大对数值Lmax与颜色条上的终止位置的颜色值Colorbarmax对应，最小对数值Lmin与所述颜色条上的起始位置的颜色值Colorbarmin对应，求解下式中的未知量k

Lmax×k

Lmin×k

从而确定所述颜色映射公式Colorbar=k

Colorbar=(Colorbarmin-Colorbarmax)×L

+Colorbarmax×Lmax-(Colorbarmin×Lmin)(Lmax-Lmin)

其中，L表示所述原始频谱图像在当前像素位置上的频谱密度值的对数值，Colorbar表示所述原始频谱图像在所述当前像素位置上通过计算得到的颜色值。

根据本发明第一方面的方法，在所述步骤S3中，在进行颜色填充时：

（1）在前次填充颜色在本次填充时被保留的情况下，所述颜色填充进入无限余晖模式；具体为：

当本次填充的颜色值不为0时，直接以所述本次填充的颜色进行填充，覆盖所述前次填充颜色；

当本次填充的颜色值为0时，则不执行填充，并保留所述前次填充颜色；

（2）在前次填充颜色在本次填充时被清除的情况下：

当本次填充的颜色值不为0时，直接以所述本次填充的颜色进行填充，覆盖所述前次填充颜色；

当本次填充的颜色值为0时，则不执行填充，对所述前次填充颜色进行衰减，并保留经衰减的前次填充颜色。

本发明第二方面公开了一种频谱图像处理系统。所述系统包括：

第一处理单元，被配置为：基于原始频谱图像的图像尺寸和放大后的频谱图像的图像尺寸，确定每个像素位置分别在二维坐标系中X方向和Y方向上的放大比例值；

第二处理单元，被配置为：对于所述原始频谱图像的每个像素位置，基于当前像素位置上的频谱密度值，利用颜色映射公式计算所述频谱密度值的颜色值，作为所述放大后的频谱图像在所述当前像素位置的放大区域上的填充颜色值；

第三处理单元，被配置为：根据所述原始频谱图像的每个像素位置的颜色值，对所述每个像素位置按照所述放大比例值进行放大后得到的放大区域进行颜色填充，从而获取以不同颜色显示的放大后的频谱图像。

根据本发明第二方面的系统，所述第一处理单元具体被配置为：

根据所述原始频谱图像在X方向上的像素数Wx1和所述放大后的频谱图像在X方向上的像素数Wx2，计算所述每个像素位置的平均放大比例kx=Wx2/Wx1，其中Wx1和Wx2均为正整数，且W1x＜Wx2；

以所述原始频谱图像在X方向上的像素数Wx1和所述平均放大比例kx=Wx2/Wx1创建放大比例列表，所述放大比例列表的行数为3、列数为Wx1；其中：

第1行为列表索引值i，从第1行第1列到第1行第Wx1列的取值分别为从1到Wx1的正整数，1≤i≤Wx1，且i为正整数；

第2行为第1行列表索引值i的临时记录值Tx

第3行为临时放大值Sx

对所述临时放大值Sx

进一步利用与所述X方向相同的方式确定所述Y方向上的放大比例值Ay

根据本发明第二方面的系统，所述第二处理单元具体被配置为，利用如下方式确定所述颜色映射公式：

对所述原始频谱图像的每个像素位置上的频谱密度值都求取其对数值，并提取出最大对数值Lmax和最小对数值Lmin，最大对数值Lmax与颜色条上的终止位置的颜色值Colorbarmax对应，最小对数值Lmin与所述颜色条上的起始位置的颜色值Colorbarmin对应，求解下式中的未知量k

Lmax×k

Lmin×k

从而确定所述颜色映射公式Colorbar=k

Colorbar=(Colorbarmin-Colorbarmax)×L

+Colorbarmax×Lmax-(Colorbarmin×Lmin)(Lmax-Lmin)

其中，L表示所述原始频谱图像在当前像素位置上的频谱密度值的对数值，Colorbar表示所述原始频谱图像在所述当前像素位置上通过计算得到的颜色值。

根据本发明第二方面的系统，所述第三处理单元具体被配置为，在进行颜色填充时：

（1）在前次填充颜色在本次填充时被保留的情况下，所述颜色填充进入无限余晖模式；具体为：

当本次填充的颜色值不为0时，直接以所述本次填充的颜色进行填充，覆盖所述前次填充颜色；

当本次填充的颜色值为0时，则不执行填充，并保留所述前次填充颜色；

（2）在前次填充颜色在本次填充时被清除的情况下：

当本次填充的颜色值不为0时，直接以所述本次填充的颜色进行填充，覆盖所述前次填充颜色；

当本次填充的颜色值为0时，则不执行填充，对所述前次填充颜色进行衰减，并保留经衰减的前次填充颜色。

本发明第三方面公开了一种电子设备。所述电子设备包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时，实现本发明第一方面所述的一种频谱图像处理方法中的步骤。

