一种振动测量方法技术

本发明专利技术公开了一种振动测量方法，采用双摄像机组成的立体摄站系统对待测对象进行动态连续拍摄；对拍摄获得的图像进行去噪处理；对去噪处理后的图像进行阈值分割，获得二值图像；对二值图像进行对象边缘的粗定位；获取对象边缘的像素骨架；确定对象边缘的像素骨架的起始点和末端点，并确定为虚拟目标点；获取连续拍摄的图像的像素骨架，并对虚拟目标点进行动态追踪、匹配；对立体摄站系统进行系统标定，获得立体摄站系统的内外参数；计算虚拟目标点的空间振动响应。该振动测量方法，无需提前在被测物体上粘贴或布置标志即可实现振动测量，不会造成结构表面的污染和损伤，特别适用于高温高压等特殊工况中人力难以布置标记的场合，节约大量人力物力。

A vibration measurement method

The invention discloses a vibration measurement method, which adopts a stereoscopic camera system composed of two cameras to take continuous and dynamic photography of the measured object, denoises the captured image, divides the image after denoising into thresholds, obtains the binary image, roughly locates the edge of the binary image, and obtains the binary image. The pixel skeleton of the object edge is taken; the starting point and the end point of the pixel skeleton of the object edge are determined, and the virtual target point is determined; the pixel skeleton of the continuous shot image is obtained, and the virtual target point is dynamically tracked and matched; the system calibration of the stereo camera station is carried out to obtain the internal and external parameters of the stereo camera station system. Number; calculate the spatial vibration response of the virtual target point. The vibration measurement method can realize vibration measurement without sticking or arranging marks on the object to be measured in advance. It will not cause contamination and damage to the surface of the structure. It is especially suitable for special working conditions such as high temperature and high pressure where labeling is difficult to be arranged by manpower and material resources are saved.

