振动测量方法、系统、计算机设备和存储介质与流程

本发明涉及视频测振的技术领域，特别是涉及一种振动测量方法、系统、计算机设备和存储介质。

背景技术：

视频测振技术是一种基于白光成像技术的非接触式振动测量方法，这种方法用ccd/cmos相机连续采集待测物体(一般粘贴有特殊靶标)的图像序列，然后用图像分析算法得到靶标的振动信息。

视频测振技术的关键是对靶标图像的采集和分析。目前绝大多数视频测振系统需要采用面阵相机作为靶标图像采集设备。

现有技术中，面阵式视频测振系统，为了获得三维振动参数，通常需要两台面阵相机，根据双面视觉的原理，两台相机在测试前需要对相机内外参数进行标定。用两台标定好内外参数的面阵相机获取被测区域上靶标的两个二维图像序列，根据立体视觉原理，重建出被测点的三维运动，即得到振动曲线。

然而现有技术中基于面阵相机的测振系统以二维图像作为原始数据，二维图像庞大的数据量限制了这类系统的数据采集速率，同时需要两台高速相机，测试成本十分昂贵，且设备体积和质量均较大，也为其在实际测振应用中带来很大不便。因此，目前基于面阵相机的视频测振系统无法满足高速振动的测量需求。

技术实现要素：

基于此，有必要针对两台高速相机测试成本昂贵、测试不便的问题，提供一种振动测量方法、系统、计算机设备和存储介质。

一种振动测量方法，包括以下步骤：

通过面阵相机拍摄贴附于被测物上的靶标，采集面阵相机图像传感器视平面上的图像，从视平面上的图像中选取两列或两行一维图像，根据两列或两行一维图像获取第一直线和第二直线；

第一直线通过面阵相机的光心形成的投影与靶标平面相交于第一投影直线，第二直线通过面阵相机的光心形成的投影与靶标平面相交于第二投影直线；

在视平面上建立视平面坐标系，在靶标平面上建立靶标坐标系，获取第一投影直线和第二投影直线在靶标坐标系的位置；

获取第一投影直线和第二投影直线在视平面坐标系的位置；

从第一投影直线和第二投影直线中取至少3个不在同一直线上的目标点，根据目标点在靶标坐标系和视平面坐标系中的坐标，计算视平面坐标系到靶标坐标系的旋转矩阵和平移向量。

上述方法，利用一台面阵相机即可完成振动测量，仅需标定一台面阵相机，测量方法简单且便于实际应用；同时，上述方法采集面阵相机图像传感器视平面上两列或两行一维图像作为原始数据，极大地减少了实际数据读取量，从而提升了数据采集频率。

在其中一个实施例中，从视平面上的图像中选取两列或两行一维图像，根据两列或两行一维图像获取第一直线和第二直线，包括：

从视平面上的图像中选取两列一维图像，若一维图像的宽度大于一个像素单元时，对两列一维图像分别进行拟合，得到第一直线和第二直线；

或；

从视平面上的图像中选取两行一维图像，若一维图像的宽度大于一个像素单元时，对两行一维图像分别进行拟合，得到第一直线和第二直线。

在其中一个实施例中，获取第一投影直线和第二投影直线在靶标坐标系的位置，包括：

获取第一投影直线在靶标坐标系的位置的步骤：

获取第一直线与视平面上靶标图像的交点在视平面坐标系的坐标，第一直线与视平面上靶标图像的交点至少五个；

获取靶标的几何关系；

根据第一直线与视平面上靶标图像的交点在视平面坐标系的坐标，结合靶标的几何关系，获取第一投影直线与靶标的交点在靶标坐标系的坐标，第一投影直线与靶标的交点至少五个；

根据第一投影直线与靶标的交点在靶标坐标系的坐标，获取第一投影直线在靶标坐标系的位置；

获取第二投影直线在靶标坐标系的位置的步骤：与获取第一投影直线在靶标坐标系的位置的步骤相对应。

在其中一个实施例中，获取第一投影直线和第二投影直线在视平面坐标系的位置，包括：

获取第一投影直线在视平面坐标系的位置的步骤：

获取面阵相机的内参数；

结合第一直线与视平面上靶标图像的交点在视平面坐标系的坐标、第一投影直线与靶标的交点在靶标坐标系的坐标和面阵相机的内参数，获取第一投影直线与靶标的交点在视平面坐标系的坐标；

