一种基于图像的高频二位置往复动作状态的测量方法技术

本发明专利技术涉及一种基于图像的高频二位置往复动作状态的测量方法，属于图像处理技术领域。通过延长曝光时间得到高速往返运动物体的运动轨迹，对该运动轨迹进行灰度处理，进一步与标准图像进行分差处理。根据得到分差结果，分析进行高速往返运动的物体在两极限位置间运动得分可靠性。

A high frequency two position reciprocating motion state measurement method based on image

【技术实现步骤摘要】
一种基于图像的高频二位置往复动作状态的测量方法
本专利技术涉及一种基于图像的高频二位置往复动作状态的测量方法，属于图像处理

技术介绍
物体运动检测技术是现代化工业的基础技术之一，是保证产品质量的关键。随着工业制造技术和加工工艺的提高和改进，对检测手段、检测速度和精度提出了更高的要求，因此，传统的接触式测量方法已无法满足要求。因此，以光电、电磁等技术为基础的非接触式测量方法不断出现。而随着机器视觉技术的快速发展，基于图像检测的非接触式测量手段在各个领域得到了越来越广泛的利用。视觉测量技术把图像作为检测和传递信息的手段或载体加以利用，从图像中提取有用的信号，通过处理被测图像而获得所需的各种参数，具有非接触、全视场测量、高精度和自动化程度高的特点。但是目前对于高速运动物体进行往复运动的视觉测量通常采用昂贵的高频工业相机测试，所需成本高。为了避免采用高帧率相机，降低测量成本，本专利技术希望提出一种基于图像的高频二位置往复动作状态的测量方法。
技术实现思路
本专利技术为了在测量运动物体往复运动时避免用到高帧率相机，从而减少成本，提出了一种基于图像的高频二位置往复动作状态的测量方法，其具体方案如下：一种基于图像的高频二位置往复动作状态的测量方法，包括以下步骤：（1）取用两台工业相机，分别为第一工业相机和第二工业相机，调整两台相机的摆放位置和角度使得运动部件在两台工业相机的视场范围内运动，并使相机聚焦在被测物体整个运动的轨迹上；（2）将两台工业相机的曝光时间均设置为运动物体进行一个往返运动所需时间的整数倍，测试过程中两台工业相机均采用脉宽触发方式和非重叠工作模式；（3）第一工业相机接收到上升沿触发信号时开始曝光操作；第一工业相机接收到下降沿触发信号时停止曝光操作，同时第二工业相机开始曝光操作；第二工业相机接收到上升沿触发信号时停止曝光操作，同时第一工业相机开始曝光操作，开启下一个曝光循环；所得到的图像数据传回电脑进行处理；（4）采样得到整数次运动物体的往返运动，将图像进行灰度处理和光强归一化处理。首先采集运动部件的图像，按照加权方法将其转化为灰度图像，如Gray=（R+G+B）/3来计算，从而得到图像的灰度值F（x,y）,为了排除光源强度随时间变化对图像灰度值造成的影响，取图像上一固定标记点的灰度值F（x0,y0），Fg(x,y)=F（x,y）/Fx0,y0）即为归一化后的图像灰度。正常运行得到的用于比较的归一化标准图像的灰度值记为Bg(x,y),测试中获得的第n帧图像灰度值为fng(x,y)。为了减少运算量，测量的图像与标准图像进行比较，只比较两极限位置区域的图像即可。因此下面文中所述的比较均为对两极限位置区域进行比较。具体比较方法如下：将fng(x,y)与标准图像灰度值Bg(x,y)相减，获得差分结果Dn(x,y)；逐个对像素点进行二值化处理，得到二值化图像Rn；当Dn(x,y)>T-δ时，Rn（x,y）=255，当Dn(x,y)<T-δ时,Rn（x,y）=0，其中阈值T为标准图像极限位置某一像素点灰度值的1/N，即T=Bg(x,y)/N，δ为允许偏差；二值化图像中数值为1的像素作为前景目标像素，数值为0的像素作为背景像素，根据二值图像中极限位置像素分布情况判断出运动物体的摆动情况。所述第三步运动部件开始运动时刻正好为第一工业相机开始曝光时刻，该设置可保证曝光一次后能采样到整数次运动部件成像图片。所述第三步中第一工业相机和第二工业相机在不进行曝光操作时，将数据传输回电脑进行处理，该设置可保证避免漏计，保证任何时候均有相机采集信息。所述第一工业相机采集奇数帧图像，第二工业相机采集偶数帧图像。所述两台工业相机的曝光时间小于或等于每帧之间的时间间隔。该设置可避免帧与帧之间的图像重合，工业相机能输出完整图片。所述第四步中差值与可靠性呈负相关。差值越大，该运动物体进行往返运动的可靠性就越低。本专利技术原理如下：采用普通帧率的相机，一次曝光后采样到整数次的摆动部件成像图片，记录下在二极位置间进行高速运动的物体运动轨迹，对其进行灰度处理，得到的图像灰度值与正常运行下（即运动物体每次都能达到二极位置）的标准灰度值进行分差处理，端点位置处的分差值越大，则该运动物体的往返运动可靠性越低。有益效果：1.对于测量进行高频率往返运动的运动物体，不需要采用高帧率相机，降低测量成本；2.相较于传统检测手段和方法，本专利技术提供的方法效率高、可靠性高和通用性高。附图说明图1为两台工业相机轮流工作示意图；图2为进行图像后处理的流程图。具体实施方式下面结合说明书附图，进行进一步说明。一种基于图像的高频二位置往复动作状态的测量方法用于测试圆纬机中选针器刀头在两个极限位置来回摆动的可靠性。搭建选针器摆动测量平台，主要包括被测电磁选针器、三自由度微位移调整平台、控制电路、稳压电源和两台型号为G3-GM10-C1240的工业相机。将两台工业相机分别命名为第一工业相机和第二工业相机，第一工业相机和第二工业相机的曝光触发方式均设置为脉宽触发方式，将两台所述工业相机的工作模式均选择为非重叠工作模式。为了避免由于曝光时间过长导致帧与帧之间的重合，将第一工业相机的曝光时间设置为1/50s，将第二工业相机的曝光时间设置为1/50s。被测选针器固定在平台上，并通过调整三自由度微位移调整平台，使得被测选针器刀头的运动轨迹在第一工业相机和第二工业相机的有效检测范围内。稳压电源的输出连接控制电路，通过控制电路输出激励电压（选针器正常工作电压一般为24V），驱动选针器在二极限位置往复摆动。选针器刀头在正向脉冲电压的驱动下从左侧摆动到右侧，选针器刀头摆动起始时刻为驱动脉冲发送时刻。当选针器刀头接收到驱动脉冲信号时，给予第一工业相机脉宽触发信号的上升沿触发信号，使得第一工业相机在选针器摆动起始时刻开始曝光。第一工业相机接收到脉宽触发信号的上升沿触发信号时开始曝光操作，接收到下降沿触发信号时停止曝光操作；在第一工业相机停止曝光时，第二工业相机开始曝光操作；第二工业相机接收到上升沿触发信号时停止曝光操作，同时第一工业相机开始曝光操作，开启下一个曝光循环。第一工业相机和第二工业相机轮流曝光，可以保证第一工业相机和第二工业相机在不进行曝光时，将存储在存储器中的图像数据传送至电脑进行图像数据处理，同时可以保证尽可能多的采集图像，提高工作效率。在24V驱动电压下给选针器做疲劳测试时，刀头摆动频率达到1000次/秒，由于两台相机曝光时间均为1/50s，因此每一帧图像中包含20次运动轨迹，即N=20。对每张图像，根据公式Gray=（R+G+B）/3将彩色图像转化为灰度图像，并对每个像素进行光源标准化处理，即除于固定标记点在该图像中的灰度值，称为归一化图像。选针器最初采集的100帧归一化图像，对这100帧归一化图像中每个像素点的灰度进行平均，作为初始标准图像。并将这100帧图像再与初始标准图像进行对比，去除偏差大的20本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于图像的高频二位置往复动作状态的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：/n（1）取用两台工业相机，分别为第一工业相机和第二工业相机，调整两台相机的放置位置、角度和焦距，使得运动部件在两台工业相机的视场范围内运动；/n（2）将两台工业相机的曝光时间均设置为运动物体进行一个往返运动所需时间的整数倍，测试过程中两台工业相机均采用脉宽触发方式和非重叠工作模式；/n（3）第一工业相机接收到上升沿触发信号时开始曝光操作；第一工业相机接收到下降沿触发信号时停止曝光操作，同时第二工业相机开始曝光操作；第二工业相机接收到上升沿触发信号时停止曝光操作，同时第一工业相机开始曝光操作，开启下一个曝光循环；/n（4）采样得到整数次运动物体的往返运动曝光图像，将第n帧图像灰度值f

