CN102288278B - 数显式测振仪的自动校准装置及其校准方法 - Google Patents

Abstract

数显式测振仪的自动校准装置，包括信号发生器，功率放大器，标准振动台，摄像机，激光测振仪，频比计数器及处理器；被校准的数显式测振仪安装于所述的标准振动台上。自动校准方法包括：功率放大器的增益调整到预定位置上；将信号发生器输出信号幅值U_i增加到初始值测量出标准振动台的实时振级；测量振动台实时振级；调整振级偏差小于振级控制精度；采用图像识别的方法读取由数显式测振仪测量出的标准振动台的振级；判断试验是否完成；生成试验报表。发明具有使数显式测振仪的校准工作变得简单、智能，校准时间大大缩短，劳动强度也得到大幅度减轻的优点。

Description

数显式测振仪的自动校准装置及其校准方法

技术领域

本发明涉及一种数显式测振仪的自动校准装置及其校准方法。

技术背景

随着科学技术的日益发展，对各类旋转机械设备的转速、承载能力、工作寿命等方面的要求越来越高，人们对振动危害的认识也越来越深入，因此在石油、化工、电力、冶金等工业领域中对机械设备振动的现场监控提出了更高的要求。数显式测振仪以其功耗低、精度高、可靠性高、测试携带方便等优点广泛地应用在旋转机械振动的现场监控中。

按国家计量检定规程(JJG 676-2000，工作测振仪)的规定，测振仪的各项性能指标必须定期进行检测，且检定周期一般不超过1年。传统的校准过程是：将测振仪安装在标准振动台台面上，手动调节标准振动台功率放大器增益旋钮，通过读取频比计数器测得的激光测振仪输出信号与信号发生器输出信号的频率比来计算出标准振动台的实时振级，当标准振动台达到设定振级后人工读取数显式测振仪示值，并计算出数显式测振仪示值与实际振级之间的偏差，从而实现对数显式测振仪的校准。这个校准过程需要大量人工干预，劳动强度大，智能化程度低，校准时间长。

发明内容

为克服现有技术需要大量人工干预，劳动强度大，智能化程度低，校准时间长的缺点，本发明提供了一种能够完成数显式测振仪的自动校准，劳动强度低，智能化程度高，校准时间短的数显式测振仪的自动校准装置及其校准方法。

数显式测振仪的自动校准装置，包括输出的正弦信号的幅值和频率均能够独立且连续调节的信号发生器，与所述的信号发生器连接的功率放大器，与所述的功率放大器连接的标准振动台，记录数显式测振仪示值的摄像机，测量所述的标准振动台实际振级的激光测振仪，测量所述的激光测振仪输出信号与所述的信号发生器输出正弦信号频率比的频比计数器，以及处理器；被校准的数显式测振仪安装于所述的标准振动台上。

所述的处理器分别与所述的信号发生器、所述的摄像机以及所述的频比计数器通过计算机接口连接；所述的处理器控制所述的信号发生器输出的频率和幅值，所述的频比计数器将测量的频率比传输至所述的处理器，所述的处理器计算出标准振动台的实时振级；所述的摄像机记录所述的数显式测振仪示值的图像，所述的摄像机将图像传输至所述的处理器。

进一步，所述的处理器中设有能够提取摄像机记录的图像中的数值信息的图像识别模块，所述的图像识别模块从图像中识别数字的具体步骤如下：

(a)、读取摄像机的视频流，间隔预设时间获取帧，得到图像；

(b)、确定数字所在的区域，该区域内仅包含数字，截取该区域的图像作为后续处理的图像；

(c)、对图像进行预处理，将图像转换为二值化图像，并将二值化图像中的每个数字分隔为单独的纯数字图像，依次存储纯数字图像；

(d)、依次识别纯数字图像代表的数字含义和小数点，并计算出数显式测振仪示值。

进一步，步骤(b)中，通过人机交互的方式确定数字所在的区域。

进一步，步骤(c)中的图像预处理包括以下步骤：

(c.1)对图像进行灰度化处理，获得灰度化图像；

(c.2)判断灰度化图像的宽度是否小于灰度化图像的高度，若小于，则灰度化图像中的数字竖直显示，将灰度化图像顺时针旋转90°，使灰度化图像中的数字水平显示；

(c.3)对灰度化图像进行求补运算，得到数字区域为高亮度显示，背景区域为低亮度显示的灰度图像；

(c.4)使用图像形态学的开运算和闭运算计算出灰度图像的背景亮度并获得背景图像，用灰度图像减去背景图像，获得等亮度图像；

(c.5)计算等亮度图像的二值化阈值，并根据这个阈值将等亮度图像转化成二值化图像；

(c.6)对二值化图像进行纠斜，纠斜后形成的水平数字图像中数字的横笔画水平显示；

(c.7)逐列扫描水平数字图像，将水平数字图像分隔为多幅单个数字图像，每幅单个数字图像中只包含一个数字，或者只包含一个小数点；

(c.8)对步骤(c.7)中获取的所有单个数字图像进行逐行扫描，获取单个数字图像中数字的上边界和下边界，获取上边界和下边界之间的图像数据作为纯数字图像数据，保存所述的纯数字图像。

