[發(fā)明專利]一種用于機器視覺低頻振動測量的溯源方法及裝置

有效

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• 申請日: 2020-10-22
• 公開（公告）號: CN112432693B
• 公開（公告）日: 2022-08-26
• 發(fā)明（設計）人: 蔡晨光;楊明;劉志華;葉文;張穎;夏巖;符磊
• 申請（專利權）人: 中國計量科學研究院;貴州大學
• 主分類號: G01H9/00
• 分類號: G01H9/00
• 代理公司: 北京睿博行遠知識產權代理有限公司 11297
• 代理人: 劉桂榮

1.一種用于機器視覺低頻振動測量的溯源方法，其特征在于：所述溯源方法包括以下步驟，

S1：利用計算機生成低頻范圍內不同頻率與位移峰值的標準正弦振動激勵運動目標，并通過高刷新率輸出設備的顯示器以視頻播放的形式輸出，攝像機采集目標的運動序列圖像；

S2：通過機器視覺方法從序列圖像中解算目標在不同采集時刻的位移，基于顯示器輸出目標位置取整誤差模型進行位移修正，然后通過正弦逼近法擬合修正后的位移獲得目標位移峰值與特定位置的相位；

S3：考慮外部光學特性、采集與成像設備參數(shù)及標定、環(huán)境噪聲、邊緣提取、直線擬合測量不確定源引入的不確定度分量，依據(jù)各分量的概率分布選擇不同的評估方法實現(xiàn)各分量的不確定度評定；

S4：通過各不確定度源的不確定度分量建立溯源誤差鏈，獲得機器視覺低頻振動測量的合成與擴展測量不確定度，保存與顯示溯源結果；

顯示器只能在整像素位置輸出運動目標，除零位及最大與最小位置外，其余位置的運動目標均存在取整誤差，為修正由顯示器輸出位置取整引入的誤差，定義單周期內的取整誤差序列為：

Δs(t_j)＝int[s_p-psin(ω_v(T_Numt_j)-π/2)]-s_p-psin(ω_v(T_Numt_j)-π/2) (2)

其中，int為取整運算，s_p-p為機器視覺方法測量的運動目標最大位移，ω_v為振動角頻率；則修正后的機器視覺方法測量位移為：

s'(t_j)＝s(t_j)+Δs(t_j) (3)

式中：s'(t_j)為修正后的t_j時刻運動目標位移；利用正弦逼近法擬合s'(t_j)獲得運動目標的位移峰值與特定位置的相位。

2.根據(jù)權利要求1所述的一種用于機器視覺低頻振動測量的溯源方法，其特征在于：

所述標準正弦振動激勵運動目標為基于Matlab生成的具有特定頻率與位移峰值的視頻，單周期內的圖像數(shù)目T_Num、振動頻率f_v及視頻幀率F_r滿足：

T_Num＝F_r/f_v (1)

每幀圖像的刷新時間為1/F_r；f_v范圍為0.01～10Hz、對應的位移峰值設定為40～400顯示器像素。

3.根據(jù)權利要求1所述的一種用于機器視覺低頻振動測量的溯源方法，其特征在于：

所述基于機器視覺的標準正弦振動運動目標位移測量，具體包括：

(1)目標運動序列圖像的采集

采集與成像設備采集一定幀數(shù)與周期的目標運動序列圖像F_j(x,y)，j＝1,2,…,N，采集時間內的圖像數(shù)目N能夠充分反映目標的運動特性，采集與成像設備的視場包含整個周期內的運動目標；

(2)不同采集時刻的運動目標位移測量

采用亞像素邊緣檢測方法提取目標運動序列圖像的運動特征邊緣，選取特定位置的目標圖像運動特征邊緣作為零位移參考邊緣，通過計算序列圖像運動特征邊緣與參考邊緣的距離獲得采集時刻t_j的運動目標位移s(t_j)。

4.根據(jù)權利要求1所述的一種用于機器視覺低頻振動測量的溯源方法，其特征在于：

選擇外部光學特性、采集與成像設備參數(shù)及標定、環(huán)境噪聲、邊緣提取、直線擬合影響量作為機器視覺低頻振動測量的測量不確定源，并依據(jù)概率分布評定相應的不確定度，建立機器視覺低頻振動測量的溯源誤差鏈，解算機器視覺方法的標準正弦振動激勵位移峰值與特定位置相位的測量不確定度，實現(xiàn)機器視覺方法的量值溯源。

5.利用權利要求1所述方法實現(xiàn)的用于機器視覺低頻振動測量的溯源裝置，其特征在于：

包括：采集與成像設備固定裝置(1)、采集與成像設備(2)、標準正弦振動激勵運動目標(3)、高刷新率輸出設備(4)、圖像傳輸設備(5)、處理與顯示單元(6)；

采集與成像設備固定裝置(1)用于固定采集與成像設備(2)，使其光軸垂直于高刷新率輸出設備(4)的顯示器；標準正弦振動激勵運動目標(3)由高刷新率輸出設備(4)的顯示器輸出；采集與成像設備(2 )用于采集標準正弦振動激勵運動目標(3)的運動序列圖像；圖像傳輸設備(5)傳輸采集的運動序列圖像；處理與顯示單元(6)處理采集的運動序列圖像，保存與顯示溯源結果。