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高速摄像带来高精度非接触测振新方案

2019年6月,瑞风协同技术团队携Phantom高速摄像机来到某院所进行非接触式振动测量试验。使用尼康105mm微距镜头并对焦距离处于0.314米,依靠VEO640的高像素密度,达到了精度10微米的测量条件,圆满完成了本次试验。

本次试验使用美国Vision Research公司的VEO640S拍摄,该型号有2560×1600的分辨率和10微米的单位像素尺寸,空间采样较为充沛,拥有很好的细节刻画能力,非常适宜此类试验拍摄。

振动台设置的频率为100Hz,为了更好的做出周期采样,通常建议在每个振动周期中安排10个以上的点描述运动。由于本次需求精度达到10微米,并且对画面视野没有要求,故使用896×896的分辨率,并将采样帧率达到5000FPS。即在1:1的复制比下我们可以得到约896×896微米的视野,并且每个像素达到10微米,后处理时可以达到更高的处理精度。

 

  

 

在试验过程中,发现一般打印精度(约300DPI,每毫米11.8个点,精度约85微米)不足以应对高精度的图像后处理,在跟踪过程中标定点可能将出现漂移、追踪点丢失等现象。因此,我方在本次拍摄中使用了1元人民币纸币作为拍摄道具。1元人民币纸币印刷精度大幅超过普通印刷品,纹理清晰、跟踪顺畅。

 

 

 

实际操作时,我们在图像中准备一个黑白反差比较明显的特征点,并在视野范围内的图像中设置一把标尺或已知长度的画面内容。通过Phantom高速摄像机自带的PCC软件进行视频的后处理也是非常简单的,首先我们来到Play回放页面找到Measurement选项卡,然后找到Collect Points开始做点跟踪的准备工作。

设置之后,我们播放视频就可以进行自动跟踪了。自动追踪建议不要超过5个点,并且视频只能以较慢的逐帧运行,根据计算机处理速度不同,实际处理时间也不太一样。如果遇跟踪不顺畅的问题,可以靠更改本页面的参数,增大或缩小索点范围和识别范围,以及灵敏度来达到更精确的跟踪。

 

  

 

在跟踪完毕之后可以调出曲线观察,并选择轴向、运动信息(位移、速度、加速度)或以特定方式放大,以及当前帧在曲线中的高亮显示等选项。下图为位移曲线的当前帧高亮标识。

 

 

 

高速摄像机保存的数据可以通过EXCEL打开,通过分列功能(逗号)即可显示正确行列。分别为图像编号、相对时间、X轴坐标(精确到像素)、Y轴坐标、绝对时间。

本次拍摄效果非常理想,图像后处理数据得出整个行程约274微米,与试验系统设置参数高度匹配,得到了现场使用高速摄像机不仅可以对那些快到肉眼看不清的运动进行定性分析,还可以作为非接触测量实现定量分析。高速摄像机测量可以安插在多种试验中,泛用性很优秀。光学测量便捷准确,并且不干扰其他试验件的运行,可预见的未来将有更多的应用将受益于使用高速摄像机带来的新型测试方式。

如果您想了解更多关于Phantom系列高速摄像机的信息以及应用,请联系北京瑞风协同科技股份有限公司。瑞风协同作为Vision Research公司的合作伙伴有着丰富的应用和现场经验,能够为您提供准确、便携、高精度的测试方案。

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