一种提高测振频率范围的视觉测振方法及系统与流程

1.本发明涉及视觉测振技术领域，具体涉及一种提高测振频率范围的视觉测振方法及系统。


背景技术：

2.振动测试是实现设备状态与故障诊断的重要手段,常规的测振手段一般是使用加速度传感器、速度传感器、位移传感器等接触式传感器，近些年来，也有利用图像的方法来测量振动，但是测量的振动频率受限于高速摄像机的采集帧率(《10khz)，无法对更高频率的振动进行测量。


技术实现要素：

3.针对上述现有技术存在的问题，本发明提供了一种提高测振频率范围的视觉测振方法及系统，极大提高视觉测振的频率范围。该技术方案如下：
4.第一方面，提供了一种提高测振频率范围的视觉测振方法，该方法包括如下步骤：
5.s1:根据预设划分方法对图像传感器划分获取多个区域；
6.s2:配置图像传感器的工作时序参数，所述工作时序参数包括每个区域的工作时间段，其中每个区域的工作时间段不重叠；
7.s3:基于所述工作时序参数控制图像传感器的每个区域依次启动和关闭工作状态，实现传感器的不同区域采集被测物不同局部位置的多个不同时刻的图像；
8.s4:基于被测物同一局部位置的多个不同时刻的图像结合振动信息的时间关联性获取局部位置的振动参数，基于不同局部位置的振动信息空间关联性分析被测物全局的振动参数。
9.作为上述方案的进一步优化，所述对图像传感器划分，以图像传感器中的像素单元为基本单位进行划分。
10.作为上述方案的进一步优化，所述图像传感器的每个区域的划分方法，包括：
11.基于图像传感器中至少一行像素单元或至少一列像素单元或至少一行且至少一列像素单元划分区域。
12.作为上述方案的进一步优化，所述图像传感器的每个区域的划分方法，包括：
13.基于图像传感器中像素单元的总行数和总列数，将图像传感器均分成行数相同且列数相同的多个区域。
14.作为上述方案的进一步优化，所述图像传感器的每个区域的划分方法，包括：
15.基于图像传感器中像素单元的总行数a，将a行像素单元均分为b个区域，每个区域的像素单元行数为m＝a/b，其中，a、b、m均为整数。
16.作为上述方案的进一步优化，所述配置图像传感器的每个区域的工作时序中，每个区域的工作时间段配置为：
17.每个区域的工作时长相同且工作顺序相邻的两个区域中上一区域的工作状态关
闭时间和下一区域的工作状态启动时间之间的时间间隔相同。
18.作为上述方案的进一步优化，所述步骤s4，包括：
19.基于同一局部位置的不同时刻的图像获取所述局部位置的不同时刻的振动信号；
20.基于所述局部位置的不同时刻的振动信号，获取所述局部位置在采集所述局部位置图像期间的完整振动信号；
21.基于每个所述局部位置在采集所述局部位置图像期间的完整振动信号获取被测物全局的振动参数。
22.第二方面，提供了一种提高测振频率范围的视觉测振系统，该系统包括：
23.分区模块，用于根据预设划分方法对图像传感器划分获取多个区域；
24.工作时序配置模块，用于配置图像传感器的工作时序参数，所述工作时序参数包括每个区域的工作时间段，其中每个区域的工作时间段不重叠；
25.工作时序控制模块，用于基于所述工作时序参数控制图像传感器的每个区域依次启动和关闭工作状态，实现传感器的不同区域采集被测物不同局部位置的不同时刻的图像；
26.振动信息分析模块，用于基于被测物同一局部位置的不同时刻的图像结合振动信息的时间关联性获取局部位置的振动参数，基于不同局部位置的振动信息空间关联性分析被测物全局的振动参数。
27.第三方面，提供了一种术中超声探测方法，基于上述第一方面所述的视觉测振方法实现。
28.第四方面，提供了一种提高测振频率范围的视觉测振设备，所述设备包括：
29.处理器；
30.用于存储处理器可执行指令的存储器；
31.其中，所述处理器通过运行所述可执行指令以实现上述第一方面所述的提高测振频率范围的视觉测振方法。