进一步，步骤(c.7)中将水平数字图像分隔为多幅单个数字图像的步骤包括以下步骤：

(c.7.1)获取水平数字图像的最左边一列作为当前列；

(c.7.2)从当前列开始按从左到右的顺序对水平数字图像进行逐列扫描，寻找白点的个数大于预设列白点个数阈值的列，若无法找到该列，则表示已经完成对水平数字图像的扫描，进入步骤(c.8)；若找到该列，则将该列作为单个数字图像的左边界；继续向右扫描，寻找白点的个数小于预设列白点个数阈值的列，若无法找到该列，则表示已经完成对水平数字图像的扫描，进入步骤(c.8)；若找到该列，则将该列作为单个数字图像的右边界；将左边界与右边界之间的图像数据作为单个数字图像数据，保存所述的单个数字图像；

(c.7.3)将步骤(c.7.2)中的右边界的后一列作为当前列，重复执行步骤(c.7.2)。

进一步，步骤(c.8)中生成纯数字图像的步骤包括以下步骤：

(c.8.1)获取步骤(c.7)中的第一幅单个数字图像为当前单个数字图像；

(c.8.2)对当前单个数字图像从上往下逐行扫描，直到寻找到第一个包含的白点个数大于预设行白点个数阈值的行，将该行作为纯数字图像的上边界；对当前单个数字图像从下往上逐行扫描，直到寻找到第一个包含的白点个数大于预设行白点个数阈值的行，将该行作为纯数字图像的下边界；获取上边界和下边界之间的图像数据作为纯数字图像数据，保存所述的纯数字图像；

(c.8.3)判断当前的单个数字图像是否是最后一幅单个数字图像，若是，进入步骤(d)；若否，则将下一幅单个数字图像作为当前单个数字图像，重复执行步骤(c.8.2)。

进一步，在进行步骤(c.6)之前，先去除二值化图像中的杂点，方法为：计算二值化图像中的每一个白点区域内的白点个数，判断白点个数是否大于预设阈值，若是，则该白点区域为数字区域；若否，则该白点区域为杂点，将该白点区域内的所有白点置为黑点。

进一步，步骤(d)中，识别数字含义和小数点以及计算数显式测振仪示值包括以下步骤：

(d.1)在处理器中预设数字0和2-9的数字列表；

(d.2)获取所有纯数字图像的高度，将最大的高度记录为max_height，并获取第一幅纯数字图像作为当前纯数字图像；

(d.3)获取当前纯数字图像的高度height，判断height＜max_height×0.3是否成立，若成立，则当前纯数字图像代表的含义为小数点，记录当前纯数字图像在所有纯数字图像中的位置，这个位置也就是小数点在数字中的位置，进入步骤(d.6)；若否，则进入步骤(d.4)；

(d.4)获取当前纯数字图像的宽度width，判断width＜height×0.3是否成立，若成立，则当前纯数字图像代表的含义为数字1，进入步骤(d.6)；若不成立，则进入步骤(d.5)；

(d.5)将当前纯数字图像与所述的数字列表比对，获得当前纯数字图像代表的数字含义；

(d.6)判断当前纯数字图像是否是最后一幅纯数字图像，若是，则利用所有的纯数字图像的识别结果计算出数显式测振仪示值；若否，则获取下一幅纯数字图像作为当前纯数字图像，重复执行步骤(d.3)-(d.5)。

进一步，步骤(d.1)中的数字列表为使用七段分区法标识的数字列表；所述的七段分区法标识的数字是指将纯数字图像用三段横线和四段竖线分为七段区域，上横线为a区域，中横线为g区域，下横线为d区域，左边的上竖线为f区域，左边的下竖线为e区域，右边的上竖线为b区域，右边的下竖线为c区域；

使用七段分区法标识的数字列表中的列表信息与数字0和2-9一一对应；在每个数字的列表信息中，若该数字对应的纯数字图像的分段区域内有线段标示，则将该段区域的标记赋值为1；若分段区域内没有线段标示，则将该段区域的标记赋值为0。

