[發(fā)明專利]一種基于視覺的磁懸浮轉(zhuǎn)子振動(dòng)測量方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910246595.1
• 申請日: 2019-03-29
• 公開（公告）號: CN110084127B
• 公開（公告）日: 2021-06-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 彭聰;曾聰;江駒;王雁剛
• 申請（專利權(quán)）人: 南京航空航天大學(xué)
• 主分類號: G06K9/00
• 分類號: G06K9/00;G06K9/46;G06T7/269;G06T7/42;G01H9/00
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32249
• 代理人: 向妮

1.一種基于視覺的磁懸浮轉(zhuǎn)子振動(dòng)測量方法，其特征在于：包括以下步驟：

S1.通過安裝有光學(xué)透鏡的高速相機(jī)采集磁懸浮轉(zhuǎn)子在不同工作狀態(tài)下的振動(dòng)視頻；

S2.采用以Gabor濾波器為基礎(chǔ)構(gòu)建的方向可控金字塔將所述振動(dòng)視頻包含的圖像空間域信息轉(zhuǎn)換得到不同尺度、不同方向的圖像頻域信息，根據(jù)圖像頻域信息中的局部相位變化提取磁懸浮電機(jī)的振動(dòng)位移信號；

S3.采用LOG算子對所述振動(dòng)位移信號進(jìn)行二階求導(dǎo)，計(jì)算得到加速度信號；

S4.對所述加速度信號進(jìn)行快速傅立葉變換得到目標(biāo)頻譜圖；

所述步驟S2具體包括：

S21.采用二維Gabor小波作為卷積核函數(shù)設(shè)計(jì)Gabor濾波器，通過所述Gabor濾波器將振動(dòng)視頻包含的視頻圖像空間域信息轉(zhuǎn)換成頻域信息；所述頻域信息中的低通子帶部分包含視頻圖像的全局信息，高通子帶部分包含視頻圖像的細(xì)節(jié)信息；所述Gabor濾波器對應(yīng)的二維Gabor函數(shù)表達(dá)式如下：

其中，x和y代表空間像素坐標(biāo)；θ∈(0°,360°)，表示Gabor濾波核中平行條帶的方向；λ是正弦函數(shù)的波長；ψ是調(diào)諧函數(shù)的相位偏移；γ是空間縱橫比；σ表示高斯函數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)偏差；x_θ和y_θ均表示包含方向信息的空間變量，其表達(dá)式如下：

x_θ＝xcosθ+ysinθ,y_θ＝-xsinθ+ycosθ

S22.將用多個(gè)不同方向的Gabor濾波器進(jìn)行線性組合，同時(shí)對視頻圖像進(jìn)行尺度變換，從而構(gòu)建方向可控金字塔；

S23.通過所述方向可控金字塔將視頻圖像分解成不同尺度、多個(gè)方向包含視頻圖像的結(jié)構(gòu)信息和邊緣信息的子帶系列，由此完成將所述視頻圖像信息轉(zhuǎn)換到不同尺度、不同方向的頻域信息；根據(jù)頻域信息中兩幀的相角計(jì)算兩幀的相位差，由此得到對應(yīng)方向的位移信號；

步驟S23中，根據(jù)所述頻域信息中兩幀的相角計(jì)算兩幀的相位差得到對應(yīng)方向的位移信號的計(jì)算方式如下：

假設(shè)視頻的兩個(gè)連續(xù)幀之間的時(shí)間間隔為△t，在空間位置(x,y)發(fā)生局部運(yùn)動(dòng)(△x,△y)，將第一幀定義為圖像強(qiáng)度為I(x,y,t₀)的參考幀，將第二幀定義為圖像強(qiáng)度I(x+△x,y+△y,t₀+△t)的運(yùn)動(dòng)幀；

利用二維Gabor函數(shù)進(jìn)行卷積運(yùn)算，將圖像強(qiáng)度I(x,y,t)轉(zhuǎn)化為頻域信息F(x,y,t)如下：

用積分的形式表示如下：

以提取水平方向運(yùn)動(dòng)為例，令空間變量表示為x_θ＝x、y_θ＝y(tǒng)，參考幀轉(zhuǎn)換為：

運(yùn)動(dòng)幀轉(zhuǎn)換為：

重新排列上述參考幀轉(zhuǎn)換公式和運(yùn)動(dòng)幀轉(zhuǎn)換公式，將獨(dú)立于積分變量的相位項(xiàng)放在積分之外，簡化后得到：

將以上表達(dá)式的相位部分表示為簡化后的參考幀轉(zhuǎn)換公式和運(yùn)動(dòng)幀轉(zhuǎn)換公式的相位項(xiàng)都是因此最終的定積分結(jié)果也相同，將其表示為計(jì)算兩幀的相角如下：

計(jì)算得到水平方向兩幀的相位差是：

由此得到對應(yīng)方向的位移信號。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于視覺的磁懸浮轉(zhuǎn)子振動(dòng)測量方法，其特征在于：所述方向可控金字塔的實(shí)現(xiàn)過程如下：

視頻圖像首先經(jīng)過高通濾波器H₀(ω)以及低通濾波器L₀(ω)分解為高通、低通兩個(gè)子帶；然后低通子帶圖像再被分解為K個(gè)不同方向的帶通子帶B_k-1(ω)和低通子帶L₁(ω)，同時(shí)對低通子帶L₁(ω)的行和列分別再進(jìn)行二抽樣；二抽樣后重復(fù)上述分解過程，循環(huán)迭代，直到行和列其中一個(gè)維度不能進(jìn)行降采樣為止。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于視覺的磁懸浮轉(zhuǎn)子振動(dòng)測量方法，其特征在于：

步驟S23還包括對所述相角進(jìn)行加權(quán)空間高斯模糊來提高信噪比，具體包括：

對于第N幀，加權(quán)相位信號計(jì)算為：

其中，A_N表示第N幀的振幅，表示第N幀的相位；h(x,y)是二維高斯函數(shù)，表示為：

其中，高斯濾波器的標(biāo)準(zhǔn)差ρ表示空間域?yàn)V波器的寬度。