CN113884776B - 一种射频电磁场辐射抗扰度试验方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种射频电磁场辐射抗扰度试验方法和装置，包括包括被测物体，还包括环境组件和试验组件，环境组件包括暗室和射频加扰装置，暗室设置为封闭空间，暗室的内壁均设置有吸波墙，被测物体和射频加扰装置均设置在暗室内部，试验组件包括视觉传感器和计算机，视觉传感器安装在吸波墙内部，视觉传感器的光学镜头穿过在吸波墙，视觉传感器的光学镜头于被测物品相对应，计算机安装在暗室外侧，计算机与视觉传感器电性连接。本发明中通过吸波材料对视觉传感器进行包裹，只暴露光学镜头，消除了视觉传感器自身的电磁辐射，提高试验结果的准确度。

Description

一种射频电磁场辐射抗扰度试验方法和装置

技术领域

本发明涉及射频电磁场辐射技术领域，具体涉及一种射频电磁场辐射抗扰度试验方法和装置。

背景技术

射频电磁场辐射抗扰度试验，通常也称作辐射敏感度试验，用来评估电子电气设备遭受射频电磁场辐射时不受到骚扰而能正常工作的能力。现有的EMC商业自动化测试软件(例如R&SEMC32软件等)以及实验室自主开发的射频电磁场测试系统主要侧重于试验仪器设备的控制，并未涉及试验期间样品状态监控和评价功能，抗扰度试验期间样品状态监控自动化程度较低。

目前实验室试验期间工作状态记录主要采用人工观察记录法和辅助设备观察法，两者均存在一定的缺陷和弊端。人工观察记录法依赖检测人员通过位于EMC试验控制室的监视屏幕，监测试验期间被测样品的工作状态，观察有无出现异常现象，并人工记录各种现象。人工观察记录法存在以下缺点：(1)人工观察法中，由于实验人员长时肉眼聚焦试验样品，易出现疲劳疏忽问题，造成漏观察、误观察、读数错误，无法真实全面记录试验期间样品情况；(2)对于一些瞬间变化现象无法准确识别和记录；(3)人工观察法试验后无法准确追溯和分析定位试验期间现象，往往需要通过反复多次试验来定位试验问题点，造成实验室试验效率低下且数据不够精确。

同时，辅助设备观察法是利用辅助设备监控试验期间样品的状态，例如对于被检样品气体报警器产品，可以通过置于半电波暗室内部或外部的报警控制器或者示波器、信号记录仪来监控被测样品试验期间的电流电压输出信号变化，以判断样品是否受到试验干扰。辅助设备记录法存在以下缺点：(1)辅助监视设备大多是电子设备，对其EMC性能有一定要求，辅助设监视设备首先需要具备耐受相应射频电磁场的能力；(2)试验布置中引入辅助监视设备一定程度上改变了试验样品的工作状态，存在部分改变试验环境的客观事实，如果试验中存在异常情况，可能引起对试验结果的争议，需要进一步排查试验异常是否是由于监视设备的引入造成，增加实验室人员工作量。

发明内容

本发明的目的在于提供一种射频电磁场辐射抗扰度试验方法和装置，以解决上述背景技术中提出的人工观察法试验后无法准确追溯和分析定位试验期间现象，往往需要通过反复多次试验来定位试验问题点，造成实验室试验效率低下且数据不够精确的问题。

为实现上述目的，一方面，本发明提供一种射频电磁场辐射抗扰度试验方法，包括S1.读取图像帧：计算机顺序读取视觉传感器图像帧，并将当前RGB三通道帧转为单通道灰度图，将每次开始后采集的第一帧作为第一个图像关键帧；

