基于双目视觉光流跟踪的薄壁件全向振动测量方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于双目视觉光流跟踪的薄壁件全向振动测量方法及系统，涉及薄壁件振动测量技术领域，包括：获取两个相机拍摄的薄壁件振动视频数据；对左相机所拍摄的第一帧图片进行特征点检测，选取待测振动特征点；将右相机的第一帧图片与左相机的第一帧图片进行特征匹配，获得对应待测振动特征点的像素坐标；使用光流跟踪算法获取左右相机拍摄的第二帧到最后一帧图片上待测振动特征点的像素坐标；根据像素坐标计算异面直线间最近距离，并将最近距离的中点坐标确定为待测振动特征点的空间三维坐标，进而计算薄壁件在每帧时间内的振动位移。本发明专利技术方法操作简单，测量精度高，实用性强，可以实现无负载效应的非接触式振动测量。

Measurement Method and System of Omnidirectional Vibration of Thin-walled Parts Based on Binocular Vision Optical Flow Tracking

【技术实现步骤摘要】
基于双目视觉光流跟踪的薄壁件全向振动测量方法及系统
本专利技术涉及薄壁件振动测量
，特别是涉及一种基于双目视觉光流跟踪的薄壁件全向振动测量方法及系统。
技术介绍
薄壁件以其具有质量轻、结构紧凑与承载能力强等诸多优点，已被广泛应用于工程领域。同时，薄壁件还具有相对刚度低、强度弱和尺寸大等特点，容易引起噪声、失稳等问题，设备在运行过程中甚至可能造成严重机械故障，从而引发重大安全事故，需高效准确地进行薄壁件振动测量来实现实时监控。而常规振动测量方法往往采用加速度计传感器、陀螺仪传感器和压电陶瓷传感器等接触式测量，这些方法均采用传感器，增加了结构的质量，产生负载效应改变了薄壁件原有动态性能，同时还存在空间分辨率低、传感器安装困难等问题。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题，本专利技术的目的是提供一种基于双目视觉光流跟踪的薄壁件振动测量方法及系统，该方法在进行薄壁件振动测量的同时，不产生负载效应，操作简单，测量精度高。为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：一种基于双目视觉光流跟踪的薄壁件全向振动测量方法，包括：获取第一薄壁件振动视频数据和第二薄壁件振动视频数据；所述第一薄壁件振动视频数据是通过第一相机拍摄薄壁件振动得到的，所述第二薄壁件振动视频数据是通过第二相机拍摄薄壁件振动得到的；其中，所述第一相机和所述第二相机拍摄的薄壁件为同一薄壁件；对所述第一薄壁件振动视频数据的第一帧图片进行特征点检测，确定待测振动特征点以及在所述第一薄壁件振动视频数据的第一帧图片上所述待测振动特征点对应的第一像素坐标；采用光流跟踪算法，确定所述待测振动特征点对应的第一像素坐标集合；所述第一像素坐标集合为在所述第一薄壁件振动视频数据的第二帧图片到最后一帧图片上所述待测振动特征点对应的第一像素坐标组成的集合；将所述第二薄壁件振动视频数据的第一帧图片与所述第一薄壁件振动视频数据的第一帧图片进行特征匹配，确定在所述第二薄壁件振动视频数据的第一帧图片上所述待测振动特征点对应的第二像素坐标；采用光流跟踪算法，确定所述待测振动特征点对应的第二像素坐标集合；所述第二像素坐标集