本發(fā)明涉及數(shù)字圖像處理技術領域，具體涉及基于時序圖像處理的發(fā)動機輪系橫向振動檢測方法及系統(tǒng)。

背景技術：

輪系作為汽車必備配件，其設計制造的優(yōu)劣將影響整車的油耗、機械壽命及駕乘舒適性。輪系振動是引起汽車發(fā)動機前端附件驅動系統(tǒng)噪聲、磨損、帶打滑的主要原因之一，發(fā)動機輪系的振動主要有縱向振動、橫向振動、側向振動以及扭轉振動。為了改進發(fā)動機輪系的設計，研究人員在發(fā)動機輪系的建模及其動態(tài)特性的計算分析方面進行了大量的研究。對于軸向運動帶振動的分析，已有研究成果表明橫向振動是其主要形式，以往輪系振動特性的檢測主要是通過接觸式傳感器來獲得，然而單點接觸式檢測系統(tǒng)在進行檢測分析時有一些弊端：在全面獲取輪系運動狀態(tài)信息上，有一定的局限性，在分析輪系帶段內(nèi)蠕動、波動及帶段間振動相互關聯(lián)過程存在困難；接觸式傳感器多少改變了輪系傳動系統(tǒng)的轉動慣量等機械性能，導致檢測存在誤差。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術問題是：提供一種基于時序圖像處理的發(fā)動機輪系橫向振動檢測方法及系統(tǒng)，采用非接觸式傳感器，還原輪系的橫向振動特性，避免接觸式傳感器帶來的誤差。

本發(fā)明為解決上述技術問題所采取的技術方案為：一種基于時序圖像處理的發(fā)動機輪系橫向振動檢測方法，其特征在于：它包括以下步驟：

s1、通過高速高清攝像機，從發(fā)動機輪系的正前方采集發(fā)動機輪系正常運行下的視頻圖像；高速高清攝像機的速度和分辨率的大小滿足所拍攝的視頻圖像中每一幀都是肉眼看的清楚的；

s2、從視頻圖像中截取人工標示點從一個附件輪切點處運動到另外一個附件輪的切點處的動態(tài)視頻，所述的人工標示點位于發(fā)動機輪系側面，且人工標示點的顏色與發(fā)動機輪系其他顏色具有肉眼明顯區(qū)別；

s3、通過圖像處理技術對動態(tài)視頻進行分割，得到連續(xù)的單幀靜態(tài)圖像；

s4、對分割好的每一幀靜態(tài)圖像先進行顏色特征提?。?/p>

s5、對顏色特征提取后的靜態(tài)圖像，計算人工標示點在每一幀靜態(tài)圖像中的中心像素點，及該中心像素點的坐標，從而得到人工標示點的物理二維坐標；

s6、將各幀圖像坐標處理結果按照時序進行排列，得到人工標示點軌跡時程曲線。

按上述方案，所述的s1高速高清攝像機的速度為1000幀/秒。

按上述方案，所述的s3通過opencv圖像處理技術對視頻圖像進行分割：利用cvcreatefilecapture加載視頻，cvqueryframe函數(shù)獲得視頻圖像信息，cvsaveimage()函數(shù)保存圖像幀，得到連續(xù)的單幀靜態(tài)圖像。

按上述方案，所述的s4具體為：人工標示點為紅色；通過matlab圖像處理技術分別獲取當前幀靜態(tài)圖像的r分量與g分量，然后將r分量圖像與g分量圖像進行差分；通過設定的閾值，對差分圖像使用otsu方法進行二值化，處理后人工標示點變成白色，其它顏色全部變成黑色。

按上述方案，所述的s5具體為：對二值化后的每一幀靜態(tài)圖像，對人工標示點進行邊緣特征提取，計算每一幀靜態(tài)圖像中人工標示點邊緣方位坐標，通過hough變換方法獲取人工標示點的中心像素點，計算出人工標示點的中心像素坐標，再得到人工標示點的物理二維坐標。

按上述方案，對計算出的人工標示點的中心像素坐標和物理二維坐標，根據(jù)測量點位置和測距進行調(diào)整；測量點為所述的高速高清攝像機的位置，測距為高速高清攝像機與人工標示點之間的距離。

