[发明专利]基于色调-高度映射的非接触式低频振动测量方法

说明书

本发明涉及一种基于色调‑高度映射的非接触式低频振动快速测量方法，包括下列步骤：建立相机‑投影仪系统；制作三步相移法条纹；将待测的稳定振动物体摆放在参考平面上，将生成彩色三步相移条纹图像通过投影仪投射在物体表面；测量系统参数；调节相机曝光度，使用CCD相机以一定的速率拍摄投影到振动物体表面的条纹图像，并对拍摄到条纹图像中有条纹的部分进行选取，提取图像的色调分量，投影条纹的色调值的周期性和单调性用于获得条纹位移，从而恢复振动台表面在每一采样时刻的高度变化；在获得的一系列复原图像中选取一个采样点，取得每一采样时刻该点的高度信息；绘制出选取的采样点高度的变化曲线即为振动轨迹。

技术领域

本发明涉及一种低频振动测量方法，属于光学振动测量领域。

背景技术

在工业测量领域，获取物体表面的三维信息重构模型是进行后续分析和决策的基本步骤，这一步骤也是对振动物体进行测量的先决条件。传统的接触式测量方法由于测量方式的限制，只能对静态物体进行测量。为了能进行快速的全场式测量，需要使用非接触的光学测量方法。相移轮廓术是一种获取三维重建信息的有效的非接触的光学测量方法，具有计算方法简单，计算速度快，抗噪性能强的特点。但是基于传统相移法的3D重建需要每次投影至少三个条纹光栅图像以获得相位变化，这导致不能实时获得瞬时动态信息。彩色相移技术是一种改进的相移法，通过复合彩色图像来解决相位获取时间问题，将相移模式编码到不同的颜色通道中。基于相机-投影仪系统的彩色相移技术将多个相移条纹转换成单色条纹，能够瞬间获得动态振动。然而，在测量期间，投影仪和相机之间的颜色串扰使得系统不能正确地将成形的条纹图案与不同的颜色通道分离，这导致采样对象的三维重建的误差。为了解决颜色串扰问题，必须计算颜色串扰矩阵以补偿颜色串扰，该矩阵表示通道之间的颜色串扰程度。但是，每当空间位置的测量发生变化时，该技术需要重复校准以重新计算矩阵，这会影响系统的灵活性。这里提出一种基于色调-高度映射的非接触式低频振动快速测量方法，可以避免颜色串扰的影响。

发明内容

本发明的目的是提供一种新的基于彩色相移技术的振动测量系统。本发明应用彩色多通道的特性解决多次采集拍摄的问题，应用色调-高度的映射关系避免了颜色串扰的影响，实现高精度的低频振动检测。技术方案如下：

一种基于色调-高度映射的非接触式低频振动快速测量方法，包括下列步骤：

第一步，建立相机-投影仪系统。

第二步，制作三步相移法条纹：将彩色图像的R,G,B三个通道分别输入相位差为π/3的正弦光栅条纹，最后将三个通道条纹叠加输出即三步相移条纹。

第三步，将待测的稳定振动物体摆放在参考平面上，将生成彩色三步相移条纹图像通过投影仪投射在物体表面。

第四步，测量系统参数，获得CCD相机到振动物体表面的距离，CCD相机与投影仪水平距离。

第五步，调节相机曝光度，使用CCD相机以一定的速率拍摄投影到振动物体表面的条纹图像，并对拍摄到条纹图像中有条纹的部分进行选取，提取图像的色调分量，投影条纹的色调值的周期性和单调性用于获得条纹位移，从而恢复振动台表面在每一采样时刻的高度变化。

第六步，在获得的一系列复原图像中选取一个采样点，取得每一采样时刻该点的高度信息。

第七步，在Matlab中使用绘图功能，以拍摄张数为横轴，第六步中的高度数据为纵轴，绘制出选取的采样点高度的变化曲线即为振动轨迹。

第八步，通过对比轨迹曲线最大值和最小值之间的高度差直接获得振幅数据，振动频率数据通过计算采样整个周期需要图像的张数除以相机采集频率得到。

附图说明

图1本发明装置示意图

图2(a)无颜色串扰情况下的色调分布图(b)有颜色串扰情况下的色调分布图