合为在所述第二薄壁件振动视频数据的第二帧图片到最后一帧图片上所述待测振动特征点对应的第二像素坐标组成的集合；根据像素坐标与世界坐标转换公式，确定每个所述第一像素坐标对应的第一直线和每个所述第二像素坐标对应的第二直线；根据所述第一直线和所述第二直线，计算每帧图片对应的第一直线与第二直线的公垂线段，并将所述公垂线段的中点坐标确定为所述待测振动特征点对应的空间点三维坐标；其中，每帧图片对应的第一直线与第二直线均为异面直线；根据每个所述空间点三维坐标，计算薄壁件在每帧时间内的振动位移；所述振动位移包括振动距离和振动方向。可选的，在对所述第一薄壁件振动视频数据的第一帧图片进行特征点检测之前，所述薄壁件全向振动测量方法还包括：对所述第一薄壁件振动视频数据和所述第二薄壁件振动视频数据进行预处理；其中，预处理的算法包括图像增强法和滤波去噪法。可选的，当所述第一相机为左相机时，所述第二相机为右相机；当所述第一相机为右相机时，所述第二相机为左相机。可选的，所述对所述第一薄壁件振动视频数据的第一帧图片进行特征点检测，确定待测振动特征点以及在所述第一薄壁件振动视频数据的第一帧图片上所述待测振动特征点对应的第一像素坐标，具体包括：采用哈里斯角点检测算法，对所述第一薄壁件振动视频数据的第一帧图片进行特征点检测，确定待测振动特征点；根据所述待测振动特征点，确定在所述第一薄壁件振动视频数据的第一帧图片上所述待测振动特征点对应的第一像素坐标。可选的，所述采用光流跟踪算法，确定所述待测振动特征点对应的第一像素坐标集合，具体包括：从第二帧图片开始，选取所述第一薄壁件振动视频数据中的前一帧图片和当前帧图片并计算灰度变化值；根据所述灰度变化值，确定当前帧图片上所述待测振动特征点对应的第一像素坐标；重复上述步骤，直至当前帧图片为所述第一薄壁件振动视频数据的最后一帧图片，并将确定的所有所述第一像素坐标存储到第一像素坐标集合内。可选的，所述根据像素坐标与世界坐标转换公式，确定每个所述第一像素坐标对应的第一直线和每个所述第二像素坐标对应的第二直线，具体包括：所述第一直线的表达式为：其中，(Xi,Yi,Zi)表示待测振动特征点在第i帧图片上的空间三维坐标，(ui1,vi1)表示待测振动特征点在第i帧图片上对应的第一像素坐标；表示第一相机的参数矩阵；所述第二直线的表达式为：其中，(Xi,Yi,Zi)表示待测振动特征点在第i帧图片上的空间三维坐标，(ui2,vi2)表示待测振动特征点在第i帧图片上对应的第二像素坐标；表示第二相机的参数矩阵。可选的，所述根据每个所述空间点三维坐标，计算薄壁件在每帧时间内的振动位移，具体包括：根据公式计算薄壁件在第i+1帧时间内的振动距离；其中，(Xi+1,Yi+1,Zi+1)表示第i+1帧时间内待测振动特征点对应的空间三维坐标；(Xi,Yi,Zi)表示第i帧时间内待测振动特征点对应的空间三维坐标；di+1表示薄壁件在第i+1帧时间内的振动距离；在第i+1帧时间内，薄壁件振动位移在各坐标轴方向上的振动投影距离为(Δxi+1,Δyi+1,Δzi+1)，计算公式为在第i+1帧时间内，薄壁件振动位移与各个坐标轴的夹角为计算公式一种基于双目视觉光流跟踪的薄壁件全向振动测量系统，包括：视频数据获取模块，用于获取第一薄壁件振动视频数据和第二薄壁件振动视频数据；所述第一薄壁件振动视频数据是通过第一相机拍摄薄壁件振动得到的，所述第二薄壁件振动视频数据是通过第二相机拍摄薄壁件振动得到的；其中，所述