根据第一投影直线与靶标的交点在视平面坐标系的坐标获取第一投影直线在视平面坐标系的位置；

获取第二投影直线在视平面坐标系的位置的步骤：与获取第二投影直线在视平面坐标系的位置的步骤相对应。

在其中一个实施例中，靶标包括至少五条靶线，其中，至少三条靶线相交。

一种用于实现上述振动测量方法的系统，包括：

贴于被测物上的靶标、布置在靶标对面的面阵相机和控制中心；

面阵相机具有多roi功能；

控制中心连接面阵相机，用于设置面阵相机参数，接收面阵相机数据，获取振动测量的结果。

上述系统，采用具有多roi功能的面阵相机，在图像采集时，只需要相机采集两(行)列数据，数据量比原来的二维图像低3个量级，因此理论上数据采集速度可提高3个量级。

在其中一个实施例中，靶标包括多条直线靶线和/或曲线靶线。

在其中一个实施例中，靶标为五线靶标，包括第一靶线、第二靶线、第三靶线、第四靶线和第五靶线，第一靶线、第二靶线、第三靶线、第四靶线和第五靶线为直线，其中，第一靶线、第三靶线和第五靶线互相平行，第二靶线、第三靶线和第四靶线相交于一点。

在其中一个实施例中，靶标为五线靶标，包括第一靶线、第二靶线、第三靶线、第四靶线和第五靶线，第一靶线、第二靶线、第三靶线是直线，第一靶线、第二靶线、第三靶线相交于一点，第四靶线和第五靶线为曲线，第四靶线和第五靶线分别与第一靶线、第二靶线、第三靶线相交。

一种计算机设备，包括存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行计算机程序时实现如上述振动测量方法。

一种计算机存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如上述振动测量方法。

附图说明

图1为双目测振系统原理示意图；

图2为双目测振系统测量结果示意图；

图3为一个实施例中振动测量方法的流程图；

图4为一个实施例中五线靶标的示意图；

图5为一个实施例中五线靶标的示意图；

图6为一个实施例中采集面阵相机图像传感器视平面上的图像的示意图；

图7为一个实施例中直线lr在五线靶标平面上的位置示意图；

图8为一个实施例中直线lr在面阵相机图像传感器视平面上的位置示意图；

图9为一个实施例中直线li在五线靶标平面上的位置示意图；

图10为一个实施例中直线li在面阵相机图像传感器视平面上的位置示意图；

图11为一个实施例中实验测量的六自由度位姿信息。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

需要说明的是，本发明实施例所涉及的术语“第一\第二\第三”仅仅是是区别类似的对象，不代表针对对象的特定排序，可以理解地，“第一\第二\第三”在允许的情况下可以互换特定的顺序或先后次序。应该理解“第一\第二\第三”区分的对象在适当情况下可以互换，以使这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。

本发明实施例的术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或(模块)单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

在本文中提及的“多个”是指两个或两个以上。“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，a和/或b，可以表示：单独存在a，同时存在a和b，单独存在b这三种情况。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

双目测振系统，测量的关键步骤是靶标图像的采集和分析。目前绝大多数视频测振系统使用面阵相机作为图像采集设备。面阵式视频测振的原理如图1所示，用两台标定好内外参数的面阵相机获取被测区域上靶标的两个二维图像序列，根据立体视觉原理，重建出被测点的三维运动，即得到振动曲线如图2所示。

视频测振系统最终的数据采集频率取决于面阵相机的图像采集速度，而面阵相机的图像采集速度一般取决于相机和计算机之间，或相机内部图像数据传输的速度。

对于普通的数字相机，传感器在完成光电转换后，需要实时地将图像数据通过数据接口存储到计算机硬盘中，因此，这类相机的图像采集频率主要取决于数据接口的传输速度限制。常见的数据接口有：1394a/b、gige、usb3.0、网口等。由于受接口的传输速度限制，目前通过usb3.0接口传输图像的相机采集参数如表1所示。可以看出，面阵相机的采集帧率一般不高，并且会随着采集图像分辨率的增大而急剧降低。