进一步，步骤(d.5)中获得当前纯数字图像代表的数字含义包括以下步骤：

(d.5.1)分别获取当前纯数字图像的七段分区内的白点个数，若所述的分区内的白点个数大于或等于30％的该分区内的像素点个数，则将该分区的标记置为1，否则置为0；记录当前纯数字图像的七段分区标记赋值；

(d.5.2)将当前纯数字图像的七段分区标记赋值与数字列表的信息比对，确定当前纯数字图像代表的数字含义，如果当前纯数字图像的七段分区标记赋值不与数字列表的信息中的任何一个符合，则本次识别无效，舍弃本次识别。

使用所述的数显式测振仪的自动校准装置校准数显式测振仪的方法包括以下步骤：

1)、功率放大器的增益调整到预定位置上；处理器将信号发生器输出信号的幅值设置为0，频率设置为试验任务列表中的规定值f(此后保持不变)；

2)、将信号发生器输出信号幅值U_i增加到初始值a，为防止信号发生器输出信号幅值的增大可能会对标准振动台产生冲击，以a/100为步长逐步增大信号发生器的输出幅值，每步延时50ms，然后测量出标准振动台的实时振级X_i；

3)、标准振动台实时振级X_i的测量方法为：读取频比计数器的测量出的激光测振仪输出信号和信号发生器输出信号的频率比N，则标准振动台的实时振幅S＝λN/8(式中λ为激光测振仪中激光的波长)；标准振动台的实时振动速度幅值V＝2πf·S(式中π为圆周率，f为信号发生器输出频率)；标准振动台的实时振动加速度幅值A＝2πf·V，所述的实时振幅、实时振动速度幅值或实时振动加速度幅值表征实时振级X_i；

4)、根据信号发生器输出信号幅值与标准振动台输出振级基本呈线性关系的假设，可得到比例因子k＝X_i/U_i，那么欲达到设定的振级X_s，则信号发生器的目标输出信号幅值为U_s＝X_s/k，继而得到信号发生器输出信号幅值的增量ΔU＝U_s-U_i，为防止因ΔU过大对标准振动台产生冲击，引入增量电压修正系数r(0＜r＜1)，修正公式为：U’_s＝U_i+rΔU，然后将信号发生器输出信号幅值从U_i以(U’_s-U_i)/100为步长逐步增大到U’_s，每步延时50ms，并按照步骤3)中方法测量出信号发生器输出信号幅值调整后的振级X’_s，然后计算出振级偏差若振级偏差δ的绝对值小于振级控制精度ε，则完成振级调整；若振级偏差δ的绝对值大于振级控制精度ε，则将U’_s赋值给U_i，X’_s赋值给X_i，之后重复步骤4)中过程，直到振级偏差δ小于振级控制精度ε；

5)、采用图像识别的方法读取由数显式测振仪测量出的标准振动台的振级；

6)、判断试验是否完成，如果是，进入步骤7)，如果否，则进入步骤1)，进行下一个试验任务；

7)、生成试验报表，根据步骤4)得到的标准振动台实时振级以及步骤5)得到的振级，分别计算数显式测振仪在所有测量振级下的测量偏差，所有的测量偏差形成试验报表，完成对数显式测振仪的校准工作。

本发明的技术构思是：由信号发生器、功率放大器、标准振动台、激光测振仪、摄像机、频比计数器和处理器构成数显式测振仪自动校准装置；处理器控制信号发生器输出信号的频率和幅值，同时读取频比计数器测量激光测振仪输出信号与信号发生器输出信号的频率比，并计算出标准振动台的实时振级，最后将标准振动台自动控制到设定的振级；摄像机自动记录数显式测振仪示值的图像，摄像机将图像传输至处理器；使用图像识别的方法读取数显式测振仪示值；处理器通过计算数显式测振仪示值和标准振动台实时振级之间的偏差，实现对数显式测振仪的自动校准。

由于数显式测振仪的输出只有一个数显窗口，没有其他的信号输出，所以本发明使用图像识别的方法读取由数显式测振仪测量的标准振动台振级，图像识别的步骤为：处理器读入摄像机的视频流；间隔预设时间获取帧，得到图像；使用人机交互的方式确定图像中数字所在区域，并将这个区域提取出来作为后续处理的图像；将图像转换为二值化图像，并将二值化图像中的每个数字分隔为单独的纯数字图像；最后依次识别纯数字图像代表的数字含义并计算出数显式测振仪示值。

