[发明专利]基于智能手机与图像处理的转速测量系统

权利要求书

1.一种基于智能手机与图像处理的转速测量系统，其特征在于，包括：顺序连接的图像采集模块(3)、图像处理模块(4)以及信号处理与分析模块(5)，在被测旋转部件(1)的一侧放置智能手机(2)，通过控制智能手机(2)的摄像头对被测旋转部件(1)表面成像，

所述图像采集模块(3)用于采集被测旋转部件(1)表面的图像序列，并将采集的图像序列传输到图像处理模块(4)进行处理；

所述图像处理模块(4)用于将采集的图像序列转化为表征图像相似度的一维信号，并将信号送入信号处理与分析模块(5)；

所述信号处理与分析模块(5)用于对转化的一维信号进行频谱分析和转速计算。

2.根据权利要求1所述的一种基于智能手机与图像处理的转速测量系统，其特征在于，所述图像采集模块(3)通过控制智能手机(2)的摄像头以不小于30帧/秒的固定帧率，以及旋转部件所占图像区域大于5000像素进行拍照，获取图像序列。

3.根据权利要求1所述的一种基于智能手机与图像处理的转速测量系统，其特征在于，所述智能手机(2)的摄像头的曝光时间控制在5000us以下，以避免程度过大的运动模糊；拍摄光照强度在300lux以上，以保证图像良好的对比度。

4.根据权利要求1所述的一种基于智能手机与图像处理的转速测量系统，其特征在于，所述智能手机(2)的摄像头拍摄角度可选，拍摄角度范围为-30度到30度，以避免图像畸变。

5.根据权利要求1所述的一种基于智能手机与图像处理的转速测量系统，其特征在于，所述智能手机(2)的拍摄距离不小于20cm，以保证图像正常对焦。

6.一种基于权利要求1所述的智能手机与图像处理的转速测量系统的转速测量方法，其特征在于，所述转速测量方法通过分析被测旋转部件旋转运动引起的图像灰度分布周期性变化，最终得到被测旋转部件的转速，具体包括以下步骤：

步骤1：利用图像传感器采集被测旋转部件的表面成像，获得图像序列，并将其传输到图像处理模块进行图像处理；

步骤2：采用图像相似度评价算法将图像序列转化为表征图像相似度的一维信号，送入信号处理与分析模块进行频谱分析，得到旋转频率，再根据旋转频率f和转速RPM的线性关系RPM＝60f，计算得到转速。

7.根据权利要求6所述的一种基于智能手机与图像处理的转速测量系统的转速测量方法，其特征在于，所述步骤1中，以获取的第一张图像为参考，采用图像相似度算法计算图像序列中每一张图像与第一张图像的相似度，将图像序列的相似度转化为一维信号，假设图像X和图像Y的分辨率大小为m×n，则图像X和图像Y的相似度计算公式为：

式中，r为图像X和图像Y的相似度,X(i,j)和Y(i,j)分别表示图像X和图像Y在像素点(i,j)处的灰度值，和分别为图像X和图像Y的平均灰度。

8.根据权利要求6所述的一种基于智能手机与图像处理的转速测量系统的转速测量方法，其特征在于，所述步骤2中，采用线性调频变换方法对重构的图像相似度信号进行频谱分析，所述线性调频变换方法的数学模型为：

RPM＝60f

式中，S(k)为相似度信号，k＝1,2,...,N，k为相似度信号点的序数，N为相似度信号的长度；R(m)为相似度信号S(k)经线性调频变换后得到的高分辨率频谱；为线性调频变换核，其中，m＝0,1,...,M-1，m为线性调频变换点的序数，M为线性调频变换的计算点数；f_s为手机摄像头的帧率，[f₀,f₁]为线性调频变换的频率范围，f_F为相似度信号S(k)经傅里叶变换后得到的主频值；RPM为由相似度信号S(k)计算得到的转速，f为旋转频率。