32.本发明的一种提高测振频率范围的视觉测振方法及系统，具备如下有益效果：本发明基于对图像传感器的分区以及分区工作时间控制，实现了每个区域工作期间每一帧图像数据采集周期的大幅度减小，即提高了图像采集帧率，基于传感器每个区域工作期间实现的高频率采样，进而有效提高视觉测振的频率范围。本技术中基于将图像传感器划分多个区域分别进行控制，实现了在不改变图像传感器的原始电路结构以及电子元器件的情况下，在同一个图像传感器内部实现高工作频率，另外，相比于基于完整的图像传感器的图像采集过程控制提高图像采集频率的方法，本发明在一个图像传感器内部实现的图像采集频率提高幅度更大，而且对于不同图像传感器区域的图像采集过程的时序控制更加精准高效。
附图说明
33.图1是本技术实施例的视觉测振方法中图像传感器的划分方法示意图；
34.图2是本技术实施例的提高测振频率范围的视觉测振方法的流程图；
35.图3是本技术实施例的提高测振频率范围的视觉测振系统的结构图。
具体实施方式
36.为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述，所描述的实施例不应视为对本发明的限制，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
37.参见图2，本技术实施例提供了一种提高测振频率范围的视觉测振方法，该方法包括如下步骤：
38.s1:根据预设划分方法对图像传感器划分获取多个区域；
39.s2:配置图像传感器的工作时序参数，所述工作时序参数包括每个区域的工作时间段，其中每个区域的工作时间段不重叠；
40.s3:基于所述工作时序参数控制图像传感器的每个区域依次启动和关闭工作状态，实现传感器的不同区域采集被测物不同局部位置的多个不同时刻的图像；
41.s4:基于被测物同一局部位置的多个不同时刻的图像结合振动信息的时间关联性获取局部位置的振动参数，基于不同局部位置的振动信息空间关联性分析被测物全局的振动参数，该振动参数包括但不限于振型、振动频率、共振频率和振动幅度等。
42.本技术实施例中，对振动中的被测物的图像采集，采用了对被测物全局图像分成若干个局部图像分别进行采集的方法，基于同一被测物的不同局部位置的不同采集时刻获取的图像，从振动信息在被测物上传播的时间关联性和空间关联性两个方面对被测物上的振动参数进行分析。
43.本技术中基于对图像传感器的分区以及分区工作时间控制，实现了每个区域工作期间每一帧图像数据采集周期的大幅度减小，即提高了图像采集帧率，基于传感器每个区域工作期间实现的高频率采样，进而有效提高视觉测振的频率范围。本技术中基于将图像传感器划分多个区域分别进行控制，实现了在不改变图像传感器的原始电路结构以及电子元器件的情况下，在同一个图像传感器内部实现高工作频率，另外，相比于基于完整的图像传感器的图像采集过程控制提高图像采集频率的方法，本技术中在一个图像传感器内部实现的图像采集频率提高幅度更大而且对于不同图像传感器区域的图像采集过程的时序控制更加精准高效，一般来说，高速摄像机图像传感器的采集帧率小于10khz，基于本技术中对图像传感器的分区以及分区工作时间控制，可以实现图像采集帧率达到mhz级别，至少达到8mhz以上。
44.本技术中配置图像传感器的每个区域的工作时序，其中的每个区域的工作时间段参数可以确定每个区域的工作时长t1、工作顺序、工作起止时间，在本技术实施例中，工作时长t1的大小满足在每个区域的工作时间段t1内，可以对被测物的局部位置进行多个时刻的图像帧采集，基于该t1时间内采集的同一局部位置的多个时刻的局部图像，基于每个局部图像所表征的振动信息以及多个局部图像的时序关系，可以分析获取到被测物的该局部位置在t1时间段内的完整振动信息，进一步，基于被测物的不同局部位置在不同的t1时间段内的完整振动信息，可以分析获取到被测物的全局位置的完整振动信息。
45.在一种实施方式中，上述步骤s1中，对图像传感器划分，以图像传感器中的像素单元为基本单位进行划分。
46.本技术实施例中，基于现有技术中是通过行选择逻辑单元和列选择逻辑单元对图像传感器中的每个像素单元进行操作控制，本技术实施例中为了便于控制，不改变图像传
感器的原始电路结构，同样以像素单元为基本单位进行区域划分，以实现对单个区域工作状态的单独控制。