S2.动态标记：对之后所采集到的每帧图像，与前一关键帧做差分并求绝对值，做动态标记过滤计算，若满足条件，则更新关键帧；

S3.全局降噪：遍历差分图像空间域，做全局低频滤波，将图像信息二值化；

S4.灰度处理和开闭计算：对二值化的图像做开闭操作，先腐蚀再膨胀，可以去掉零星噪声点，填充明暗变化不均造成的白洞；

S5.查找图像中灰度值被置为1的轮廓并绘制外接矩形边框，作为被识别区域标记框，对框内区域进行字符识别和示数拼接；

S6.计算示数变化率，做异常判别。

在本发明的一种实施例中，S2中差分运算方式为：

式①中D(x,y)是连续两帧图像之间的差分图像函数，I(t)和I(t-1)分别为t和t-1时刻的图像参数，I为图像的灰度值，T为差分图像二值化时所选取的阈值。

在本发明的一种实施例中，记图像关键帧序列为K[i]，i＝0～N，关键帧是用来标记图像内容相对稳定的一段序列的参考帧，在系统初始阶段，记第1帧为K[0]，之后每更新一帧，则进行两次帧差分运算，其中，内差分的计算公式为：

D_in(x,y)＝Σa(u,v)*{K[0][i](u,v)-K[0][i-1](u,v)}②

外差分的计算公式为：

D_out(x,y)＝∑a(u,v)*{K[0][i](u,v)-K[0](u,v)}③

式②③中a(u,v)为差分运算后该像素对差分值的权重系数，系数的分布区间为[0,2]，中值为1。

在本发明的一种实施例中，采样过程中，每次试验时间持续15分钟到30分钟之间。

在本发明的一种实施例中，S3中采用OTSU大律法自适应阈值分割算法。

在本发明的一种实施例中，S4中，设计空间域的低通滤波器进行全局降噪，以精准捕获试验样品的示数相关区域，方法为：

式④中滤波器空间半径D₀设定为5。

在本发明的一种实施例中，S6中，采用时间回溯法来计算被测样品示数的即时变化率，方法为：

S(i)＝1/{T[K(i)]-T[K(i-1)]}⑤

其中，T[K(i)]为第i个关键帧的时间戳，精确到ms，即时变化率用来表示单次异常事件的发生频率。

在本发明的一种实施例中，考虑数值波动范围可得示数波动表征：

W(i)＝{F[K(i+1)]-F[K(i-1)]}/{T[K(i+1)]-T[K(i-1)]}⑥

其中F[K(i+1)]为第i+1个关键帧的示数数值，选用第i+1个关键帧的时间戳与第i-1个关键帧的时间戳差值可得单次示数变化前后的持续时长，示数波动表征W(i)用来表示单次异常事件导致的误差波动率，整个试验期间的阶段变化率计算方法同样可基于关键帧实现：

Z(i)＝1/{T[K(i)]-T[K(0)]}⑦

其表征从试验开始到第i个事件发生时的平均发生率。

第二方面，本发明提供一种射频电磁场辐射抗扰度试验装置，包括被测物体，还包括环境组件和试验组件。

环境组件包括暗室和射频加扰装置，暗室设置为封闭空间，暗室的内壁均设置有吸波墙，被测物体和射频加扰装置均设置在暗室内部；

试验组件包括视觉传感器和计算机，视觉传感器安装在吸波墙内部，视觉传感器的光学镜头穿过在吸波墙，视觉传感器的光学镜头于被测物品相对应，计算机安装在暗室外侧，计算机与视觉传感器电性连接。

在本发明的一种实施例中，被测物品包括显示屏和指示灯，显示屏与视觉传感器的光学镜头相对应。

综上所述，由于采用了上述技术，本发明的有益效果是：

本发明中，远离试验样品足够距离(一般大于5米)且对试验样品不构成射频路径影响的位置放置视觉传感器，在半电波暗室墙壁上方，采用可见光反射的方式记录试验过程，视觉传感器被吸波材料包裹，仅通过光窗暴露视觉传感器的光学镜头，其本身不发射任何影响试验的电磁波，自身工作域与试验品环境域相分离，与已有方法相比，对被测样品的影响最小，有着明显的优势；