本发明的有益效果是：使数显式测振仪的校准工作变得简单、智能，校准时间大大缩短，劳动强度也得到大幅度减轻。

附图说明

图1为本发明的总体结构的示意图。

图2为本发明的系统工作流程图。

图3为本发明的图像识别总体流程图。

图4为本发明的图像预处理流程。

图5为本发明的七段分区法标识数字示意图。

图6为本发明的识别单个数字流程图。

图7为本发明的数字列表。

具体实施方式

实施例一

参照图1、3-7；

数显式测振仪的自动校准装置，包括输出的正弦信号的幅值和频率均能够独立且连续调节的信号发生器，与所述的信号发生器连接的功率放大器，与所述的功率放大器连接的标准振动台，记录数显式测振仪示值的摄像机，测量所述的标准振动台实际振级的激光测振仪，测量所述的激光测振仪输出信号与所述的信号发生器输出正弦信号频率比的频比计数器，以及处理器；被校准的数显式测振仪安装于所述的标准振动台上。

所述的处理器分别与所述的信号发生器、所述的摄像机以及所述的频比计数器通过计算机接口连接；所述的处理器控制所述的信号发生器输出的频率和幅值，所述的频比计数器将测量的频率比传输至所述的处理器，所述的处理器计算出标准振动台的实时振级；所述的摄像机记录所述的数显式测振仪示值的图像，所述的摄像机将图像传输至所述的处理器。

所述的处理器中设有能够提取摄像机记录的图像中的数值信息的图像识别模块，所述的图像识别模块从图像中识别数字的具体步骤如下：

(a)、读取摄像机的视频流，间隔预设时间获取帧，得到图像；

(b)、确定数字所在的区域，该区域内仅包含数字，截取该区域的图像作为后续处理的图像；

(c)、对图像进行预处理，将图像转换为二值化图像，并将二值化图像中的每个数字分隔为单独的纯数字图像，依次存储纯数字图像；

(d)、依次识别纯数字图像代表的数字含义和小数点，并计算出数显式测振仪示值。

步骤(b)中，通过人机交互的方式确定数字所在的区域。

步骤(c)中的图像预处理包括以下步骤：

(c.1)对图像进行灰度化处理，获得灰度化图像；

(c.2)判断灰度化图像的宽度是否小于灰度化图像的高度，若小于，则灰度化图像中的数字竖直显示，将灰度化图像顺时针旋转90°，使灰度化图像中的数字水平显示；

(c.3)对灰度化图像进行求补运算，得到数字区域为高亮度显示，背景区域为低亮度显示的灰度图像；

(c.4)使用图像形态学的开运算和闭运算计算出灰度图像的背景亮度并获得背景图像，用灰度图像减去背景图像，获得等亮度图像；

(c.5)计算等亮度图像的二值化阈值，并根据这个阈值将等亮度图像转化成二值化图像；

(c.6)对二值化图像进行纠斜，纠斜后形成的水平数字图像中数字的横笔画水平显示；

(c.7)逐列扫描水平数字图像，将水平数字图像分隔为多幅单个数字图像，每幅单个数字图像中只包含一个数字，或者只包含一个小数点；

(c.8)对步骤(c.7)中获取的所有单个数字图像进行逐行扫描，获取单个数字图像中数字的上边界和下边界，获取上边界和下边界之间的图像数据作为纯数字图像数据，保存所述的纯数字图像。

步骤(c.7)中将水平数字图像分隔为多幅单个数字图像的步骤包括以下步骤：

(c.7.1)获取水平数字图像的最左边一列作为当前列；

(c.7.2)从当前列开始按从左到右的顺序对水平数字图像进行逐列扫描，寻找白点的个数大于预设列白点个数阈值的列，若无法找到该列，则表示已经完成对水平数字图像的扫描，进入步骤(c.8)；若找到该列，则将该列作为单个数字图像的左边界；继续向右扫描，寻找白点的个数小于预设列白点个数阈值的列，若无法找到该列，则表示已经完成对水平数字图像的扫描，进入步骤(c.8)；若找到该列，则将该列作为单个数字图像的右边界；将左边界与右边界之间的图像数据作为单个数字图像数据，保存所述的单个数字图像；