47.在一种实施方式中，上述步骤s1中，图像传感器的每个区域的划分方法，包括：基于图像传感器中至少一行像素单元或至少一列像素单元或至少一行且至少一列像素单元划分区域。
48.本技术实施例中，划分区域，可以是在图像传感器的所有像素行中选择若干行像素单元划分为一个区域，也可以是在图像传感器的所有像素列中选择若干列像素单元划分为一个区域，同样可以是在图像传感器中以若干行若干列像素单元划分为一个区域。当然，每个区域的像素行数和/或像素列数可以相同也可以不同。优选的，本技术实施例中选择连续的像素行和/或连续的像素列进行区域划分，便于实现对各个区域的高效控制和有序管理。
49.在一种实施方式中，上述步骤s1中，图像传感器的每个区域的划分方法，包括：基于图像传感器中像素单元的总行数和总列数，将图像传感器均分成行数相同且列数相同的多个区域。
50.本技术实施例中，设置每个区域的面积大小一致，即每个区域中像素单元行数与其它区域的像素单元行数一致，同时每个区域中像素单元列数与其它区域的像素单元列数一致。划分方法简单，区域个数便于获取，便于对每个区域时间段(工作时长、工作顺序、工作起止时间等)的统一调整和管理。
51.在一种实施方式中，上述步骤s1中，图像传感器的每个区域的划分方法，包括：基于图像传感器中像素单元的总行数a，将a行像素单元均分为b个区域，每个区域的像素单元行数为m＝a/b，其中，a、b、m均为整数。
52.本技术实施例中，仅以行像素单元划分区域，在实际控制每个区域时，不必在列像素方向上分开控制，只需在行像素单元方向上分开控制，减少了控制开关或者控制信号的个数。
53.例如，如图1所示，假设图像传感器共有n行，按照n行一组将其分为m组，每组在工作时长t1内按照f1的频率进行图像采集，其中，f1是大于图像传感器的原始工作频率范围的，每两组之间间隔时间固定且具有严格的时间同步，总共m组采样时间为t2秒。采集到的图像数据可通过usb 3.0或者千兆网实时传输到上位机，也可以先保存在硬件内的ddr中，待测量停止后再将数据传出。通过在每个工作时长t1以f1 频率采集到的图像序列可以得到被测物局部位置的高频振动信息，进一步，基于整个采样时间t2内采集到的信息，可以得到整个被测物全部位置的振动信息以及振型。
54.在一种实施方式中，上述步骤s2中，配置图像传感器的每个区域的工作时序中，每个区域的工作时间段配置为：
55.每个区域的工作时长相同且工作顺序相邻的两个区域中上一区域的工作状态关闭时间和下一区域的工作状态启动时间之间的时间间隔相同。
56.本技术实施例中，配置图像传感器的每个区域的工作时序，基于每个区域的工作时长、工作顺序、工作起止时间，确定每个区域的工作状态启动和关闭时间，当所有区域均完成一次工作启动和关闭后，确定所有区域均完成一次工作启动和关闭的时间周期t2，每个区域的工作时长t1可以设置不同，也可以设置相同，工作顺序中上一区域的工作状态关
闭时间和下一区域的工作状态启动时间之间的时间间隔可以设置不同，也可以设置相同，优选的，本技术实施例中，工作顺序中上一区域的工作状态关闭时间和下一区域的工作状态启动时间之间的时间间隔均设为0，每个区域的工作时长t1 设置相同，在这种情况下，每个区域的工作频率为f1,工作时长t1，基于该图像传感器对被测物图像采集的总时长为t2，t2＝b*t1，其中b是图像传感器划分区域的个数。具体来说，在图像传感器的第1区域启动工作状态时，对被测物的第1局部位置进行图像采集，在第1个t1时长内以频率f1进行多个图像帧的采集，接着，控制图像传感器的第1区域关闭工作状态同时控制第2区域启动工作状态，对被测物的第2局部位置进行图像采集，在第2个t1时长内以频率f1进行多个图像帧的采集，依次类推，直至图像传感器每个区域均完成1次t1时长的图像采集过程。
57.在一种实施方式中，上述步骤s4，基于被测物同一局部位置的多个不同时刻的图像结合振动信息的时间关联性获取局部位置的振动参数，基于不同局部位置的振动信息空间关联性分析被测物全局的振动参数，包括如下步骤：
58.基于同一局部位置的不同时刻的图像获取所述局部位置的不同时刻的振动信号；
