[发明专利]一种基于机器视觉的非接触式扭振测量方法

权利要求书

1.一种基于机器视觉的非接触式扭振测量方法，其特征在于：具体包括以下步骤：

步骤1、对视频采集设备参数进行选择，所述视频采集设备的光源采用LED无频闪光源；所述视频采集设备仅一台；

步骤2、利用所述视频采集设备对发生扭振现象的物体进行视频采集，并记录视频采集的帧率，对采集的视频采用微小运动放大技术进行物体运动放大处理；

步骤3、对放大后的视频进行光流计算，在视频中对转动物体的表面选择一个测量点并记录其坐标位置，根据光流场方程求解得到该测量点灰度值I，得到灰度值I以后，根据采样率和时间数值来确定放大后物体的扭转振动线位移；

步骤4、记录该测量点灰度值I的变化，形成灰度值的时间序列，根据帧率值利用傅里叶变换或小波变换得到灰度值的振动频率，所述灰度值的振动频率即为该物体的扭振频率f；同时将步骤3获得的线位移转化为角位移，将线位移转化为角位移的公式为：

α＝S/(D/2)

其中α为被测物体的角位移，D为被测物体的直径；S为选定的测量点的线位移；

所述测量方法同时对转动物体上的多点同时进行扭振测量，多点测量在同一视频中提取即可。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述对视频采集设备参数进行选择，具体为：通过视频采集设备与发生扭振现象的物体之间的距离来选择视频采集设备的镜头焦距和分辨率；所述焦距根据公式来选取，其中u和v为所述测量点在视频图像中的物距和相距，d为测量点的测量位移，为测量点的实际线位移。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述微小运动放大技术包括基于位移放大技术、基于相位放大技术和基于像素放大技术，三种技术的选择取决于被测物体所处环境。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述光流场方程为：

其中，I表示灰度值，x和y表示水平和垂直方向的坐标值，t表示时间，Δx为水平方向坐标的增量，Δy为垂直方向坐标的增量，Δt为时间增量。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：根据灰度值的时间序列进行微分计算能够获得发生扭振现象的物体的角速度，具体计算公式为：

其中ω为发生扭振现象的物体的角速度，t为时间。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：在得到扭振频率f后，根据以下关系计算扭振的周期：

T＝1/f

其中，T为扭振的周期。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：在获得扭振的周期T后，通过测量物体的几何参数和质量参数推算发生扭振现象的物体的转动惯量，所述转动惯量计算公式如下：

其中J为三线摆的转动惯量，m₀为物体的质量，g为重力加速度，r和R分别为上下悬点离各自圆盘中心的距离，H₀为三线摆上下圆盘之间的垂直距离。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述视频采集设备为高速相机、中低速相机、事件相机、手机或热像仪。