第一相机和所述第二相机拍摄的薄壁件为同一薄壁件；待测振动特征点确定模块，用于对所述第一薄壁件振动视频数据的第一帧图片进行特征点检测，确定待测振动特征点以及在所述第一薄壁件振动视频数据的第一帧图片上所述待测振动特征点对应的第一像素坐标；第一像素坐标集合确定模块，用于采用光流跟踪算法，确定所述待测振动特征点对应的第一像素坐标集合；所述第一像素坐标集合为在所述第一薄壁件振动视频数据的第二帧图片到最后一帧图片上所述待测振动特征点对应的第一像素坐标组成的集合；特征匹配模块，用于将所述第二薄壁件振动视频数据的第一帧图片与所述第一薄壁件振动视频数据的第一帧图片进行特征匹配，确定在所述第二薄壁件振动视频数据的第一帧图片上所述待测振动特征点对应的第二像素坐标；第二像素坐标集合确定模块，用于采用光流跟踪算法，确定所述待测振动特征点对应的第二像素坐标集合；所述第二像素坐标集合为在所述第二薄壁件振动视频数据的第二帧图片到最后一帧图片上所述待测振动特征点对应的第二像素坐标组成的集合；第一直线和第二直线确定模块，用于根据像素坐标与世界坐标转换公式，确定每个所述第一像素坐标对应的第一直线和每个所述第二像素坐标对应的第二直线；空间点三维坐标计算模块，用于根据所述第一直线和所述第二直线，计算每帧图片对应的第一直线与第二直线的公垂线段，并将所述公垂线段的中点坐标确定为所述待测振动特征点对应的空间点三维坐标；其中，每帧图片对应的第一直线与第二直线均为异面直线；薄壁件振动位移计算模块，用于根据每个所述空间点三维坐标，计算薄壁件在每帧时间内的振动位移；所述振动位本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于双目视觉光流跟踪的薄壁件全向振动测量方法，其特征在于，所述薄壁件全向振动测量方法包括：获取第一薄壁件振动视频数据和第二薄壁件振动视频数据；所述第一薄壁件振动视频数据是通过第一相机拍摄薄壁件振动得到的，所述第二薄壁件振动视频数据是通过第二相机拍摄薄壁件振动得到的；其中，所述第一相机和所述第二相机拍摄的薄壁件为同一薄壁件；对所述第一薄壁件振动视频数据的第一帧图片进行特征点检测，确定待测振动特征点以及在所述第一薄壁件振动视频数据的第一帧图片上所述待测振动特征点对应的第一像素坐标；采用光流跟踪算法，确定所述待测振动特征点对应的第一像素坐标集合；所述第一像素坐标集合为在所述第一薄壁件振动视频数据的第二帧图片到最后一帧图片上所述待测振动特征点对应的第一像素坐标组成的集合；将所述第二薄壁件振动视频数据的第一帧图片与所述第一薄壁件振动视频数据的第一帧图片进行特征匹配，确定在所述第二薄壁件振动视频数据的第一帧图片上所述待测振动特征点对应的第二像素坐标；采用光流跟踪算法，确定所述待测振动特征点对应的第二像素坐标集合；所述第二像素坐标集合为在所述第二薄壁件振动视频数据的第二帧图片到最后一帧图片上所述待测振动特征点对应的第二像素坐标组成的集合；根据像素坐标与世界坐标转换公式，确定每个所述第一像素坐标对应的第一直线和每个所述第二像素坐标对应的第二直线；根据所述第一直线和所述第二直线，计算每帧图片对应的第一直线与第二直线的公垂线段，并将所述公垂线段的中点坐标确定为所述待测振动特征点对应的空间点三维坐标；其中，每帧图片对应的第一直线与第二直线均为异面直线；根据每个所述空间点三维坐标，计算薄壁件在每帧时间内的振动位移；所述振动位移包括振动距离和振动方向。...

