CN102322938A - 压电柔性板结构振动的视觉测量装置及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了压电柔性板结构振动的视觉测量及控制装置。为了检测柔性板弯曲和扭转振动，在柔性板自由端前方安装CCD相机，保证相机光轴与柔性板在静止时自由端面垂直；并且振动时自由端边缘的ROI区域始终处于相机视场范围内。CCD相机测量边缘的振动的每一帧图像，计算机处理检测的图像序列，提取自由端面边缘，并采用提出的算法获取反映柔性板结构低频弯曲和扭转振动的参数。在柔性板两侧对称布置压电片作为驱动器，并通过对压电片的合理组合及施加电压方式，得到驱动柔性板弯曲和扭转振动的驱动器。以视觉测量的弯曲和扭转振动信号，处理后分别进行反馈控制柔性板振动。

Description

压电柔性板结构振动的视觉测量装置及控制方法

技术领域

本发明涉及大型柔性悬臂结构的弯曲振动和扭转角测量及主动控制，特别涉及压电柔性板结构振动的视觉测量装置及控制方法。

背景技术

航天飞行器的太阳能帆板通常以大型悬臂梁结构形式存在于太空环境中，并具有低刚度、小阻尼、固有频率低和低阶模态密集等特征。由于太空环境恶劣，宇宙风、粒子流的影响，以及航天器本身的机动等动作，极易引发航天器的太阳能帆板结构的持续振动。如果不采用有效的抑制措施，其大幅度的振动相应将延续很长时间，不仅影响到柔性结构本身的工作性能，而且通过与航天器主体的耦合作用，进而可产生影响航天器的姿态稳定和定向精度问题。

柔性化、大型化是各类航天结构的一个重要发展趋势，轻型结构可以增加有效载荷的重量，提高运载工具的效率；大型结构可以增加空间的功能和航天器设计、制造的灵活性。然而，由于大型柔性结构刚度低、柔性大，在无外阻的太空中运行时，极易受到外部激励作用而产生持续时间较长的低频大幅值振动，柔性悬臂板的振动包括低频弯曲和扭转模态耦合的振动。需要对低频振动进行测量，分析振动特性，控制柔性结构的振动，以保证柔性结构及其上各种精密仪器的正常工作。在当今世界各主要国家大力发展航空航天技术的背景下，太空条件下的大型柔性结构的振动测量和主动控制就成为当今世界普遍关注而富有挑战性的重要课题。

现有的技术中，采用柔性悬臂板结构模拟太空帆板，研究结构的弯曲和扭转模态振动测量及主动控制，主要采用压电片、加速度传感器、形状记忆合金等传感器件，通过优化配置传感器，实现弯曲和扭转模态的测量及主动控制。但是，压电材料和形状记忆合金由于自身强度、疲劳寿命及耐温性能等因素，应用受到一定的限制；加速度传感器测量得到的信号中噪声相对较大，需要对信号进行滤波。上述传感器都是采用接触式测量方法，由于传感器需要与柔性结构直接接触，必将在柔性结构上增加一些物理效应（例如改变振动物体的频率、振幅等），影响测量结果的准确性和客观性。

中国专利申请CN200810218738公开的一种基于视觉的太空帆板弯曲和扭转低频模态检测方法与装置，其装置在挠性悬臂板自由端纵向中线安装一LED发光管，并在挠性悬臂板纵向中线的一侧安装另一LED发光管，但该装置很难根据目标物图像的具体情况确定出合适的阈值。

在大型柔性结构振动测量及主动控制的研究中，非接触测量则能避免上述弊端，且还能快速获取测量数据。非接触测量以光电、电磁等技术为基础，在不接触被测物体表面的情况下，获取反映结构振动的参数信息。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供压电柔性板结构振动的视觉测量装置及控制方法。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

