CN108234996A - 用于使用低每秒帧数（fps）相机检测机器的振动的系统和方法 - Google Patents

用于使用低每秒帧数（fps）相机检测机器的振动的系统和方法 Download PDF

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Abstract

使用低每秒帧数(FPS)相机检测机器的振动的方法和系统。所述方法包括：通过频闪系统照亮振动对象并捕获视频。此外，将频率设置为与振动对象的频率匹配的第二频率，并捕获另一视频。随后，将视频转换为图像，并且执行进一步分析，以用于计算振动对象的频率。

Description

用于使用低每秒帧数(FPS)相机检测机器的振动的系统和 方法
优先权要求
该专利申请要求2016年12月15日提交的印度申请No.201621039722的优先权。上述申请的完整内容通过引用合并在本文中。
技术领域
本文中的公开总体上涉及机器的振动，更具体地说，涉及使用低每秒帧数(FPS)相机检测机器的振动的系统和方法。
背景技术
通常，需要探测机器以检查机器是否正常工作。每当在机器中检测到劣化时，必须立即矫正劣化。否则，劣化将影响整个机器的稳定。通常使用与机器接触的传感器或昂贵的相机来检测机器中的劣化。然而，由于机器的不同部分以不同的振动频率振动，因此使用与机器接触的传感器探测正在振动的机器是困难的。
发明内容
本公开的实施例提出的技术改进作为对发明人在传统系统中所认识到的一个或多个上述技术问题的解决方案。例如，在一个实施例中，一种使用低每秒帧数(FPS)相机检测机器的振动的方法。所述方法包括：识别机器中的振动对象。此外，通过频闪系统以第一频率照亮振动对象。随后，捕获振动对象的第一视频。此外，基于对第一视频的分析而将频闪系统的频率从第一频率设置为第二频率，使得第二频率与振动对象的频率匹配。随后，捕获振动对象的第二视频。此外，基于对第一视频和第二视频的分析而确定振动对象的频率。
在另一实施例中，公开一种用于对钢包(ladle)操作进行热量监控并且提供建议控制的系统。所述系统包括：至少一个处理器；以及存储器，其以通信方式联接到所述至少一个处理器，其中，所述存储器包括多个模块。所述模块包括振动检测模块，其识别机器中的振动对象。此外，通过具有第一频率的频率的频闪系统来照亮振动对象。随后，捕获振动对象的第一视频。此外，基于对第一视频的分析而将频闪系统的频率从第一频率设置为第二频率，使得第二频率与振动对象的频率匹配。随后，捕获振动对象的第二视频。此外，基于对第一视频和第二视频的分析而确定振动对象的频率。
应理解，前面的总体描述和以下详细描述都仅是解释性的，而并非限制所要求保护的本发明。
附图说明
被并入本公开且构成本公开的一部分的附图示出示例性实施例，并且连同说明书一起用于解释所公开的原理：
图1示出根据本主题一些实施例的用于使用低每秒帧数(FPS)相机检测机器的振动的系统；
图2是根据本主题一些实施例的将机器照亮的频闪系统的架构的框图；以及
图3是示出根据本主题一些实施例的用于使用低每秒帧数(FPS)相机检测机器的振动的方法的流程图。
具体实施方式
参照附图描述示例性实施例。在附图中，附图标记的最左边数字标识附图标记首次出现的附图。在任何方便的地方，在所有附图中使用相同附图标记以指代相同或相似的部分。虽然在本文中描述了所公开的原理的示例和特征，但在不脱离所公开的实施例的精神和范围的情况下，修改、适配和其它实现方式是可能的。以下详细描述旨在仅看作是示例性的，其中真实范围和精神由所附权利要求指示。
在一个方面，公开一种使用低每秒帧数(FPS)相机检测机器的振动的方法。所述方法包括：使用具有未知频率的频闪系统来照亮振动对象。此外，将频闪系统的频率从第一频率设置为第二频率，使得第二频率与振动对象的频率匹配，并且此外，捕获振动对象的视频。随后，将两个视频转换为图像，并且跟踪对象以确定对象的差异。如果不存在显着差异，则增加频率。然而，如果在图像的对象中存在显着差异，则通过使用快速傅里叶变换(FFT)算法获得跟踪对象的频谱来测量频率分量。基于频谱，确定跟踪对象的频率值。
