CN118230003A - 一种温湿度确定方法、装置、电子设备及存储介质 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种温湿度确定方法、装置、电子设备及存储介质，涉及光纤传感技术领域，其方法包括：获取温湿度光栅耦合数据；基于三次样条插值法对温湿度光栅耦合数据进行曲线拟合得到温度栅波长偏移量和湿度栅波长偏移量；根据温度栅波长偏移量和湿度栅波长偏移量构建温度灰度图和温湿度灰度图；根据温度灰度图和温湿度灰度图进行图像对比得到差异图像；根据差异图像解耦得到对应湿度，根据温度栅波长偏移量解耦得到对应温度。本发明通过根据温度栅波长偏移量和湿度栅波长偏移量构建温度灰度图和温湿度灰度图，并基于图像对比得到差异图像，对差异图像解耦得到对应湿度，实现对温湿度的快速准确解耦。
Description
技术领域
本发明涉及光纤传感技术领域，具体涉及一种温湿度确定方法、装置、电子设备及存储介质。
背景技术
相对湿度的监控和测量在工业生产、农业种植、医疗保健以及环境保护等领域有着非常重要的作用。传统检测的电子温湿度传感器由于体积大、耐腐蚀性差和抗电磁干扰能力弱，因此在很多复杂环境中使用受限。与传统电子温湿度传感器相比，光纤传感器具有体积小、重量轻、灵敏度高以及抗电磁干扰能力强等优点，更适合长期使用。此外光栅阵列传感涂覆湿敏材料型温湿度传感器不仅具有光纤传感器的优点，还具有易复用的特点，可以组成超大规模的传感网络，从而进一步拓展了其使用领域。
然而实际运用过程中，由于涂覆湿敏材料的湿度光纤光栅传感阵列的光栅对温度和湿度同时敏感，必须补偿温度变化的影响。理想情况下温度和湿度光纤光栅传感阵列需要一一对应，但是由于实际光栅刻写存在的误差和植入的随机性，二者的距离存在一定误差，且传感器数量众多，分布范围大，难以一一对应补偿，且数据量较大，处理过程运算量较大。
因此，现有的温湿度解耦方法在对湿度光栅进行温度补偿时，温度栅和湿度栅难以一一对应补偿，并且数据量大，在温湿度解耦上计算效率较低，难以满足实际工程需求。
发明内容
有鉴于此，有必要提供一种温湿度确定方法、装置、电子设备及存储介质，用于解决现有技术在对湿度光栅进行温度补偿时，温度栅和湿度栅难以一一对应补偿，并且数据量大，在温湿度解耦上准确度较差的同时计算效率较低，难以满足实际工程需求的技术问题。
为了解决上述问题，一方面，本发明提供了一种温湿度确定方法，包括：
获取温湿度光栅耦合数据；
对温湿度光栅耦合数据进行曲线拟合得到温度栅波长偏移量和湿度栅波长偏移量；
根据温度栅波长偏移量和湿度栅波长偏移量构建温度灰度图和温湿度灰度图；
将温度灰度图和温湿度灰度图进行图像对比得到差异图像；
将差异图像解耦得到对应湿度，根据温度栅波长偏移量解耦得到对应温度。
在一种可能的实现方式中，温湿度光栅耦合数据包括温度栅数据和湿度栅数据。
在一种可能的实现方式中，获取温湿度光栅耦合数据，包括：
基于对温度敏感的温度栅获取待测区域的温度栅数据，基于对温度和湿度敏感的湿度栅获取待测区域的湿度栅数据。
在一种可能的实现方式中，基于三次样条插值法对温湿度光栅耦合数据进行曲线拟合得到温度栅波长偏移量和湿度栅波长偏移量，包括：
基于三次样条插值法对温度栅数据进行曲线拟合得到温度栅波长偏移量；
确定所述温度栅波长偏移量和所述湿度栅温漂波长偏移量的转换关系，根据温度栅波长偏移量和所述转换关系确定湿度栅波长偏移量。
在一种可能的实现方式中，根据温度栅波长偏移量和湿度栅波长偏移量构建温度灰度图和温湿度灰度图，包括：
选定初始时刻，并以初始时刻的波长值作为初始值，根据初始值和温度栅波长偏移量和湿度栅波长偏移量确定温度栅和湿度栅各时刻的波长改变量；
根据温度栅和湿度栅各时刻的波长改变量分别确定温度栅和湿度栅灰度像素点值，根据温度栅和湿度栅灰度像素点值得到温度灰度图和温湿度灰度图。
在一种可能的实现方式中，根据温度灰度图和温湿度灰度图进行图像对比得到差异图像，包括：
基于差值法或比值法对温度灰度图和温湿度灰度图进行图像对比，得到差异图像。
在一种可能的实现方式中，根据差异图像解耦得到对应湿度，根据温度栅波长偏移量解耦得到对应温度，包括：
