用于对振动进行成像和感测的系统和方法技术方案

本公开总体上涉及用于对物体的振动进行成像和感测的系统和方法。在一个实现方式中，提供了一种用于检测振动的系统，所述系统包括具有多个像素的传感器，每个像素包括至少一个光敏元件。所述传感器被配置来输出与每个像素上的照明相关的信号。所述系统还包括至少一个处理器，所述至少一个处理器被配置来从所述传感器接收输出信号并且基于所述输出信号检测一个或多个极性。所述至少一个处理器还被配置来确定与所述输出信号相关联的时间戳，分析所述时间戳和所述极性以检测所述传感器的视场中的物体的振动，并且确定所检测振动的一个或多个频率。多个频率。多个频率。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于对振动进行成像和感测的系统和方法


[0001]本公开大体上涉及物体的成像和感测特性的领域。更具体地而非限制地，本公开涉及用于检测和分析物体的振动的计算机实现的成像系统和方法。本公开另外涉及实现和使用基于像素的传感器进行振动检测和分析。本文所公开的传感器和技术可用于各种应用和系统，诸如移动机械元件(像旋转涡轮或轴)的分析、用于监测发动机或车辆的健康状况的系统以及受益于准确且高效的振动分析的其他应用和系统。

技术介绍

[0002]现存的振动传感器(诸如加速度计)直接接触正在测量其振动的装置或元件。此类传感器更改这些设备的机械性质，因此缺乏准确度。还存在其他缺点，诸如在振动件或元件很热、无法触及或太小并且不可能应用接触式传感器的情况下无法进行测量。
[0003]在一些应用中，可使用具有非相干光(诸如发光二极管(LED))和光电检测器的光纤来提供非接触式振动检测器。然而，此类实现方式无法解决跨空间的振动问题。此外，准确度通常受限于光电探测器对非相干光的变化的照明的灵敏度。
[0004]没有足够的准确度难以检测到机械元件和机器的缓慢劣化，原因是可能无法检测到振动模式(例如，频率、振幅等)的缓慢变化。此外，在没有空间分辨率的情况下，如果机器的不同零件表现出不同振动模式，则无法准确地监测多零件机器。
[0005]因此，期望具有高准确度(例如，基于高时间分辨率)以及改进的空间分辨率的振动感测解决方案。

