Déplier des valeurs d'encodeur ou des angles qui rebouclent à un point numérique donné

Travailler avec des grandeurs wrappées (angles, compteurs, flux modulo) est courant en traitement du signal. Ce court article présente deux exemples simples et autonomes : la fonction statique unwrap() et le OnlineUnwrapper avec état (pour usage streaming/en ligne). Les deux attendent des entrées 1D et conservent le même nombre d’échantillons.

Unwrap

Utiliser unwrap() — dépliage statique (batch)

Idéal lorsque vous disposez de la série complète. Astuce : définissez le threshold si vos valeurs ou votre bruit nécessitent une sensibilité de détection de wrap différente.

unwrap_example.py
# Exemple simple (autonome)
import numpy as np
from UliEngineering.SignalProcessing.WrappedValues import unwrap

# Angles en degrés, wrappés à 360
wrapped = np.array([350, 355,   1,   3])   # saut 355 -> 1 (wrap)
un = unwrap(wrapped, wrap_value=360)

print(un)  # -> [350. 355. 361. 363.]  (angle croissant continu)

Utiliser OnlineUnwrapper — dépliage en ligne/streaming

À utiliser lorsque les données arrivent un échantillon à la fois ou par morceaux. Maintient un état interne.

Note : Les deux méthodes conservent le nombre d’échantillons et sont limitées à la 1D. Utilisez unwrap() pour le traitement batch et OnlineUnwrapper pour traiter les flux temps réel ou des entrées mixtes scalaire/morceau.

online_unwrapper_example.py
# Usage en ligne avec scalaires et morceaux
import numpy as np
from UliEngineering.SignalProcessing.WrappedValues import OnlineUnwrapper

u = OnlineUnwrapper(wrap_value=100)   # compteurs wrappant à 100

# Alimenter avec des scalaires
print(u(10))   # -> 10
print(u(95))   # -> 95
print(u(2))    # -> 102  (wrap vers l'avant géré en ligne)

# Ou alimenter avec un morceau (tableau 1D)
chunk = np.array([98, 3, 5])  # continue à partir de l'état précédent
print(u(chunk))  # -> array([ 98., 103., 105.])

Le code utilisé pour générer le tracé ci-dessus

Unwrap

plot_wrapped_unwrapped.py
#!/usr/bin/env python3
# SPDX-License-Identifier: CC0-1.0
"""Exemple : tracer des signaux de phase wrappés vs dépliés.

Licence : CC0 1.0 Universal — dedication au domaine public (voir examples/LICENSE-CC0-1.0.txt)

Exécuter comme script :
    python examples/unwrap_plot.py        # affiche le tracé
    python examples/unwrap_plot.py --save out.png  # sauvegarde dans un fichier

Ceci crée un signal de phase continu synthétique, le wrap à [0,2*pi),
puis le récupère à l'aide de la fonction batch `unwrap()` et du
`OnlineUnwrapper` avec état pour démontrer qu'ils concordent.
"""
import argparse

import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
plt.style.use("ggplot")

from UliEngineering.SignalProcessing.WrappedValues import unwrap, OnlineUnwrapper

def make_data(n=1000, wrap_value=2 * np.pi, seed=0):
    """Crée un signal de phase continu qui *inverse sa direction* au milieu.

    La première moitié a une vitesse angulaire positive et la seconde moitié
    une vitesse angulaire négative afin que la phase s'inverse. La série
    `wrapped` renvoyée est dans [0, wrap_value).
    """
    np.random.seed(seed)
    t = np.linspace(0.0, 10.0, n)
    mid = n // 2
    # vitesses angulaires (rad par unité de temps)
    omega1 = 1.2 * 2 * np.pi
    omega2 = -0.8 * 2 * np.pi

    true_phase = np.empty(n, dtype=float)
    # première moitié : pente positive + petite oscillation
    true_phase[:mid] = omega1 * t[:mid] + 0.8 * np.sin(2 * np.pi * 0.3 * t[:mid])
    # seconde moitié : démarrer de la dernière valeur de la première moitié pour la continuité
    # puis intégrer la vitesse angulaire négative
    start_phase = true_phase[mid - 1]
    true_phase[mid:] = (
        start_phase
        + omega2 * (t[mid:] - t[mid - 1])
        + 0.8 * np.sin(2 * np.pi * 0.3 * t[mid:])
    )

    # wrap à [0, wrap_value)
    wrapped = np.mod(true_phase, wrap_value)
    return t, true_phase, wrapped


def plot_example(save_path=None):
    wrap_value = 2 * np.pi
    t, true_phase, wrapped = make_data(n=1200, wrap_value=wrap_value)

    # Dépliage batch
    static_unwrapped = unwrap(wrapped, wrap_value=wrap_value)

    # Dépliage en ligne (style streaming)
    u = OnlineUnwrapper(wrap_value=wrap_value)
    online_unwrapped = np.array([u(x) for x in wrapped])

    # Vérification de cohérence rapide
    maxdiff = np.max(np.abs(static_unwrapped - online_unwrapped))
    print(f"différence max entre unwrap() et OnlineUnwrapper : {maxdiff:.3e}")

    fig, axs = plt.subplots(2, 1, figsize=(10, 6), sharex=True)

    # marquer le changement de direction dans les tracés
    mid_idx = len(t) // 2
    axs[0].axvline(t[mid_idx], color="#444444", ls=":", lw=0.8)
    axs[1].axvline(t[mid_idx], color="#444444", ls=":", lw=0.8, label="changement de direction")

    axs[0].plot(t, wrapped, color="#1f77b4", lw=1)
    axs[0].set_title("Signal wrappé (0 .. 2π)")
    axs[0].set_ylabel("phase (rad)")
    axs[0].grid(True)

    axs[1].plot(t, static_unwrapped, color="#2ca02c", lw=1, label="unwrap()")
    axs[1].plot(t, online_unwrapped, color="#ff7f0e", lw=1, ls="--", label="OnlineUnwrapper")
    axs[1].plot(t, true_phase, color="#7f7f7f", lw=0.8, ls=":", label="phase réelle")
    axs[1].set_title("Signal déplié (phase continue)")
    axs[1].set_xlabel("temps")
    axs[1].set_ylabel("phase (rad)")
    axs[1].legend()
    axs[1].grid(True)

    plt.tight_layout()
    if save_path:
        fig.savefig(save_path, dpi=150)
        print(f"Figure sauvegardée dans {save_path}")
    else:
        plt.show()


if __name__ == "__main__":
    p = argparse.ArgumentParser(description="Tracer des signaux de phase wrappés et dépliés.")
    p.add_argument("--save", dest="save", help="Sauvegarder la figure dans ce chemin au lieu de l'afficher")
    args = p.parse_args()
    plot_example(save_path=args.save)

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