根据差异图像确定湿度栅的单湿度波长偏移量，根据单湿度波长偏移量和湿度栅的湿度灵敏度确定对应湿度；
根据温度栅波长偏移量和温度栅的温度灵敏度确定对应温度。
另一方面，本发明还提供了一种温湿度确定装置，包括：
数据获取单元，用于获取温湿度光栅耦合数据；
曲线拟合单元，用于对温湿度光栅耦合数据进行曲线拟合得到温度栅波长偏移量和湿度栅波长偏移量；
灰度图构建单元，用于将温度栅波长偏移量和湿度栅波长偏移量构建温度灰度图和温湿度灰度图；
图像对比单元，用于将温度灰度图和温湿度灰度图进行图像对比得到差异图像；
温湿度解耦单元，用于根据差异图像解耦得到对应湿度，根据温度栅波长偏移量解耦得到对应温度。
另一方面，本发明还提供了一种电子设备，包括处理器、存储器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行程序时，实现根据上述的温湿度确定方法。
另一方面，本发明还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时，实现上述的温湿度确定方法。
本发明的有益效果是：在本发明提供的温湿度确定方法中，通过根据温度栅波长偏移量和湿度栅波长偏移量构建温度灰度图和温湿度灰度图，并基于图像对比得到差异图像，对差异图像解耦得到对应湿度，实现对温湿度的快速准确解耦。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显然，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，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为本发明提供的温湿度确定方法的一个实施例的流程示意图；
图2为本发明提供的温湿度确定装置的一个实施例的结构示意图；
图3为本发明提供的电子设备的一个实施例的结构示意图。
具体实施方式
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、完整的描述。显然，所描述的实施例仅仅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。
应当理解，示意图的附图并未按实物比例绘制。本发明中使用的流程图示出了根据本发明的一些实施例实现的操作。应当理解，流程图的操作可以不按顺序实现，没有逻辑的上下文关系的步骤可以反转顺序或者同时实施。此外，本领域技术人员在本发明内容的指引下，可以向流程图添加一个或多个其他操作，也可以从流程图中移除一个或多个操作。
附图中所示的一些方框图是功能实体，不一定必须与物理或逻辑上独立的实体相对应。可以采用软件形式来实现这些功能实体，或在一个或多个硬件模块或集成电路中实现这些功能实体，或在不同网络和/或处理器系统和/或微控制器系统中实现这些功能实体。
在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本发明的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其他实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其他实施例相结合。
图1为本发明提供的温湿度确定方法的一个实施例的流程示意图，如图1所示，温湿度确定方法，包括：
S101、获取温湿度光栅耦合数据；
S102、对温湿度光栅耦合数据进行曲线拟合得到温度栅波长偏移量和湿度栅波长偏移量；
S103、根据温度栅波长偏移量和湿度栅波长偏移量构建温度灰度图和温湿度灰度图；
S104、将温度灰度图和温湿度灰度图进行图像对比得到差异图像；
S105、将差异图像解耦得到对应湿度，根据温度栅波长偏移量解耦得到对应温度。
与现有技术相比，本发明提供的温湿度确定方法，通过根据温度栅波长偏移量和湿度栅波长偏移量构建温度灰度图和温湿度灰度图，并基于图像对比得到差异图像，对差异图像解耦得到对应湿度，实现对温湿度的快速准确解耦。