技术实现思路

[0006]本公开的实施方案提供了解决以上提及的缺点的计算机实现的系统、方法和非暂时性计算机存储介质。本公开的实施方案包括用于具有高时间分辨率的振动检测和分析的实施方案。另外，本公开的实施方案提供用于振动检测和分析的能够在空间上区分频率和振幅的系统和方法。本公开的这些和其他特征、方面和实施方案在本文中参考图3至图9详细描述。
[0007]在一些实施方案中，所生成的数据可包括多个频率和振幅，从而允许将场景中的二维振动图像生成为例如振动地图。这种地图的实例在图9中例示并且在以下进一步解释。另外，本公开的实施方案可用于监测机械元件和物体，诸如工厂机器、车辆等，使得可通过比现存技术更准确地识别振动模式的变化来及早地检测部件的劣化。
[0008]本公开的实施方案可使用经历振动的物体的自然光或人工照明，和/或可投影电磁脉冲(无论是均匀的还是结构化的)以在传感器处生成物体的反射。在一些实施方案中，所述传感器可包括多个像素并且通过接收所述反射的一个或多个像素的一个或多个位置来对所接收的反射标索引。因此，本公开的实施方案可基于一个或多个像素的空间坐标来计算振动和振幅并且将所述振动和振幅映射到所述场景的二维投影。
[0009]为了更准确地处理频率，本公开的实施方案可应用事件计数器来丢弃乱真事件。
因此，可在消除噪声的同时检测振动以增加频率计算的准确度。因此，本公开的实施方案可解决现存技术的一些缺点，如上所解释。
[0010]在一些实施方案中，可通过使用基于事件的传感器来进一步提高时间分辨率。这种传感器可基于某些像素处的照明变化超出阈值来捕获场景中的事件。传感器可异步地操作并且从场景的反射来检测事件，同时减少生成的数据量。因此，可提高时间分辨率。
[0011]如上所述，由于使用基于事件的传感器而导致的数据减少可允许每个像素处的光采样率例如从每秒30次或每秒60次(即，典型CMOS图像传感器的帧速率)增加到诸如每秒1,000次、每秒10,000次以及更多的更高速率。与现存技术相比，更高的光采样率提高了频率计算的准确度。
[0012]与现存方法不同，本公开的实施方案还可提供频率的空间分辨率。例如，事件可在单独像素处检测(并且因此也可针对单独像素计算频率)，而不是依赖于整个图像传感器的照明或其他特性的一般变化。此外，基于事件的传感器的使用进一步提高了这种空间分辨率。
[0013]本公开的实施方案可检测图像中的振幅以及频率。例如，本公开的实施方案可通过检测到的事件的数量来归一化所计算频率以确定振幅。因此，所计算振幅的准确度可随着频率的准确度增加而增加。此外，由于事件是在单独像素处检测，因此振幅可在空间上而不是大体在整个传感器上确定。另外，如果使用基于事件的传感器，则可更准确地检测振幅。
[0014]根据本公开的方面，提供了一种用于检测振动的系统，其包括传感器。所述传感器可包括多个像素，每个像素包括至少一个光敏元件。所述传感器可被配置来输出与每个像素上的照明相关的信号。所述系统还可包括至少一个处理器，所述至少一个处理器被配置来：从所述传感器接收输出信号；基于所述输出信号确定一个或多个照明变化，所述一个或多个变化包括极性信息，所述极性信息指示所述照明变化是与增加的还是减少的照明相关联；确定与所述一个或多个变化相关联的时间戳；分析所述时间戳和所述极性信息以检测所述传感器的视场中的物体的振动；并且确定所检测振动的一个或多个频率。
[0015]在此类实施方案中，所述至少一个处理器可被配置来在照明变化指示照明增加时确定正极性并且在照明变化指示照明减少时确定负极性。
[0016]在这些实施方案中的任一实施方案中，所述照明变化可与所述传感器的多个像素当中的一组像素相关联。例如，所述一个或多个频率可基于所述照明变化与所述一组像素相关联。
[0017]在这些实施方案中的任一实施方案中，所述至少一个处理器可被配置来通过从与所述传感器相关联的读出系统提取多个时间戳来确定所述时间戳。例如，所述读出系统可基于地址事件表示(AER)协议对所述一个或多个时间戳进行编码。另外或替代地，所述读出系统可对标识每个输出信号的相关联像素的地址进行编码。
[0018]在这些实施方案中的任一实施方案中，至少一个处理器可被配置来通过使用所述多个时间戳计算一个或多个极性变化之间的时间间隔来分析所述时间戳，并且基于所计算时间间隔来确定所述一个或多个频率。在此类实施方案中，至少一个处理器可被进一步配置来计算与所计算时间间隔相关联的平均值或中值以及偏差，在计算出所述平均值时基于所述平均值的倒数来确定所述一个或多个频率或在计算出所述中值时基于所述中值来确
定所述一个或多个频率，并且在所述偏差低于验证阈值时验证所述一个或多个频率。例如，所述验证阈值可介于所述平均值或所述中值的大约1％与10％之间。所述验证阈值可视情况大于或等于所述平均值或所述中值的1％并且小于或等于所述平均值或所述中值的10％。
[0019]在这些实施方案中的任一实施方案中，所述至少一个处理器可被配置来分析与所述多个像素中的一个或多个像素相关联的输出信号以确定所述振动的一个或多个振幅。例如，所述至少一个处理器可被配置来将空间滤波器应用到来自所述多个像素的输出信号，并且基于所应用空间滤波器来确定所述一个或多个振幅。另外或替代地，所述至少一个处理器可被配置来确定经历所述振动的物体的形状，并且对所述输出信号执行二维形状跟踪以确定所述一个或多个振幅。