压电柔性板结构振动的视觉测量装置，柔性板6一端固定在基座1上，在柔性板6的表面粘贴压电陶瓷驱动片；柔性板6另一端为自由端，自由端前方安装CCD相机9，CCD相机9光轴与静止时的柔性板6自由端面垂直，静止时的柔性板6自由端面处于CCD相机9视场范围的水平中间位置；CCD相机9上安装镜头8，镜头8前端安装光源7，CCD相机9输出端口与计算机10连接，计算机10与显示器11连接，计算机10与双通道D/A转换器12的输入端连接，双通道D/A转换器12与双通道电压放大器13连接，双通道电压放大器13与压电陶瓷驱动片连接。

所述压电陶瓷驱动片共有8片，压电陶瓷驱动片分别分布在柔性板6两侧，每面4片，双面对位粘贴，构成第一压电陶瓷驱动片对2、第二压电陶瓷驱动片对3、第三压电陶瓷驱动片对4、第四压电陶瓷驱动片对5；所述第一压电陶瓷驱动片对2、第二压电陶瓷驱动片对3同侧压电驱动连接的极性相同；第三压电陶瓷驱动片对4和第四压电陶瓷驱动片对5同侧压电驱动连接的极性相反。

所述的8片压电陶瓷驱动片的负极与柔性板6粘贴，第一压电陶瓷驱动片对2和第二压电陶瓷驱动片对3的两极分别连接双通道电压放大器13通道Ⅰ的两极；第三压电陶瓷驱动片对4和第四压电陶瓷驱动片对5的两极分别连接双通道电压放大器13通道Ⅱ的两极。

压电柔性板结构振动的视觉测量控制方法，控制方法步骤如下：

第一步：CCD相机9获取柔性板6发生的弯曲和扭转振动信息的图像序列，通过接口转换电路传输到计算机10；

第二步：计算机10根据第一帧图像中的柔性板6自由端位置和后续图像中柔性板(6)自由端的最大变化范围，确定图像ROI（Region Of Interest,感兴趣区域）；

第三步：计算机10采用快速并行中值滤波算法对ROI进行滤波减噪；

第四步：运用一阶导数微分算子Roberts边缘检测算子对第三步中确定的ROI进行微分运算，初步确定柔性板6的边缘信息；利用Hough变换检测图像中直线，修正初步确定的边缘，获取柔性板6自由端的边缘信息；

第五步：把由第四步获取的柔性板6自由端的边缘信息作为计算机10反馈信息，由计算机10产生相应的控制信号，双通道D/A转换器12对控制信号进行D/A转换，双通道电压放大器13放大控制电压，驱动压电陶瓷驱动片。

第二步处理第一幅图像时，处理由图像高度的1/10、全部宽度方向数据组成的ROI；计算出第一幅图像中柔性板6自由端面的中心坐标后，对于后续序列图像，采用运动跟踪方法确定ROI范围，仅处理由同样高度、100列宽度方向数据组成的ROI。

第三步所述的快速并行中值滤波算法还可以采用改进的快速并行中值滤波算法：模板在图像中按行移动时，根据像素点所在的列与模板中应该更新的列的关系                                                

；j是图像中像素所在的列，J是模板中需要更新的列，%表示求余运算。

所述模板是是

模板，对于第1列（列数从0开始）的像素值，将该像素点的八邻域像素值赋值给模板，按照快速并行中值滤波算法进行处理；而对于第j（

）列像素点，仅需将该像素点邻域j+1列的像素值赋值给模板中

列和对模板中的

列进行降序排列，%表示求余运算。

第四步所述采用一阶导数微分算子Roberts边缘检测算子，提取出图像ROI中柔性板6自由端面的边缘；通过求取图像ROI中每行像素值的极大值点，初步得到柔性板6自由端面边缘；运用Hough变换，检测ROI中的直线，修正初步提取的边缘；柔性板6自由端面的中心即两边缘的中心