在本发明的一些实施例中，温湿度光栅耦合数据包括温度栅数据和湿度栅数据。
在本发明的一些实施例中，获取温湿度光栅耦合数据，包括：
基于对温度敏感的温度栅获取待测区域的温度栅数据，基于对温度和湿度敏感的湿度栅获取待测区域的湿度栅数据。
具体地，实施例通过由温度光纤光栅和涂覆了湿敏材料的湿度光纤光栅组成的光纤光栅阵列来获取待测区域的温湿度光栅耦合数据。其中，温度栅只对温度敏感，可以得到由于温度影响导致波长偏移的温度栅数据，而湿度栅则由于其同时对温度和湿度敏感，因此得到的湿度栅数据同时受到温度和湿度两个因素的影响。
在本发明的一些实施例中，基于三次样条插值法对温湿度光栅耦合数据进行曲线拟合得到温度栅波长偏移量和湿度栅波长偏移量，包括：
基于三次样条插值法对温度栅数据进行曲线拟合得到温度栅波长偏移量；
确定所述温度栅波长偏移量和所述湿度栅温漂波长偏移量的转换关系，根据温度栅波长偏移量和所述转换关系确定湿度栅波长偏移量。
具体地，为方便后续处理，实施例先将温、湿度栅得到的数据进行曲线拟合。对于温度栅，实施例通过三次样条插值法将每个时间点的温度栅距离和对应的波长经过拟合成光滑曲线，公式表示如下：
λ1T＝f1(XT)T＝t1,λ2T＝f2(XT)T＝t2,t3,...,tn
其中XT为温度栅位置矩阵，然后将t1时刻的XT代入上式中，得到t1时刻的湿度栅处的温度栅温度波长偏移量，进一步推广将t2到tn时刻的XT代入各自函数λ2T＝f2(XT)，从而得到曲线表示的整个时间段湿度栅处的温度栅温漂波长偏移量。
在通过三次样条插值法得到与温度栅同一位置处的温度栅受温度影响的波长偏移量后，由于温度对湿度栅和温度栅的影响均为线性影响，所以温度栅的温漂波长偏移量和湿度栅的温漂波长偏移量具有相同的曲线形状。因此在曲线拟合湿度栅波长偏移量时，取部分湿度栅采样点后，通过比例计算的方式将温度栅的波长偏移量转换到湿度栅上，以此减少计算量，温度栅波长偏移量和湿度栅温漂波长偏移量转换关系的公式表示如下：
其中λH-T是湿度栅对应的受温度影响的波长偏移量，λT-T是温度栅受温度影响的波长偏移量，αH-T是湿度栅的温度灵敏度，αT-T是温度栅的温度灵敏度。
需要说明的是，因为湿度栅对温度同样敏感，实施例通过采取上述算法处理数据从而减少误差的同时得到温湿度栅相对应的温度栅波长偏移量曲线和湿度栅波长偏移量曲线。虽然也可以直接通过公式λH-H＝λH-λH-T得到湿度栅受湿度影响的波长偏移量λH-H，其中λH是湿度栅的波长偏移量，但是由于实际光栅刻写存在的误差和植入的随机性，在取值时仍然存在误差，同时计算也较为繁琐，因此实施例在后续进一步通过图像处理来提取差异值。
在本发明的一些实施例中，根据温度栅波长偏移量和湿度栅波长偏移量构建温度灰度图和温湿度灰度图，包括：
选定初始时刻，并以初始时刻的波长值作为初始值，根据初始值和温度栅波长偏移量和湿度栅波长偏移量确定温度栅和湿度栅各时刻的波长改变量；
根据温度栅和湿度栅各时刻的波长改变量分别确定温度栅和湿度栅灰度像素点值，根据温度栅和湿度栅灰度像素点值得到温度灰度图和温湿度灰度图。
具体地，在分别对温度栅波长偏移量和湿度栅波长偏移量构建灰度图过程中，首先需要选定某一个时刻的波长值作为初始值，将后面时刻的波长值减去初始值，得到波长改变量，将波长改变量的值作为灰度图像素点的数值，以此将温度栅波长偏移量和湿度栅波长偏移量转化为灰度像素点值，得到温度栅对应的温度灰度图和湿度栅的温湿度灰度图。
在本发明的一些实施例中，根据温度灰度图和温湿度灰度图进行图像对比得到差异图像，包括：
基于差值法或比值法对温度灰度图和温湿度灰度图进行图像对比，得到差异图像，
具体地，在得到温度灰度图和温湿度灰度图后，可以但不限于使用差值法或比值法来进行图像对比得到差异图像。其中插值法公式表示如下：
Isub＝|I1-I2|
式中，I1和I2分别指温湿度灰度图和温度灰度图，Isub是指经过两幅图像相减所得的差异图像。
比值法公式表示如下：
式中，Irat是指经过两幅图相比所得的差异图像。
在本发明的一些实施例中，根据差异图像解耦得到对应湿度，根据温度栅波长偏移量解耦得到对应温度，包括：
