[发明专利]一种用于机器视觉低频振动测量的溯源方法及装置

权利要求书

1.一种用于机器视觉低频振动测量的溯源方法，其特征在于：所述溯源方法包括以下步骤，

S1：利用计算机生成低频范围内不同频率与位移峰值的标准正弦振动激励运动目标，并通过高刷新率输出设备的显示器以视频播放的形式输出，摄像机采集目标的运动序列图像；

S2：通过机器视觉方法从序列图像中解算目标在不同采集时刻的位移，基于显示器输出目标位置取整误差模型进行位移修正，然后通过正弦逼近法拟合修正后的位移获得目标位移峰值与特定位置的相位；

S3：考虑外部光学特性、采集与成像设备参数及标定、环境噪声、边缘提取、直线拟合测量不确定源引入的不确定度分量，依据各分量的概率分布选择不同的评估方法实现各分量的不确定度评定；

S4：通过各不确定度源的不确定度分量建立溯源误差链，获得机器视觉低频振动测量的合成与扩展测量不确定度，保存与显示溯源结果；

显示器只能在整像素位置输出运动目标，除零位及最大与最小位置外，其余位置的运动目标均存在取整误差，为修正由显示器输出位置取整引入的误差，定义单周期内的取整误差序列为：

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为取整运算，s_p-p为机器视觉方法测量的运动目标最大位移，ω_v为振动角频率；则修正后的机器视觉方法测量位移为：

s'(t_j)＝s(t_j)+Δs(t_j) (3)

式中：s'(t_j)为修正后的t_j时刻运动目标位移；利用正弦逼近法拟合s'(t_j)获得运动目标的位移峰值与特定位置的相位。

2.根据权利要求1所述的一种用于机器视觉低频振动测量的溯源方法，其特征在于：

所述标准正弦振动激励运动目标为基于Matlab生成的具有特定频率与位移峰值的视频，单周期内的图像数目T_Num、振动频率f_v及视频帧率F_r满足：

T_Num＝F_r/f_v (1)

每帧图像的刷新时间为1/F_r；f_v范围为0.01～10Hz、对应的位移峰值设定为40～400显示器像素。

3.根据权利要求1所述的一种用于机器视觉低频振动测量的溯源方法，其特征在于：

所述基于机器视觉的标准正弦振动运动目标位移测量，具体包括：

(1)目标运动序列图像的采集

采集与成像设备采集一定帧数与周期的目标运动序列图像F_j(x,y)，j＝1,2,…,N，采集时间内的图像数目N能够充分反映目标的运动特性，采集与成像设备的视场包含整个周期内的运动目标；

(2)不同采集时刻的运动目标位移测量

采用亚像素边缘检测方法提取目标运动序列图像的运动特征边缘，选取特定位置的目标图像运动特征边缘作为零位移参考边缘，通过计算序列图像运动特征边缘与参考边缘的距离获得采集时刻t_j的运动目标位移s(t_j)。

4.根据权利要求1所述的一种用于机器视觉低频振动测量的溯源方法，其特征在于：

选择外部光学特性、采集与成像设备参数及标定、环境噪声、边缘提取、直线拟合影响量作为机器视觉低频振动测量的测量不确定源，并依据概率分布评定相应的不确定度，建立机器视觉低频振动测量的溯源误差链，解算机器视觉方法的标准正弦振动激励位移峰值与特定位置相位的测量不确定度，实现机器视觉方法的量值溯源。

5.利用权利要求1所述方法实现的用于机器视觉低频振动测量的溯源装置，其特征在于：

包括：采集与成像设备固定装置(1)、采集与成像设备(2)、标准正弦振动激励运动目标(3)、高刷新率输出设备(4)、图像传输设备(5)、处理与显示单元(6)；

采集与成像设备固定装置(1)用于固定采集与成像设备(2)，使其光轴垂直于高刷新率输出设备(4)的显示器；标准正弦振动激励运动目标(3)由高刷新率输出设备(4)的显示器输出；采集与成像设备(2 )用于采集标准正弦振动激励运动目标(3)的运动序列图像；图像传输设备(5)传输采集的运动序列图像；处理与显示单元(6)处理采集的运动序列图像，保存与显示溯源结果。