已经关于以下附图详细解释所描述的系统借以实现评价浏览者的用于提供反馈的能力的方式。虽然所描述的系统的各方面可以在任何数量的不同计算系统、传输环境和/或配置中实现，但在以下示例性系统的上下文中描述实施例。
图1示意性示出根据本公开实施例的用于使用低FPS相机检测振动对象中的振动的系统100。如图1所示，系统100包括彼此以通信方式联接的一个或多个处理器102和存储器104。存储器104包括振动检测模块106，其使用低FPS相机检测机器中的振动对象的振动频率。系统100还包括接口108。虽然图1示出系统100的示例性组件，但在其它实现方式中，与图1中所描绘的相比，系统100可以包含更少的组件、附加组件，不同组件或不同布置的组件。
处理器102和存储器104可以通过系统总线以通信方式联接。处理器102可以包括实现其中与通信相关联的音频和逻辑功能的电路。其中，处理器102可以包括时钟、算术逻辑单元(ALU)和逻辑门，其被配置为支持处理器102的操作。处理器102可以是单个处理单元或多个单元，其全都包括多个计算单元。处理器102可以实现为基于操作指令而操控信号的一个或多个微处理器、微计算机、微控制器，数字信号处理器、中央处理单元、状态机、逻辑电路和/或任何设备。在能力当中，处理器102被配置为拿取并且执行存储在存储器104中的计算机可读指令和数据。
可以通过使用专用硬件以及能够与适当软件关联执行软件的硬件来提供包括被标记为“处理器”的任何功能块的附图中所示的各种元件的功能。当由处理器提供时，功能可以通过单个专用处理器、单个共享处理器或其中一些可以共享的多个单独处理器提供。此外，明确使用术语“处理器”不应理解为排他性地指代能够执行软件的硬件，而可以隐含地包括但不限于数字信号处理器(DSP)硬件、网络处理器、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、用于存储软件的只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)以及非易失性存储器。也可以包括其它传统和/或定制的硬件。
接口108可以包括多个软件接口和硬件接口(例如用于外围设备(例如键盘、鼠标、外部存储器和打印机)的接口)。接口108可以促进各种网络和协议类型(包括有线网络(例如局域网(LAN))、线缆等)以及无线网络(例如无线LAN(WLAN)、蜂窝或卫星)内的多重通信。为此，接口108可以包括用于将系统100连接到其它网络设备的一个或多个端口。
存储器104可以包括本领域已知的任何计算机可读介质，包括例如易失性存储器(例如静态随机存取存储器(SRAM)和动态随机存取存储器(DRAM))和/或非易失性存储器(例如只读存储器(ROM)、可擦除可编程ROM、闪存、硬盘、光盘以及磁带)。存储器104可以存储系统100用于检测机器的振动的任何数量的信息和数据。根据各个示例性实施例，存储器104可以被配置为存储用于系统100执行各种功能的信息、数据、应用，指令等。此外或可替选地，存储器104可以被配置为存储当由处理器102执行时使得系统100以各个实施例中所描述的方式表现的指令。存储器104包括振动检测模块106以及其它模块。模块106包括执行特定任务或实现特定抽象数据类型的例程、程序、对象、部件、数据结构等。
本公开公开一种用于使用低FPS相机检测机器的振动的方法。所述方法包括：识别机器中的振动对象。由具有第一频率的频闪系统照亮振动对象。此外，使用30FPS相机捕获视频。此外，频闪系统的频率从第一频率变为第二频率。频闪系统的频率从第一频率改变到第二频率，使得第二频率与振动对象的频率匹配，从而可以捕获振动对象的第二视频。
