[發明專利]一種標準的虛擬正弦直線振動測量方法

有效

• 申請號: 201811631403.0
• 申請日: 2018-12-29
• 公開（公告）號: CN109727267B
• 公開（公告）日: 2020-02-11
• 發明（設計）人: 蔡晨光;張穎;劉志華
• 申請（專利權）人: 中國計量科學研究院
• 主分類號: G06T7/20
• 分類號: G06T7/20;G06T7/13
• 代理公司: 11203 北京思海天達知識產權代理有限公司
• 代理人: 沈波

1.一種標準的虛擬正弦直線振動測量方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1：計算圖像的灰度梯度幅值，利用灰度梯度幅值的分布尋找區域內的峰值，根據峰值個數判斷圖像感興趣區域內是否存在運動目標疊加；

S2：針對區域存在運動目標疊加的圖像，利用光流梯度法判斷運動目標的運動方向，采用不同的圖像復原方法復原圖像，以提高后續圖像處理的精度；

S3：利用亞像素邊緣檢測方法完成運動目標特征邊緣的提取；

S4：引入目標振動模型，使用最小二乘法進行模型擬合；

S5：對目標振動模型進行位移誤差補償，得到虛擬正弦直線振動的時間-位移測量曲線。

2.根據權利要求1所述的一種標準的虛擬正弦直線振動測量方法，其特征在于：

所述步驟S1具體包括：

(1)運動目標感興趣區域的確定

使用幀間差分法，確定運動目標的運動區域；為了降低噪聲的影響，對獲得的運動區域進行連通域分析；計算每個連通域的面積，將面積最大的兩個區域作為運動目標的感興趣區域；

(2)運動目標疊加區域的判斷

在運動目標的感興趣區域，計算灰度梯度幅值：

其中，f(x,y)為像素(x,y)處的灰度值；I_x和I_y分別為x方向和y方向上的灰度梯度；為像素(x,y)處的梯度矢量；為梯度矢量對應的幅值；當區域無運動目標疊加時，遍歷區域的梯度幅值，只存在兩個局部極大值點；當區域存在運動目標疊加時，局部極大值點數量大于兩個。

3.根據權利要求1所述的一種標準的虛擬正弦直線振動測量方法，其特征在于：

所述步驟S2具體包括：

(1)目標運動方向的確定

利用光流梯度法計算運動目標的感興趣區域光流，該算法假定相鄰兩幀圖像對應像素的亮度恒定，計算公式如下：

I_xu+I_yv+I_t＝0 (2)

其中，I_t為圖像在t時刻的灰度梯度；利用x方向上的光流u和y方向上的光流v判斷目標運動方向；

(2)圖像復原方法

針對背景與運動目標灰度對比強烈的圖像，其中運動目標為實心矩形；假定運動目標特征邊緣始終為其右邊緣，且當相鄰幀圖像運動目標特征邊緣的x坐標呈增大趨勢時認為目標運動方向為正方向；對目標特征邊緣領域進行灰度區域劃分；針對運動方向為正方向的感興趣區域實行最右區域灰度增強，其余區域灰度減弱；針對運動方向為負方向的感興趣區域實行最左區域灰度增強，其余區域灰度減弱。

4.根據權利要求1所述的一種標準的虛擬正弦直線振動測量方法，其特征在于：

所述步驟S3具體包括：

亞像素邊緣檢測通過Zernike矩法實現，圖像f(x,y)的n階m次Zernike矩定義為：

其中，是在極坐標系下的單位圓內的正交n階m次Zernike多項式；*表示復共軛；A'_nm為圖像旋轉φ角度后的n階m次Zernike矩；

通過3個不同階次的Zernike矩實現亞像素邊緣檢測，分別為A₀₀、A₁₁、A₂₀，其對應的積分核函數為：

根據公式(3)、(4)得：

圖像運動目標特征邊緣的亞像素位置為：

5.根據權利要求1所述的一種標準的虛擬正弦直線振動測量方法，其特征在于：

所述步驟S4具體包括：

引入目標振動模型：

利用最小二乘法進行模型擬合。

6.根據權利要求1所述的一種標準的虛擬正弦直線振動測量方法，其特征在于：

所述步驟S5具體包括：

圖像尺寸以像素為單位，故相機獲取的虛擬正弦直線振動序列圖像存在量化誤差；顯示器輸出位置s_d(t_i)與真實位置s(t_i)滿足如下公式：

s_d(t_i)＝s(t_i)+Δs(t_i) (8)

為了提高測量精度，需要對目標振動模型進行位移誤差補償，公式如下：

Δs_c(t_j)＝int[s_p-psin(ω_v(N_Tt_j)-π/2)]-s_p-psin(ω_v(N_Tt_j)-π/2) (9)

其中，s_p-psin(ω_v(N_Tt_j)-π/2)表示為：振動模型在t_j時刻對應的位移值；

根據公式(8)、(9)可得任意位置s_d(t_i)的修正值：

s'_d(t_i)＝s_d(t_i)-Δs_c(t_j) (10)

對目標振動模型修正后，獲得虛擬正弦直線振動關于時間-位移的測量曲線。