表1pointgray某系列相机采集参数表

再如，对于高速相机的图像采集，采集过程中需要将图像数据传输并保存在相机内部的高速内存中，采集结束后再将图像传输并存储到计算机硬盘中。因此，高速相机的采集帧率主要取决于相机内部传输带宽的限制。以photronsa5高速相机为例，在满分辨率(1024*1024像素)情况下，其帧率可高达7000fps(数据采集速度约为7gb/s)。然而，从相机内存到计算机硬盘的传输速度宽一般较慢，photronsa5相机使用千兆网口(传输速度12.5mb/s)作为数据传输接口，相机内存与硬盘之间传输带宽的限制使得高速相机内部图像数据需要较长时间才能导入至计算机，从而导致无法对图像进行实时处理分析。

除此之外，高速相机内存容量有限，这会导致测量时长较短。photronsa5高速相机内存为10g，当图像采集分辨率为1024*1024，采集帧率为7000fps时，测量时长仅为1.33s，无法满足于振动测试工况。按照实际振动测量中的经验，一般数据采集频率应高于所测振动频率的10倍。按此规律来推算，普通数字相机的视频测振仅可用于测量单摆的运动(约为每秒3次)；而高速相机的视频测振可用于高速振镜的转动测量(约为每秒700次)，但测振时间很短，仅为1.33秒。

如果要开展三维振动参数测量，则需要两台高速相机，测试成本十分昂贵，且设备体积和质量均较大，也为其在实际测振应用中带来很大不便。因此，目前基于面阵相机的视频测振系统无法满足高速振动的测量需求。

本实施例提供一种振动测量方法，如图3，包括以下步骤：

步骤100：通过面阵相机拍摄贴附于被测物上的靶标，采集面阵相机图像传感器视平面上的图像，从视平面上的图像中选取两列或两行一维图像，根据两列或两行一维图像获取第一直线和第二直线；

步骤200：第一直线通过面阵相机的光心形成的投影与靶标平面相交于第一投影直线，第二直线通过面阵相机的光心形成的投影与靶标平面相交于第二投影直线；

在视平面上建立视平面坐标系，在靶标平面上建立靶标坐标系，获取第一投影直线和第二投影直线在靶标坐标系的位置；

步骤300：获取第一投影直线和第二投影直线在视平面坐标系的位置；

步骤400：从第一投影直线和第二投影直线中取至少3个不在同一直线上的目标点，根据目标点在靶标坐标系和视平面坐标系中的坐标，计算视平面坐标系到靶标坐标系的旋转矩阵和平移向量。

普通的基于面阵相机的三维视频测振方法至少需要两台面阵相机，在系统布置时需要对测量系统进行联合标定；上述方法，利用一台面阵相机即可完成振动测量，仅需标定一台面阵相机，测量方法简单且便于实际应用。

同时，上述方法采集面阵相机图像传感器视平面上两列或两行一维图像作为原始数据，极大地减少了实际数据读取量，从而提升了数据采集频率。

在其中一个实施例中，从视平面上的图像中选取两列或两行一维图像，根据两列或两行一维图像获取第一直线和第二直线，包括：

从视平面上的图像中选取两列一维图像，若一维图像的宽度大于一个像素单元时，对两列一维图像分别进行拟合，得到第一直线和第二直线；

或；

从视平面上的图像中选取两行一维图像，若一维图像的宽度大于一个像素单元时，对两行一维图像分别进行拟合，得到第一直线和第二直线。

进一步的，若一维图像的宽度大于一个像素单元，对两列或两行一维图像分别进行拟合，可以先确定一维图像与靶标的交点，由于宽度大于一个像素单元，交点本身也包含多个像素单元，可以从中拟合出交点的位置，如选择位置最中央的像素单元的位置为交点，或者像素灰度最大或最小的位置为交点，在此对拟合选择不作限制；一维图像与靶标可以有多个交点，在得到拟合交点后，对多个拟合交点再次进行拟合得到第一直线和第二直线，拟合得到直线的方法可以采用最小二乘法等来实现，实现方式在此不作限制。