59.基于所述局部位置的不同时刻的振动信号，获取所述局部位置在采集所述局部位置图像期间的完整振动信号；
60.基于每个所述局部位置在采集所述局部位置图像期间的完整振动信号获取被测物全局的振动参数。
61.具体来说，基于上述图像采集方法，分析被测物的每个位置的多个局部图像所表征的振动信息，可以实现对局部位置的振动信号恢复，进而进行被测物全局振动信号的恢复。基于获取的振动信号进一步分析振动参数。具体来说，在一个t1时长内，对被测物一个局部位置的多次图像帧率采集，可以获取到该局部位置在该t1时长内的多个时刻的振动信号，基于振动信号的时序关联性及时序变化关系，可以获取到被测物该局部位置在t1时长内的完整振动信号，进一步，基于被测物不同局部位置的1个t1 时长内的振动信号，利用被测物上振动信号的空间关联性，可以获取到被测物全局在 t2时长内的完整振动信号，进而获取被测物全局在t2时长内的振动参数。
62.进一步的，在上述提高测振频率范围的视觉测振方法的基础上，增加一个数字激光投影仪dlp，在图像信号采集时同时获取投影的激光图案，则基于图像传感器采集的图像和激光图案，可以进行三维振动信息恢复，当然，dlp的扫描频率与图像采集的频率匹配。
63.参见图3，本技术实施例还提供了一种提高测振频率范围的视觉测振系统，该系统包括：
64.分区模块，用于根据预设划分方法对图像传感器划分获取多个区域；
65.工作时序配置模块，用于配置图像传感器的工作时序参数，所述工作时序参数包括每个区域的工作时间段，其中每个区域的工作时间段不重叠；
66.工作时序控制模块，用于基于所述工作时序参数控制图像传感器的每个区域依次启动和关闭工作状态，实现传感器的不同区域采集被测物不同局部位置的不同时刻的图像；
67.振动信息分析模块，用于基于被测物同一局部位置的不同时刻的图像结合振动信息的时间关联性获取局部位置的振动参数，基于不同局部位置的振动信息空间关联性分析被测物全局的振动参数
68.关于提高测振频率范围的视觉测振系统的具体限定可以参见上文中对于提高测振频率范围的视觉测振方法的限定，在此不再赘述。上述提高测振频率范围的视觉测振系统中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备中的处理器中，也可以以软件形式存储于计算机设备中的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个单元对应的操作。
69.本技术实施例还提供了一种术中超声探测方法，基于上述提高测振频率范围的视觉测振方法实现。
70.常规的超声探测方式发射端和接收端都是利用利用超声探头完成发射和接收功能，本技术实施例中，发射端与传统的超声探头一致，接收端使用高速摄像设备对人体组织进行拍摄，该高速摄像设备对人体组织进行图像采集的控制方法基于上述视觉测振方法中的步骤实现，从而实现对人体组织上高频振动信息的获取。
71.具体的，超声探头发射出超声波，引起组织内不同部位的振动，高速摄像设备利用上述视觉测振方法对振动中的人体组织进行图像采集，能够高精度捕捉该高频振动信息。另外，由于高速摄像的采集帧率很高，为了提高图像采集质量，本技术实施例中，在高速摄像模块上放置辅助照明装置。
72.本技术实施例还提供了一种提高测振频率范围的视觉测振设备，该设备包括：处理器；用于存储处理器可执行指令的存储器；其中，所述处理器通过运行所述可执行指令以实现上述提高测振频率范围的视觉测振方法。
73.具体来说，本技术实施例的视觉测振设备，包括：至少一个处理器、存储器、用户接口和至少一个网络接口。视觉测振设备中的各个组件通过总线系统耦合在一起。可以理解，总线系统用于实现这些组件之间的连接通信。总线系统除包括数据总线之外，还包括电源总线、控制总线和状态信号总线。可以理解，存储器可以是易失性存储器或非易失性存储器，也可包括易失性和非易失性存储器两者。该振动测试设备还可以包括其他用于实现设备功能的部件，在此不做赘述。
74.本发明不局限于上述具体的实施方式，本领域的普通技术人员从上述构思出发，不经过创造性的劳动，所做出的种种变换，均落在本发明的保护范围之内。