一種基于時序圖像處理的發(fā)動機輪系橫向振動檢測系統(tǒng)，其特征在于：它包括設置在發(fā)動機輪系的正前方的高速高清攝像機、位于發(fā)動機輪系側面且與發(fā)動機輪系其他顏色具有肉眼明顯區(qū)別的人工標示點、與高速高清攝像機連接的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)；所述的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)用于執(zhí)行權利要求1至6中任意一項所述的基于時序圖像處理的發(fā)動機輪系橫向振動檢測方法。

按上述系統(tǒng)，所述的高速高清攝像機采用三角架固定。

按上述系統(tǒng)，所述的人工標示點為半徑為2mm的圓形，顏色為紅色。

本發(fā)明的有益效果為：通過建立非接觸式發(fā)動機輪系橫向振動測量系統(tǒng)，可以真實的跟蹤發(fā)動機輪系的橫向振動軌跡，還原輪系的運轉特性；避免了傳統(tǒng)的單點接觸式傳感器檢測系統(tǒng)對輪系傳動系統(tǒng)帶來的機械特性的影響，減少了測量誤差，提升發(fā)動機輪系動態(tài)特性檢測方法的全面性和準確性，以便分析輪系的振動特性，對提高汽車發(fā)動機輪系的設計能力具有重要的理論意義和現(xiàn)實意義。

附圖說明

圖1為本發(fā)明一實施例的檢測裝置結構示意圖。

圖2為本發(fā)明一實施例的方法流程圖。

圖3為輪系不同振動形式圖。

圖4為輪系標示點實際運動圖。

圖中：1-發(fā)動機輪系振動平臺，2-變頻器，3-交流電機，4-發(fā)動機底座，5-高速高清攝像機，6-數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，7-人工標示點，8-三角架。

具體實施方式

下面結合具體實例和附圖對本發(fā)明做進一步說明。

如圖3所示為發(fā)動機輪系振動方式圖，其中a為發(fā)動機輪系的橫向振動，b為縱向振動，c為側向振動，d為扭轉振動，由前三種振動共同作用引起，而在發(fā)動機輪系振動形式中，橫向振動是最主要的振動方式。本發(fā)明提供一種基于時序圖像處理的發(fā)動機輪系橫向振動檢測系統(tǒng)，如圖1所示，它包括設置在發(fā)動機輪系的正前方的高速高清攝像機5、位于發(fā)動機輪系側面且與發(fā)動機輪系其他顏色具有肉眼明顯區(qū)別的人工標示點7、與高速高清攝像機5連接的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)6，具體可以是計算機；所述的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)6用于執(zhí)行以下基于時序圖像處理的發(fā)動機輪系橫向振動檢測方法。本實施例中，發(fā)動機設置在發(fā)動機輪系振動平臺1上，交流電機3和變頻器2給發(fā)動機提供動力，發(fā)動機的底部設有發(fā)動機底座4。高速高清攝像機5采用三角架8固定，與發(fā)動機輪系的側面垂直；人工標示點7為半徑為2mm的圓形，顏色為紅色，與周圍顏色形成明顯的對比，固定在發(fā)動機輪系的側面，人工標示點7的幾何中心在發(fā)動機輪系的外緣線上。微調(diào)三角架8的位置，使發(fā)動機輪系上的人工標示點7的運動范圍處在高速高清攝像機5的最佳范圍內(nèi)，通過棋盤標定法計算出單個像素坐標和物坐標之間的比例k。