本发明第四方面公开了一种计算机可读存储介质。所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，实现本发明第一方面所述的一种频谱图像处理方法中的步骤。

本发明提供的技术方案能够提高实时频谱显示效率，满足实时频谱分析数据不丢失瞬态信号的需求。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为根据本发明实施例的一种频谱图像处理方法的流程图；

图2为根据本发明实施例的一种电子设备的结构图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例只是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明第一方面公开了一种频谱图像处理方法。图1为根据本发明实施例的一种频谱图像处理方法的流程图；如图1所示，所述方法包括：

步骤S1、基于原始频谱图像的图像尺寸和放大后的频谱图像的图像尺寸，确定每个像素位置分别在二维坐标系中X方向和Y方向上的放大比例值；

步骤S2、对于所述原始频谱图像的每个像素位置，基于当前像素位置上的频谱密度值，利用颜色映射公式计算所述频谱密度值的颜色值，作为所述放大后的频谱图像在所述当前像素位置的放大区域上的填充颜色值；

步骤S3、根据所述原始频谱图像的每个像素位置的颜色值，对所述每个像素位置按照所述放大比例值进行放大后得到的放大区域进行颜色填充，从而获取以不同颜色显示的放大后的频谱图像。

在步骤S1，基于原始频谱图像的图像尺寸和放大后的频谱图像的图像尺寸，确定每个像素位置分别在二维坐标系中X方向和Y方向上的放大比例值。

在一些实施例中，所述步骤S1具体包括：

根据所述原始频谱图像在X方向上的像素数Wx1和所述放大后的频谱图像在X方向上的像素数Wx2，计算所述每个像素位置的平均放大比例kx=Wx2/Wx1，其中Wx1和Wx2均为正整数，且W1x＜Wx2；

以所述原始频谱图像在X方向上的像素数Wx1和所述平均放大比例kx=Wx2/Wx1创建放大比例列表，所述放大比例列表的行数为3、列数为Wx1；其中：

第1行为列表索引值i，从第1行第1列到第1行第Wx1列的取值分别为从1到Wx1的正整数，1≤i≤Wx1，且i为正整数；

第2行为第1行列表索引值i的临时记录值Tx

第3行为临时放大值Sx

对所述临时放大值Sx

进一步利用与所述X方向相同的方式确定所述Y方向上的放大比例值Ay

具体地，计算出放大图像在X，Y方向上对比原始图像大小的放大比例。即用放大后的图像大小与放大前的图像大小相比，分别得出每个输入图像数据需要放大的比例列表。

具体的计算方法为：

假设X方向上原始图像的像素点有Wx1个，放大之后像素点有Wx2个，首先计算出平均每个点需要放大的比例为k = Wx2/Wx1。由于像素点必须为整数，而比值k可能为小数，因此需要用取整的方式计算出放大比例列表。

举例说明：原始图像在X方向上有8个像素点，放大后为15个像素点，则k=15/8 =1.875；如下所示：

列表索引值 1 2 3 4 5 6 7 8

临时记录值 1 3 5 7 9 11 13 15

临时放大值 1 2 2 2 2 2 2 2

其中，[1,2,2,2,2,2,2,2]的求和结果与Wx2（即15）相等时，则将[1,2,2,2,2,2,2,2]作为最终的放大比例值。假设求和结果大于或小于Wx2，差值为1，则相应的对最后一个位置上的放大比例值减或加1。

在步骤S2，对于所述原始频谱图像的每个像素位置，基于当前像素位置上的频谱密度值，利用颜色映射公式计算所述频谱密度值的颜色值，作为所述放大后的频谱图像在所述当前像素位置的放大区域上的填充颜色值。