具体的，对面阵相机进行感兴趣区域roi设置，采集面阵相机图像传感器视平面上的两列或两行一维图像。

在其中一个实施例中，步骤200中，获取第一投影直线和第二投影直线在靶标坐标系的位置，包括：

步骤210：获取第一投影直线在靶标坐标系的位置，包括步骤211-214；

步骤211：获取第一直线与视平面上靶标图像的交点在视平面坐标系的坐标，第一直线与视平面上靶标图像的交点至少五个；

步骤212：获取靶标的几何关系；

步骤213：根据第一直线与视平面上靶标图像的交点在视平面坐标系的坐标，结合靶标的几何关系，获取第一投影直线与靶标的交点在靶标坐标系的坐标，第一投影直线与靶标的交点至少五个；

步骤214：根据第一投影直线与靶标的交点在靶标坐标系的坐标，获取第一投影直线在靶标坐标系的位置；

步骤220：获取第二投影直线在靶标坐标系的位置；其与获取第一投影直线在靶标坐标系的位置的步骤相对应。

具体的，步骤211中，获取第一直线与视平面上靶标图像的交点在视平面坐标系的坐标，步骤包括：将第一直线经过的视平面上的点的像素值与设定的阈值进行对比，若像素值小于设定阈值或者像素值大于设定阈值，则判断该点为交点。

具体的，步骤213中，假设第一直线与视平面上靶标图像的交点为p，对应的第一投影直线与靶标的交点为q，根据相似原理以及交比不变定理，根据几何关系，可以获取第一投影直线与靶标的交点在靶标坐标系的坐标。

在其中一个实施例中，步骤300中，获取第一投影直线和第二投影直线在视平面坐标系的位置，包括：

步骤310：获取第一投影直线在视平面坐标系的位置，包括步骤311-313；

步骤311：获取面阵相机的内参数；

步骤312：结合第一直线与视平面上靶标图像的交点在视平面坐标系的坐标、第一投影直线与靶标的交点在靶标坐标系的坐标和面阵相机的内参数，获取第一投影直线与靶标的交点在视平面坐标系的坐标；

步骤313：根据第一投影直线与靶标的交点在视平面坐标系的坐标获取第一投影直线在视平面坐标系的位置；

步骤320：获取第二投影直线在视平面坐标系的位置；其与获取第一投影直线在视平面坐标系的位置的步骤相对应。

具体的，所述面阵相机的内参数包括面阵相机主点坐标和等效焦距。

进一步的，靶标可以包括至少五条靶线，其中，至少三条靶线相交，可以更好地反映靶标的几何关系，在靶线大于五条时，在计算时解不唯一，可以通过算法进行优化。

具体的，步骤312中，结合第一直线与视平面上靶标图像的交点在视平面坐标系的坐标、第一投影直线与靶标的交点在靶标坐标系的坐标和面阵相机的内参数，根据相似原理以及交比不变定理，根据几何关系，获取第一投影直线与靶标的交点在视平面坐标系的坐标。

在其中一个实施例中，从第一投影直线和第二投影直线中至少取3个不在同一直线上的目标点：第一点、第二点和第三点，根据其在靶标坐标系xbybzb和视平面坐标系xcyczc中的坐标，按照以下方法计算视平面坐标系xcyczc到靶标坐标系xbybzb的旋转矩阵r和平移向量t：

r8＝r0r4-r1r3，

其中，r0、r1、r2、r3、r4、r5、r6、r7和r8是旋转矩阵r的参数，tx、ty和tz为平移向量t的参数，xb1和yb1是从第一投影直线和第二投影直线中取出的第一点在坐标系xbybzb中x轴坐标和y轴坐标，xb2和yb2是从第一投影直线和第二投影直线中取出的第二点在坐标系xbybzb中的x轴坐标和y轴坐标，xb3和yb3是从第一投影直线和第二投影直线中取出的第三点在坐标系xbybzb中对应的x轴坐标和y轴坐标；xc1、yc1和zc1是从第一投影直线和第二投影直线中取出的第一点在坐标系xcyczc中的x轴坐标、y轴坐标和z轴坐标，xc2、yc2和zc2是从第一投影直线和第二投影直线中取出的第二点在坐标系xcyczc中x轴坐标、y轴坐标和z轴坐标，xc3、yc3和zc3是从第一投影直线和第二投影直线中取出的第三点在坐标系xcyczc中的x轴坐标、y轴坐标和z轴坐标。