(c.7.3)将步骤(c.7.2)中的右边界的后一列作为当前列，重复执行步骤(c.7.2)。

步骤(c.8)中生成纯数字图像的步骤包括以下步骤：

(c.8.1)获取步骤(c.7)中的第一幅单个数字图像为当前单个数字图像；

(c.8.2)对当前单个数字图像从上往下逐行扫描，直到寻找到第一个包含的白点个数大于预设行白点个数阈值的行，将该行作为纯数字图像的上边界；对当前单个数字图像从下往上逐行扫描，直到寻找到第一个包含的白点个数大于预设行白点个数阈值的行，将该行作为纯数字图像的下边界；获取上边界和下边界之间的图像数据作为纯数字图像数据，保存所述的纯数字图像；

(c.8.3)判断当前的单个数字图像是否是最后一幅单个数字图像，若是，进入步骤(d)；若否，则将下一幅单个数字图像作为当前单个数字图像，重复执行步骤(c.8.2)。

在进行步骤(c.6)之前，先去除二值化图像中的杂点，方法为：计算二值化图像中的每一个白点区域内的白点个数，判断白点个数是否大于预设阈值，若是，则该白点区域为数字区域；若否，则该白点区域为杂点，将该白点区域内的所有白点置为黑点。

步骤(d)中，识别数字含义和小数点以及计算数显式测振仪示值包括以下步骤：

(d.1)在处理器中预设数字0和2-9的数字列表；

(d.2)获取所有纯数字图像的高度，将最大的高度记录为max_height，并获取第一幅纯数字图像作为当前纯数字图像；

(d.3)获取当前纯数字图像的高度height，判断height＜max_height×0.3是否成立，若成立，则当前纯数字图像代表的含义为小数点，记录当前纯数字图像在所有纯数字图像中的位置，这个位置也就是小数点在数字中的位置，进入步骤(d.6)；若否，则进入步骤(d.4)；

(d.4)获取当前纯数字图像的宽度width，判断width＜height×0.3是否成立，若成立，则当前纯数字图像代表的含义为数字1，进入步骤(d.6)；若不成立，则进入步骤(d.5)；

(d.5)将当前纯数字图像与所述的数字列表比对，获得当前纯数字图像代表的数字含义；

(d.6)判断当前纯数字图像是否是最后一幅纯数字图像，若是，则利用所有的纯数字图像的识别结果计算出数显式测振仪示值；若否，则获取下一幅纯数字图像作为当前纯数字图像，重复执行步骤(d.3)-(d.5)。

步骤(d.1)中的数字列表为使用七段分区法标识的数字列表；所述的七段分区法标识的数字是指将纯数字图像用三段横线和四段竖线分为七段区域，上横线为a区域，中横线为g区域，下横线为d区域，左边的上竖线为f区域，左边的下竖线为e区域，右边的上竖线为b区域，右边的下竖线为c区域；

使用七段分区法标识的数字列表中的列表信息与数字0和2-9一一对应；在每个数字的列表信息中，若该数字对应的纯数字图像的分段区域内有线段标示，则将该段区域的标记赋值为1；若分段区域内没有线段标示，则将该段区域的标记赋值为0。

步骤(d.5)中获得当前纯数字图像代表的数字含义包括以下步骤：

(d.5.1)分别获取当前纯数字图像的七段分区内的白点个数，若所述的分区内的白点个数大于或等于30％的该分区内的像素点个数，则将该分区的标记置为1，否则置为0；记录当前纯数字图像的七段分区标记赋值；

(d.5.2)将当前纯数字图像的七段分区标记赋值与数字列表的信息比对，确定当前纯数字图像代表的数字含义，如果当前纯数字图像的七段分区标记赋值不与数字列表的信息中的任何一个符合，则本次识别无效，舍弃本次识别。

本发明的技术构思是：由信号发生器、功率放大器、标准振动台、激光测振仪、摄像机、频比计数器和处理器构成数显式测振仪自动校准装置；处理器控制信号发生器输出信号的频率和幅值，同时读取频比计数器测量激光测振仪输出信号与信号发生器输出信号的频率比，并计算出标准振动台的实时振级，最后将标准振动台自动控制到设定的振级；摄像机自动记录数显式测振仪示值的图像，摄像机将图像传输至处理器；使用图像识别的方法读取数显式测振仪示值；处理器通过计算数显式测振仪示值和标准振动台实时振级之间的偏差，实现对数显式测振仪的自动校准。

由于数显式测振仪的输出只有一个数显窗口，没有其他的信号输出，所以本发明使用图像识别的方法读取由数显式测振仪测量的标准振动台振级，图像识别的步骤为：处理器读入摄像机的视频流；间隔预设时间获取帧，得到图像；使用人机交互的方式确定图像中数字所在区域，并将这个区域提取出来作为后续处理的图像；将图像转换为二值化图像，并将二值化图像中的每个数字分隔为单独的纯数字图像；最后依次识别纯数字图像代表的数字含义并计算出数显式测振仪示值。

