[发明专利]一种非接触式的基于高速摄影的微小物体振动测量方法

权利要求书

1.一种非接触式的基于高速摄影的微小物体振动测量方法，其特征在于：内窥镜与CMOS高速相机结合，将内窥镜伸进待测微小物体机械结构内部，拍摄采集其内部振动的视频，并把拍摄到的视频上传至电脑，采用TEMA软件进行分析，从而测量到待测微小物体振动的各项数据。

2.根据权利要求1所述的一种非接触式的基于高速摄影的微小物体振动测量方法，其特征在于：测量待测微小物体振动的具体步骤如下：

S1、拍摄前在用镊子为待测微小物体粘贴不发光、不发热以及无辐射的标记点；

S2、固定待测的微小物体，连接电脑与CMOS高速相机，打开电脑上高速相机专用成像软件，调整相机方向，使待测微小物体在电脑上清晰成像；

S3、将内窥镜伸入待测微小物体机械结构内部，采用CMOS高速相机对待测微小物体机械结构内部的振动情况进行拍摄，得到振动视频；

S4、截取视频的第一帧图像，选取平面标记点所在的图像区域，依据标记点识别算法，识别出平面标记的范围区域；

S5、以平面标记点的中心为坐标原点分别在物体上和图像中建立两个坐标系oxy和ouv，根据测量的采样点间的实际和识别出的标记点特征范围区域在图像上的尺寸，计算CMOS高速相机标定的投影矩阵M；

S6、由CMOS高速相机配套软件PCC保存所拍摄到振动的视频，同时另存为若干帧数的图像，并编号；

S7、测量全局坐标系中标记点之间的实际距离输入到TEMA图像分析软件，保证拍摄图像与实际大小比例为1:1；利用分析软件TEMA对视频进行处理，得到采样点在图像坐标系下2D坐标，通过测量得到采样点在实际坐标系下的2D坐标，根据计算得到的投影矩阵M，计算图像上每一个像素所代表的实际物理坐标；

S8、通过TEMA软件获得每一帧图像特征中心采样点的位置以及采样点随时间改变后的位置；

S9、将所有图像上的采样点的位移信息分解到x、y轴上，得到待测微小物体振动的位移曲线；

S10、对位移信息做一阶微分运算得到速度信息，从而得到待测微小物体振动的速度曲线；对速度信息做一阶微分运算得到加速度信息，从而得到待测微小物体振动的加速度曲线；

S11、据获得的位移、速度、加速度信息，进行快速傅里叶变换运算得到频域信息，得到振动的频谱；再根据时域和频域信息，计算目标物体的振动模态、监控工作状态。

3.根据权利要求2所述的一种非接触式的基于高速摄影的微小物体振动测量方法，其特征在于：所述步骤S5中CMOS高速相机标定的投影矩阵M的计算公式如下：

其中，s为比例因子，令其为1，则

将采样区域中的三个采样点的坐标值代入上式中得到关于m_pq(p＝1、2、3,q＝1、2、4)的一次方程组，利用高斯消元法求解得到M矩阵内部的各个元素系数的值，从而求得CMOS高速相机标定的投影矩阵M。

4.根据权利要求2所述的一种非接触式的基于高速摄影的微小物体振动测量方法，其特征在于：所述步骤S7中计算图像上每一个像素所代表的实际物理坐标的公式如下：

得，

其中，(u，v)表示任意一帧图像中的任何一点，(x，y)为(u，v)映射到实际场景的物理坐标。

5.根据权利要求2所述的一种非接触式的基于高速摄影的微小物体振动测量方法，其特征在于：所述步骤S8获取每一帧图像特征中心采样点的位置以及采样点随时间改变后的位置的具体步骤如下：将其余第一帧图像中的对应的采样点的图像特征中心进行比对，得到采样点的图像位移，设第j个采样点在第i帧图像中的图像坐标为(us_ij，vs_ij)，则第j个采样点的图像位移记为d_uv，计算公式为：

6.根据权利要求2所述的一种非接触式的基于高速摄影的微小物体振动测量方法，其特征在于：所述内窥镜与CMOS高速相机结合拍摄视频时采用氙灯冷光源增加拍摄环境周围的亮度。