啟動交流電機3，調(diào)整變頻器2使發(fā)動機輪系振動平臺1的輪系穩(wěn)定運轉，啟動高速高清攝像5，采集輪系動態(tài)視頻圖像。

一種基于時序圖像處理的發(fā)動機輪系橫向振動檢測方法，如圖2所示，它包括以下步驟：

s1、通過高速高清攝像機5，從發(fā)動機輪系的正前方采集發(fā)動機輪系正常運行下的視頻圖像；高速高清攝像機5的速度和分辨率的大小滿足所拍攝的視頻圖像中每一幀都是肉眼看的清楚的，本實施例采用1000幀/秒的高速高清攝像機5。

s2、從視頻圖像中截取人工標示點7從一個附件輪切點處運動到另外一個附件輪的切點處的動態(tài)視頻，所述的人工標示點7位于發(fā)動機輪系側面，且人工標示點7的顏色與發(fā)動機輪系其他顏色具有肉眼明顯區(qū)別。

s3、通過圖像處理技術對動態(tài)視頻進行分割，得到連續(xù)的單幀靜態(tài)圖像。具體的，通過opencv圖像處理技術對視頻圖像進行分割：利用cvcreatefilecapture加載視頻，cvqueryframe函數(shù)獲得視頻圖像信息，cvsaveimage()函數(shù)保存圖像幀，得到連續(xù)的單幀靜態(tài)圖像。

s4、對分割好的每一幀靜態(tài)圖像先進行顏色特征提取。具體為：人工標示點7為紅色；通過matlab圖像處理技術分別獲取當前幀靜態(tài)圖像的r分量與g分量，然后將r分量圖像與g分量圖像進行差分；通過設定的閾值，對差分圖像使用otsu方法進行二值化，處理后人工標示點變成白色，其它顏色全部變成黑色。

s5、對顏色特征提取后的靜態(tài)圖像，計算人工標示點7在每一幀靜態(tài)圖像中的中心像素點，及該中心像素點的坐標，從而得到人工標示點7的物理二維坐標。具體為：對二值化后的每一幀靜態(tài)圖像，對人工標示點7進行邊緣特征提取，計算每一幀靜態(tài)圖像中人工標示點7邊緣方位坐標，通過hough變換方法獲取人工標示點的中心像素點，計算出人工標示點7的中心像素坐標，再得到人工標示點7的物理二維坐標。對計算出的人工標示點7的中心像素坐標和物理二維坐標，根據(jù)測量點位置和測距進行調(diào)整；測量點為所述的高速高清攝像機5的位置，測距為高速高清攝像機5與人工標示點7之間的距離。

當前幀圖像二值化后通過邊緣檢測提取邊緣像素點，利用最小二乘法擬合最圓橢圓并獲取人工標示點7的圓心像素坐標。

其中人工標示點7的圓心坐標獲取流程圖如圖2。

通過a、b、c、d、e五個參數(shù)，確定橢圓的方程為如式1所示：

ax²+bxy+cy²+dx+ey+1＝0(1)，

用該函數(shù)對人工標示點7的邊緣點進行擬合。根據(jù)邊緣點到理想橢圓的距離平方和最小的原理，設函數(shù)

當函數(shù)f的值最小時，必定滿足條件：

即各參數(shù)偏導數(shù)都為0，得到橢圓擬合的線性方程式為：

n表示人工標示圓提取出來的邊緣點的總個數(shù)，(xj,yj)表示橢圓邊緣點在笛卡爾坐標系下的方位坐標。對(4)線性方程組求解，得到未知參數(shù)a、b、c、d、e的值。將其代入(1)便可以得到擬合后的橢圓方程，然后求取橢圓的中心坐標(xr,yr)，即為人工標示點7的中心像素點坐標。

處理得到的人工標示點7的中心像素點坐標為單個像素坐標大小，除以像素坐標與物坐標的比例k，從而得到人工標示點7的物理二維坐標。

s6、將各幀圖像坐標處理結果按照時序進行排列，得到人工標示點軌跡時程曲線。如圖4所示，輪系上同一個標示點在兩個附件輪之間的運動軌跡。標示點的位置坐標按照時序排列，清楚地反映出輪系的橫向振動規(guī)律。

以上實施例僅用于說明本發(fā)明的設計思想和特點，其目的在于使本領域內(nèi)的技術人員能夠了解本發(fā)明的內(nèi)容并據(jù)以實施，本發(fā)明的保護范圍不限于上述實施例。所以，凡依據(jù)本發(fā)明所揭示的原理、設計思路所作的等同變化或修飾，均在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。