[发明专利]一种基于视觉的离线振动测量分析方法及系统

说明书

本发明公开了一种基于视觉的离线振动测量分析方法及系统，包括视频采集模块、振动参数设置模块、图像空间信息分解模块、加权平均模块、光流生成模块、位移加速度频谱三信号生成模块，采用基于相位的光流法提取出该像素点的位移、加速度信号以及傅里叶变换后的频谱信号。保存位移信号、加速度信号以及频谱信号测量结果，测量结果以图片格式存储到指定位置。本发明只需用相机拍摄被测对象的运动视频序列，即可对被测对象上任意一点进行振动测量分析，大大降低了成本以及操作复杂度，人机交互功能良好，适用广泛。

技术领域

本发明涉及一种基于视觉的离线振动测量分析方法及系统，属于振动测量领域。

背景技术

设备在工作过程中不可避免会产生振动。通过对振动进行测量分析，可以监测设备的工作状况，确定设备系统参数，并对设备的健康检测提供参考。因此，振动测量分析是工程领域的一个研究热点。振动测量主要包括接触式测量和非接触测量两种测量方式。接触式测量需要在被测对象表面贴上接触式传感器，如加速度传感器、LVDT位移传感器等，是传统的振动测量方式。接触式测量存在单点测量、低空间分辨率等弊端，且会改变结构的动力学特性。非接触式测量以电磁、光电等技术为基础，不需要接触被测对象表面，就可以得到表面振动信息。通常需要借助激光测振仪、数字相机等光学仪器。随着计算机硬件技术以及图像处理技术的日益成熟，基于视觉图像的振动测量方法也得到迅速的发展，并取得一定的研究成果。传统视觉测量方法包括数字图像相关法、图像特征检测以及基于图像强度的光流法。但上述方法都不能精确的测量亚像素级的微小运动，且要求采集图像时光照强度不改变。

基于视觉测量方法，可以设计视觉振动测量分析系统。视觉振动测量分析系统在医学、工业、导航等领域已经得到了广泛的应用。如MEMS激光频闪测试系统，测量MEMS器件的位移与形变，但光路系统复杂且需要激光频闪系统，适用性不高。基于数字图像相关法的结构振动测量系统，大范围测量物体的三维全场振动信息。但需要在结构表面布置散斑图，且通常需要两个CCD相机，成本较高。因此，设计出一种通用的、使用方便、成本低且使用性高的视觉测量系统有着重要的研究意义。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种在通用PC机上运行使用的基于视觉的离线振动测量分析方法及系统，可以对预先采集的运动视频序列进行分析，同时保存振动测量分析结果。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种基于视觉的离线振动测量分析方法，包括以下步骤：

步骤1，通过相机采集被测目标的运动视频序列。

步骤2，对采集到运动视频序列设置的降采样因子、振动测量方向及选择测量点。

步骤3，使用正交对基滤波器，根据设置的降采样因子、振动测量方向及选择测量点将运动视频序列的图像空间信息分解成局部幅值和局部相位信息：

其中，A_θ(x,y,t₀)代表局部幅值信息，Φ_θ(x,y,t₀)代表局部相位信息，G_θ+iH_θ为θ方向的正交对基滤波器，F(x,y,t₀)表示视频在第t₀时刻的图像，图像分辨率为M×N，x,y分别为图像的横向和纵向像素坐标，x∈[0,M-1],y∈[0,N-1]，表示卷积运算。

步骤4，使用局部幅值对相位信号进行空间局部加权平均：

其中，Φ_θ′代表加权平均后的局部相位，A_θ和Φ_θ分别表示局部振幅和局部相位信号简写，表示卷积运算，g(x,y)是二维高斯函数。

步骤5，将加权平均后的局部相位转换成像素光流：