射频电磁场辐射抗扰度试验期间，计算机连接视觉传感器，可实时采集被测样品画面，通过内置的软件进行画面的全自动处理，能逐像素地获得前后两帧画面的差异，可检测出样品是否存在异常状态的关联现象，从而完成状态判断和结果计算；

在传统的试验装置上，通过吸波材料对视觉传感器进行包裹，只暴露光学镜头，消除了视觉传感器自身的电磁辐射。

本发明射频电磁场辐射抗扰度试验方法中提出结合帧间差运算的动态标记关键帧的方法，特别是内差分和外差分两种运算来检测图像帧中变化区域，消除了试验持续一定时间内环境亮度渐变导致的图像背景亮度变化；

通过对图像帧差分得到的中间结果进行全局滤波，消除了实际工作中视觉传感器画面轻微抖动，以及试验样品显示屏因玻璃罩影响产生重影等现象。

附图说明

图1为本发明方法的视频图像处理流程示意框图；

图2为本发明方法的动态标记关键帧示意图示意图；

图3为本发明方法的基于关键帧K[i]的示数变化率计算时间轴示意图；

图4为本发明装置的立体安装示意图。

图中：100、环境组件；110、吸波墙；120、射频加扰装置；130、暗室；200、被测物品；210、显示器；220、指示灯；300、试验组件；310、视觉传感器；320、计算机。

具体实施方式

为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，指示方位或位置关系的术语为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据说明书具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1

请参阅图1-图3，本发明提供了一种射频电磁场辐射抗扰度试验方法，包括计算机顺序读取视觉传感器图像帧，并将当前RGB三通道帧转为单通道灰度图，将每次开始后采集的第一帧作为第一个图像关键帧对之后所采集到的每帧图像，与前一关键帧做差分并求绝对值，做动态标记过滤计算，若满足条件，则更新关键帧，其中，差分运算方式为：

式①中D(x,y)是连续两帧图像之间的差分图像函数，I(t)和I(t-1)分别为t和t-1时刻的图像参数，I为图像的灰度值，T为差分图像二值化时所选取的阈值，这里根据被测样品的显示屏类型由经验值进行设定，一般设置为30。动态标记是指是否将当前图像帧标记为关键帧的行为，记图像关键帧序列为K[i]，i＝0～N，关键帧是用来标记图像内容相对稳定的一段序列的参考帧，在系统初始阶段，记第1帧为K[0]，之后每更新一帧，则进行两次帧差分运算，其中，内差分的计算公式为：

D_in(x,y)＝Σa(u,v)*{K[0][i](u,v)-K[0][i-1](u,v)}②

外差分的计算公式为：

D_out(x,y)＝∑a(u,v)*{K[0][i](u,v)-K[0](u,v)}③

式②③中a(u,v)为差分运算后该像素对差分值的权重系数，系数的分布区间为[0,2]，中值为1。如图2所示，系统的关键帧为K[1]，则其后每一帧K[1][1]，K[1][2]分别与前一帧做内差分运算，感知背景微弱变化，同时与K[1]做外差分运算，若差分值D(x,y)大于一定阈值，则用当前帧K[1][i]代替前一关键帧，即K[2]＝K[1][i]。随时间推移，逐帧运算，同样地，试验样品示数再次发生变化时，则有K[3]＝K[2][j]，如此循环。

具体试验时，选取参考帧，即式(1)中的I(t-1)，理想的视频采集过程中，I(t)相对于I(t-1)的背景保持不变，即大部分的灰度值相等，而实际采样过程中，每次试验时间往往要持续15分钟到30分钟，这期间图像帧亮度随时间会产生渐变现象，通过动态标记关键帧，提供稳定场景参考帧和实时参考帧，可消除环境渐变产生的背景变化影响。

