一种利用光学原理来测量物体振动的方法及其装置与流程

本发明涉及高速摄像技术与计算机视觉技术领域，更为具体地，涉及一种利用光学原理来测量物体振动的方法及其装置。

背景技术：

振动，是自然界中所有物体无时无刻不在发生的一种现象，利用高速摄像机进行高速视觉测量是建立在高速摄像技术与计算机视觉研究基础上的一门新兴测量技术。传统的测量物体振动的方法，通过振动传感器及数据采集器进行振动信号采集，这种方法，数据采集慢，需要进行接触测量，还需要忍受现场高温、高压、测量不便(高塔、管线)环境的影响，测量结果不直观，仍需专业的故障诊断分析师对现场故障进行测量诊断。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种利用光学原理来测量物体振动的方法及其装置，利用高速摄像机摄像视频中提取有用的信号，获得所需的各种参数，该方法具有数据采集快，全视场测量、非接触测量、高精度和自动化程度高的特点，不受现场高温、高压、测量不便(高塔、管线)环境的影响，测量结果直观，无需专业的故障诊断分析师，即可以直观对现场故障进行测量诊断。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种利用光学原理来测量物体振动的方法及其装置，包括以下步骤：

s1，在电脑上配备专业软件，并连接激光测距仪，通过激光测距仪自动测量高速摄像机到被测量物体的距离；

s2，高速摄像机连接电脑，通过电脑上配备专业软件自动调节高速摄像机的各种参数，对被测物体进行高速摄像；

s3，电脑内置图像分析软件模块，通过图像分析软件模块得到被测量物体图像在高速摄像机图像传感器上成像的移动位置，根据成像原理得到物体实际的两个方向的振动位移；

s4，通过数据处理和图像放大直观地将物体的振动情况动态显示出来。

进一步的，所述s4步骤还包括：若录取的高速图像每一帧都做相同处理，则可以得到被测对象一串连续的在空间中的相对位移数据。

进一步的，所述相对位移数据通过数字滤波处理，得到被测物体在空间的振动波形，以正对摄像机的面为垂直参考面。

进一步的，所述相对位移数据通过数字滤波处理，获取被测物体在x、y两个方向的振动位移，其中，x为水平方向，y为垂直水平方向。

一种利用光学原理来测量物体振动的装置，包括配备专业软件的电脑、激光测距仪和高速摄像机，所述激光测距仪和所述高速摄像机分别与电脑连接，所述电脑内置图像分析软件模块、图像采集软件模块和可编程自动化测量软件模块，所述图像采集软件模块分别与所述高速摄像机连接、所述图像分析软件模块连接，所述可编程自动化测量软件模块与所述激光测距仪连接。

本发明的有益效果是：

本发明在电脑上配备专业软件，并连接激光测距仪，通过激光测距仪自动测量高速摄像机到被测量物体的距离；高速摄像机连接电脑，通过电脑上配备专业软件自动调节高速摄像机的各种参数，对被测物体进行高速摄像；电脑内置图像分析软件模块，通过图像分析软件模块得到被测量物体图像在高速摄像机图像传感器上成像的移动位置，根据成像原理得到物体实际的两个方向的振动位移；通过数据处理和图像放大直观地将物体的振动情况动态显示出来。该方法利用高速摄像机摄像视频中提取有用的信号，获得所需的各种参数，该方法具有数据采集快，全视场测量、非接触测量、高精度和自动化程度高的特点，不受现场高温、高压、测量不便(高塔、管线)环境的影响，测量结果直观，无需专业的故障诊断分析师，即可以直观对现场故障进行测量诊断。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为利用光学原理来测量物体振动的方法的流程图；

图2为利用光学原理来测量物体振动的方法中光学成像原理图；

图3为利用光学原理来测量物体振动的装置的电气连接框图。

图中，1-高速摄像机，2-激光测距仪，3-电脑，31-图像采集软件模块，32-图像分析软件模块，33-可编程自动化测量软件模块，34-显示器。

具体实施方式

下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。本说明书(包括任何附加权利要求、摘要和附图)中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在对实施例进行描述之前，需要对一些必要的术语进行解释。例如：

若本申请中出现使用“第一”、“第二”等术语来描述各种元件，但是这些元件不应当由这些术语所限制。这些术语仅用来区分一个元件和另一个元件。因此，下文所讨论的“第一”元件也可以被称为“第二”元件而不偏离本发明的教导。应当理解的是，若提及一元件“连接”或者“联接”到另一元件时，其可以直接地连接或直接地联接到另一元件或者也可以存在中间元件。相反地，当提及一元件“直接地连接”或“直接地联接”到另一元件时，则不存在中间元件。

在本申请中出现的各种术语仅仅用于描述具体的实施方式的目的而无意作为对本发明的限定，除非上下文另外清楚地指出，否则单数形式意图也包括复数形式。

当在本说明书中使用术语“包括”和/或“包括有”时，这些术语指明了所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但是也不排除一个以上其他特征、整体、步骤、操作、元件、部件和/或其群组的存在和/或附加。