，将该中心坐标与未振动时初始位置相减得到图像中柔性板自由端位移

，利用标定得到的图像坐标系中距离与世界坐标系中距离之间的转换关系，计算得到柔性板6自由端面中心的实际位移

；在图像坐标系空间中，利用最小二乘法，将柔性板6自由端面两直线边缘参数化，得到两直线边缘为

，柔性板6扭转角为

；

其中

为图像中自由端面两平行直线边缘上第

个像素水平坐标，

表示自由端面两平行直线边缘上的像素总数，

表示图像中柔性板6静止时自由端面水平中心坐标，

是图像坐标系下距离与世界坐标系下距离之间的转换关系，

、分别代表两边缘直线在纵坐标上的截距，

为图像中自由端两平行直线边缘的斜率，

为柔性板6静止时图像中自由端面两平行直线边缘的斜率。

本发明与现有技术比较具有如下优点和有益效果：

(1) 机器视觉属于非接触测量，本发明中的测量方法不需要在柔性板上安装任何辅助器件或设备，不改变柔性结构的物理属性，在光线适度的环境中即可参与测量，且可通过人工手段来营造适宜的测量环境，优于采用粘贴要求较高的脆性压电陶瓷材料；图像成像不易受环境中噪声干扰，通过调节CCD相机上的镜头焦距，可实现远距离测量。

(2) 采用加速度传感器、角速率陀螺仪、压电传感器等传感器测试模拟太空帆板的柔性板低频弯曲和扭转振动，传感器所检测到的信息还会耦合航天器本体的转动加速度和角度率等信息，需采用相应的措施去掉这些信息。采用视觉传感器测试振动时，CCD相机相对本体固定，所得到的信息就是太空帆板相对本体的运动信息。图像包含的信息广泛，可以从图像中获取柔性板的位移、扭转角等信息，采用不同的图像处理方法，还可以得到其他参数信息，具有其他传感器无法比拟的优势。

(3) 传统图像处理方法需要确定图像的阈值，以分割出图像中的目标物，阈值的准确与否，直接影响到图像分割的效果，并进而影响目标物边缘定位和识别，而目前的图像处理方法很难根据图像的具体情况确定出合适的阈值。本发明中采用的边缘提取方法，不需要确定图像的阈值，且能准确的定位图像中柔性板自由端面的边缘，并进一步利用边缘修正方法，修正提取的边缘。通过上述方法，减少了图像处理的误差，提高了边缘识别和定位的准确性。 

(4) 本发明中的改进的快速并行中值滤波算法，在保证处理结果与传统中值滤波算法相同的前提下，极大地提升了中值滤波的处理速度。

附图说明

图1是本发明的一种可选实施实例试验装置组成示意图，

 图2是图1装置中柔性板压电片的粘贴方式示意图，

 图3是图1装置中柔性板和压电片的尺寸及位置图，

 图4是图3装置局部放大示意图，

图5是图3装置局部放大示意图，

图6 是图1装置中柔性板压电驱动器的弯曲和扭转驱动方式示意图。

图1-6：1--基座，2-5--压电陶瓷驱动片对，6--柔性板，7--光源，8--镜头，9--CCD相机，10--计算机，11--显示器，12--双通道D/A转换器，13--双通道压电放大器。

具体实施方式

下面结合附图和实施实例对本发明作进一步说明，本发明的保护范围并不局限于实例所述范围。

如图1所示，基于机器视觉的太空帆板低频弯曲和扭转振动的测量及主动控制装置，包括基座1、压电陶瓷驱动片对2-5、柔性板6、光源7、镜头8、CCD相机9、计算机10和显示器11、双通道D/A转换器12、双通道电压放大器13等部分。

柔性板6几何尺寸和压电陶瓷驱动片对2-5的布置如图3所示，图4和图5分别为图3的局部放大图。柔性板6的几何尺寸为

，距柔性板6根部

处和处两侧分别关于侧面中线对称粘贴压电陶瓷驱动片，上、下压电陶瓷驱动片之间距离

，压电陶瓷驱动片尺寸为

，同侧压电陶瓷驱动片关于柔性板6侧面中心线对称。柔性板6两侧压电陶瓷驱动片对称布置，共8片，每面4片，双面对位粘贴。

压电陶瓷驱动片的双面分别为正负两个电极，双通道电压放大器13给两个电极供电实现压电陶瓷驱动片的伸长和压缩，这样就可作为驱动器。在压电陶瓷驱动片粘贴到柔性板6时，将所有8片压电陶瓷驱动片的负极与柔性板6粘贴。在粘贴方式上，图2 (a)为扭转振动驱动器，由4片压电陶瓷驱动片组成，分为压电陶瓷驱动片对4和压电陶瓷驱动片对5，每对压电陶瓷驱动片在柔性板6的两侧对位粘贴。图2 (b)为弯曲振动驱动器，由4片压电陶瓷驱动片组成，分为压电陶瓷驱动片对2和压电陶瓷驱动片对3，每对压电陶瓷驱动片在柔性板6的两侧对位粘贴。