根据差异图像确定湿度栅的单湿度波长偏移量，根据单湿度波长偏移量和湿度栅的湿度灵敏度确定对应湿度；
根据温度栅波长偏移量和温度栅的温度灵敏度确定对应温度。
具体地，实施例经过图像对比，所得到的差异图像即为所需的湿度场图像，根据该图像即可逆推得到仅受到湿度影响的单湿度波长偏移量，并结合湿度栅的湿度灵敏度，解耦得到待测区域的对应湿度，然后再由温度栅波长偏移量和温度栅的温度灵敏度，得到待测区域的对应温度，实现温度和湿度的解耦。
综上，本发明通过根据温度栅波长偏移量和湿度栅波长偏移量构建温度灰度图和温湿度灰度图，并基于图像对比得到差异图像，对差异图像解耦得到对应湿度，实现对温湿度的快速准确解耦。
基于本发明的温湿度确定方法，本发明还提供了一种温湿度确定装置，如图2所示，温湿度确定装置200包括：
数据获取单元201，用于获取温湿度光栅耦合数据；
曲线拟合单元202，用于对温湿度光栅耦合数据进行曲线拟合得到温度栅波长偏移量和湿度栅波长偏移量；
灰度图构建单元203，用于将温度栅波长偏移量和湿度栅波长偏移量构建温度灰度图和温湿度灰度图；
图像对比单元204，用于将温度灰度图和温湿度灰度图进行图像对比得到差异图像；
温湿度解耦单元205，用于根据差异图像解耦得到对应湿度，根据温度栅波长偏移量解耦得到对应温度。
上述实施例提供的温湿度确定装置200可实现上述温湿度确定方法实施例中的技术方案，上述各模块或单元具体实现的原理可参见上述温湿度确定方法实施例中的相应内容，此处不再赘述。
本发明还提供了一种电子设备300，如图3所示，图3为本发明提供的电子设备一个实施例的结构示意图，电子设备300包括处理器301、存储器302及存储在存储器302并可在处理器301上运行的计算机程序，处理器301执行程序时，实现上述的温湿度确定方法。
作为优选的实施例，上述电子设备还包括显示器303，用于显示处理器301执行上述温湿度确定方法的过程。
其中，处理器301可能是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。上述的处理器301可以是通用处理器，包括中央处理器(Central Processing Unit，CPU)、网络处理器(Network Processor，NP)等；还可以是数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)。可以实现或者执行本发明实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。通用处理器也可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。
其中，存储器302可以是，但不限于，随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)，只读存储器(Read Only Memory，ROM)，安全数字(Secure Digital，SD卡)，闪存卡(Flash Card)等。其中，存储器302用于存储程序，处理器301在接收到执行指令后，执行程序，前述本发明实施例任一实施例揭示的流程定义的方法可以应用于处理器301中，或者由处理器301实现。
其中，显示器303可以是LED显示屏，液晶显示器或触控式显示器等。显示器303用于显示电子设备300的各种信息。
可以理解的是，图3所示的结构仅为电子设备300的一种结构示意图，电子设备300还可以包括比图3所示更多或更少的组件。图3中所示的各组件可以采用硬件、软件或其组合实现。
本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时，实现上述的软件需求错误检测网络训练方法，和/或上述的软件需求错误检测网络应用方法。
一般来说，用于实现本发明方法的计算机指令的可以采用一个或多个计算机可读的存储介质的任意组合来承载。非临时性计算机可读存储介质可以包括任何计算机可读介质，除了临时性的传播中的信号本身。
