[發(fā)明專利]一種基于視頻數(shù)據(jù)挖掘的非接觸式物體振動(dòng)頻率測(cè)量方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610016709.X
• 申請(qǐng)日: 2016-01-11
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN105651377B
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-12-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張睿;童玉娟
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 衢州學(xué)院
• 主分類號(hào): G01H17/00
• 分類號(hào): G01H17/00
• 代理公司: 杭州杭誠(chéng)專利事務(wù)所有限公司 33109
• 代理人: 尉偉敏;劉正君

本發(fā)明涉及一種基于視頻數(shù)據(jù)挖掘的非接觸式物體振動(dòng)頻率測(cè)量方法。解決現(xiàn)有技術(shù)中采用在物體上安裝接觸式振動(dòng)傳感器測(cè)量物體振動(dòng)所存在的技術(shù)復(fù)雜、成本高昂,以及被測(cè)物無(wú)法安裝振動(dòng)傳感器的問(wèn)題。方法步驟包括構(gòu)建數(shù)字相機(jī)理想相機(jī)噪聲模型，進(jìn)行拍攝，然后根據(jù)理想相機(jī)噪聲模型計(jì)算視頻中每個(gè)像素振動(dòng)頻率，獲取待測(cè)物體的振動(dòng)頻率。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是克服了傳統(tǒng)接觸式物體振動(dòng)頻率測(cè)量方法的不足；克服了現(xiàn)有基于機(jī)器視覺(jué)的非接觸式物體振動(dòng)頻率測(cè)量方法受約束條件限制的不足；既適用于離線視頻數(shù)據(jù)，也適用于在線視頻數(shù)據(jù)；方法采用設(shè)備簡(jiǎn)單、成本低廉、適應(yīng)性好，適用對(duì)象廣。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種振動(dòng)檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種基于視頻數(shù)據(jù)挖掘的非接觸式物體振動(dòng)頻率測(cè)量方法。

背景技術(shù)

對(duì)物體發(fā)生振動(dòng)的頻率進(jìn)行測(cè)量具有重要意義，在建筑物健康狀態(tài)監(jiān)測(cè)、地質(zhì)災(zāi)害預(yù)防監(jiān)測(cè)，以及工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與科研的各個(gè)領(lǐng)域均具有廣泛應(yīng)用價(jià)值。

目前的物體振動(dòng)頻率測(cè)量主要采用的是在物體上安裝接觸式振動(dòng)傳感器的方法。該方法雖然理論上精度較好，但也存在若干問(wèn)題。首先，對(duì)大型待測(cè)物體(如大橋)安裝接觸式傳感器，不僅技術(shù)復(fù)雜、成本高昂，測(cè)量系統(tǒng)需要定期維護(hù)更新，而且僅能夠進(jìn)行局部監(jiān)測(cè)。其次，對(duì)一些小型待測(cè)物體安裝接觸式傳感器會(huì)改變被測(cè)物體的動(dòng)態(tài)性能，從而直接影響振動(dòng)測(cè)量值的可靠性與精度。此外，還有大量待測(cè)物體(如細(xì)胞)是無(wú)法被安裝接觸式傳感器的。因此，研究非接觸式的物體振動(dòng)頻率測(cè)量方法具有積極的現(xiàn)實(shí)意義，它可以有效彌補(bǔ)傳統(tǒng)接觸式測(cè)量方法的不足。