压电陶瓷驱动片与双通道电压放大器13的线路连接方式如图2所示。由于压电陶瓷驱动片的负极都与柔性板6粘贴，因此所有4组压电陶瓷驱动片对在柔性板6两侧压电陶瓷驱动片接线方式相反，即驱动后每对压电陶瓷驱动片都是一个伸长，另一个压缩，使得柔性板6在粘贴压电陶瓷驱动片对附近产生局部弯曲。

按图2 (a)的接线方式，压电陶瓷驱动片对4 的接线方式和压电陶瓷驱动片对5的接线方式相反，压电陶瓷驱动片4和压电陶瓷驱动片5的两极分别连接双通道电压放大器13的通道Ⅱ两极，同时由一路电压放大器同时驱动。这样在压电陶瓷驱动片对4附近的弯曲方向与压电陶瓷驱动片对5附近柔性板6的弯曲变形相反，如图6所示的压电陶瓷驱动片对4和压电陶瓷驱动片对5所示，这样就使得柔性板6产生扭转运动，通过负反馈就可以控制扭转振动。

按图2 (b)的接线方式，对应驱动产生柔性板6弯曲运动的压电陶瓷驱动片对2和压电陶瓷驱动片对3的接线方式相同，压电陶瓷驱动片对2和压电陶瓷驱动片对3的两极分别连接双通道电压放大器13通道Ⅰ的两极，同时由一路电压放大器同时驱动，在压电陶瓷驱动片对2和压电陶瓷驱动片对3附近产生相同方向的弯曲，这样就使得柔性板6产生弯曲运动，也就可以通过负反馈控制柔性板6的弯曲振动。如图6所示的压电陶瓷驱动片对2和压电陶瓷驱动片对3所示。

按照上述的压电陶瓷驱动片的粘贴方式、与双通道电压放大器13的连接方式，就分别得到了柔性板6弯曲和扭转振动的驱动器，产生弯曲和扭转驱动的示意图如图6所示。

CCD相机9型号为Imagesource DFK21BU04，采集的图像大小为

，帧率为60fps(帧/秒)。也就是说，采用的CCD相机9检测的图像大小在高度（竖直）方向为480个像素，在宽度（水平）方向为640个像素，即分辨率为307200个像素，每秒连续拍摄并传输至计算机60帧图像。CCD相机9通过USB接口与计算机10连接，利用CCD相机9作为传感器检测柔性板6低频弯曲和扭转振动。利用CCD相机9测量得到的柔性板6自由端面横向中心位移和扭转角作为反馈，由计算机10主动控制算法产生控制量，经过双通道D/A转换器12、双通道压电放大器13后，压电陶瓷驱动片对2-5产生控制作用，抑制柔性板6的振动。

CCD相机9相对柔性板6固定端的位置和姿态确定，位于柔性板6自由端正前方距离300mm处。静止时柔性板6自由端面与CCD相机9光轴线垂直，且处于相机视场范围的水平中间位置处，保证柔性板6振动时自由端始终处于CCD相机9的视场范围内且正面拍摄。整个系统中，存在以像素为单位的图像平面直角坐标系