本实施例提供一种振动测量系统，包括：

贴于被测物上的靶标、布置在靶标对面的面阵相机和控制中心；

面阵相机具有多roi功能；

控制中心连接面阵相机，用于设置面阵相机参数，接收面阵相机数据，获取振动测量的结果。

本系统采用了新的测量原理来获取目标的运动参数。采用具有多roi功能的面阵相机作为图像采集设备，在测量时激活两列(行)图像单元，结合平面靶标，即可通过一台面阵相机实现对高速振动物体的测量。由于在图像采集时，只需要相机采集两(行)列数据，数据量比原来的二维图像低3个量级，因此理论上采集速度可提高3个量级。但在实际操作中，考虑到图像信噪比以及采集电路和算法设计的可行性，图像采集速度可提高2个量级。

本系统中，靶标的形状设计不唯一。

在其中一个实施例中，靶标包括多条直线靶线和/或曲线靶线。

在其中一个实施例中，靶标为五线靶标，包括第一靶线、第二靶线、第三靶线、第四靶线和第五靶线，第一靶线、第二靶线、第三靶线、第四靶线和第五靶线为直线，其中，第一靶线、第三靶线和第五靶线互相平行，第二靶线、第三靶线和第四靶线相交于一点。

具体的，如图4，靶标为五线靶标，包括第一靶线l1、第二靶线l2、第三靶线l3、第四靶线l4和第五靶线l5，其中，第一靶线l1、第三靶线l3和第五靶线l5互相平行，第一靶线l1和第三靶线l3之间的距离为u，第三靶线l3和第五靶线l5的距离为v，第二靶线l2、第三靶线l3和第四靶线l4相交于o点，第二靶线l2和第三靶线l3之间的夹角为α，第三靶线l2和第四靶线l3之间的夹角为β。

在其中一个实施例中，靶标为五线靶标，包括第一靶线、第二靶线、第三靶线、第四靶线和第五靶线，第一靶线、第二靶线、第三靶线是直线，第一靶线、第二靶线、第三靶线相交于一点，第四靶线和第五靶线为曲线，第四靶线和第五靶线分别与第一靶线、第二靶线、第三靶线相交。

具体的，如图5，靶标为五线靶标，包括第一靶线l1、第二靶线l2、第三靶线l3、第四靶线l4和第五靶线l5，其中第一靶线l1、第二靶线l2和第三靶线l3相交于o点，第一靶线l1和第二靶线l2之间的夹角为α，第二靶线l2和第三靶线l3之间的夹角为β；第四靶线l4和第五靶线l5为平行的曲线，第四靶线l4和第五靶线l5分别与第一靶线l1、第二靶线l2、第三靶线l3相交。

如图4、图5所示的两种五线靶标均可应用于位姿测量。以图4所示的直线靶标为例，详述其测量过程：

靶标中含有l1-l5五条直线。l1、l3、l5互相平行且相互距离u、v已知，l2、l3、l4交于o点且夹角α、β已知。将线性靶标贴于待测振动板之上，即可从相机拍摄到的两列靶标图像数据中求解出被测物的六自由度空间位姿参数(旋转矩阵r，平移向量t)。

如图6所示，首先将靶标贴附于被测物上。

采集面阵相机图像传感器视平面上的图像：对面阵相机进行感兴趣区域roi设置，利用一台面阵相机，采集面阵相机图像传感器视平面上的两列或两行一维图像，一维图像包括第一图像c1和第二图像c2；第一图像c1的两端点通过光心o′形成的线段与五线靶标平面相交于直线lr，第二图像c2的两端点通过光心o′形成的线段与五线靶标平面相交于直线li，每个面阵相机的镜头对应一个光心o′。

分析第一图像c1和第二图像c2，获取被测物的六自由度空间位姿参数完成振动测量，六自由度空间位姿参数包括旋转矩阵r和平移向量t，其中：

在五线靶标的平面上建立坐标系xbybzb，在面阵相机经过roi设置形成的视平面和五线靶标平面上使用交比不变定理，确定直线li和lr在坐标系xbybzb中的位置；

在视平面上建立坐标系xcyczc，利用面阵相机预先标定的内参数以及直线li和lr与五线靶标的交点的坐标，通过几何关系计算所述直线li和lr在坐标系xcyczc中的位置，面阵相机预先标定的内参数包括面阵相机主点坐标和等效焦距；