在一些实施例中，在所述步骤S2中，利用如下方式确定所述颜色映射公式：

对所述原始频谱图像的每个像素位置上的频谱密度值都求取其对数值，并提取出最大对数值Lmax和最小对数值Lmin，最大对数值Lmax与颜色条上的终止位置的颜色值Colorbarmax对应，最小对数值Lmin与所述颜色条上的起始位置的颜色值Colorbarmin对应，求解下式中的未知量k

Lmax×k

Lmin×k

从而确定所述颜色映射公式Colorbar=k

Colorbar=(Colorbarmin-Colorbarmax)×L

+Colorbarmax×Lmax-(Colorbarmin×Lmin)(Lmax-Lmin)

其中，L表示所述原始频谱图像在当前像素位置上的频谱密度值的对数值，Colorbar表示所述原始频谱图像在所述当前像素位置上通过计算得到的颜色值。

具体地，颜色条的映射公式为斜率-截距函数，因此，将频谱密度的对数值的最大值与颜色条的最大值对应，将频谱密度的对数值的最小值与颜色条的最小值对应，从而得到对应的映射公式。

在步骤S3，根据所述原始频谱图像的每个像素位置的颜色值，对所述每个像素位置按照所述放大比例值进行放大后得到的放大区域进行颜色填充，从而获取以不同颜色显示的放大后的频谱图像。

在一些实施例中，在所述步骤S3中，在进行颜色填充时：

（1）在前次填充颜色在本次填充时被保留的情况下，所述颜色填充进入无限余晖模式；具体为：

当本次填充的颜色值不为0时，直接以所述本次填充的颜色进行填充，覆盖所述前次填充颜色；

当本次填充的颜色值为0时，则不执行填充，并保留所述前次填充颜色；

（2）在前次填充颜色在本次填充时被清除的情况下：

当本次填充的颜色值不为0时，直接以所述本次填充的颜色进行填充，覆盖所述前次填充颜色；

当本次填充的颜色值为0时，则不执行填充，对所述前次填充颜色进行衰减，并保留经衰减的前次填充颜色。

另外，在本发明第一方面的方法中，可选地，可以基于OpenCL平台实现上述方法。具体包括：

（1）根据当前系统的配置选择OpenCL平台并创建一个上下文。默认选择CPU平台。

（2）在所选择的CPU平台上创建命令队列，用于将程序中待执行的内核进行排队并读回结果。

（3）创建和构建程序对象，从内核函数文件加载OpenCL C内核源代码。所述内核函数文件中为对图像进行长宽放大处理的包括图像放大处理的kernel函数。

（4）创建内核和内存对象。在内存中分配内核函数的参数。所述内核为包括图像XY方向放大的kernel_XYzoomIn所述内存对象指内核函数所包含的参数。X表示图像的宽度，Y表示图像的高度。执行内核函数时，根据图像在X方向和Y方向上的放大选择对应的内核函数执行。每个内核函数并行执行如下操作：颜色对数映、图像放大、余晖处理。

（5）根据图像缩放后的像素大小和原始图像数据的大小分别计算出XY方向上每个数据点或像素点的放大比例，分别得到一个缩放放大比例列表，作为内核函数的其中一项输入参数。

（6）执行内核函数。根据当前图像的放大过程，选择步骤四所述的相应类型的内核函数并行执行，得到处理后的图像数据。

本发明第二方面公开了一种频谱图像处理系统。所述系统包括：

第一处理单元，被配置为：基于原始频谱图像的图像尺寸和放大后的频谱图像的图像尺寸，确定每个像素位置分别在二维坐标系中X方向和Y方向上的放大比例值；

第二处理单元，被配置为：对于所述原始频谱图像的每个像素位置，基于当前像素位置上的频谱密度值，利用颜色映射公式计算所述频谱密度值的颜色值，作为所述放大后的频谱图像在所述当前像素位置的放大区域上的填充颜色值；

第三处理单元，被配置为：根据所述原始频谱图像的每个像素位置的颜色值，对所述每个像素位置按照所述放大比例值进行放大后得到的放大区域进行颜色填充，从而获取以不同颜色显示的放大后的频谱图像。

根据本发明第二方面的系统，所述第一处理单元具体被配置为：

根据所述原始频谱图像在X方向上的像素数Wx1和所述放大后的频谱图像在X方向上的像素数Wx2，计算所述每个像素位置的平均放大比例kx=Wx2/Wx1，其中Wx1和Wx2均为正整数，且W1x＜Wx2；