本发明的有益效果是：使数显式测振仪的校准工作变得简单、智能，校准时间大大缩短，劳动强度也得到大幅度减轻。

实施例二

参照图2

使用所述的数显式测振仪的自动校准装置校准数显式测振仪的方法包括以下步骤：

1)、功率放大器的增益调整到预定位置上；处理器将信号发生器输出信号的幅值设置为0，频率设置为试验任务列表中的规定值f(此后保持不变)；

2)、将信号发生器输出信号幅值U_i增加到初始值a，为防止信号发生器输出信号幅值的增大可能会对标准振动台产生冲击，以a/100为步长逐步增大信号发生器的输出幅值，每步延时50ms，然后测量出标准振动台的实时振级X_i；

3)、标准振动台实时振级X_i的测量方法为：读取频比计数器的测量出的激光测振仪输出信号和信号发生器输出信号的频率比N，则标准振动台的实时振幅S＝λN/8(式中λ为激光测振仪中激光的波长)；标准振动台的实时振动速度幅值V＝2πf·S(式中π为圆周率，f为信号发生器输出频率)；标准振动台的实时振动加速度幅值A＝2πf·V，所述的实时振幅、实时振动速度幅值或实时振动加速度幅值表征实时振级X_i；

4)、根据信号发生器输出信号幅值与标准振动台输出振级基本呈线性关系的假设，可得到比例因子k＝X_i/U_i，那么欲达到设定的振级X_s，则信号发生器的目标输出信号幅值为U_s＝X_s/k，继而得到信号发生器输出信号幅值的增量ΔU＝U_s-U_i，为防止因ΔU过大对标准振动台产生冲击，引入增量电压修正系数r(0＜r＜1)，修正公式为：U’_s＝U_i+rΔU，然后将信号发生器输出信号幅值从U_i以(U’_s-U_i)/100为步长逐步增大到U’_s，每步延时50ms，并按照步骤3)中方法测量出信号发生器输出信号幅值调整后的振级X’_s，然后计算出振级偏差

若振级偏差δ的绝对值小于振级控制精度ε，则完成振级调整；若振级偏差δ的绝对值大于振级控制精度ε，则将U’_s赋值给U_i，X’_s赋值给X_i，之后重复步骤4)中过程，直到振级偏差δ小于振级控制精度ε；

5)、采用图像识别的方法读取由数显式测振仪测量出的标准振动台的振级；

6)、判断试验是否完成，如果是，进入步骤7)，如果否，则进入步骤1)，进行下一个试验任务；

7)、生成试验报表，根据步骤4)得到的标准振动台实时振级以及步骤5)得到的振级，分别计算数显式测振仪在所有测量振级下的测量偏差，所有的测量偏差形成试验报表，完成对数显式测振仪的校准工作。

本发明的有益效果是：使数显式测振仪的校准工作变得简单、智能，校准时间大大缩短，劳动强度也得到大幅度减轻。

本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也及于本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。

Claims (9)

1.数显式测振仪的自动校准装置，其特征在于：包括输出的正弦信号的幅值和频率均能够独立且连续调节的信号发生器，与所述的信号发生器连接的功率放大器，与所述的功率放大器连接的标准振动台，记录数显式测振仪示值的摄像机，测量所述的标准振动台实际振级的激光测振仪，测量所述的激光测振仪输出信号与所述的信号发生器输出正弦信号频率比的频比计数器，以及处理器；被校准的数显式测振仪安装于所述的标准振动台上；

所述的处理器分别与所述的信号发生器、所述的摄像机以及所述的频比计数器通过计算机接口连接；所述的处理器控制所述的信号发生器输出的频率和幅值，所述的频比计数器将测量的频率比传输至所述的处理器，所述的处理器计算出标准振动台的实时振级；所述的摄像机记录所述的数显式测振仪示值的图像，所述的摄像机将图像传输至所述的处理器；