从直线li和lr中至少取3个不在同一直线上的点：第一点、第二点和第三点，根据其在坐标系xbybzb和坐标系xcyczc中的坐标，按照以下方法计算坐标系xcyczc到坐标系xbybzb的旋转矩阵r和平移向量t：

r8＝r0r4-r1r3

其中，r0、r1、r2、r3、r4、r5、r6、r7和r8是旋转矩阵r的参数，tx、ty和tz为平移向量t的参数，xb1和yb1是从直线li和lr中取出的第一点在坐标系xbybzb中x轴坐标和y轴坐标，xb2和yb2是从直线li和lr中取出的第二点在坐标系xbybzb中的x轴坐标和y轴坐标，xb3和yb3是从直线li和lr中取出的第三点在坐标系xbybzb中对应的x轴坐标和y轴坐标；xc1、yc1和zc1是从直线li和lr中取出的第一点在坐标系xcyczc中的x轴坐标、y轴坐标和z轴坐标，xc2、yc2和zc2是从直线li和lr中取出的第二点在坐标系xcyczc中x轴坐标、y轴坐标和z轴坐标，xc3、yc3和zc3是从直线li和lr中取出的第三点在坐标系xcyczc中的x轴坐标、y轴坐标和z轴坐标。

在其中一个实施例中，如图7，在面阵相机视平面和靶标平面上使用交比不变定理，确定直线lr在坐标系xbybzb中的位置，具体包括步骤：

获取第一图像c1和第二图像c2与面阵相机视平面上的靶标图像的交点a、b、c、d和e；若实际操作中取得第一图像c1和第二图像c2是单列或单行像素，比如2000*1或1*2000，此时求出待求的交点坐标。

若实际操作中取得第一图像c1和第二图像c2不是单列或单行像素，而是多列或多行像素，比如2000*10或者10*2000，则每个交点有十多个像素，此时根据拟合求出待求的交点坐标，比如灰度最大或者最小的位置为交点。

通过在视平面与五线靶标平面上两次运用交比不变定理，直线lr与五线靶标平面上的第一靶线l1、第二靶线l2、第三靶线l3、第四靶线l4和第五靶线l5相交于a、b、c、d和e五点，a、b、c、d和e是五线靶标中的物点，a、b、c、d和e是与a、b、c、d和e对应的视平面上的像点，经过a点的第三靶线l3的法线与第三靶线相交于a'点，直线oa与ob的夹角为γ，夹角γ表示为：

其中，第二靶线l2和第三靶线l3的夹角为α，第三靶线l3和第四靶线l4的夹角为β，夹角α和β均为靶标结构参数，cr为a、b、c、d四个像点的交比，通过分析像点坐标求得；通过夹角α、夹角β和cr计算出γ的值，进而计算出o、a'两点间距离doa'，点a的x轴坐标为doa'、y轴坐标为-u、z轴坐标为0，利用计算点a在坐标系xbybzb中的坐标的方法计算b、c、d、e四点在坐标系xbybzb中的坐标，然后确定lr在坐标系xbybzb中的位置。

进一步的，确定直线li在xbybzb坐标系中的位置的方法与确定直线lr在坐标系xbybzb中的位置的方法相同。

在其中一个实施例中，如图8，利用面阵相机预先标定的内参数以及直线li和lr与五线靶标的交点的坐标，通过几何关系计算直线lr在坐标系xcyczc中的位置，具体步骤包括：

通过几何关系计算得到光心o'点与a点之间的距离do'a，进而得到点a在坐标系xcyczc中的坐标，点a在坐标系xcyczc中的坐标利用如下方法计算：

其中，la代表的是像点a到光心o'点的距离，f为等效焦距fx、fy的平均值，cx、cy分别为面阵相机主点坐标，等效焦距fx、fy和面阵相机主点坐标cx、cy均可通过对面阵相机事先标定得到，xa是像点a在坐标系xcyczc的x轴坐标，ya是像点a在坐标系xcyczc的y轴坐标，通过上述方法计算出a在坐标系xcyczc的坐标为a”，xca为坐标a”的x轴坐标，yca为坐标a”的y轴坐标，zca为坐标a”的z轴坐标，b、c、d和e四点在坐标系xcyczc的坐标利用求得a在坐标系xcyczc中的坐标的方法计算，点b、c、d和e在坐标系xcyczc中对应的坐标点分别为b”、c”、d'和e”，最终确定lr在所述坐标系xcyczc中的位置。