图2是根据本主题一些实施例的将机器照亮的频闪系统的架构的框图。架构包括机器或振动待检测的振动对象206。此外，由闪光灯202照亮振动对象206。此外，使用低每秒帧数(FPS)相机204捕获第一视频，并且将其发送到仿真器208(例如MATLAB 208)以用于进一步分析。基于进一步分析，捕获第二视频。在以下描述中解释对第一视频和第二视频的分析。
在实施例中，根据第一视频和第二视频检测机器中的振动对象206的一个或多个振动周期。此外，为了根据第一视频和第二视频进行分析并且跟踪振动对象206，将第一视频转换为第一图像集合，并将第二视频转换为第二图像集合，其中，第一集合和第二集合中的每一个可以包括一个或多个图像。用于根据第一图像集合跟踪振动对象206的分析包括：确定第一图像集合的第一频谱。相似地，也确定第二图像集合的第二频谱。此外，根据第一频谱确定第一峰值，并且根据第二频谱确定第二峰值。随后，根据第一峰值和第二峰值确定第一频率的整数商。此外，计算整数商与第一频率的乘积。将乘积与第一峰值相加，以确定振动对象206的频率。以下等式给出对象频率。
wo＝a×ws+m
以下计算给出用于确定振动对象206的频率的方法。可以在以下等式中通过每帧时间段表示整个系统，
在此，对象频率是wo，频闪系统202的频率是ws，f代表每秒帧数，m、n是频闪中的余数(或模数)，“a”是频闪中的整数商。给出每帧的相位差，给出每帧的频闪数量。因此，是每频闪的相位差。
如果则因为在帧的持续时间内对象在振动周期中的整个轨迹中正移动，所以振动对象的可提取性很低，因此，对象的位置正覆盖图片中的整个目标域。因此，通过单个位置来呈现对象变得无效。这样可能提示带来ws<f。然而，如果ws过低，则显然缺乏精度。此外，对于低的ws值，占空度(duty cycle)必须很高，从而灯打开达足够的持续时间以保持足够照亮，这样进而增加了运动模糊。另一方面，如果ws过高，则a变为零，致使余数m仍然很高。挑战在于获得允许计算值m的频率ws。随后，对于wo的值，如果ws1(第二频率)是给出“m”的特定值的值，则计算整数商a的值。
为了计算“a”的值，将频闪频率增加小的量Δ。
因此，wo＝a1(ws1+△)+m1
假设a1＝a，我们得到
a×ws1+m＝a(ws1+△)+m1
为了检查a的值是否尚未改变，将ws的值进一步增加量Δ，以给出：
wo＝a(ws1+2△)+m2
在确定对象频率之后，使用以下等式确定整数商：
在将ws的值增加之前以及之后，检查整数商“a”的值。
如果该值保持不变，则可以确定振动对象206的频率。
在示例性实施例中，利用具有振动频率341.3赫兹(Hz)的音叉以用于实验。频闪系统的频率从通过算法所决定的随机值开始。在该实验中，频率取为61Hz。期望相机在频闪时不测量振动频率。因此，频闪频率需要增加达(充足或特定)量。在频闪频率82.3Hz处，观测到峰值频率为11.506Hz。对于每1Hz频闪频率增加，峰值频率大约移位4Hz。表1给出对于每1Hz频闪频率增加，峰值频率变化的实验细节。根据该频率峰值，本实施例中公开的算法可以精确地测量音叉的振动频率。在该实验中，占空度对于约数频率检测起主要作用。本公开对于所有频闪频率考虑5％的占空度。
表1
相似地，当频率处于328Hz时，频率峰值谱在14.833处。在此情况下，如果频率增加1Hz，则峰值频率移位1Hz。表2中提供详细实验结果。
表2
在该实验中，观测到振动频率341.3Hz的音叉按84.6Hz频闪。从FFT算法观测到的峰值频率是2.846Hz。相似地，当同一系统按336.7Hz频闪时，则观测到的峰值频率是4.541Hz。基于以上结果，本公开中所提出的算法可以测量振动的频率。