计算机可读存储介质例如可以但不限于电、磁、光、电磁、红外线，或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括：具有一个或多个导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携式紧凑磁盘只读存储器(CD-ROM)、光存储器件、磁存储器件，或者上述的任意合适的组合。在本发明件中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。
以上，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，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种温湿度确定方法，其特征在于，所述方法包括：
获取温湿度光栅耦合数据；
对所述温湿度光栅耦合数据进行曲线拟合得到温度栅波长偏移量和湿度栅波长偏移量；
根据所述温度栅波长偏移量和所述湿度栅波长偏移量构建温度灰度图和温湿度灰度图；
将所述温度灰度图和所述温湿度灰度图进行图像对比得到差异图像；
将所述差异图像解耦得到对应湿度，根据所述温度栅波长偏移量解耦得到对应温度。
2.根据权利要求1所述的温湿度确定方法，其特征在于，所述温湿度光栅耦合数据包括温度栅数据和湿度栅数据。
3.根据权利要求2所述的温湿度确定方法，其特征在于，所述获取温湿度光栅耦合数据，包括：
基于对温度敏感的温度栅获取待测区域的温度栅数据，基于对温度和湿度敏感的湿度栅获取待测区域的湿度栅数据。
4.根据权利要求3所述的温湿度确定方法，其特征在于，所述基于三次样条插值法对所述温湿度光栅耦合数据进行曲线拟合得到温度栅波长偏移量和湿度栅波长偏移量，包括：
基于三次样条插值法对温度栅数据进行曲线拟合得到温度栅波长偏移量；
确定所述温度栅波长偏移量和所述湿度栅温漂波长偏移量的转换关系，根据所述温度栅波长偏移量和所述转换关系确定湿度栅波长偏移量。
5.根据权利要求1所述的温湿度确定方法，其特征在于，所述根据所述温度栅波长偏移量和湿度栅波长偏移量构建温度灰度图和温湿度灰度图，包括：
选定初始时刻，并以所述初始时刻的波长值作为初始值，根据所述初始值和所述温度栅波长偏移量和湿度栅波长偏移量确定温度栅和湿度栅各时刻的波长改变量；
根据所述温度栅和湿度栅各时刻的波长改变量分别确定温度栅和湿度栅灰度像素点值，根据所述温度栅和湿度栅灰度像素点值得到温度灰度图和温湿度灰度图。
6.根据权利要求1所述的温湿度确定方法，其特征在于，所述根据所述温度灰度图和所述温湿度灰度图进行图像对比得到差异图像，包括：
基于差值法或比值法对所述温度灰度图和所述温湿度灰度图进行图像对比，得到差异图像。
7.根据权利要求1所述的温湿度确定方法，其特征在于，所述根据所述差异图像解耦得到对应湿度，根据所述温度栅波长偏移量解耦得到对应温度，包括：
根据所述差异图像确定湿度栅的单湿度波长偏移量，根据所述单湿度波长偏移量和湿度栅的湿度灵敏度确定对应湿度；
根据所述温度栅波长偏移量和温度栅的温度灵敏度确定对应温度。
8.一种温湿度确定装置，其特征在于，包括：
数据获取单元，用于获取温湿度光栅耦合数据；
曲线拟合单元，用于对所述温湿度光栅耦合数据进行曲线拟合得到温度栅波长偏移量和湿度栅波长偏移量；
灰度图构建单元，用于根据所述温度栅波长偏移量和所述湿度栅波长偏移量构建温度灰度图和温湿度灰度图；
图像对比单元，用于将所述温度灰度图和所述温湿度灰度图进行图像对比得到差异图像；
温湿度解耦单元，用于将所述差异图像解耦得到对应湿度，根据所述温度栅波长偏移量解耦得到对应温度。
9.一种电子设备，包括处理器、存储器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，处理器执行程序时，实现根据权利要求1至7任一项所述的温湿度确定方法。
10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时，实现根据权利要求1至7任一项所述的温湿度确定方法。
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