【技术特征摘要】
1.一种基于双目视觉光流跟踪的薄壁件全向振动测量方法，其特征在于，所述薄壁件全向振动测量方法包括：获取第一薄壁件振动视频数据和第二薄壁件振动视频数据；所述第一薄壁件振动视频数据是通过第一相机拍摄薄壁件振动得到的，所述第二薄壁件振动视频数据是通过第二相机拍摄薄壁件振动得到的；其中，所述第一相机和所述第二相机拍摄的薄壁件为同一薄壁件；对所述第一薄壁件振动视频数据的第一帧图片进行特征点检测，确定待测振动特征点以及在所述第一薄壁件振动视频数据的第一帧图片上所述待测振动特征点对应的第一像素坐标；采用光流跟踪算法，确定所述待测振动特征点对应的第一像素坐标集合；所述第一像素坐标集合为在所述第一薄壁件振动视频数据的第二帧图片到最后一帧图片上所述待测振动特征点对应的第一像素坐标组成的集合；将所述第二薄壁件振动视频数据的第一帧图片与所述第一薄壁件振动视频数据的第一帧图片进行特征匹配，确定在所述第二薄壁件振动视频数据的第一帧图片上所述待测振动特征点对应的第二像素坐标；采用光流跟踪算法，确定所述待测振动特征点对应的第二像素坐标集合；所述第二像素坐标集合为在所述第二薄壁件振动视频数据的第二帧图片到最后一帧图片上所述待测振动特征点对应的第二像素坐标组成的集合；根据像素坐标与世界坐标转换公式，确定每个所述第一像素坐标对应的第一直线和每个所述第二像素坐标对应的第二直线；根据所述第一直线和所述第二直线，计算每帧图片对应的第一直线与第二直线的公垂线段，并将所述公垂线段的中点坐标确定为所述待测振动特征点对应的空间点三维坐标；其中，每帧图片对应的第一直线与第二直线均为异面直线；根据每个所述空间点三维坐标，计算薄壁件在每帧时间内的振动位移；所述振动位移包括振动距离和振动方向。2.根据权利要求1所述的薄壁件全向振动测量方法，其特征在于，在对所述第一薄壁件振动视频数据的第一帧图片进行特征点检测之前，所述薄壁件全向振动测量方法还包括：对所述第一薄壁件振动视频数据和所述第二薄壁件振动视频数据进行预处理；其中，预处理的算法包括图像增强法和滤波去噪法。3.根据权利要求1所述的薄壁件全向振动测量方法，其特征在于，当所述第一相机为左相机时，所述第二相机为右相机；当所述第一相机为右相机时，所述第二相机为左相机。4.根据权利要求1所述的薄壁件全向振动测量方法，其特征在于，所述对所述第一薄壁件振动视频数据的第一帧图片进行特征点检测，确定待测振动特征点以及在所述第一薄壁件振动视频数据的第一帧图片上所述待测振动特征点对应的第一像素坐标，具体包括：采用哈里斯角点检测算法，对所述第一薄壁件振动视频数据的第一帧图片进行特征点检测，确定待测振动特征点；根据所述待测振动特征点，确定在所述第一薄壁件振动视频数据的第一帧图片上所述待测振动特征点对应的第一像素坐标。5.根据权利要求1所述的薄壁件全向振动测量方法，其特征在于，所述采用光流跟踪算法，确定所述待测振动特征点对应的第一像素坐标集合，具体包括：从第二帧图片开始，选取所述第一薄壁件振动视频数据中的前一帧图片和当前帧图片并计算灰度变化值；根据所述灰度变化值，确定当前帧图片上所述待测振动特征点对应的第一像素坐标；重复上述步骤，直至当前帧图片为所述第一薄壁件振动视频数据的最后一帧图片，并将确定的所有所述第一像素坐标存储到第一像素坐标集合内。6.根据权利要求1所述的薄壁件全向振动测量方法，其特征在于，所述根据像素坐标与世界坐标转换公式，确定每个所述第一像素坐标对应的第一直线和每个所述第二像素坐标对应的第二直线，具体包括：所述第一直线的表达式为：其中，(Xi,Yi,Zi)表示待测振动特征点在第i帧图片上的空间三维坐标，(ui1,vi1)表示待测振动特征点在第...

【专利技术属性】
技术研发人员：伍济钢，邵俊，赵前程，杜义贤，阳德强，袁继广，
申请(专利权)人：湖南科技大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43