【技术实现步骤摘要】
一种振动测量方法
本专利技术涉及数字近景摄影测量
，具体而言，涉及一种振动测量方法，尤其是一种基于结构边缘亚像素骨架提取的无标记的振动测量方法，适用于具有显著边缘特征的结构或对象的动态测量。
技术介绍
传统的模态测试大多采用加速度、速度或位移传感器来获取振动响应，一个传感器只能获得单点特定方向的响应输出，对于密集型空间采样需安装多个传感器，易出现安装布线困难、测试效率低和附加质量等问题。薄壁结构一般是指由薄板、薄壳和细长杆件组成的结构，能以较小的重量和较少的材料承受较大的载荷，且包含显著的边缘特征，在风力发电和航空航天等诸多工程领域应用广泛。例如，飞机广泛采用的薄壁结构是指由薄型板件和加强构件组成的结构，板件有蒙皮、腹板、隔板等，加强构件有桁条和梁、肋、框和缘条等；风力机叶片也是一种薄壁结构的典型应用。该类结构件尺寸长、面积大，传统的测量方法已不能满足测试需求。专利号为201310656022.9的专利技术专利申请公开了一种利用Hough变换和骨架提取特征点的扩展目标跟踪方法，采用高斯平滑滤波对待处理图像进行预处理以去除噪声对后续算法的影响，采用模糊C均值聚类算法FCM(FuzzyC-MeansCluster)对上述平滑后的图像进行分割，获得二值图像，然后对分割后获得的二值目标图像进行Hough变换，检测出目标上直线特征明显的部分，而对于目标上线特征不明显的部分采用骨架提取获得特征点，再对骨架上的特征点进行直线拟合，获得目标轴线，最后将上述获得的轴线所在直线的交点作为最后的跟踪点，从而实现对姿态变化较大情况下的稳定跟踪。但是该方法在进行飞机机身和机翼的定位跟踪时，只将轴线所在直线的交点作为最后的跟踪点，跟踪的精度不高，同时，该方法只能进行目标点的跟踪，难以获得某些特殊边缘的振动响应，因而，仍然不能很好满足某些薄壁结构(如风力机叶片)的振动测试需求。摄影测量技术具有全场、非接触等优点，如何应用于振动测试领域是近年来学者们的研究热点。现有的方法大多采用在物体表面布设、粘贴标志或者纹理的方式实现特征点的动态追踪。然而，在一些特殊工况或高温、高压等恶劣环境中人力难以在工件表面布置标记。因此，如何实现了无人工合作标志情况下，仅通过被测物体本身的边缘信息来实现动态跟踪，进行振动测量，成为本领域技术人员亟需解决的技术问题。
技术实现思路
鉴于此，本专利技术提出了一种基于结构边缘亚像素骨架提取的无标记振动测量方法，基于双目动态摄影立体成像技术可实现虚拟标志点的三维空间振动响应测量。本专利技术提出的一种振动测量方法，包括如下步骤：S10：采用双摄像机组成的立体摄站系统对待测对象进行动态连续拍摄；S20：对拍摄获得的图像进行去噪处理；S30：对去噪处理后的图像进行阈值分割，获得包含边缘特征的二值图像；S40：对二值图像进行对象边缘的粗定位；S50：获取对象边缘的像素骨架；S60：确定对象边缘的像素骨架的起始点和末端点，并将起始点与末端点之间的骨架线段分割成n份，将用于分割骨架线段的分割点确定为虚拟目标点；S70：获取连续拍摄的图像的像素骨架，并对像素骨架采用与步骤S60中相同分割方式，对相同的虚拟目标点进行动态追踪、匹配；S80：对立体摄站系统进行系统标定，获得立体摄站系统的内外参数；S90：计算虚拟目标点的空间振动响应。上述的振动测量方法，优选地，在步骤S20中，采用自适应维纳滤波方法，对拍摄获得的图像进行去噪处理。上述的振动测量方法，优选地，在步骤S30中，采用Otsu双阈值法，对去噪处理后的图像进行阈值分割。上述的振动测量方法，优选地，在步骤S40中，通过形态学方法，对二值图像进行对象边缘的粗定位。上述的振动测量方法，优选地，步骤S50包括：S51：获得边缘的单像素骨架；S52：求取单像素骨架上各点的法向方向，并计算法向方向上对象边缘的光学中心，获得对象边缘的亚像素骨架。上述的振动测量方法，优选地，所述K3M顺序迭代法包括如下步骤：S511：提取最新的目标轮廓，并记录所有轮廓点；S512：依次检测所有轮廓点的8像素邻域，判断是否只含有3连通像素，如果有，把只含有3连通像素的轮廓点删除，并在目标图像中删除对应点；S513：依次检测S512中剩余轮廓点的8像素邻域，判断是否只含有3或4连通像素，如果有，把只含有3或4连通像素的轮廓点删除，并在目标图像中删除对应点；S514：依次检测S513中剩余轮廓点的8像素邻域，判断是否只含有3或4或5连通像素，如果有，把只含有3或4或5连通像素的轮廓点删除，并在目标图像中删除对应点；S515：依次检测S514中剩余轮廓点的8像素邻域，判断是否只含有3或4或5或6连通像素，如果有，把只含有3或4或5或6连通像素的轮廓点删除，并在目标图像中删除对应点；S516：依次检测S515中剩余轮廓点的8像素邻域，判断是否只含有3或4或5或6或7连通像素，如果有，把只含有3或4或5或6或7连通像素的轮廓点删除，并在目标图像中删除对应点；如果在这步骤中仍有轮廓点被删除，则进入第7步，否则迭代终止，得到最终骨架；S517：依次检测目标图像中像素骨架的8像素邻域，判断是否只含有2或3或4或5或6或7连通像素，如果有，把只含有2或3或4或5或6或7连通像素的轮廓点删除，得到最终的骨架。上述的振动测量方法，优选地，步骤S52包括：S521：针对像素骨架上的轮廓点f(x,y)，按sobel算子求取梯度向量g[fx,fy]；S522：则点f(x,y)处的法线方向夹角将该法线方向记为(nx,ny)；S523：获得法线方向后，以f(x,y)为基点，针对该法线方向上的每一个轮廓点f(x',y')，其中x'＝x+l·nx，,y'＝y+l·ny，以临近的三个骨架点pi-1,pi-2,f(x',y')，求对应曲率，取最小曲率时的f(x',y')为新找到的骨架点Pi；S524：连接所有的Pi即可得到亚像素骨架。上述的振动测量方法，优选地，在步骤S51中，通过K3M顺序迭代法获得边缘的单像素骨架；在步骤S52中：采用能量加权平均法计算法向方向上对象边缘的光学中心。上述的振动测量方法，优选地，在步骤S60中，确定对象边缘的像素骨架的起始点和末端点，并计算起始点和末端点之间的骨架线段的像素长度，采用等分方式将起始点与末端点之间的骨架线段分割成n份。上述的振动测量方法，优选地，在步骤S90中，根据双目立体摄影成像原理求解计算虚拟目标点的空间振动响应，空间振动响应包振动加速度、振动速度和振动位移。本专利技术提出的振动测量方法，采用双摄像机组成的立体摄站系统对待测对象进行动态连续拍摄；对拍摄获得的图像进行去噪处理；对去噪处理后的图像进行阈值分割，获得包含边缘特征的二值图像；对二值图像进行对象边缘的粗定位；获取对象边缘的像素骨架；确定对象边缘的像素骨架的起始点和末端点，并将起始点与末端点之间的骨架线段分割成n份，将用于分割骨架线段的分割点确定为虚拟目标点；获取连续拍摄的图像的像素骨架，并对像素骨架采用与前述步骤中相同分割方式，对相同的虚拟目标点进行动态追踪、匹配；对立体摄站系统进行系统标定，获得立体摄站系统的内外参数；计算虚拟目标点的空间振动响应。本专利技术的振动测量方法，无需提前在被测物体上粘贴或布置合作标志即可实现振动测量，不会造成结构表面的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种振动测量方法，其特征在于，包括如下步骤：S10：采用双摄像机组成的立体摄站系统对待测对象进行动态连续拍摄；S20：对拍摄获得的图像进行去噪处理；S30：对去噪处理后的图像进行阈值分割，获得包含边缘特征的二值图像；S40：对二值图像进行对象边缘的粗定位；S50：获取对象边缘的像素骨架；S60：确定对象边缘的像素骨架的起始点和末端点，并将起始点与末端点之间的骨架线段分割成n份，将用于分割骨架线段的分割点确定为虚拟目标点；S70：获取连续拍摄的图像的像素骨架，并对像素骨架采用与步骤S60中相同分割方式，对相同的虚拟目标点进行动态追踪、匹配；S80：对立体摄站系统进行系统标定，获得立体摄站系统的内外参数；S90：计算虚拟目标点的空间振动响应。

