基于机器视觉的低频振动校准关键技术研究
发布时间：2021-01-21 00:54
随着振动测量精度要求的不断提高,对高精度振动校准的需求日益凸显。振动传感器为在线监测、优化控制与决策等提供振动测量数据。然而,受机械加工与长期使用导致的传感器材料老化等因素的影响,振动传感器的真实灵敏度与其标称灵敏度不一致,降低了测量数据的准确性与可靠性。因此,研究高精度的振动校准方法,保证测量数据的有效性,对于地震预警、桥梁与建筑结构测试、风力发电安全监测、机械故障辅助诊断等领域具有重要的理论意义和工程价值。本文在详细分析振动校准原理和机器视觉振动测量方法的基础上,针对现有校准方法对于低频振动激励加速度测量精度有限、低频振动传感器灵敏度校准精度较低、多轴向振动传感器校准效率不高及校准系统复杂等问题,主要进行了以下研究:1、提出基于机器视觉的单分量直线振动校准方法。采用可靠的摄像机标定方法、运动序列图像模糊边缘增强及亚像素边缘提取方法提高低频振动传感器的激励加速度测量精度,实现高精度的灵敏度幅值校准;同时利用机器视觉方法对直线振动激励发生装置的导轨弯曲进行校正,进一步提高灵敏度幅值校准精度;提出基于时空同步的灵敏度相位校准方法,利用零编码器实现振动传感器输出信号与机器视觉方法测量激励加...
【文章来源】：北京化工大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：144 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图２－１基于ＭＶ的单分量直线振动校准系统：（ａ）系统结构框图；（ｂ）ＭＶ激励位移测量方案图??１３??
?北京化工大学博士学位论文???Ｆｉｇ．?２－１?ＭＶ－ｂａｓｅｄ?ｓｉｎｇｌｅ－ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ?ｌｉｎｅａｒ?ｖｉｂｒａｔｉｏｎ?ｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎ?ｓｙｓｔｅｍ：?（ａ）?ｓｋｅｔｃｈ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｓｙｓｔｅｍ；?（ｂ）??ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｒａｗｉｎｇ?ｏｆ?ｔｈｅ?ＭＶ?ｅｘｃｉｔａｔｉｏｎ?ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ?ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ??为测量ＳＵＴ的激励位移，将高对比度标志紧固于长冲程振动台的工作台面，使??其矩形左右两条长边边缘／ｉ与（如图２－２所示）的运动方向与ＳＵＴ的灵敏轴方向（如图??２－ｌ（ｂ）所示的红色虚线）及工作台面的运动方向一致。长边边缘与工作台面及ＳＵＴ具有??一致的运动位移，通过ＭＶ方法测量标志长边边缘的位移可准确测量ＳＵＴ的激励位??移。长边边缘位于标志上编号为Ｉ？ＩＶ的四个圆的圆心构成的感兴趣区域（Ｒｅｇｉｏｎ?Ｏｆ??Ｉｎｔｅｒｅｓｔ，ＲＯＩ）内。准确提取标志运动序列图像上ＲＯＩ内的矩形长边边缘，艮Ｐ可实现??ＳＵＴ激励位移的准确测量。??图２＿２高对比度标志图??Ｆｉｇ．?２－２?Ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｈｉｇｈ－ｃｏｎｔｒａｓｔ?ｍａｒｋ??ＳＵＴ的激励位移测量精度是保证其灵敏度校准精度的关键。为提高ＭＶ方法的位??移测量精度，采用优化径向畸变系数的非线性摄像机成像模型实现高精度的摄像机标??定，以准确地确定世界坐标与图像像素坐标之间的对应关系；由于运动导致采集的序??列图像中标志矩形长边边缘模糊，提出一种基于梯度光流的序列图像模糊边缘增强方??法改善基于Ｚｅｍｉｋｅ矩亚像素边缘检测方法的运动序列图像边缘提取精度，以提高激??励位移的测量精度。最后利
?第二章基于机器视觉的单分量直线振动校准方法???２．３．１高精度摄像机标定??２．３．１．１摄像机模型及标定方法??摄像机标定是确保ＳＵＴ激励位移准确测量的关键，图２－３所示为摄像机的透视投??影原理示意图。ｃｖ？不ｙｃｚｅ为摄像机坐标系，为图像像素坐标系，？为图像平??面，为世界坐标系。世界坐标点ｐｗ（ｊｃｗ，：＾，?〇在理想成像模型下的像素点??为八㈨，知）。然而，由于径向、切向、离心等镜头畸变的影响，尸Ｗ（ＸＷ，Ｊ；Ｗ，?２ｗ）在实际??摄像机非线性成像模型下对应的像素点为心?????７?Ｌ??ｗ?？尺“，：Ｗｗ）??图２－３摄像机的投影几何??Ｆｉｇ．?２－３?Ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ?ｇｅｏｍｅｔｉｙ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｃａｍｅｒａ??当采用具有高对比度特征点的平面棋盘格标定板标定摄像机时。ＰＷ（ＸＷ，＞，可??简化为基于理想成像模型的凡（；＾，＿）；？）与Ｐｗ（ｘｗ，＿ｙｗ）满足线性关系：??Ｘｕ?Ｘｗ?＼＼?Ｘｗ??ｙｕ?＝Ｈ?＝?Ｋ?Ｋ?Ｋ?ｙ．?式（２－１）??－１?Ｊ?Ｌ１Ｊ?Ｕｉ?Ｋ?＾３Ｊｌ?１．??式中：丑为单应性矩阵。??只考虑主要的径向畸变的影响，采用二阶径向畸变多项式模型描述理想与畸变像??素点的关系，Ｐｕ（ｘｕ，?＞）与满足：??ｘｕ＝ｘｄ?＼＋Ｋ｛＾＋ｙ２ｄｙＫ｛ｘ］＋ｙ２ｄ）??＇?ｒ?２１?式（２－２）??ｙｕ?＝ｙｄ［＾＋ｋｉ（＾＋ｙ２ｄ）＋Ｋ｛ｘ２ｄ＋ｙ２ｄ）??其中，幻与分别为一阶与二阶径向畸变系数。利用式（２－１）与（２＿２）可建立Ｐ４；ｗ，??１５??
