[发明专利]一种非接触式微小振动视觉测量方法

说明书

本发明公开了一种非接触式微小振动视觉测量方法。该方法旨在研究分析微小振动信号的频率特性，该技术主要包括微小振动信号提取、相机运动干扰抑制处理、信号分析等。所述方法步骤如下，步骤S1：采集自然界中振动物体的视频数据以提取出微小振动信号；步骤S2：利用傅里叶变换将微小振动信号转化为频域，获取其频谱；步骤S3：从所述视频数据中提取相机运动信号，对所述相机运动信号进行分析处理后获取衰减系数向量Coe；步骤S4：将所述衰减系数向量Coe与各微小振动信号的频谱相乘，取平均值后得到振动目标频谱。

技术领域

本发明属于计算机视觉技术领域，涉及一种真实场景下非接触微小振动视觉测量方法。

背景技术

振动物体的振动特性与其自身状态有紧密联系。例如，工业系统在运行过程中产生的振动信息，体现了其结构特性和运行状态。不良振动不但影响系统的使用性能，甚至会产生严重的安全后果。

现有的振动测量方式分为接触式和非接触式两种。接触式振动测量传感器，例如压电传感器、加速度传感器等，一般安装在被测物体表面，通过将振动信号转化为电信号实现振动测量。在测量过程中，接触式振动测量传感器自身的机械损耗往往造成硬件疲劳，长期监测可能造成误差累积导致测量精度降低；对轻型结构进行检测时，传感器自身质量也将影响检测结果；这种测量方式一般用于定点测量，当进行多点测量时，将不可避免地提高测量成本。非接触式振动测量方式，避免了与被测目标直接接触，但仍然存在一定的应用局限，例如：光学测振法需要额外的光源补偿，要求测试环境保持无尘、无空气扰动；光电位置传感器的测量范围较小，需要复杂的干涉光路及辅助装置，计算复杂度和成本较高；光纤光栅传感器需要对传感器进行封装后才可使用，同时对解调设备有较严苛的要求。计算机视觉技术的发展为振动测量提供了一种新途径。基于计算机视觉的视觉测量技术，是以现代光学为基础，融合计算机技术、激光技术、图像处理与分析技术等现代科学技术为一体，组成光机电一体化的综合测量系统。它具有精度高、非接触、在线检测、实时分析与控制、连续工作等特点，能够适用于多种危险的应用场合，广泛应用于军事、工业、农林业、医学、航空航天、科学研究等领域。

自然界中存在很多微小振动，它们同样蕴含着重要信息。例如，汽车启动后，发动机会产生一定频率的振动，该振动信号反映了发动机的性能与工作状态；人呼吸时腹部会产生一定的起伏，该起伏信号的频率与人体呼吸率一致。由于人类视觉系统的感知范围与分辨能力有限，难以直接观察、测量自然界中的许多微小振动。目前，相关学者就微小振动可视化技术做了相关研究，例如基于拉格朗日视角的运动放大技术和基于欧拉视角的金字塔分解运动放大技术，它们通过带通滤波器选取感兴趣频带内的微小振动信号进行放大。但是，这些方法一般要求人工根据先验知识来确定带通滤波器的频率参数，并未对微小振动信号进行有效的测量分析。

发明内容

基于此，本发明提出了一种非接触微小振动视觉测量方法。该方法旨在研究分析微小振动信号的频率特性，该技术主要包括微小振动信号提取、相机运动干扰抑制处理、信号分析等。所述方法步骤如下，

步骤S1：采集自然界中振动物体的视频数据以提取出微小振动信号；

步骤S2：利用傅里叶变换将微小振动信号转化为频域，获取其频谱；

步骤S3：从所述视频数据中提取相机运动信号，对所述相机运动信号进行分析处理后获取衰减系数向量Coe；

步骤S4：将所述衰减系数向量Coe与各微小振动信号的频谱相乘，取平均值后得到振动目标频谱。

优选的，在对采集到的视频数据提取微小振动信号之前，还包括，利用颜色空间转换，将采集的视频从RGB空间转化为YIQ空间，并提取出亮度通道的视频序列。