、以毫米为单位的图像平面直角坐标系

、CCD相机9坐标系

和世界坐标系，各坐标系的原点分别记为

、

、

和

，其中点为图像左上角第一个像素，

点为图像的中心

，为相机光心，

为CCD相机9前方一定距离处某一点，且

、

、

均位于相机光轴线上，

和均为相机光轴线方向，CCD相机9光轴线与

、

、

和

均垂直。其中

轴、轴、

轴平行且同向，

轴、

轴、

轴也平行同向。相机位置和姿态固定，CCD相机9坐标系与世界坐标系只存在平移关系。

图像中任一像素在坐标系

和

下关系为：

其中，

、

分别表示CCD相机9成像芯片上每一像素在轴、

轴方向上的物理尺寸。

空间中某一点在世界坐标系

和CCD相机9坐标系

下坐标之间关系为：

其中，

和

分别表示两坐标系之间的旋转和平移关系矩阵，

，

，

图像中任一像素在图像坐标系和CCD相机9坐标系

下关系为：

其中，

表示CCD相机9焦距。

图像中任一像素在图像坐标系

和世界坐标系

下关系为：

柔性板振动时，自由端面近似在平面

内振动，即世界坐标系中，

是个常数。上式变形为：

其中，

、

、

、

、

为CCD相机9内部参数，

为外部参数，内部参数由CCD相机9内部结构有关，外部参数通过标定获取。本发明中采用的CCD相机9，

，故图像中像素沿

和

轴的物理尺寸相同。图像中柔性板6末端面中心在图像坐标系

和世界坐标系

中的初始位置分别为

和

，振动时某一时刻的位置为

和

，柔性板6自由端面中心在图像坐标系和世界坐标系下的位移之间的关系为：    

当柔性板6发生弯曲和扭转振动时，CCD相机9拍摄的包含柔性板6自由端面的图像序列通过USB接口传输至计算机10，由计算机10程序对图像序列进行相关识别处理，获取柔性板6自由端的横向位移和扭转角。

测量过程中，需要对图像数据进行处理才能获取测量结果，而图像数据量大，为保证整个闭环控制系统的实时性，选取图像ROI，减少图像处理的数据量，并采用改进的快速并行中值滤波算法减少随机噪声影响，提高图像处理速度。由于图像中柔性板6自由端长度方向大致沿图像高度方向，且CCD相机9拍摄自由端的中段，故图像每行像素（高度方向）中有均有自由端面成像点；对于柔性板6的低频弯曲和扭转振动来说，自由端面形状为矩形。高度方向选取图像高度的1/10，即可反映出振动信息；自由端面运动当前采样时刻运动位置范围是以上一个采样时刻位置为中心附近的100个像素内。处理采集的第一幅图像时，ROI由图像高度的1/10、全部宽度方向像素组成的，即ROI大小为

个像素。通过图像处理程序计算出第一帧图像的柔性板自由端面的中心坐标，即确定了柔性板6自由端的初始位置。对于后续各帧图像，采用运动跟踪方法确定ROI范围，ROI由图像高度的1/10、100列宽度方向像素组成的，即ROI大小为像素。在保证测量要求的前提下，通过选取图像ROI，大幅度地减少处理的数据量，满足实时性要求。第一帧图像与后续各帧图像，仅ROI大小不同，后续处理方法相同。

确定图像的ROI后，采用中值滤波方法对ROI进行滤波，减少ROI中的噪声，提高ROI质量。采用空域模板滤波方式，即一定大小的模板在ROI上移动，将模板上的像素值中值作为该点的像素值。由于传统的中值滤波算法需要不断对全部模板元素赋值和排列，耗时较长。本发明中采用改进的快速并行中值滤波算法模板大小为（

）。

快速并行中值滤波算法如下（仅考虑单个模板内的运算）：

1． 对模板中的每一列像素值从上至下按降序排列，将每列计算出来的最大值、中值和最小值分别组成最大值组、中值组和最小值组。

2． 分析判断模板中的像素值。可知：最大值组中的最大值一定是9个像素中的最大值；最小值组的最小值一定是9个像素中的最小值；中值组中的最大值一定至少大于5个像素值，中值组中的最小值一定至少小于5个像素值；最大值组中的中值一定至少大于5个像素值，最小值组中的中值一定至少小于5个像素。由此可判断，中值只可能是剩下的3个像素值的中值。

求取剩下的3个像素值的中值，得到整个模板的中值。

上述快速并行中值滤波算法仅仅考虑单个模板内的运算，当模板在图像中移动时，需要不断更新整个模板的像素值；而本发明中采用的改进的快速并行中值滤波算法与上述快速并行中值滤波算法相比较，当模板在图像中按行移动时，不需要每次都更新整个模板的像素值，而是根据像素点所在的列与模板中应该更新的列的关系

