一种基于运动放大的故障检测方法、设备技术

本发明专利技术实施例提供基于运动放大的故障检测方法、设备，涉及故障检测领域。故障检测方法包括：采集视频信号后从中获取包含故障检测对象的连续多帧原始图像信号以及对应的数字图像信号；进行图像多尺度分析后得到故障检测对象的全场振动位移信息；基于预设放大倍数和预设模态阶次从全场振动位移信息中提取相位信息，替换对应的数字图像信号的局部相位信息，得到各帧数字图像信号的图像信息；将各帧数字图像信号分别与对应的图像信息进行合成，得到被运动放大后的连续多帧数字图像信号。本发明专利技术采集视频信号后进行原始图像信号的转换、分析、放大、合成等处理手段，得到人为通过肉眼即可辨识零部件故障所在的运动放大图像，故障检测便捷化、自动化。自动化。自动化。

【技术实现步骤摘要】
一种基于运动放大的故障检测方法、设备


[0001]本专利技术涉及基于故障检测
，具体涉及一种基于运动放大的故障检测方法、设备。

技术介绍

[0002]社会经济的发展离不开各种大型制造装备，为了提高使用效率，绝大多数设备会从投入生产开始不间断工作，以至于在使用过程中常发生设备老化、零部件疲劳损伤、紧固件松动等故障。这些故障，轻则妨碍设备运行或基本功能正常使用，使得生产效率低下，对社会秩序和人民生活造成不便的影响；重则引发安全事故，例如美国挑战者号因“橡胶O型圈”失去弹性导致爆炸解体，导致重大经济损失和人员伤亡。
[0003]零部件结构的故障监测对于基础设施的安全使用乃至重大安全事故的防范具有重大意义。针对微小振动情况下的机械系统同样需要进行状态监测，以防止不必要事故的发生。传统的测量方法包括接触式测量方法和非接触式测量方法，其中接触式测量需要在被测结构上安装传感元件，如位移传感器、加速度传感器等，这种方式的预处理需要大量劳动力，且附着在零部件结构上的传感器也增加了结构质量，不可避免地改变了结构的振动特性，降低了测量精度。非接触式测量虽可避免这一问题，例如激光测振仪、基于视觉的运动(图像相关法、模式匹配法、点轨迹追踪法)方法等，但这些测量方法均无法通过肉眼直观地识别出哪些结构存在故障隐患。运动放大技术的诞生使得一些及其微小运动在放大后可直接通过肉眼辨识，极大提高监测效率，但目前运动放大设备较为笨重，使用效率较低且价格昂贵。
[0004]如何在考虑以上因素后实现便携式使用效率高且低成本的故障检测设备则是将运动放大技术运用到零部件结构故障监测中的核心技术难题。基于上述技术问题，申请人提出了本申请的技术方案。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供了一种基于运动放大的故障检测方法、设备，通过采集故障检测对象所处的运动环境视频信号后进行原始图像信号的转换、分析、放大、合成等处理手段，得到人为通过肉眼即可辨识故障所在的运动放大图像。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供了一种基于运动放大的故障检测方法，包括：从采集的故障检测对象的视频信号中获取包含所述故障检测对象的连续多帧原始图像信号，并获取所述连续多帧原始图像信号对应的连续多帧数字图像信号；基于所述连续多帧数字图像信号进行图像多尺度分析，得到在各帧所述数字图像信号中所述故障检测对象的全场振动位移信息；基于预设放大倍数和预设模态阶次从各帧所述数字图像信号的所述全场振动位移信息中提取所述故障检测对象的相位信息，并利用各帧所述数字图像信号中所述故障检测对象的相位信息替换对应的所述数字图像信号的局部相位信息，得到各帧所述数字图像信号的图像信息；将各帧所述数字图像信号分别与对应的所述图像信息进行合成，得到所
述故障检测对象被运动放大后的连续多帧数字图像信号
[0007]本专利技术还提供了一种基于运动放大的故障检测设备，包括：图像采集单元，用于采集包含故障检测对象的视频信号；图像转换单元，用于从所述视频信号中获取包含所述故障检测对象的连续多帧原始图像信号，并获取所述连续多帧原始图像信号对应的连续多帧数字图像信号；信号分析单元，用于基于所述连续多帧数字图像信号进行图像多尺度分析，得到在各帧所述数字图像信号中所述故障检测对象的全场振动位移信息；运动放大单元，用于基于预设放大倍数和预设模态阶次从各帧所述数字图像信号的所述全场振动位移信息中提取所述故障检测对象的相位信息，并利用各帧所述数字图像信号中所述故障检测对象的相位信息替换对应的所述数字图像信号的局部相位信息，得到各帧所述数字图像信号的图像信息；图像合成单元，用于将各帧所述数字图像信号分别与对应的所述图像信息进行合成，得到所述故障检测对象被运动放大后的连续多帧数字图像信号。
[0008]本专利技术实施例中，将基于运动放大的故障检测方法应用在便携式的头戴式眼镜上，接收放大倍数和频率带宽的参数输入后，自动开始采集包含故障检测对象的视频信号，从中获取原始图像信号对应的数字图像信号后，对数字图像信号进行分析、放大、合成等处理手段，形成人为通过肉眼即可辨识故障所在的运动放大后的连续多帧数字图像信号，展示在在头戴式眼镜的两个显示镜框上供检测人员直观感受，使得故障检测便携化、自动化，从采集视频信号到运动放大的全过程无需人工参与，检测故障方便简洁；数字图像信号的处理过程中运动到结构特征提取、微运动方法、特定频带选择等处理手段，进一步提高了故障检测对象的故障检测效率，且故障检测准确度高、可靠性强。