【技术特征摘要】
1.一种基于图像的高频二位置往复动作状态的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）取用两台工业相机，分别为第一工业相机和第二工业相机，调整两台相机的放置位置、角度和焦距，使得运动部件在两台工业相机的视场范围内运动；
（2）将两台工业相机的曝光时间均设置为运动物体进行一个往返运动所需时间的整数倍，测试过程中两台工业相机均采用脉宽触发方式和非重叠工作模式；
（3）第一工业相机接收到上升沿触发信号时开始曝光操作；第一工业相机接收到下降沿触发信号时停止曝光操作，同时第二工业相机开始曝光操作；第二工业相机接收到上升沿触发信号时停止曝光操作，同时第一工业相机开始曝光操作，开启下一个曝光循环；
（4）采样得到整数次运动物体的往返运动曝光图像，将第n帧图像灰度值fn(x,y)与标准图像灰度值Bg(x,y)相减，获得差分结果Dn(x,y)；逐个对像素点进行二值化处理，得到二值化图像Rn；当Dn(x,y)>T-δ时，Rn（x,y）=255，当Dn(x,y)<T-δ时,Rn（x,y）=0，其中阈值T为标准图像极限位置某一像素点灰度值的1/N，即T=Bg(x,...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁嫣红，曾洪铭，
申请(专利权)人：浙江理工大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33