利用普通摄像头实现振动的实时测量 real time measurement of vibration based on usb camera.pdfVIP

第32卷第7期 电孑工鏖师 V01．32No．7 2006年7月 ELECTRONICENGINEER Jul．2006 利用普通摄像头实现振动的实时测量 吴学功，张文锦 (东南大学仪器科学与工程系，江苏省南京市210096) 摘要：为实现对低频小振幅振动的实时测量，以usB摄像头为图像传感器，以常规计算机为上 位机，设计了一套性价比较高的基于数字图像的检测装置。介绍了检测系统的原理和结构，以及主要 的图像处理方法。根据系统的特点，本系统应用基于颜色的图像分割方法，大大提升了系统的适应性 和可靠性，并利用捕捉振动物体部分区域的方法提高系统的测量精度，同时将卡尔曼滤波方法用于预 测振动物体的位置，大大降低了系统处理的图像数据量，提高了系统的实时性，进而提高了系统的测 量范围。二维低频振动测量实验证明了本系统性能可靠。 关键词：振动测量；视频；USB摄像头；卡尔曼滤波 中图分类号：TM938．81 振动状态进行测量。 0引言 由于上述原因，基于图像传感器的检测技术得到 在传统的振动测量方法中，使用传感器应慎重考 了人们的重视，但由于高分辨率、高速图像传感器和高 虑以下问题。 速图像采集卡价格昂贵以及图像处理的复杂性，限制 a)振动位移的拾取主要采用接触(利用机械式位 了该项测试技术的发展和在常规检测中的使用。 移变换装置等)或非接触(采用电容式、电感式、涡流 本文针对某项目需要研制实现低频小振幅测量系 式和霍尔效应传感器等)方式，被测对象必须与传感 统，选择了以图像传感器为主的检测方案，选择基于 器有机械连接或电磁耦合，从而对被测对象造成附加 usB通信协议的普通数码摄像头，上位机借用Pc机， 影响，虽在有些测量中其影响可以忽略不计，还有些可 构成一套性价比较高的图像检测的硬件系统，以研究 通过矫正来减弱影响，但是在某些测量中这些影响却 对象的振动特征。经实验证明，采用此种硬件结构再 能使振动的特征发生变化；另外使用非接触式传感器 加上改进的图像处理方法的测量方案，不仅能够满足 测量时需要紧靠在被测对象一侧有固定的基础来安装 该项目的实时测量需求，而且系统的体系结构比较简 传感器。 单，性价比高，拓展了图像传感器在常规检测领域的应 b)传感器与测试系统通常是分开放置，需要解决 用。 传感器与测试系统之间的信息传输问题，在小信号测 1物体振动测量原理 量时将非常麻烦。 c)一些系统的结构和振动状态复杂，为全面掌握 测量系统原理如图l所示。 其振动特征，布置的传感器往往点多面广，数据取样的 一 悃 同步比较困难，数据分析的工作量也很大，测试周期 暑 长，耗资大。 图1检测系统原理框图 与常规振动测试方法比较，用视频图像传感器进 行振动测试具有明显的优点：它属于非接触式测量，不 其工作过程是：usB摄像头捕获图像，将数字化的 需要紧靠在被测对象附近安装传感器，没有任何负载 图像信号传送到上位机，上位机根据算法计算出物体 效应；同一观测面的多点测试无需多个传感器，因而没 振动的有关参数，并将数据处理的结果显示、存储或打 有现场连线问题，对三