图3是示出根据本公开一些实施例的用于使用低每秒帧数(FPS)相机检测机器的振动的方法的流程图。在块302，识别频率待确定的振动对象206。在块304，使用频闪系统202照亮振动对象206，其中，通过具有第一频率的频闪系统202捕获第一视频。此外，在块306，将频闪系统202的频率从第一频率设置为第二频率，使得第二频率与振动系统/对象206的频率匹配。随后，在块306，通过频闪系统捕获第二视频。此外，在块308，将两个所捕获的视频中的每一个转换为图像，以用于分析振动对象206的图像并且检测频率。
应理解，保护的范围扩展为这样的程序，并且此外，扩展为其中具有消息的计算机可读装置；该计算机可读存储装置包含程序代码装置，用于当程序在服务器或移动设备或任何合适的可编程设备上运行时实现所述方法的一个或多个步骤。硬件设备可以是可以被编程的任何种类的设备，包括例如任何种类的计算机(例如服务器或个人计算机等)或其任何组合。设备可以还包括可以是例如硬件装置(像例如专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA))或硬件和软件装置的组合(例如ASIC和FPGA或至少一个微处理器和至少一个具有位于其中的软件模块的存储器)。因此，装置可以包括硬件装置和软件装置。在此所描述的方法实施例可以通过硬件和软件实现。设备还可以包括软件装置。可替选地，实施例可以例如使用多个CPU被实现于不同的硬件设备上。
在此的实施例可以包括硬件和软件元件。通过软件实现的实施例包括但不限于固件、驻留软件、微码等。在本文中所描述的各种模块所执行的功能可以通过其它模块或其它模块的组合实现。为了该描述的目的，计算机可用介质或计算机可读介质可以是可以包括、存储、传递、传输或传送程序以用于由指令执行系统、装置或设备使用或与之结合的任何装置。
阐述所示步骤以解释所示的示例性实施例，并且应预期正在进行的技术发展将改变执行特定功能的方式。在此为了说明而非限制的目的而提出这些示例。此外，为了便于描述，在本文中已经任意地定义了功能构建块的边界。只要适当地执行所指定的功能及其关系，就可以定义可替选边界。基于本文所包含的教导，替选方案(包括在此描述的那些的等同方案、扩展方案、变化方案、变型方案等)对于本领域技术人员将是清楚的。这些替选方案落入所公开的实施例的范围和精神内。此外，词语“包含”、具有”、“含有”和“包括”以及其它相似形式旨在在含义上是等同的并且是开放性的，因为这些词语中的任何一个之后的条目并非意图成为所述条目的详尽列表，或者并非意图仅限于所列出的条目。还必须注意，如在此以及所附权利要求中所使用的那样，除非上下文另外清楚地指出，否则单数形式“一个”、“某个”和“该”包括复数形式。
此外，可以在实现与本公开一致的实施例时利用一个或多个计算机可读存储介质。计算机可读存储介质是指可以存储处理器可读的信息或数据的任何类型的物理存储器。因此，计算机可读存储介质可以存储用于由一个或多个处理器执行的指令，包括用于使得处理器执行与在此所描述的实施例一致的步骤或阶段的指令。术语“计算机可读介质”应理解为包括有形条目，并且排除载波和瞬态信号，即非瞬时的。示例包括随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、易失性存储器、非易失性存储器、硬驱动器、CD ROM、DVD、闪存驱动器、盘以及任何其它已知的物理存储介质。
本公开和示例旨在仅看作是示例性的，其中，所公开的实施例的真实范围和精神由所附权利要求指示。

Claims (13)

1.一种用于使用低每秒帧数FPS相机确定机器的振动的方法，包括：
识别机器中的振动对象；
通过频闪系统以第一频率照亮所述振动对象；
使用所述低FPS相机捕获所述振动对象的第一视频；
基于对所述第一视频的分析而将所述频闪系统从所述第一频率设置为第二频率，使得所述第二频率与所述振动对象的频率匹配，以用于高效地捕获所述振动对象的第二视频；
使用具有所述第二频率的所述低FPS相机捕获所述振动对象的所述第二视频；以及