遍历差分图像空间域，做全局低频滤波，将图像信息二值化。对二值化的图像做开闭操作，先腐蚀再膨胀，可以去掉零星噪声点，填充明暗变化不均造成的白洞，在相同时间尺度内，背景的亮度值变化与试验样品示数变化的次数有较大区别，前者在单位时间内更频繁，后者则具备不同时长的稳态特性。在空间尺度下，背景噪声的粒度更小，示数区域一般更大且具有连通性，据此，设计空间域的低通滤波器进行全局降噪，以精准捕获试验样品的示数相关区域，方法为：

具体试验时，选取高斯型低通滤波器，可同步滤除传感器采集图像时的部分高斯噪声，式④中滤波器空间半径D₀设定为5。

查找图像中灰度值被置为1的轮廓并绘制外接矩形边框，作为被识别区域标记框，对框内区域进行字符识别和示数拼接，字符识别的方法较多，有基于数字图像特征的比对方法，也有基于深度学习的端到端的识别，可选用深度神经网络模型LeNet，完成对数字、字母大小写、小数点、物理量纲等字符的识别。

计算示数变化率，做异常判别，采用时间回溯法来计算被测样品示数的即时变化率，方法为：

S(i)＝1/{T[K(i)]-T[K(i-1)]}⑤

其中，T[K(i)]为第i个关键帧的时间戳，精确到ms，即时变化率用来表示单次异常事件的发生频率，考虑数值波动范围可得示数波动表征：

W(i)＝{F[K(i+1)]-F[K(i-1)]}/{T[K(i+1)]-T[K(i-1)]}⑥

其中F[K(i+1)]为第i+1个关键帧的示数数值，选用第i+1个关键帧的时间戳与第i-1个关键帧的时间戳差值可得单次示数变化前后的持续时长，示数波动表征W(i)用来表示单次异常事件导致的误差波动率，整个试验期间的阶段变化率计算方法同样可基于关键帧实现：

Z(i)＝1/{T[K(i)]-T[K(0)]}⑦

其表征从试验开始到第i个事件发生时的平均发生率，把当前帧保存作为下一次处理的前一帧，然后重新开始循环识别。

本发明提出的方法中，关键帧K[i]的时间戳T[K(i)]为唯一自变量，通过增删关键帧节点K[i]即可自动更新变化率的效果，计算效率大为提高；通过对图像帧差分得到的中间结果进行全局滤波，消除了实际工作中视觉传感器画面轻微抖动，以及试验样品显示屏因玻璃罩影响产生重影等现象。

一种射频电磁场辐射抗扰度试验装置，包括被测物体200，还包括环境组件100和试验组件300，环境组件100包括暗室130和射频加扰装置120，暗室130设置为封闭空间，暗室130的内壁均设置有吸波墙110，被测物体200和射频加扰装置120均设置在暗室130内部，射频加扰装置120发射指定频率和功率的电磁波。

试验组件300包括视觉传感器310和计算机320，视觉传感器310安装在吸波墙110内部，视觉传感器310的光学镜头穿过在吸波墙110，视觉传感器310的光学镜头于被测物品200相对应，计算机320安装在暗室130外侧，计算机320与视觉传感器310电性连接，视觉传感器310被吸波墙110包裹，仅通过光窗暴露视觉传感器310的光学镜头，其本身不发射任何影响试验的电磁波，自身工作域与试验品环境域相分离，与已有方法相比，对被测样品200的影响最小，有着明显的优势。

具体设置时，见图4，被测物品200包括显示屏210和指示灯220，显示屏210与视觉传感器310的光学镜头相对应，计算机320可运行linux等操作系统，图像处理软件的实现可利用Python等编程语言，视觉传感器310的型号可为OV7110，通过USB接口与计算机320连接。被测样品200通电后处于工作状态并通过自带的显示器210和指示灯220进行状态或测量值显示，吸波墙110可吸收电磁波以避免其产生的电磁波反射对测试环境形成二次干扰。

工作原理：使用时计算机320连接视觉传感器310，可实时采集被测样品200画面，通过内置的软件进行画面的全自动处理，能逐像素地获得前后两帧画面的差异，可检测出样品是否存在异常状态的关联现象，从而完成状态判断和结果计算，通过吸波材料对视觉传感器进行包裹，只暴露光学镜头，消除了视觉传感器自身的电磁辐射。

