[發明專利]一種計算機視覺下的圓模板匹配旋轉結構運動無標記測量方法

有效

• 申請號: 202011314712.2
• 申請日: 2020-11-21
• 公開（公告）號: CN112526154B
• 公開（公告）日: 2021-09-03
• 發明（設計）人: 徐自力;辛存;王存俊;李康迪
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: G01P3/36
• 分類號: G01P3/36;G01P13/00;G06K9/00;G06K9/62
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 段俊濤

本發明公開一種計算機視覺下的圓模板匹配旋轉結構運動無標記測量方法，通過結構虛擬特征點篩選、特征點圓模板建立、圓模板描述符向量計算、描述符向量匹配等步驟，對旋轉結構運動進行測量。本發明所提出的方法充分考慮了旋轉結構的運動特點，無需對結構表面進行標記，實現旋轉結構運動的高精度測量，該測量方法的測量裝置安裝簡單，適用于多種旋轉結構。

技術領域

本發明屬于機械結構振動測量相關技術領域，特別涉及一種計算機視覺下的圓模板匹配旋轉結構運動無標記測量方法。

背景技術

旋轉結構作為工業、民用應用最廣泛的結構之一，是航空發動機、燃氣輪機、汽輪機、壓縮機、液體火箭發動機等大型結構設備的關鍵部件，對旋轉結構的運動進行高精度測量，掌握旋轉結構的運行狀態情況，為旋轉結構設備安全監測和故障診斷提供可靠地依據具有重要意義。

目前旋轉結構運動測量方法有接觸式和非接觸式兩種，其中接觸式測量方法由于需要大量的人工干預，在實際應用中，很難進行有效的開展。基于計算機視覺方法是近年來發展起來的一種非接觸式測量方法，也逐漸被用于旋轉結構的運動測量，其中應用最廣泛的包括數字圖像相關、點跟蹤技術等。前者需要在結構上噴灑大量的散斑用于測量旋轉結構的運動，且由于旋轉引起的大角度造成測量精度比較低；后者通過在結構上安裝一個幾何形狀的圖像，通過跟蹤不同時刻幾何圖形的位置，對結構運動進行測量，但該方法只能對有幾何標記的位置的運動信息進行計算，而對于大型結構，需要大量的標記點，測量效率低。同時，基于數字圖像相關、點跟蹤方法在測量旋轉結構過程中需對結構表面進行的預處理，如散斑、幾何標記容易脫落，給測量帶來不便。

另外，現有計算機視覺下的旋轉結構運動測量方法在面對視頻圖像兩幀間因結構旋轉引起的大運動問題時，其模板匹配效果差，最終引起較大的測量誤差

發明內容

為了克服上述現有技術的缺點，本發明的目的在于提供一種計算機視覺下的圓模板匹配旋轉結構運動無標記測量方法，旨在解決現有的基于計算機視覺的旋轉結構運動測量方法測量精度低、需要人工預處理等問題，其對應的測量裝置安裝簡單、無需視覺標記、測量數據噪聲小，適用于多種旋轉結構。

為了實現上述目的，本發明采用的技術方案是：

一種計算機視覺下的圓模板匹配旋轉結構運動無標記測量方法，包括以下步驟：

1)利用高速相機對轉動狀態下的旋轉結構運動進行視頻記錄；

2)基于初始幀圖像建立高斯多尺度差分空間，利用圖像像素與其領域像素亮度值在不同尺度上的大小關系，對圖像像素亮度的極值點進行檢測，篩選出結構表面的虛擬特征點；

3)以虛擬特征點為圓心構建半徑不同的圓環區域，即不同半徑大小的圓模板，對不同圓模板內像素亮度的包括均值、標準差、梯度方向的特征進行統計，建立虛擬特征點的描述符向量；

4)重復步驟3)，構建待匹配圖像中全部像素的圓模板描述符向量，對虛擬特征點的描述符向量與待匹配圖像像素的描述符向量進行相關性計算，根據描述符向量間的相關性，獲取虛擬特征點在待匹配圖像中的位置；

5)重復步驟4)，獲取虛擬特征點在不同幀圖像中的位置，對旋轉結構的運動進行測量。

與現有技術相比，本發明的有益效果是：

1)測量效率、精度高，可同時對結構多個區域進行測量，同時，改善了現有視覺測量方法在面對旋轉所帶來的大角度運動測量精度的不足。

2)無需對被測結構表面進行預處理，僅利用圖像的紋理信息對旋轉葉片結構動頻進行測量，更廣的適用范圍。

附圖說明

圖1為本發明所提出的旋轉結構運動無標記測量方法流程示意圖。

圖2為圖像多尺度差分空間示意圖。