[0009]在一个实施例中，所述基于预设放大倍数和预设模态阶次从各帧所述数字图像信号的所述全场振动位移信息中提取所述故障检测对象的相位信息，包括：针对每帧所述数字图像信号，对所述数字图像信号的全场振动位移信息进行盲源分离，得到若干个单频带成分的位移信息，从所述若干个单频带成分的位移信息中选择与所述预设模态阶次相对应的所述单频带成分的位移信息作为待放大位移信号；利用所述预设放大倍数对所述待放大位移信号进行放大，并从放大后的所述待放大位移信号中提取所述故障检测对象的相位信息。
[0010]在一个实施例中，在所述利用所述预设放大倍数对所述待放大位移信号进行放大之前，所述基于运动放大的故障检测方法还包括：对所述待放大位移信号进行傅里叶变换得到所述待放大位移信号的频率，以所述频率为中心频率选用带通滤波器对所述待放大位移信号进行滤波；所述利用预设放大倍数对所述待放大位移信号进行放大，包括：利用预设放大倍数对滤波后的所述待放大位移信号进行放大。
[0011]在一个实施例中，所述基于所述连续多帧数字图像信号进行图像多尺度分析，得到在各帧所述数字图像信号中所述故障检测对象的全场振动位移信息，包括：对所述连续多帧数字图像信号进行图像多尺度分析，得到各帧所述数字图像信号中每个尺度下的所述故障检测对象的局部相位差与空间频率；基于各帧所述数字图像信号中各尺度下所述故障检测对象的局部相位差与空间频率，得到各帧所述数字图像信号中所述故障检测对象的全场振动位移信息。
[0012]在一个实施例中，所述获取所述连续多帧原始图像信号对应的连续多帧数字图像信号，包括：对于每帧所述原始图像信号，获取所述原始图像信号的像素YIQ数值作为所述
原始图像信号对应的数字图像信号。
[0013]在一个实施例中，在所述从采集的故障检测对象的视频信号中获取包含所述故障检测对象的连续多帧原始图像信号之前，所述基于运动放大的故障检测方法还包括：从采集的参考图像中识别出故障检测对象，并在以所述故障检测对象作为所述参考图像的中心位置进行图像采集范围的调整后，执行包含所述故障检测对象的视频信号的采集。
[0014]在一个实施例中，所述对连续多帧数字图像信号进行图像多尺度分析的方式为：基于双数复小波变换的图像多尺度分析。
[0015]在一个实施例中，所述的基于运动放大的故障检测设备还包括：图像显示单元，用于展示所述故障检测对象被运动放大后的连续多帧数字图像信号。
[0016]在一个实施例中，所述运动放大单元还用于对对每帧所述数字本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于运动放大的故障检测方法，其特征在于，包括：从采集的故障检测对象的视频信号中获取包含所述故障检测对象的连续多帧原始图像信号，并获取所述连续多帧原始图像信号对应的连续多帧数字图像信号；基于所述连续多帧数字图像信号进行图像多尺度分析，得到在各帧所述数字图像信号中所述故障检测对象的全场振动位移信息；基于预设放大倍数和预设模态阶次从各帧所述数字图像信号的所述全场振动位移信息中提取所述故障检测对象的相位信息，并利用各帧所述数字图像信号中所述故障检测对象的相位信息替换对应的所述数字图像信号的局部相位信息，得到各帧所述数字图像信号的图像信息；将各帧所述数字图像信号分别与对应的所述图像信息进行合成，得到所述故障检测对象被运动放大后的连续多帧数字图像信号。2.根据权利要求1所述的基于运动放大的故障检测方法，其特征在于，所述基于预设放大倍数和预设模态阶次从各帧所述数字图像信号的所述全场振动位移信息中提取所述故障检测对象的相位信息，包括：针对每帧所述数字图像信号，对所述数字图像信号的全场振动位移信息进行盲源分离，得到若干个单频带成分的位移信息，从所述若干个单频带成分的位移信息中选择与所述预设模态阶次相对应的所述单频带成分的位移信息作为待放大位移信号；利用所述预设放大倍数对所述待放大位移信号进行放大，并从放大后的所述待放大位移信号中提取所述故障检测对象的相位信息。3.根据权利要求2所述的基于运动放大的故障检测方法，其特征在于，在所述利用所述预设放大倍数对所述待放大位移信号进行放大之前，还包括：对所述待放大位移信号进行傅里叶变换得到所述待放大位移信号的频率，以所述频率为中心频率选用带通滤波器对所述待放大位移信号进行滤波；所述利用预设放大倍数对所述待放大位移信号进行放大，包括：利用预设放大倍数对滤波后的所述待放大位移信号进行放大。4.根据权利要求1所述的基于运动放大的故障检测方法，其特征在于，所述基于所述连续多帧数字图像信号进行图像多尺度分析，得到在各帧所述数字图像信号中所述故障检测对象的全场振动位移信息，包括：对所述连续多帧数字图像信号进行图像多尺度分析，得到各帧所述数字图像信号中每个尺度下的所述故障检测对象的局部相位差与空间频率；基于各帧所述数字图像信号中各尺度下所述故障检测对象的局部相位差与空间频率，得到各帧所述数字图像信号中所述故障检测对象的全场振动位移信息。5.根据权利要求1所述的基于运动放大的故障检测方法，其特征在于，所述获取所述连续多帧原始图像信号对应的连续多帧数字图像信号，包括：对于每帧所述原始图像信号，获取所述原始图像信号的像素YIQ数值作为所述原始图像信号对应的数字图像信号。6.根据权利要求1所述的基于运...

【专利技术属性】
技术研发人员：张文笛，李鸿光，周吉文，王锦鸿，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：