【技术特征摘要】
1.一种振动测量方法，其特征在于，包括如下步骤：S10：采用双摄像机组成的立体摄站系统对待测对象进行动态连续拍摄；S20：对拍摄获得的图像进行去噪处理；S30：对去噪处理后的图像进行阈值分割，获得包含边缘特征的二值图像；S40：对二值图像进行对象边缘的粗定位；S50：获取对象边缘的像素骨架；S60：确定对象边缘的像素骨架的起始点和末端点，并将起始点与末端点之间的骨架线段分割成n份，将用于分割骨架线段的分割点确定为虚拟目标点；S70：获取连续拍摄的图像的像素骨架，并对像素骨架采用与步骤S60中相同分割方式，对相同的虚拟目标点进行动态追踪、匹配；S80：对立体摄站系统进行系统标定，获得立体摄站系统的内外参数；S90：计算虚拟目标点的空间振动响应。2.根据权利要求1所述的振动测量方法，其特征在于，在步骤S20中，采用自适应维纳滤波方法，对拍摄获得的图像进行去噪处理。3.根据权利要求1所述的振动测量方法，其特征在于，在步骤S30中，采用Otsu双阈值法，对去噪处理后的图像进行阈值分割。4.根据权利要求1所述的振动测量方法，其特征在于，在步骤S40中，通过形态学方法，对二值图像进行对象边缘的粗定位。5.根据权利要求1-4任一项所述的振动测量方法，其特征在于，步骤S50包括：S51：获得边缘的单像素骨架；S52：求取单像素骨架上各点的法向方向，并计算法向方向上对象边缘的光学中心，获得对象边缘的亚像素骨架。6.根据权利要求5所述的振动测量方法，其特征在于，在步骤S51中，通过K3M顺序迭代法获得边缘的单像素骨架；在步骤S52中：采用能量加权平均法计算法向方向上对象边缘的光学中心。7.根据权利要求6所述的振动测量方法，其特征在于，所述K3M顺序迭代法包括如下步骤：S511：提取最新的目标轮廓，并记录所有轮廓点；S512：依次检测所有轮廓点的8像素邻域，判断是否只含有3连通像素，如果有，把只含有3连通像素的轮廓点删除，并在目标图像中删除对应点；S513：依次检测S512中剩余轮廓点的8像素邻域，判断是否只含有3或4连通像素，如果有，把...

【专利技术属性】
技术研发人员：王文韫，陈安华，李学军，胡小平，
申请(专利权)人：湖南科技大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43