一种大视场多点三维振动测量方法与流程

本发明涉及一种振动测量方法，特别是一种三维振动测量方法。

背景技术：

振动存在于生产，生活的各个领域，对于振动的测量有着极大的需求。振动测量包括接触式和非接触式两种，非接触式测量，不会影响振动的原有状态，是振动测量的发展方向。

现有的非接触式测量方法，如激光多普勒测振仪器，多为单点测量或小视场的测量，适用于被测物较小的场合；这些方法测量大尺寸的被测物的振动时，需要借助复杂的扫描机构，成本非常昂贵。

技术实现要素：

本发明就是为了解决上述的问题的，目的在于提供一种结构简单的用于测量大型物体的振动的方法。

一种大视场多点三维振动测量方法，分析两个不同位置的相机拍摄到振源的视频的图像上的的标志点来测量振源的振动频率和振幅，包括以下步骤：

步骤一，对同一个相机采集到的视频中图像中的标志点进行特征匹配；

步骤二，对两个相机在同一时刻采集到的视频中图像的标志点进行特征匹配；

步骤三，将步骤一和步骤二中得到的特征匹配结果进行分析运算，根据标志的坐标变化和图像的间隔计算得到振源的振动频率和振幅。

本发明提供的大视场多点三维振动测量方法，还可以具有这样的特征，其特征在于：其中，步骤一的特征匹配过程包括

步骤1-1，以第一帧图像为起点，将标志点进行编号1-M，并将该标志点对应的中心保存在数组之中，记为(xi，yi)，0<i<＝M；

步骤1-2，获得下一帧图像中的第i个标志点的中心坐标(xi’，yi’)，0<i<＝M；

步骤1-3，计算步骤1-1中所有坐标(xi，yi)与步骤1-2中所有对应的(xi’，yi’)的距离，并寻找最小的值对应的编号I，若最小距离小于阈值A，则判断该点为第I号点，否则，则认为该点是杂点；

步骤1-4，重复步骤1-2和步骤1-3的过程，直到匹配完所有点为止。

本发明提供的大视场多点三维振动测量方法，还可以具有这样的特征，其特征在于：其中，步骤二的特征匹配过程包括

步骤2-1，以第一个相机获得的图像为基础，将标志点进行编号1-M，并将该标志点对应的中心保存在数组之中，记为(xi，yi)，0<i<＝M；

步骤2-2，获得第二个相机的对应图像中的第i个标志点的中心坐标((xi’，yi’)，0<i<＝M；

步骤2-3，计算步骤1-1中所有坐标(xi，yi)与步骤1-2中所有对应的(xi’，yi’)的距离，并寻找最小的值对应的编号I，若最小距离小于阈值A，则判断该点为第I号点，否则，则认为该点是杂点；

步骤2-4，重复步骤2-2和步骤2-3的过程，直到匹配完所有点为止。

本发明提供的大视场多点三维振动测量方法，还可以具有这样的特征，其特征在于：将各个标志点的编号显示在界面上，通过人工检查来修改编号。

发明作用与效果

根据本发明所提供的大视场多点三维振动测量方法，通过分析两个不同位置的相机拍摄到振源的视频的图像上的标志点来测量振源的振动频率和振幅，只需要使用高速相机作为采集元件来进行信号采集就可以通过本发明的测量方法来测量计算得到目标物体的振动信息。

另外，由于是使用相机进行测量，同时在被测物体上设置标志点，通过在测量分析过程中对特定的标志点进行分析，从而可以减轻后续的测量的计算量，也能提供测量的精度和速度。

附图说明

图1为本发明的大视场多点三维振动测量方法在实施时的硬件系统示意图；

图2为第一个相机(左边的相机)的图像匹配结果照片；

图3第二个相机(右边的相机)的图像匹配结果照片；

图4为频率-频谱幅度示意图；以及

图5为不同振幅和频率的计算页面。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，以下实施例结合附图对本发明的大视场多点三维振动测量方法的具体过程和原理、实施步骤做具体阐述。

实施例

图1为本发明的大视场多点三维振动测量方法在实施时的硬件系统示意图。

本发明提供的大视场多点三维振动测量方法在实施时的硬件系统包括振动台1、待测板2、多个圆形回返膜标志点3、两个高速相机4、光源5、数据处理装置6以及固定相机4和光源5的调节支架。

振动台1为振源，用于测试时输入特定的振动频率和幅值。

使用时，将待测板2安装固定在振动台1上，将多个圆形回返膜标志点3贴在待测板2上。调节高速相机4的焦距以及两个相机4之间的角度，使相机4拍摄区域与待测板2尺寸相匹配。