具体的，la的计算方法如下：

具体的，光心o'点与a点之间的距离do'a的计算方法如下：

其中，v为直线eo'和直线ea的夹角，dae为点a和点e之间的距离，通过点a和点e在坐标系xbybzb中的坐标计算出dae，通过dae和∠ao'e，计算出光心o'点与a点之间的距离do'a。

具体的，∠ao'e的计算方法如下：

∠ao'e＝∠ao'b+∠bo'c+∠co'd+∠do'e；

∠ao'b的计算方法如下：

其中，∠ao`b为直线o`a与直线o`b的夹角，r是视平面第r列，计算∠bo'c、∠co'd和∠do'e的方法与计算∠ao'b的方法相同。

具体的，夹角v的计算方法如下：

v＝π-∠ao'e-u

do'b×sin∠ao'b＝dab×sinu

do'b×sin∠bo'e＝dad×sinv

其中，u为直线o'a和直线ae的夹角，∠bo'e＝∠bo'c+∠co'd+∠do'e，dab为点a和点b之间的距离，dab通过点a和点b在坐标系xbybzb中的坐标计算出，dad通过点a和点d在坐标系xbybzb中的坐标计算出。

确定直线li在坐标系xcyczc中的位置的方法与确定直线lr在坐标系xcyczc中的位置的方法相同。

在其中一个实施例中，计算b、c、d和e在坐标系xbybzb中的坐标方法为：

经过e点的第三靶线l3的法线与第三靶线l3相交于e'点，直线od与oe的夹角为γ'，γ'表示为：

其中，cr2为b、c、d、e四个像点的交比，通过分析像点坐标求得，通过夹角α，夹角β和cr2计算出γ'的值，进而计算出o、e'两点间距离doe’，点e的x轴坐标为doe’、y轴坐标为v、z轴坐标为0，根据a、e两点坐标计算直线lr的关系式，根据直线lr的关系式计算出b、c、d三点坐标。

在其中一个实施例中，计算∠bo'c、∠co'd和∠do'e的方法为：

其中，∠bo'c为直线o'b与直线o'c的夹角，∠co'd为直线o'c与直线o'd的夹角，∠do'e为直线o'd与直线o'e的夹角，r是视平面上第r列，yc是像点c的在xcyczc的纵坐标，yd是像点d的在xcyczc的纵坐标，ye是像点e的在xcyczc的纵坐标。

在其中一个实施例中，如图9，计算直线li在坐标系xbybzb中的位置的方法为：

通过在视平面与五线靶标平面上两次运用交比不变定理，直线li与五线靶标平面上的第一靶线l1、第二靶线l2、第三靶线l3、第四靶线l4和第五靶线l5相交于f、g、h、i和j五点，f、g、h、i和j是五线靶标中的物点，f、g、h、i和j是与f、g、h、i和j对应的视平面上的像点，经过f点的第三靶线l3的法线与第三靶线相交f'点，直线of与og的夹角为γ”，夹角γ”表示为：

其中，第二靶线l2和第三靶线l3的夹角为α，第三靶线l3和第四靶线l4的夹角为β，夹角α和β均为靶标结构参数，cr3为f、g、h、i四个像点的交比，通过分析像点坐标求得，通过夹角α、夹角β和cr3计算出γ”的值，进而计算出o、f'两点间距离dof'，点f的x轴坐标为dof'、y轴坐标为-u、z轴坐标为0；

经过j点的第三靶线l3的法线与第三靶线l3相交于j'点，直线oi与oj的夹角为γ”',γ”'表示为：

其中，cr4为g、h、i、j四个像点的交比，通过分析像点坐标求得，通过夹角α、夹角β和cr4计算出γ”'的值，进而计算出o、j'两点间距离doj'，点j的x轴坐标为doj'、y轴坐标为v、z轴坐标为0，根据f、j两点坐标计算直线li的关系式，根据直线li的关系式计算出g、h、i三点坐标。通过f、g两点的坐标确定li在所述坐标系xbybzb中的位置。

