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[導(dǎo)讀]手邊有兩個(gè)螺旋線,它們是射頻天線。本來很想數(shù)一數(shù)他們各自的匝數(shù),不過還是讓計(jì)算機(jī)幫助數(shù)一下更輕松一些。下面使用圖像處理的方法來獲得它們對(duì)應(yīng)的匝數(shù)。 ▲ 兩款天線對(duì)比 01基本算法原理 下面是具體處理步驟: 1. 截取螺旋線的圖片: 截取螺旋線的圖片并

手邊有兩個(gè)螺旋線,它們是射頻天線。本來很想數(shù)一數(shù)他們各自的匝數(shù),不過還是讓計(jì)算機(jī)幫助數(shù)一下更輕松一些。下面使用圖像處理的方法來獲得它們對(duì)應(yīng)的匝數(shù)。

學(xué)一招!使用FFT來計(jì)算螺旋天線的匝數(shù)
▲ 兩款天線對(duì)比

01基本算法原理

下面是具體處理步驟:

1. 截取螺旋線的圖片:

截取螺旋線的圖片并旋轉(zhuǎn)的水平方向。

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▲ 截取螺旋線圖片,并將它旋轉(zhuǎn)到水平方向

2. 將圖片進(jìn)行垂直投影

讀取圖片信息并進(jìn)行垂直灰度投影。圖片的形狀為:(58,113,3)

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▲ 圖片垂直灰度投影

(3)對(duì)投影進(jìn)行DFT,獲得基本周期

下面繪制出了投影曲線的FFT的幅度譜,其中,將直流分量X[0]去除。

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▲ 投影的FFT的幅值

其中峰值位置是26。

此時(shí),對(duì)應(yīng)的線圈的匝數(shù)為26。這與實(shí)際人工數(shù)出的匝數(shù)是相同的。


02其它測(cè)數(shù)據(jù)

1.RF433MHz天線

下面是它對(duì)應(yīng)的圖片:

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▲ 433MHz螺旋天線

對(duì)應(yīng)的幅度譜如下,其中第一個(gè)峰值出現(xiàn)在k=26,對(duì)應(yīng)的線圈匝數(shù)為26.

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▲ 垂直投影以及對(duì)應(yīng)的FFT幅度譜

2. 355MHz絕緣金屬線天線

天線的圖片為:

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▲ 絕緣天線圖片

計(jì)算結(jié)果,頻譜峰值為9。實(shí)際線圈的匝數(shù)為14。這說明對(duì)于黑色線圈,由于對(duì)比度不高,造成實(shí)際匝數(shù)與計(jì)算值出現(xiàn)了較大的誤差。

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▲ 垂直圖片灰度投影以及對(duì)應(yīng)的FFT幅度譜

3. FM天線圖片

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▲ FM天線圖片

處理結(jié)果如下,其中峰值出現(xiàn)在71。實(shí)際手工計(jì)算得到的匝數(shù)為71。

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▲ 圖片的垂直灰度投影以及對(duì)應(yīng)的頻譜幅度譜

03結(jié)論

使用離散傅里葉變換(DFT)來計(jì)算線圈圖片繪圖垂直投影的幅度譜,通過確定諧波峰值的位置,便可以計(jì)算機(jī)上線圈的匝數(shù)。

這個(gè)方法的對(duì)于線圈顏色為黑色的線圈,由于圖片中對(duì)比度不夠,呈現(xiàn)的投影對(duì)應(yīng)的頻譜峰值出現(xiàn)比較大的偏差。

在上述實(shí)驗(yàn)過程中,對(duì)于線圈圖片的截取以及旋轉(zhuǎn)水平的預(yù)處理是通過手工操作的方式。該方法還是有待于進(jìn)一步的改進(jìn),使得圖片的預(yù)處理能夠自動(dòng)完成。

學(xué)一招!使用FFT來計(jì)算螺旋天線的匝數(shù)


老師,提個(gè)問題哈,fft的峰值位置跟采樣率fs有關(guān)系。那么請(qǐng)問您:

一、是如何確定這個(gè)圖片上灰度值的采樣間隔?

二、采樣率如何與真實(shí)匝數(shù)對(duì)應(yīng)起來?


回復(fù):前面推文中是假設(shè)灰度圖片的長(zhǎng)度是線圈的長(zhǎng)度,設(shè)為T1,線圈的匝數(shù)為m,線的寬度為 T1/m,它的空間頻率為 m/T1。


假設(shè)采樣間隔Ts比螺旋線的空間距離小兩倍,即滿足采樣定理的要求,那么采集后數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)為為T1/Ts。DFT之后,頻譜的間隔為1/T1,因此金屬線對(duì)應(yīng)的頻率m/T1對(duì)應(yīng)頻譜序號(hào) N=(m/T1)/(1/T1)=m。


因此,只要Ts足夠小,滿足對(duì)周期螺旋線的采樣定理,頻譜的峰值的序號(hào)等于匝數(shù),與Ts無關(guān)。


作者:卓晴

來源:TsinghuaJoking

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