高速相机4配有大视场镜头，打开，调节光源光强和相机光圈以及相机配套软件里的曝光时间，使相机拍到的圆形回返膜标志点3灰度适中。

本发明提供的硬件系统，相机采集过程分为以下两个步骤：

1、标定：调节两个相机为同步触发，拍摄不同姿态的待测板2(本实施例为棋盘格标定板)，至少4张，采用张正友标定法对相机内外参数进行标定，并将参数进行保存。

2、打开振动台1，启动相机的采集软件，设定好采集帧率和采集时间，采集视频并保存。

得到上述采集到的视频后，传送到数据处理装置6进行处理，针对采集好的棋盘格图片和视频，打开数据处理装置6中的测振软件进行标定和测振，具体过程如下：

步骤一，对同一个相机采集到的视频中图像中的标志点进行特征匹配。步骤一的特征匹配过程具体包括：

步骤1-1，以第一帧图像为起点，将标志点进行编号1-M，并将该标志点对应的中心保存在数组之中，记为(xi，yi)，0<i<＝M；

步骤1-2，获得下一帧图像中的第i个标志点的中心坐标(xi’，yi’)，0<i<＝M；

步骤1-3，计算步骤1-1中所有坐标(xi，yi)与步骤1-2中所有对应的(xi’，yi’)的距离，并寻找最小的值对应的编号I，若最小距离小于阈值A，则判断该点为第I号点，否则，则认为该点是杂点；

步骤1-4，重复步骤1-2和步骤1-3的过程，直到匹配完所有点为止。

步骤二，对两个相机在同一时刻采集到的视频中图像的标志点进行特征匹配。步骤二的特征匹配过程包括：

步骤2-1，以第一个相机获得的图像为基础，将标志点进行编号1-M，并将该标志点对应的中心保存在数组之中，记为(xi，yi)，0<i<＝M；

步骤2-2，获得第二个相机的对应图像中的第i个标志点的中心坐标((xi’，yi’)，0<i<＝M；

步骤2-3，计算步骤1-1中所有坐标(xi，yi)与步骤1-2中所有对应的(xi’，yi’)的距离，并寻找最小的值对应的编号I，若最小距离小于阈值A，则判断该点为第I号点，否则，则认为该点是杂点；

步骤2-4，重复步骤2-2和步骤2-3的过程，直到匹配完所有点为止。

图2为第一个相机(左边的相机)的图像匹配结果照片；

图3第二个相机(右边的相机)的图像匹配结果照片。

如图2，3所示，分别表示匹配完后的左、右相机的照片，图中灰色部分为振源(振动台1)，白色圆点为圆形回返膜标志点3，黑色部分为待测板2，实验中待测板2是和振动台1的振动部件连接的。

步骤三，将步骤一和步骤二中得到的特征匹配结果进行分析运算，根据标志的坐标变化和图像的间隔计算得到振源的振动频率和振幅。

测振原理是左右图像匹配好之后，根据立体视觉原理，以左相机成像面中心为原点，计算出每个测振点的三维坐标(X,Y,Z)；

图4为频率-频谱幅度示意图。

采样频率fs，采样个数N个，X,Y,Z随时间t变化，分别进行快速傅里叶变换，对其取幅值Y，取前N/2个值作为频谱图纵坐标，(0，…，N/2)*fs/N为横坐标，对Y最大值对应的横坐标f为我们所求的振动频率；

Y＝Abs(fft(X))，取前N/2个频谱幅值作为纵轴

F＝(0,1,…，N/2)*fs/N，为横轴频率值。

图5为不同振幅和频率的计算页面。

振动幅值M为坐标最大值减最小值，具体计算页面如图3所示。

数据输出。数据输出格式为txt和uff(通用文件格式，Universal File Format)，txt为点的三维坐标；

完整的uff格式至少包括6个数据块DataSet：UFF 151、UFF 164、UFF 2411、UFF 82、UFF 55、UFF 58，6个DataSet应保存在同一个文件里，不可分开；UFF58在处理数据时，应至少包括以下6种算法：1、频谱；2、自功率谱；3、互功率谱；4：相干性；5、频响函数；6、时间响应。

实施例的作用和有益效果

根据本实施例所提供的大视场多点三维振动测量方法，通过分析两个不同位置的相机拍摄到振源的视频的图像上的的标志点来测量振源的振动频率和振幅，只需要使用高速相机作为采集元件来进行信号采集就可以通过本发明的测量方法来测量计算得到目标物体的振动信息。

另外，用于是使用相机进行测量，同时在被测物体上设置标志点，通过在测量分析过程中对特定的标志点进行分析，从而可以减轻后续的测量的计算量，也能提供测量的精度和速度。