如图1所示，一种利用光学原理来测量物体振动的方法，包括以下步骤：

s1，在电脑上配备专业软件，并连接激光测距仪，通过激光测距仪自动测量高速摄像机到被测量物体的距离；

s2，高速摄像机连接电脑，通过电脑上配备专业软件自动调节高速摄像机的各种参数，对被测物体进行高速摄像；

s3，电脑内置图像分析软件模块，通过图像分析软件模块得到被测量物体图像在高速摄像机图像传感器上成像的移动位置，根据成像原理得到物体实际的两个方向的振动位移；

s4，通过数据处理和图像放大直观地将物体的振动情况动态显示出来。

进一步的，所述s4步骤还包括：若录取的高速图像每一帧都做相同处理，则可以得到被测对象一串连续的在空间中的相对位移数据。

进一步的，所述相对位移数据通过数字滤波处理，得到被测物体在空间的振动波形，以正对摄像机的面为垂直参考面。

进一步的，所述相对位移数据通过数字滤波处理，获取被测物体在x、y两个方向的振动位移，其中，x为水平方向，y为垂直水平方向。

进一步的，所述成像原理公式为

其中，u定义为物距，v定义为像距，f定义为焦距。

如图3所示，一种利用光学原理来测量物体振动的装置，包括配备专业软件的电脑3、激光测距仪2和高速摄像机1，激光测距仪2和高速摄像机1分别与电脑3连接，电脑3包括显示器34，电脑3内置图像分析软件模块32、图像采集软件模块31和可编程自动化测量软件模块34，图像采集软件模块31分别与高速摄像机1连接、图像分析软件模块32连接，可编程自动化测量软件模块33与激光测距仪2连接。

实施例1

如图1所示，本领域技术人员可将本发明作为一种利用光学原理来测量物体振动的方法进行实施，包括以下步骤：

s1，电脑上配备专业软件，并连接激光测距仪，通过激光测距仪自动测量高速摄像机到被测量物体的距离；

s2，高速摄像机连接电脑，通过电脑上配备专业软件自动调节高速摄像机的各种参数，对被测物体进行高速摄像；

s3，电脑内置图像分析软件模块，通过图像分析软件模块得到被测量物体图像在高速摄像机图像传感器上成像的移动位置，根据成像原理得到物体实际的两个方向的振动位移；

如图2所示，被测物体用圆点标示，a圆点定义为t2时刻被测物体在空间的相对位置，b圆点定义为t1时刻被测物体在空间的相对位置，c圆点定义为t2时刻被测物体在高速摄像机上的成像，d圆点定义为t1时刻被测物体在高速摄像机上的成像，所述成像原理公式为

其中，u定义为物距，v定义为像距，f定义为焦距。

s4，通过数据处理和图像放大直观地将物体的振动情况动态显示出来，若录取的高速图像每一帧都做相同处理，则可以得到被测对象一串连续的在空间中的相对位移数据；所述相对位移数据通过数字滤波处理，得到被测物体在空间的振动波形，以正对摄像机的面为垂直参考面；同时获取被测物体在x、y两个方向的振动位移，其中，x为水平方向，y为垂直水平方向。

本发明基于激光测距仪和高速摄像机，通过激光测距仪自动测量高速摄像机到被测量物体的距离，通过电脑上配备专业软件自动调节高速摄像机的各种参数，对被测物体进行高速摄像，利用高速摄像机摄像视频中提取有用的信号，获得所需的各种参数，通过图像分析软件模块得到被测量物体图像在高速摄像机图像传感器上成像的移动位置，根据成像原理得到物体实际的两个方向的振动位移，通过数据处理和图像放大直观地将物体的振动情况动态显示出来。该方法具有数据采集快，全视场测量、非接触测量、高精度和自动化程度高的特点，不受现场高温、高压、测量不便(高塔、管线)环境的影响，测量结果直观，无需专业的故障诊断分析师，即可以直观对现场故障进行测量诊断。

在本实施例中的其余技术特征，本领域技术人员均可以根据实际情况进行灵活选用以满足不同的具体实际需求。然而，对于本领域普通技术人员显而易见的是：不必采用这些特定细节来实行本发明。在其他实例中，为了避免混淆本发明，未具体描述公知的组成，结构或部件，均在本发明的权利要求书请求保护的技术方案限定技术保护范围之内。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”均是广义含义，本领域技术人员应作广义理解。例如，可以是固定连接，也可以是活动连接，或整体地连接，或局部地连接，可以是机械连接，也可以是电性连接，可以是直接相连，也可以是通过中间媒介间接连接，还可以是两个元件内部的连通等，对于本领域的技术人员来说，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义，即，文字语言的表达与实际技术的实施可以灵活对应，本发明的说明书的文字语言(包括附图)的表达不构成对权利要求的任何单一的限制性解释。

本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。在以上描述中，为了提供对本发明的透彻理解，阐述了大量特定细节。然而，对于本领域普通技术人员显而易见的是：不必采用这些特定细节来实行本发明。在其他实例中，为了避免混淆本发明，未具体描述公知的技术，例如具体的施工细节，作业条件和其他的技术条件等。