目前，也有采用非接觸式物體振動(dòng)測(cè)量的方法，但這種方法仍然較為有限。主要的技術(shù)路線有光學(xué)方法(如紅外光或激光)、聲學(xué)方法等。本質(zhì)上，各種非接觸式物體振動(dòng)測(cè)量的方法均是先將振動(dòng)這類空間位移信號(hào)映射為另外一類物理信號(hào)(如光波或聲波)，然后通過(guò)測(cè)量映射后物理信號(hào)的變化頻率間接計(jì)算出物體的振動(dòng)頻率。近年來(lái)，視覺(jué)方法被引入非接觸式物體振動(dòng)測(cè)量領(lǐng)域。相比于光學(xué)或聲學(xué)方法，基于視覺(jué)的方法不依賴于復(fù)雜的成套高精密儀器設(shè)備，其主要測(cè)量工具為可見(jiàn)光數(shù)字相機(jī)。因此，基于視覺(jué)的方法正逐漸成為一個(gè)新的研究熱點(diǎn)。目前，基于視覺(jué)的物體振動(dòng)頻率測(cè)量方法主要采用的是機(jī)器視覺(jué)方法。機(jī)器視覺(jué)的方法是一種有約束條件(需特定光源與照明配合，甚至需要對(duì)被測(cè)物設(shè)置標(biāo)志點(diǎn))的圖像處理方法。因此在實(shí)際應(yīng)用中，基于機(jī)器視覺(jué)的測(cè)量方法通常對(duì)待測(cè)對(duì)象和測(cè)試環(huán)境有具體限定。例如，機(jī)器視覺(jué)的測(cè)量方法很難用于測(cè)量幾百米距離外的大橋振動(dòng)情況，因?yàn)闇y(cè)試環(huán)境的光照條件無(wú)法進(jìn)行配置，而且標(biāo)志點(diǎn)的設(shè)置比較困難。

因此有必要研究研究一種簡(jiǎn)便、快速、無(wú)約束條件的非接觸式的物體振動(dòng)頻率測(cè)量方法，例如基于視頻數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)的非接觸式的物體振動(dòng)頻率測(cè)量方法。研究表明，由于物體振動(dòng)通常是一個(gè)連續(xù)時(shí)間過(guò)程，因此視頻分析技術(shù)比圖像處理技術(shù)更適用于基于視覺(jué)的物體振動(dòng)頻率測(cè)量。由于在記錄有物體振動(dòng)過(guò)程的視頻中，物體振動(dòng)的頻率是一種隱含的未知信息，因此需要使用特定的視頻數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)才能夠獲取該信息。

視頻數(shù)據(jù)挖掘是一種以視頻為對(duì)象的、無(wú)約束條件的數(shù)據(jù)挖掘方法。該技術(shù)不依賴于特定的光源與光照設(shè)置，也不對(duì)觀察對(duì)象進(jìn)行任何干預(yù)(如設(shè)置標(biāo)識(shí)點(diǎn))，其主要工作是設(shè)計(jì)特定算法對(duì)視頻這種時(shí)空聯(lián)合信號(hào)進(jìn)行解構(gòu)與分析，從中發(fā)現(xiàn)隱藏的未知信息或知識(shí)。顯然，相較于其他類型的物體振動(dòng)頻率測(cè)量方法，基于視頻數(shù)據(jù)挖掘的方法具有設(shè)備簡(jiǎn)單、成本低廉、適應(yīng)性好，以及適用對(duì)象廣等優(yōu)點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明主要是解決現(xiàn)有技術(shù)中采用在物體上安裝接觸式振動(dòng)傳感器測(cè)量物體振動(dòng)所存在的技術(shù)復(fù)雜、成本高昂，以及一些被測(cè)物無(wú)法安裝振動(dòng)傳感器的問(wèn)題，提供了一種設(shè)備簡(jiǎn)便、成本低廉、適應(yīng)性好的基于視頻數(shù)據(jù)挖掘的非接觸式物體振動(dòng)頻率測(cè)量方法。

本發(fā)明另一個(gè)發(fā)明目的是解決了現(xiàn)有技術(shù)中非接觸式物體振動(dòng)測(cè)量方法存在約束條件的問(wèn)題，提供了一種設(shè)備簡(jiǎn)便、無(wú)約束條件的基于視頻數(shù)據(jù)挖掘的非接觸式物體振動(dòng)頻率測(cè)量方法。