基于对所述第一视频和所述第二视频所执行的分析而计算所述振动对象的频率。
2.根据权利要求1所述的方法，还包括：根据所述第一视频和所述第二视频检测所述振动对象的一个或多个振动周期。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，将所述第一视频转换为一个或多个图像的第一集合以用于分析，以根据所述一个或多个图像的第一集合跟踪所述振动对象，并且将所述第二视频转换为一个或多个图像的第二集合以用于分析，以根据所述一个或多个图像的第二集合跟踪所述振动对象。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，执行所述分析包括：(i)根据所述一个或多个图像的第一集合确定所述振动对象的频谱中的第一峰值，以及(ii)根据所述一个或多个图像的第二集合确定所述振动对象的频谱中的第二峰值。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，执行所述分析还包括：根据所述第一峰值和所述第二峰值计算所述第一频率的整数商。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，计算所述振动对象的振动频率的步骤包括：将所述第一峰值与所述整数商和所述第一频率的乘积相加。
7.一种用于使用低每秒帧数(FPS)相机检测机器的振动的系统，包括：
至少一个处理器；以及
存储器，所述存储器以通信方式联接到所述至少一个处理器，其中，所述存储器包括：
振动检测模块，用于：
识别机器中的振动对象；
通过频闪系统以第一频率照亮所述振动对象；
使用所述低FPS相机捕获所述振动对象的第一视频；
基于对所述第一视频的分析而将所述频闪系统从所述第一频率设置为第二频率，使得所述第二频率与所述振动对象的频率匹配，以用于高效地捕获所述振动对象的第二视频；
使用具有所述第二频率的所述低FPS相机捕获所述振动对象的所述第二视频；以及
基于对所述第一视频和所述第二视频的分析而根据所述振动对象的所述第一视频和所述第二视频计算所述振动对象的频率。
8.根据权利要求7所述的系统，还包括：根据所述第一视频和所述第二视频检测所述振动对象的一个或多个振动周期。
9.根据权利要求7所述的系统，其中，将所述第一视频转换为一个或多个图像的第一集合，以用于分析从而根据所述一个或多个图像的第一集合跟踪所述振动对象，并且将所述第二视频转换为一个或多个图像的第二集合，以用于分析从而根据所述一个或多个图像的第二集合跟踪所述振动对象。
10.根据权利要求9所述的系统，其中，执行所述分析包括：(i)根据所述一个或多个图像的第一集合确定所述振动对象的频谱中的第一峰值，以及(ii)根据所述一个或多个图像的第二集合确定所述振动对象的频谱中的第二峰值。
11.根据权利要求10所述的系统，其中，执行所述分析还包括：根据所述第一峰值和所述第二峰值计算所述第一频率的整数商。
12.根据权利要求11所述的系统，其中，计算所述振动对象的振动频率的步骤包括：将所述第一峰值与所述整数商和所述第一频率的乘积相加。
13.一种执行在计算机设备中可执行的程序的非暂时性计算机可读介质，所述程序包括：
程序代码，其用于：
识别机器中的振动对象；
通过频闪系统以第一频率照亮所述振动对象；
使用所述低FPS相机捕获所述振动对象的第一视频；
基于对所述第一视频的分析而将所述频闪系统从所述第一频率设置为第二频率，使得所述第二频率与所述振动对象的频率匹配，以用于高效地捕获所述振动对象的第二视频；
使用具有所述第二频率的所述低FPS相机捕获所述振动对象的所述第二视频；以及
基于对所述第一视频和所述第二视频进行的分析而计算所述振动对象的频率。
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