例如，所述至少一个处理器可被配置来通过应用迭代最近点算法来执行二维形状跟本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于检测振动的系统，其包括：传感器，所述传感器包括多个像素，每个像素包括至少一个光敏元件，所述传感器被配置来输出与每个像素上的照明相关的信号；以及至少一个处理器，所述至少一个处理器被配置来：从所述传感器接收所述输出信号；基于所述输出信号确定一个或多个照明变化，所述一个或多个变化包括极性信息，所述极性信息指示所述照明变化是与增加的照明还是减少的照明相关联；确定与所述一个或多个变化相关联的时间戳；分析所述时间戳和所述极性信息以检测所述传感器的视场中的物体的振动；并且确定所检测振动的一个或多个频率。2.如权利要求1所述的系统，其中所述至少一个处理器被配置来在照明变化指示照明增加时确定正极性并且在照明变化指示照明减少时确定负极性。3.如权利要求1或2中任一项所述的系统，其中所述照明变化与所述传感器的所述多个像素当中的一组像素相关联。4.如权利要求3所述的系统，其中所述一个或多个频率基于所述照明变化与所述一组像素相关联。5.如权利要求1至4中任一项所述的系统，其中所述至少一个处理器被配置来通过从与所述传感器相关联的读出系统提取所述多个时间戳来确定所述时间戳。6.如权利要求5所述的系统，其中所述读出系统基于地址事件表示(AER)协议对所述一个或多个时间戳进行编码。7.如权利要求5或6中任一项所述的系统，其中所述读出系统对标识每个输出信号的相关联像素的地址进行编码。8.如权利要求1至7中任一项所述的系统，其中所述至少一个处理器被配置来通过使用所述多个时间戳计算一个或多个极性的变化之间的时间间隔来分析所述时间戳，并且基于所计算时间间隔来确定所述一个或多个频率。9.如权利要求8所述的系统，其中所述至少一个处理器被进一步配置来：计算与所计算时间间隔相关联的平均值或中值以及偏差；当计算出所述平均值时基于所述平均值的倒数确定所述一个或多个频率，或当计算出所述中值时基于所述中值确定所述一个或多个频率；并且当所述偏差低于验证阈值时验证所述一个或多个频率。10.如权利要求9所述的系统，其中所述验证阈值视情况大于或等于所述平均值或所述中值的1％并且小于或等于所述平均值或所述中值的10％。11.如权利要求1至10中任一项所述的系统，其中所述至少一个处理器被配置来分析与所述多个像素中的一个或多个像素相关联的输出信号以确定所述振动的一个或多个振幅。12.如权利要求11所述的系统，其中所述至少一个处理器被配置来将空间滤波器应用于来自所述多个像素的所述输出信号，并且基于所应用空间滤波器来确定所述一个或多个振幅。13.如权利要求11或12中任一项所述的系统，其中所述至少一个处理器被配置来确定经历所述振动的物体的形状，并且对所述输出信号执行二维形状跟踪以确定所述一个或多
个振幅。14.如权利要求13所述的系统，其中所述至少一个处理器被配置来通过应用迭代最近点算法来执行二维形状跟踪。15.如权利要求11至14中任一项所述的系统，其中所述至少一个处理器被配置来确定时间单位内来自所述多个像素中的至少一个像素的照明的变化数量，并且通过与所述至少一个像素相关联的所述一个或多个频率中的所确定频率归一化所述变化数量以确定所述一个或多个振幅。16.如权利要求15所述的系统，其中所述时间单位小于或等于1ms。17.如权利要求1至16中任一项所述的系统，其还包括将光投射在所述传感器的视场中的所述物体上的外部光源。18.如权利要求17所述的系统，其中所述外部光源投射具有恒定照明的光。19.如权利要求17所述的系统，其中所述外部光源投射包括结构化照明模式的光。20.如权利要求17至19中任一项所述的系统，其中所述外部光源以倾斜于所述物体的至少一个表面的角度投射所述光。21.如权利要求1至20中任一项所述的系统，其中所述至少一个处理器被配置来对所述一个或多个照明变化进行滤波以去除乱真变化。22.如权利要求1至21中任一项所述的系统，其中所述至少一个处理器被配置来消除具有大于或等于时间阈值的差的时间戳。23.如权利要求22所述的系统，其中用于消除时间戳的所述时间阈值大于或等于1ms。24.一种用于检测振动的系统，其包括：传感器，所述传感器包括：多个光敏元件，所述多个光敏元件被配置来检测所述元件上的照明水平；以及多个变化检测器，所述多个变化检测器被配置来在所述光敏元件中的一个或多个光敏元件上的所检测照明水平的变化超出阈值时输出信号；以及至少一个处理器，所述至少一个处理器被配置来：接收所述输出信号；基于所述输出信号确定极性，所述极性指示所述照明是增加的还是减少的；确定与来自所述多个变化检测器的所述输出信号相关联的时间戳；分析所述时间戳和所述极性以检测所述传感器的视场中的物体的振动；并且确定所检测振动的一个或多个频率。25.如权利要求24所述的系统，其中正极性与照明的增加相关联，并且负极性与照明的减少相关联。26.如权利要求24或25所述的系统，其中所述极性与一组像素相关联，并且其中每个像素包括所述多个光敏元件中的至少一个光敏元件。27.如权利要求26所述的系统，其中所述一个或多个频率基于所述极性与所述一组像素相关联。28.如权利要求24至27中任一项所述的系统，其中所述至少一个处理器被配置来通过从与所述传感器相关联的读出系统提取所述多个时间戳来确定所述时间戳。29.如权利要求28所述的系统，其中所述读出系统基于地址事件表示(AER)协议对所述
一个或多个时间戳进行编码。30.如权利要求28或29中任一项所述的系统，其中所述读出系统对标识每个输出信号的相关联像素的地址进行编码。31.如权利要求24至30中任一项所述的系统，其中所述至少一个处理器被配置来分析所述时间戳以使用所述多个时间戳来计算所述一个或多个极性的变化之间的时间间隔，并且基于所计算时间间隔来确定所述一个或多个频率。32.如权利要求31所述的系统，其中所述至少一个处理器被进一步配置来：计算与所计算时间间隔相关联的平均值或中值以...

【专利技术属性】
技术研发人员：G，
申请(专利权)人：普罗费塞公司，
类型：发明
国别省市：