本文编号：2990118
【文章来源】：北京化工大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：144 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图２－１基于ＭＶ的单分量直线振动校准系统：（ａ）系统结构框图；（ｂ）ＭＶ激励位移测量方案图??１３??
?北京化工大学博士学位论文???Ｆｉｇ．?２－１?ＭＶ－ｂａｓｅｄ?ｓｉｎｇｌｅ－ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ?ｌｉｎｅａｒ?ｖｉｂｒａｔｉｏｎ?ｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎ?ｓｙｓｔｅｍ：?（ａ）?ｓｋｅｔｃｈ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｓｙｓｔｅｍ；?（ｂ）??ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｒａｗｉｎｇ?ｏｆ?ｔｈｅ?ＭＶ?ｅｘｃｉｔａｔｉｏｎ?ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ?ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ??为测量ＳＵＴ的激励位移，将高对比度标志紧固于长冲程振动台的工作台面，使??其矩形左右两条长边边缘／ｉ与（如图２－２所示）的运动方向与ＳＵＴ的灵敏轴方向（如图??２－ｌ（ｂ）所示的红色虚线）及工作台面的运动方向一致。长边边缘与工作台面及ＳＵＴ具有??一致的运动位移，通过ＭＶ方法测量标志长边边缘的位移可准确测量ＳＵＴ的激励位??移。长边边缘位于标志上编号为Ｉ？ＩＶ的四个圆的圆心构成的感兴趣区域（Ｒｅｇｉｏｎ?Ｏｆ??Ｉｎｔｅｒｅｓｔ，ＲＯＩ）内。准确提取标志运动序列图像上ＲＯＩ内的矩形长边边缘，艮Ｐ可实现??ＳＵＴ激励位移的准确测量。??图２＿２高对比度标志图??Ｆｉｇ．?２－２?Ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｈｉｇｈ－ｃｏｎｔｒａｓｔ?ｍａｒｋ??ＳＵＴ的激励位移测量精度是保证其灵敏度校准精度的关键。为提高ＭＶ方法的位??移测量精度，采用优化径向畸变系数的非线性摄像机成像模型实现高精度的摄像机标??定，以准确地确定世界坐标与图像像素坐标之间的对应关系；由于运动导致采集的序??列图像中标志矩形长边边缘模糊，提出一种基于梯度光流的序列图像模糊边缘增强方??法改善基于Ｚｅｍｉｋｅ矩亚像素边缘检测方法的运动序列图像边缘提取精度，以提高激??励位移的测量精度。最后利
?第二章基于机器视觉的单分量直线振动校准方法???２．３．１高精度摄像机标定??２．３．１．１摄像机模型及标定方法??摄像机标定是确保ＳＵＴ激励位移准确测量的关键，图２－３所示为摄像机的透视投??影原理示意图。ｃｖ？不ｙｃｚｅ为摄像机坐标系，为图像像素坐标系，？为图像平??面，为世界坐标系。世界坐标点ｐｗ（ｊｃｗ，：＾，?〇在理想成像模型下的像素点??为八㈨，知）。然而，由于径向、切向、离心等镜头畸变的影响，尸Ｗ（ＸＷ，Ｊ；Ｗ，?２ｗ）在实际??摄像机非线性成像模型下对应的像素点为心?????７?Ｌ??ｗ?？尺“，：Ｗｗ）??图２－３摄像机的投影几何??Ｆｉｇ．?２－３?Ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ?ｇｅｏｍｅｔｉｙ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｃａｍｅｒａ??当采用具有高对比度特征点的平面棋盘格标定板标定摄像机时。ＰＷ（ＸＷ，＞，可??简化为基于理想成像模型的凡（；＾，＿）；？）与Ｐｗ（ｘｗ，＿ｙｗ）满足线性关系：??Ｘｕ?Ｘｗ?＼＼?Ｘｗ??ｙｕ?＝Ｈ?＝?Ｋ?Ｋ?Ｋ?ｙ．?式（２－１）??－１?Ｊ?Ｌ１Ｊ?Ｕｉ?Ｋ?＾３Ｊｌ?１．??式中：丑为单应性矩阵。??只考虑主要的径向畸变的影响，采用二阶径向畸变多项式模型描述理想与畸变像??素点的关系，Ｐｕ（ｘｕ，?＞）与满足：??ｘｕ＝ｘｄ?＼＋Ｋ｛＾＋ｙ２ｄｙＫ｛ｘ］＋ｙ２ｄ）??＇?ｒ?２１?式（２－２）??ｙｕ?＝ｙｄ［＾＋ｋｉ（＾＋ｙ２ｄ）＋Ｋ｛ｘ２ｄ＋ｙ２ｄ）??其中，幻与分别为一阶与二阶径向畸变系数。利用式（２－１）与（２＿２）可建立Ｐ４；ｗ，??１５??
本文编号：2990118
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/shengwushengchang/2990118.html
最近更新
教材专著