，j是图像中像素所在的列，J是模板中需要更新的列，%表示求余运算，这里是对于

的模板而言。对于第1列列数（从0开始）的像素值，将该像素点的八邻域像素值赋值给模板，按照快速并行中值滤波算法进行处理；而对于第j（

）列像素点，仅需将该像素点邻域j+1列的像素值赋值给模板中

列和对模板中的

列进行降序排列。该方法避免了重复对模板中的元素全部赋值和排列，缩短了中值滤波的时间。

ROI经过中值滤波，提高了图像质量。运用一阶导数微分算子Roberts算子，对ROI进行微分运算，提取图像边缘信息。Roberts微分算子为：                   

其中，

、分别是微分算子中

、

方向的分量，

表示八邻域模板中第个像素值，八邻域模板为：

微分运算后，通过求取ROI中每行像素值的两个极大值，并将两极大值处的像素值置为灰度最大值255，其他位置处像素值置为灰度最小值0，即可初步确定柔性板6自由端的边缘。利用Hough变换，检测ROI中的直线，修正初步提取的边缘。

在图像空间中，利用最小二乘法，将柔性板6自由端面两平行边缘直线参数化，得到两直线为：

其中，

、和

分别表示图像平面直角坐标系

中的纵坐标和横坐标，

为直线斜率，

、

分别是两直线在纵坐标

上的截距。

计算图像ROI中柔性板6自由端面的水平中心坐标

： 

 

其中，表示图像中柔性板6自由端面边缘上像素的横坐标，

表示两直线上像素的总个数。将该中心水平坐标与未振动时初始位置自由端面中心水平坐标相减，得到图像中柔性板6自由端面中心的横向位移：

其中，表示柔性板6静止时自由端面中心水平坐标。通过标定得到的图像坐标系与世界坐标系下尺寸之间的关系，计算得到柔性板6末端中心的实际水平位移：

其中，

是标定得到的图像坐标系中距离和世界坐标系中距离之间的数学关系，即

。

计算图像ROI中柔性板6自由端面的扭转角

：

。

其中，

是柔性板6静止时自由端面边缘直线的斜率。

利用上述的位移和转角分别可以得到柔性板6的弯曲和扭转振动，分别利用这两个信号反馈，运行控制算法后，经过双通道D/A转换器12转换成模拟量，再经过双通道电压放大器13放大后，驱动压电片分别产生弯曲和扭转控制力矩，进行控制柔性板6的振动。

Claims (8)

1.压电柔性板结构振动的视觉测量装置，其特征在于：柔性板（6）一端固定在基座（1）上，柔性板（6）的表面粘贴压电陶瓷驱动片；柔性板（6）另一端为自由端，自由端前方安装CCD相机（9），CCD相机（9）光轴与静止时的柔性板（6）自由端面垂直，静止时的柔性板（6）自由端面处于CCD相机（9）视场范围的水平中间位置；CCD相机（9）上安装镜头（8），镜头（8）前端安装光源（7），CCD相机（9）输出端口与计算机（10）连接，计算机（10）与显示器（11）连接，计算机（10）与双通道D/A转换器（12）的输入端连接，双通道D/A转换器（12）与双通道电压放大器（13）连接，双通道电压放大器（13）与压电陶瓷驱动片连接。

2.根据权利要求1所述的压电柔性板结构振动的视觉测量装置，其特征在于所述压电陶瓷驱动片共有8片，分别分布在柔性板（6）两侧，每面4片，双面对位粘贴，构成第一压电陶瓷驱动片对（2）、第二压电陶瓷驱动片对（3）、第三压电陶瓷驱动片对（4）、第四压电陶瓷驱动片对（5）；所述第一压电陶瓷驱动片对（2）、第二压电陶瓷驱动片对（3）同侧压电驱动连接的极性相同；第三压电陶瓷驱动片对（4）和第四压电陶瓷驱动片对（5）同侧压电驱动连接的极性相反。

