基于機(jī)器視覺(jué)的柔性結(jié)構(gòu)振動(dòng)測(cè)量和分析.pdf

1、現(xiàn)代航天器大多帶有太陽(yáng)能帆板等大型柔性結(jié)構(gòu)，具有模態(tài)阻尼小，受激易產(chǎn)生大幅持續(xù)振動(dòng)的特點(diǎn)。為使航天器所帶有效載荷正常工作，必須有效抑制柔性體的振動(dòng)，而振動(dòng)測(cè)量是振動(dòng)抑制的先決條件。接觸式振動(dòng)測(cè)量方法需將傳感器安裝在被測(cè)物體上，不僅連線復(fù)雜，而且還會(huì)因附加傳感器質(zhì)量改變被測(cè)物體的動(dòng)態(tài)性能，從而影響振動(dòng)測(cè)量結(jié)果。為此，需要研究一種新的非接觸式的測(cè)量方法來(lái)實(shí)現(xiàn)大型柔性結(jié)構(gòu)的振動(dòng)測(cè)量。本文針對(duì)模擬太陽(yáng)能帆板的柔性臂實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，開(kāi)展基于機(jī)器視覺(jué)的振

2、動(dòng)測(cè)量方法研究，主要內(nèi)容及創(chuàng)新點(diǎn)如下:
　　應(yīng)用有限元方法對(duì)某柔性臂實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析，研究表明柔性臂的模態(tài)具有分布性。為了盡可能減少測(cè)量誤差并獲得較多的模態(tài)信息，提出了基于機(jī)器視覺(jué)的多點(diǎn)模態(tài)測(cè)量方法，并設(shè)計(jì)了基于光源標(biāo)記的多點(diǎn)振動(dòng)圖像信息采集系統(tǒng)，通過(guò)固定在柔性臂剛體支架上的相機(jī)檢測(cè)光源，獲取柔性臂的振動(dòng)信息。該測(cè)量方法具有非接觸、測(cè)量范圍寬、幾乎不改變被測(cè)物體振動(dòng)特性等諸多優(yōu)點(diǎn)。
　　為實(shí)現(xiàn)快速、準(zhǔn)確的振動(dòng)圖像特征提

3、取，研究了基于Otsu閾值分割的靜態(tài)特征提取方法和基于Mean Shift運(yùn)動(dòng)跟蹤的動(dòng)態(tài)特征提取方法。采用Otsu閾值分割法，計(jì)算光斑的質(zhì)心位置獲取振動(dòng)時(shí)光源標(biāo)記處的位置信息。該算法在圖像背景全部為黑色或者檢測(cè)物體與背景灰度值差別較大時(shí)，具有處理速度快，準(zhǔn)確性、實(shí)時(shí)性較高的特點(diǎn)。
　　采用Mean Shift的運(yùn)動(dòng)跟蹤方法實(shí)現(xiàn)光源標(biāo)記的運(yùn)動(dòng)跟蹤。該算法在圖像背景靜止或比較單一時(shí)，適應(yīng)性強(qiáng)，擁有較好的魯棒性、實(shí)時(shí)性及準(zhǔn)確性。此外，針

4、對(duì)Mean Shift跟蹤運(yùn)動(dòng)物體的跟蹤窗需要人為初始化的問(wèn)題，研究了一種基于小波變換的Canny輪廓檢測(cè)方法，通過(guò)計(jì)算輪廓的最小外接矩形來(lái)初始化跟蹤窗，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)搜索跟蹤物體的功能，提高了算法的實(shí)用性。
　　基于VS2010 C++/MFC和OpenCV2.2，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了客戶端的振動(dòng)測(cè)量計(jì)算機(jī)應(yīng)用軟件。在柔性臂實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)上進(jìn)行了大量的振動(dòng)測(cè)試實(shí)驗(yàn)。頻譜分析結(jié)果表明，基于圖像測(cè)得的系統(tǒng)1階模態(tài)頻率和2階模態(tài)頻率與有限元分析結(jié)果吻合度高