所述的处理器中设有能够提取摄像机记录的图像中的数值信息的图像识别模块，所述的图像识别模块从图像中识别数字的具体步骤如下：

（a）、读取摄像机的视频流，间隔预设时间获取帧，得到图像；

（b）、确定数字所在的区域，该区域内仅包含数字，截取该区域的图像作为后续处理的图像；

（c）、对图像进行预处理，将图像转换为二值化图像，并将二值化图像中的每个数字分隔为单独的纯数字图像，依次存储纯数字图像；

（d）、依次识别纯数字图像代表的数字含义和小数点，并计算出数显式测振仪示值。

2.如权利要求1所述的数显式测振仪的自动校准装置，其特征在于：步骤（b）中，通过人机交互的方式确定数字所在的区域。

3.如权利要求1所述的数显式测振仪的自动校准装置，其特征在于：步骤（c）中的图像预处理包括以下步骤：

（c.1）对图像进行灰度化处理，获得灰度化图像；

（c.2）判断灰度化图像的宽度是否小于灰度化图像的高度，若小于，则灰度化图像中的数字竖直显示，将灰度化图像顺时针旋转90°，使灰度化图像中的数字水平显示；

（c.3）对灰度化图像进行求补运算，得到数字区域为高亮度显示，背景区域为低亮度显示的灰度图像；

（c.4）使用图像形态学的开运算和闭运算计算出灰度图像的背景亮度并获得背景图像，用灰度图像减去背景图像，获得等亮度图像；

（c.5）计算等亮度图像的二值化阈值，并根据这个阈值将等亮度图像转化成二值化图像；

（c.6）对二值化图像进行纠斜，纠斜后形成的水平数字图像中数字的横笔画水平显示；

（c.7）逐列扫描水平数字图像，将水平数字图像分隔为多幅单个数字图像，每幅单个数字图像中只包含一个数字，或者只包含一个小数点；

（c.8）对步骤（c.7）中获取的所有单个数字图像进行逐行扫描，获取单个数字图像中数字的上边界和下边界，获取上边界和下边界之间的图像数据作为纯数字图像数据，保存所述的纯数字图像。

4.如权利要求3所述的数显式测振仪的自动校准装置，其特征在于：步骤（c.7）中将水平数字图像分隔为多幅单个数字图像的步骤包括以下步骤：

（c.7.1）获取水平数字图像的最左边一列作为当前列；

（c.7.2）从当前列开始按从左到右的顺序对水平数字图像进行逐列扫描，寻找白点的个数大于预设列白点个数阈值的列，若无法找到该列，则表示已经完成对水平数字图像的扫描，进入步骤（c.8）；若找到该列，则将该列作为单个数字图像的左边界；继续向右扫描，寻找白点的个数小于预设列白点个数阈值的列，若无法找到该列，则表示已经完成对水平数字图像的扫描，进入步骤（c.8）；若找到该列，则将该列作为单个数字图像的右边界；将左边界与右边界之间的图像数据作为单个数字图像数据，保存所述的单个数字图像；

（c.7.3）将步骤（c.7.2）中的右边界的后一列作为当前列，重复执行步骤（c.7.2）。

5.如权利要求4所述的数显式测振仪的自动校准装置，其特征在于：步骤（c.8）中生成纯数字图像的步骤包括以下步骤：

（c.8.1）获取步骤（c.7）中的第一幅单个数字图像为当前单个数字图像；

（c.8.2）对当前单个数字图像从上往下逐行扫描，直到寻找到第一个包含的白点个数大于预设行白点个数阈值的行，将该行作为纯数字图像的上边界；对当前单个数字图像从下往上逐行扫描，直到寻找到第一个包含的白点个数大于预设行白点个数阈值的行，将该行作为纯数字图像的下边界；获取上边界和下边界之间的图像数据作为纯数字图像数据，保存所述的纯数字图像；

（c.8.3）判断当前的单个数字图像是否是最后一幅单个数字图像，若是，进入步骤（d）；若否，则将下一幅单个数字图像作为当前单个数字图像，重复执行步骤（c.8.2）。

6.如权利要求5所述的数显式测振仪的自动校准装置，其特征在于：在进行步骤（c.6）之前，先去除二值化图像中的杂点，方法为：计算二值化图像中的每一个白点区域内的白点个数，判断白点个数是否大于预设阈值，若是，则该白点区域为数字区域；若否，则该白点区域为杂点，将该白点区域内的所有白点置为黑点。

7.如权利要求1所述的数显式测振仪的自动校准装置，其特征在于：步骤（d）中，识别数字含义和小数点以及计算数显式测振仪示值包括以下步骤：

（d.1）在处理器中预设数字0和2-9的数字列表；

（d.2）获取所有纯数字图像的高度，将最大的高度记录为max_height，并获取第一幅纯数字图像作为当前纯数字图像；

（d.3）获取当前纯数字图像的高度height，判断height< max_height×0.3是否成立，若成立，则当前纯数字图像代表的含义为小数点，记录当前纯数字图像在所有纯数字图像中的位置，这个位置也就是小数点在数字中的位置，进入步骤（d.6）；若否，则进入步骤（d.4）；