在其中一个实施例中，如图10，计算直线li在坐标系xcyczc中的位置方法为：

计算点f在坐标系xcyczc中的坐标：

v'＝π-∠fo'g-u'

do'g×sin∠fo'g＝dfg×sinu'，

do'g×sin∠go'j＝dfi×sinv'

∠fo'j＝∠fo'g+∠go'h+∠ho'i+∠io'j，

其中，lf代表的是像点f到光心的距离，f为等效焦距fx、fy的平均值，cx、cy分别为面阵相机主点坐标，等效焦距fx、fy和面阵相机主点坐标cx、cy均可通过对面阵相机事先标定得到，yf是像点f在坐标系xcyczc的纵坐标，yg是像点g在坐标系xcyczc的纵坐标，yj是像点j在坐标系xcyczc的纵坐标，v'为直线jo'和直线jf的夹角，u'为直线o'f和直线fj的夹角，通过点f和点j在坐标系xbybzb中的坐标以及∠fo'j，计算出光心o'点与f点之间的距离do'f，通过上述方法计算出f在所述坐标系xcyczc的坐标为f”，xcf为坐标f”的x轴坐标，ycf为坐标f”的y轴坐标，zcf为坐标f”的z轴坐标，j”点在所述坐标系xcyczc中的坐标计算方法与计算f”点的坐标的方法相同，通过f”，j”两点的坐标确定li在所述坐标系xcyczc中的位置。

在其中一个实施例中，计算点j”在坐标系xcyczc中的坐标位置如下：

点j在所述坐标系xcyczc中的坐标利用如下方法计算：

v'＝π-∠fo'g-u'

do'g×sin∠fo'g＝dfg×sinu'，

do'g×sin∠go'j＝dfi×sinv'

∠fo'j＝∠fo'g+∠go'h+∠ho'i+∠io'j，

其中，lj代表的是像点j到光心的距离，yf是像点f在坐标系xcyczc的纵坐标，yg是像点g在坐标系xcyczc的纵坐标，yj是像点j在坐标系xcyczc的纵坐标，通过点i和点j在坐标系xbybzb中的坐标计算出dij，通过dij以及∠io'j计算出光心o'点与j点之间的距离do'j，通过上述方法计算出j在所述坐标系xcyczc的坐标为j”，xcj为坐标j”的x轴坐标，ycj为坐标j”的y轴坐标，zcj为坐标j”的z轴坐标。

基于如上所述的示例，在一个实施例中还提供一种计算机设备，该计算机设备包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其中，处理器执行所述程序时实现如上述各实施例中的任意一种振动测量方法。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一非易失性的计算机可读取存储介质中，如本发明实施例中，该程序可存储于计算机系统的存储介质中，并被该计算机系统中的至少一个处理器执行，以实现包括如上述各睡眠辅助方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(read-onlymemory，rom)或随机存储记忆体(randomaccessmemory，ram)等。

据此，在一个实施例中还提供一种存储介质，其上存储有计算机程序，其中，该程序被处理器执行时实现如上述各实施例中的任意一种振动测量方法。

上述实施例方案，采用低速相机实现了高速测量。绝大多数基于面阵相机的图像采集系统以二维图像作为原始数据，二维图像庞大的数据量限制了此类系统的数据采集速率。而上述实施例方案所提出的测量方法使用两列图像作为原始数据(超稀疏图像)，极大地减少了数据量，从而提升了数据采集频率。

上述实施例方案实现了基于单目相机的多自由度测量。针对图像降维后存在的信息缺失问题，使用五线靶标，通过交比不变定理与空间几何关系补充信息，从仅有的两列图像数据中解算出了被测物6自由度空间位姿参数。

在一个具体的实施例中，使用photonfocus公司的mv1-d1312i相机，其满像素时分辨率为1312*1082，最大帧率为108fps，通过roi设置取两行图像数据，使其分辨率变为1312*2时，其最大帧率高达26315fps。在进行roi设置后，图像采集帧率提高了243倍。

对单目多roi相机测量多自由度位姿测量进行验证：靶标通过弹簧固定在底座上，通过施加一个多自由度振动激励，靶标发生多自由度振动，采用photonfocus相机对靶标进行高速采集，帧率为800fps，通过上述实施例方案，获得靶标6自由度的位姿信息，即3个方向的平动(左侧三行曲线)，3个方向的转动(右侧三行曲线)，位姿结果如图11所示。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。