需要说明的是：射频加扰装置120、视觉传感器310、显示器210、指示灯220和计算机320的型号规格需根据该装置的实际规格等进行选型确定，具体选型计算方法采用本领域现有技术，故不再详细赘述。

射频加扰装置120、视觉传感器310、显示器210、指示灯220和计算机320其供电及其原理对本领域技术人员来说是清楚的，在此不予详细说明。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

Claims (7)

1.一种射频电磁场辐射抗扰度试验方法，其特征在于,具体包括以下步骤：

S1.读取图像帧：计算机顺序读取视觉传感器图像帧，并将当前RGB三通道帧转为单通道灰度图，将每次开始后采集的第一帧作为第一个图像关键帧；

S2.动态标记：对之后所采集到的每帧图像，与前一关键帧做差分并求绝对值，做动态标记过滤计算，若满足条件，则更新关键帧；

S3.全局降噪：遍历差分图像空间域，做全局低频滤波，将图像信息二值化；

S4.灰度处理和开闭计算：对二值化的图像做开闭操作，先腐蚀再膨胀，可以去掉零星噪声点，填充明暗变化不均造成的白洞；

S5.查找图像中灰度值被置为1的轮廓并绘制外接矩形边框，作为被识别区域标记框，对框内区域进行字符识别和示数拼接；

S6.计算示数变化率，做异常判别；

S6中，采用时间回溯法来计算被测样品示数的即时变化率，方法为：

⑤

其中，T[K(i)]为第i个关键帧的时间戳，精确到ms，即时变化率用来表示单次异常事件的发生频率。

2.根据权利要求1所述的一种射频电磁场辐射抗扰度试验方法，其特征在于：S2中差分运算方式为：

①

式①中D(x,y)是连续两帧图像之间的差分图像函数，I(t)和I(t-1)分别为t和t-1时刻的图像参数，I为图像的灰度值，T为差分图像二值化时所选取的阈值。

3.根据权利要求2所述的一种射频电磁场辐射抗扰度试验方法，其特征在于：记图像关键帧序列为K[i]，i=0~N，关键帧是用来标记图像内容相对稳定的一段序列的参考帧，在系统初始阶段，记第1帧为K[0]，之后每更新一帧，则进行两次帧差分运算，其中，内差分的计算公式为：

②

外差分的计算公式为：

③

式②③中a(u,v)为差分运算后像素对差分值的权重系数，系数的分布区间为[0,2]，中值为1。

4.根据权利要求1所述的一种射频电磁场辐射抗扰度试验方法，其特征在于：采样过程中，每次试验时间持续15分钟到30分钟之间。

5.根据权利要求1所述的一种射频电磁场辐射抗扰度试验方法，其特征在于：S3中采用OTSU大律法自适应阈值分割算法。

6.根据权利要求1所述的一种射频电磁场辐射抗扰度试验方法，其特征在于：S4中，设计空间域的低通滤波器进行全局降噪，以精准捕获试验样品的示数相关区域，方法为：

④

式④中滤波器空间半径D₀设定为5；

D(u,v)是对视觉传感器采集的图像进行傅里叶变换后得到的频谱图像；

u和v表示频谱图像中行和列的索引值；

exp表示以自然数e为底的指数函数；

H(u,v)是经过低通滤波后的图像。

7.根据权利要求1所述的一种射频电磁场辐射抗扰度试验方法，其特征在于：考虑数值波动范围可得示数波动表征：

⑥

其中F[K(i+1)]为第i+1个关键帧的示数数值，选用第i+1个关键帧的时间戳与第i-1个关键帧的时间戳差值可得单次示数变化前后的持续时长，示数波动表征W(i)用来表示单次异常事件导致的误差波动率，整个试验期间的阶段变化率计算方法同样可基于关键帧实现：

⑦

其表征从试验开始到第i个事件发生时的平均发生率。