（d.4）获取当前纯数字图像的宽度width，判断width<height×0.3是否成立，若成立，则当前纯数字图像代表的含义为数字1，进入步骤（d.6）；若不成立，则进入步骤（d.5）；

（d.5）将当前纯数字图像与所述的数字列表比对，获得当前纯数字图像代表的数字含义；

（d.6）判断当前纯数字图像是否是最后一幅纯数字图像，若是，则利用所有的纯数字图像的识别结果计算出数显式测振仪示值；若否，则获取下一幅纯数字图像作为当前纯数字图像，重复执行步骤（d.3）-（d.5）；

步骤（d.1）中的数字列表为使用七段分区法标识的数字列表；所述的七段分区法标识的数字是指将纯数字图像用三段横线和四段竖线分为七段区域，上横线为a区域，中横线为g区域，下横线为d区域，左边的上竖线为f区域，左边的下竖线为e区域，右边的上竖线为b区域，右边的下竖线为c区域；

使用七段分区法标识的数字列表中的列表信息与数字0和2-9一一对应；在每个数字的列表信息中，若该数字对应的纯数字图像的分段区域内有线段标示，则将该段区域的标记赋值为1；若分段区域内没有线段标示，则将该段区域的标记赋值为0。

8.如权利要求7所述的数显式测振仪的自动校准装置，其特征在于：步骤（d.5）中获得当前纯数字图像代表的数字含义包括以下步骤：

（d.5.1）分别获取当前纯数字图像的七段分区内的白点个数，若所述的分区内的白点个数大于或等于30%的该分区内的像素点个数，则将该分区的标记置为1，否则置为0；记录当前纯数字图像的七段分区标记赋值；

（d.5.2）将当前纯数字图像的七段分区标记赋值与数字列表的信息比对，确定当前纯数字图像代表的数字含义，如果当前纯数字图像的七段分区标记赋值不与数字列表的信息中的任何一个符合，则本次识别无效，舍弃本次识别。

9.使用如权利要求1-8之一所述的数显式测振仪的自动校准装置校准数显式测振仪的方法，包括以下步骤：

1）、功率放大器的增益调整到预定位置上；处理器将信号发生器输出信号的幅值设置为0，频率设置为试验任务列表中的规定值f（此后保持不变）；

2）、将信号发生器输出信号幅值Ui增加到初始值a，为防止信号发生器输出信号幅值的增大可能会对标准振动台产生冲击，以a/100为步长逐步增大信号发生器的输出幅值，每步延时50ms，然后测量出标准振动台的实时振级Xi；

3）、标准振动台实时振级Xi的测量方法为：读取频比计数器的测量出的激光测振仪输出信号和信号发生器输出信号的频率比N，则标准振动台的实时振幅S=λN/8（式中λ为激光测振仪中激光的波长）；标准振动台的实时振动速度幅值V=2πf·S（式中π为圆周率，f为信号发生器输出频率）；标准振动台的实时振动加速度幅值A=2πf·V，所述的实时振幅、实时振动速度幅值或实时振动加速度幅值表征实时振级Xi；

4）、根据信号发生器输出信号幅值与标准振动台输出振级基本呈线性关系的假设，可得到比例因子k=Xi/Ui，那么欲达到设定的振级Xs，则信号发生器的目标输出信号幅值为Us=Xs/k，继而得到信号发生器输出信号幅值的增量ΔU=Us- Ui，为防止因ΔU过大对标准振动台产生冲击，引入增量电压修正系数r（0<r<1），修正公式为：U’s=Ui+rΔU，然后将信号发生器输出信号幅值从Ui以（U’s-Ui）/100为步长逐步增大到U’s，每步延时50ms，并按照步骤3）中方法测量出信号发生器输出信号幅值调整后的振级X’s，然后计算出振级偏差 ，若振级偏差δ的绝对值小于振级控制精度ε，则完成振级调整；若振级偏差δ的绝对值大于振级控制精度ε，则将U’s赋值给Ui，X’s赋值给Xi，之后重复步骤4）中过程，直到振级偏差δ小于振级控制精度ε；

5）、采用图像识别的方法读取由数显式测振仪测量出的标准振动台的振级；

6）、判断试验是否完成，如果是，进入步骤7），如果否，则进入步骤1），进行下一个试验任务；

7）、生成试验报表，根据步骤4）得到的标准振动台实时振级以及步骤5）得到的振级，分别计算数显式测振仪在所有测量振级下的测量偏差，所有的测量偏差形成试验报表，完成对数显式测振仪的校准工作。

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