以所述原始频谱图像在X方向上的像素数Wx1和所述平均放大比例kx=Wx2/Wx1创建放大比例列表，所述放大比例列表的行数为3、列数为Wx1；其中：

第1行为列表索引值i，从第1行第1列到第1行第Wx1列的取值分别为从1到Wx1的正整数，1≤i≤Wx1，且i为正整数；

第2行为第1行列表索引值i的临时记录值Tx

第3行为临时放大值Sx

对所述临时放大值Sx

进一步利用与所述X方向相同的方式确定所述Y方向上的放大比例值Ay

根据本发明第二方面的系统，所述第二处理单元具体被配置为，利用如下方式确定所述颜色映射公式：

对所述原始频谱图像的每个像素位置上的频谱密度值都求取其对数值，并提取出最大对数值Lmax和最小对数值Lmin，最大对数值Lmax与颜色条上的终止位置的颜色值Colorbarmax对应，最小对数值Lmin与所述颜色条上的起始位置的颜色值Colorbarmin对应，求解下式中的未知量k

Lmax×k

Lmin×k

从而确定所述颜色映射公式Colorbar=k

Colorbar=(Colorbarmin-Colorbarmax)×L

+Colorbarmax×Lmax-(Colorbarmin×Lmin)(Lmax-Lmin)

其中，L表示所述原始频谱图像在当前像素位置上的频谱密度值的对数值，Colorbar表示所述原始频谱图像在所述当前像素位置上通过计算得到的颜色值。

根据本发明第二方面的系统，所述第三处理单元具体被配置为，在进行颜色填充时：

（1）在前次填充颜色在本次填充时被保留的情况下，所述颜色填充进入无限余晖模式；具体为：

当本次填充的颜色值不为0时，直接以所述本次填充的颜色进行填充，覆盖所述前次填充颜色；

当本次填充的颜色值为0时，则不执行填充，并保留所述前次填充颜色；

（2）在前次填充颜色在本次填充时被清除的情况下：

当本次填充的颜色值不为0时，直接以所述本次填充的颜色进行填充，覆盖所述前次填充颜色；

当本次填充的颜色值为0时，则不执行填充，对所述前次填充颜色进行衰减，并保留经衰减的前次填充颜色。

本发明第三方面公开了一种电子设备。所述电子设备包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时，实现本发明第一方面所述的一种频谱图像处理方法中的步骤。

图2为根据本发明实施例的一种电子设备的结构图；如图2所示，电子设备包括通过系统总线连接的处理器、存储器、通信接口、显示屏和输入装置。其中，该电子设备的处理器用于提供计算和控制能力。该电子设备的存储器包括非易失性存储介质、内存储器。该非易失性存储介质存储有操作系统和计算机程序。该内存储器为非易失性存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境。该电子设备的通信接口用于与外部的终端进行有线或无线方式的通信，无线方式可通过WIFI、运营商网络、近场通信（NFC）或其他技术实现。该电子设备的显示屏可以是液晶显示屏或者电子墨水显示屏，该电子设备的输入装置可以是显示屏上覆盖的触摸层，也可以是电子设备外壳上设置的按键、轨迹球或触控板，还可以是外接的键盘、触控板或鼠标等。

本领域技术人员可以理解，图2中示出的结构，仅仅是与本公开的技术方案相关的部分的结构图，并不构成对本申请方案所应用于其上的电子设备的限定，具体的电子设备可以包括比图中所示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者具有不同的部件布置。

本发明第四方面公开了一种计算机可读存储介质。所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，实现本发明第一方面所述的一种对频谱分析仪的频率响应进行校准的方法中的步骤。

综上，本发明的技术方案具有以下技术效果：

本发明的技术方案实际应用于频谱分析仪的幅度校准补偿，传统的校准方法采取的是对校准频段按照取步进的方式依次对所取得每一个频点进行幅度补偿，为了校准效果达到更好的效果，通常会选取更小的步进来获取校准频点，这样会导致校准的时间较长，进而效率极低；而本发明的技术方案在提高效率方面具有极大的优势，通过这种校准方式可以减少大量非必要的校准频点，在保持校准效果的同时极大得缩短了校准时间，节约大量的时间成本，这种技术方案已经应用于实际的频谱分析仪的幅度校准生产中，实际结果证明这种方案完全具有可行性，并且校准结果是可靠的。本发明的技术方案具有实用性、创造性，可以广泛的应用于频谱分析仪的幅度校准补偿中。

请注意，以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。