3.根据权利要求1所述的压电柔性板结构振动的视觉测量装置，其特征在于所述的8片压电陶瓷驱动片的负极与柔性板（6）粘贴，第一压电陶瓷驱动片对（2）和第二压电陶瓷驱动片对（3）的两极分别连接双通道电压放大器（13）通道Ⅰ的两极；第三压电陶瓷驱动片对（4）和第四压电陶瓷驱动片对（5）的两极分别连接双通道电压放大器（13）通道Ⅱ的两极。

4.应用权利要求1~3之一所述装置压电柔性板结构振动的视觉测量控制方法，其特征在于控制方法步骤如下：

第一步：CCD相机（9）获取柔性板（6）发生的弯曲和扭转振动信息的图像序列，通过接口转换电路传输到计算机（10）；

第二步：计算机（10）根据第一帧图像中的柔性板（6）自由端位置和后续图像中柔性板(6)自由端的最大变化范围，确定图像ROI；

第三步：计算机（10）采用快速并行中值滤波算法对ROI进行滤波减噪；

第四步：运用一阶导数微分算子Roberts边缘检测算子对第三步中确定的ROI进行微分运算，初步确定柔性板（6）的边缘信息；利用Hough变换检测图像中直线，修正初步确定的边缘，获取柔性板（6）自由端的边缘信息；

第五步：把由第四步获取的柔性板（6）自由端的边缘信息作为计算机（10）反馈信息，由计算机（10）产生相应的控制信号，双通道D/A转换器（12）对控制信号进行D/A转换，双通道电压放大器（13）放大控制电压，驱动压电陶瓷驱动片。

5.根据权利要求4所述的压电柔性板结构振动的视觉测量控制方法，其特征在于第二步处理第一幅图像时，处理由图像高度的1/10、全部宽度方向数据组成的ROI；计算出第一幅图像中柔性板（6）自由端面的中心坐标后，对于后续序列图像，采用运动跟踪方法确定ROI范围，仅处理由同样高度、100列宽度方向数据组成的ROI。

6.根据权利要求5所述的压电柔性板结构振动的视觉测量控制方法，其特征在于第三步所述的快速并行中值滤波算法还可以采用改进的快速并行中值滤波算法：模板在图像中按行移动时，根据像素点所在的列与模板中应该更新的列的关系                                                

；j是图像中像素所在的列，J是模板中需要更新的列，%表示求余运算。

7.根据权利要求6所述的压电柔性板结构振动的视觉测量控制方法，其特征在于所述模板是是

模板，对于第1列（列数从0开始）的像素值，将该像素点的八邻域像素值赋值给模板，按照快速并行中值滤波算法进行处理；而对于第j（

）列像素点，仅需将该像素点邻域j+1列的像素值赋值给模板中

列和对模板中的

列进行降序排列，%表示求余运算。

8.根据权利要求7所述的压电柔性板结构振动的视觉测量控制方法，其特征在于第四步所述采用一阶导数微分算子Roberts边缘检测算子，提取出图像ROI中柔性板（6）自由端面的边缘；通过求取图像ROI中每行像素值的极大值点，初步得到柔性板（6）自由端面边缘；运用Hough变换，检测ROI中的直线，修正初步提取的边缘；柔性板（6）自由端面的中心即两边缘的中心

，将该中心坐标与未振动时初始位置相减得到图像中柔性板自由端位移

，利用标定得到的图像坐标系中距离与世界坐标系中距离之间的转换关系，计算得到柔性板（6）自由端面中心的实际位移

；在图像坐标系空间中，利用最小二乘法，将柔性板（6）自由端面两直线边缘参数化，得到两直线边缘为

，柔性板（6）扭转角为

；

其中

为图像中自由端面两平行直线边缘上第

个像素水平坐标，

表示自由端面两平行直线边缘上的像素总数，

表示图像中柔性板（6）静止时自由端面水平中心坐标，

是图像坐标系下距离与世界坐标系下距离之间的转换关系，

、分别代表两边缘直线在纵坐标上的截距，

为图像中自由端两平行直线边缘的斜率，

为柔性板（6）静止时图像中自由端面两平行直线边缘的斜率。

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