[發(fā)明專利]基于形態(tài)分量分析的視覺振動放大方法、檢測方法及系統(tǒng)

有效

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• 申請日: 2021-06-16
• 公開（公告）號: CN113447111B
• 公開（公告）日: 2022-09-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊學(xué)志;沈晶;張龍;張肖;臧宗迪;孔瑞;楊平安
• 申請（專利權(quán)）人: 合肥工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: G01H9/00
• 分類號: G01H9/00;G06T7/40
• 代理公司: 安徽知問律師事務(wù)所 34134
• 代理人: 代群群

本發(fā)明公開了基于形態(tài)分量分析的視覺振動放大方法、檢測方法及系統(tǒng)，屬于計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)領(lǐng)域。獲取包括目標(biāo)對象的視頻文件，確定所述目標(biāo)對象在所述視頻文件中每幀圖像的感興趣區(qū)域；采用品質(zhì)因子可調(diào)小波字典和離散正余弦字典分別表示每幀視頻的結(jié)構(gòu)成分和紋理成分；采用基于廣義高斯密度分布的閾值選擇算法確定結(jié)構(gòu)成分的閾值；采用自適應(yīng)MCA分離圖像結(jié)構(gòu)成分和紋理成分；根據(jù)分離出的結(jié)構(gòu)成分，結(jié)合歐拉視角原理，實(shí)現(xiàn)微振動信號的放大，重構(gòu)放大視頻，同時，針對結(jié)構(gòu)成分，提取出視覺振動信號，實(shí)現(xiàn)多個振動頻率的測量。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)領(lǐng)域，具體地說，涉及一種基于形態(tài)分量分析的視覺振動放大、檢測方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)

頻率信息是振動分析的重要依據(jù)，廣泛應(yīng)用于機(jī)械或者建筑結(jié)構(gòu)健康檢測和質(zhì)量檢測。人們一般通過分析物體的振動信號來檢測振動頻率。在振動測量領(lǐng)域，被測對象往往受不同激勵源的激勵，在頻譜上表現(xiàn)為多個頻率的混合。

在傳統(tǒng)的振動檢測中，測量被測對象的頻率的方式主要是在被測對象表面粘貼加速度傳感器獲得加速度信號，根據(jù)加速度信號獲得位移信號，針對位移信號，獲得被測對象的頻譜，這種接觸式的振動檢測方法存在明顯不足：由于加速度傳感器本身有重量，難以檢測管狀的對象，同時加速度傳感器本身的存在會影響被測對象的固有頻率；且傳感器粘貼過程耗時耗力，在多點(diǎn)測量時還需要進(jìn)行傳感器融合。而無接觸式的激光傳感器只能進(jìn)行單點(diǎn)測量，若需進(jìn)行全場測量，需要多個激光傳感器，費(fèi)用昂貴；且具有延時的缺點(diǎn)。

因此，目前提出了基于視覺的無接觸式的振動信號采集方式，其主要的技術(shù)思路是：將每個像素都作為一個視覺傳感器，任何一點(diǎn)的振動信號都可以提取出來，即無接觸式的全場測量。然而，受攝像機(jī)拍攝光照條件的變化，拍攝對象表面不均勻反射，擾亂了從視頻中提取的振動信號，導(dǎo)致測量結(jié)果不準(zhǔn)確。

針對光照的變化，近年來，也有人開始研究，例如基于相位的運(yùn)動放大方法廣泛應(yīng)用于測量和放大視頻中不可感知的運(yùn)動(Wadhwa,M.Rubinstein,F.Durand,andW.Freeman,“Phase-based video motion processing,”ACM Trans.Graph.,vol.32,no.4,Jul.2013,Art.no.80.)。(A.Davis et al.,“Visual vibrometry:Estimating materialproperties from small motions in video,”IEEE Trans.Pattern Anal.Mach.Intell.,vol.39,no.4,pp.732–745,Apr.2017)；從視頻中提取運(yùn)動信號計(jì)算振動物體的頻率，用于推測材料的性質(zhì)，比如，楊氏模量、剛度、阻尼、幾何尺寸等。(Chen J G,Wadhwa N,Cha Y J,et al.Modal identification of simple structures with high-speed video usingmotion magnification[J].Journal of Sound and Vibration,2015,345:58-71.)利用該方法用于測量懸臂梁和塑料管的振動頻率和位移。

但是，在一些應(yīng)用場景中，以怠速狀態(tài)的發(fā)動機(jī)頻譜為例，在正常情況下，發(fā)動機(jī)總成懸置系統(tǒng)的6個模態(tài)頻率都在25hz以下。因此，發(fā)動機(jī)怠速狀態(tài)的振動頻譜在25Hz以下往往表現(xiàn)為多個頻率的混合。然而，由于上述的相位纏繞或解纏算法缺陷，導(dǎo)致提取的振動波形不準(zhǔn)確，影響了微振動頻率測量的精確度，特別是在系統(tǒng)存在多個混合頻率時，更容易檢測出不存在的異常頻率。

綜上所述，現(xiàn)有的振動測量技術(shù)還無法有效地解決微幅振動的測量問題。在這種情況下，針對微幅振動測量問題，亟需一種視覺振動放大方法，降低拍攝光照的干擾，準(zhǔn)確地檢測出被測對象的多個模態(tài)頻率。

發(fā)明內(nèi)容