CN109406819A - 一种测量风扇转速的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开的一种测量风扇转速的方法，包括如下步骤：S01：将拍摄装置固定在旋转风扇的前方进行连续拍摄，S02：将上述拍摄图像依次传输至处理中心，并分别转化为含有行数据和列数据的数据图像；S03：以每个数据图像中处于中心位置的像素点为中心点，经过所述中心点的任意两条直线与该数据图像围成的区域为分析区域；S04：按照S01中拍摄先后的顺序依次统计每个数据图像中位于分析区域，并且被标记为b的像素点的个数，得出周期性变化的曲线；S05：根据上述曲线得出N个周期性变化所需要的图像数量A，则所述风扇旋转一周的时间为A/B。本发明提供的一种测量风扇转速的方法，采用高速拍摄拍摄装置作为测试工具，能够简单快速地获取风扇转速。
Description
技术领域
本发明属于图像信号处理技术领域，具体涉及一种测量风扇转速的方法。
背景技术
目前用于测量风扇转速的方法主要有四种：机械式、电磁式、光电式和激光式。其中，机械式主要利用离心力原理，通过一个岁风扇转轴转动的固定质量重锤带动自由轴套上下运动，根据不同转速对应不同轴套位置获得测量结果。由于机械式测量原理简单直接，不需要额外电器设备，适用于精度要求不高接触式的转速测量场合。
电磁式系统由电磁传感器和安装在轴上的风扇叶组成，主轴转动带动扇叶旋转，扇叶通过传感器时引起电路磁阻变化，经过放大整形后形成脉冲，通过脉冲得到转速值。由于收扇叶最小分辨间隔、电路最大计数频率等限制，测量精度不能保证。
光电式结构类似于电磁式结构，把旋转扇叶换成光电编码盘或黑白相间的反射条纹，把电磁传感器换做光电接收器，通过对反射回来的光脉冲信号技术得到测量结果。由于受条纹最小分辨间隔、电路最大计数频率等限制，测量精度不能保证，所测转速值和电磁式一样为俩个技术脉冲间距的平均值。
激光测速技术通过激光多普勒效应获得转动体的瞬时角速度，理论上具有很高的瞬时转速测量精度，但目前实际产品精度不够高，并且价格昂贵，在实际使用上收到限制。
除此之外，现有技术中采用的测试供电电压的变化来测试转速以及测气压波动频率来测试转速的方法，均存在一定的误差，并且对风扇的温度和湿度都具有严格要求，因此，其使用的测试场合受到严格的限制。
发明内容
本发明的目的是提供一种测量风扇转速的方法，采用高速拍摄拍摄装置作为测试工具，能够简单快速地获取风扇转速，并且该方法适用于风扇所在的各种环境。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种测量风扇转速的方法，包括如下步骤：
S01：将拍摄装置固定在旋转风扇的前方进行连续拍摄，且拍摄时间大于等于所述风扇旋转一周的时间；所述拍摄装置的拍摄帧率为所述风扇转速的四倍以上；其中，拍摄装置的拍摄帧率为每秒拍摄的图像张数，风扇转速为各扇叶每秒旋转的圈数；
S02：将上述拍摄图像依次传输至处理中心，并分别转化为含有行数据和列数据的数据图像，并依次对每个数据图像进行二值化操作，标记数据图像中像素值大于等于阈值的像素点为a，标记数据图像中像素值小于阈值的像素点为b；
S03：以每个数据图像中处于中心位置的像素点为中心点，经过所述中心点的任意两条垂直的直线将数据图像分为4个区域；任选其中一个区域作为分析区域；
S04：按照S01中拍摄先后的顺序依次统计每个数据图像中位于分析区域、并且被标记为a或b的像素点的个数，以拍摄时间为X轴，以上述统计的a像素点的个数或b像素点的个数为Y轴，得出周期性变化的曲线；
S05：根据上述曲线得出N个周期性变化所需要的图像数量A，则所述风扇旋转一周的时间为A/B；其中，N为所述风扇中的扇叶个数，B为拍摄装置的拍摄帧率；N为大于等于1的整数。
进一步地，所述周期性变化的曲线中包括Y轴随X轴增大而增大的区域、Y轴随X轴增大而减小的区域以及Y轴随X轴增大而保持不变的区域。
进一步地，所述拍摄装置为高速相机。
进一步地，所述拍摄装置的主光轴垂直于风扇所在的平面，并与风扇所在平面相交于风扇的旋转中心。
进一步地，所述处理中心采用FPGA采集和处理拍摄图像。
进一步地，所述阈值为该数据图像中像素最大值和像素最小值的平均值。
进一步地，步骤S03中以每个数据图像中处于中心位置的像素点为原点，分别以数据图像中行数据方向和列数据方向为X轴和Y轴，将数据图像分为4个区域。
进一步地，所述步骤S03和步骤S02的顺序可以互换。
本发明的有益效果为：本发明只需要采用高速相机作为工具，测试工具简单易得，并且只需要对拍摄的照片进行处理计算即可得出风扇的转速，测试方法简单快速，该测试方式对风扇的温度、湿度等外部环境及条件没有要求，适用于各种场合的风扇转速测试。
附图说明
附图1为本发明一种测量风扇转速的方法的流程图。
附图2为本发明实施例中一种周期性变化的曲线。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步的详细说明。
如附图1所示，本发明提供的一种测量风扇转速的方法，包括如下步骤：
S01：将拍摄装置固定在旋转风扇的前方进行连续拍摄，且拍摄时间大于等于所述风扇旋转一周的时间；拍摄装置的拍摄帧率为所述风扇转速的四倍以上；其中，拍摄装置的拍摄帧率为每秒拍摄的图像张数，风扇转速为各扇叶每秒旋转的圈数。
本发明中采用的拍摄装置必须是能够进行高速拍摄的拍摄装置，可以为高速相机；只有其拍摄的速度大于风扇的转速，在这种高速拍摄装置拍摄低速运动物体的时候，才能尽可能地获取低速物体不同时刻的状态，才能为后续的图像处理计算提供可能。
本发明中拍摄装置最佳位置放置在风扇正面或的旋转轴上，即拍摄装置的主光轴垂直于风扇所在的平面，并与风扇所在平面相交于风扇的旋转中心。值得说明的是，本发明中拍摄装置的位置只需要限定在风扇的正面即可，偏离风扇的旋转轴，只要能够使得风扇完全地呈现在拍摄图像中即可。
S02：将上述拍摄图像依次传输至处理中心，并分别转化为含有行数据和列数据的数据图像，并依次对每个数据图像进行二值化操作，标记数据图像中像素值大于等于阈值的像素点为a，标记数据图像中像素值小于阈值的像素点为b。
具体的，本发明可以采用FPGA作为处理中心，对图像进行采集和处理。图像转换为数据图像的过程即为：将图像分解为对应的行数据和列数据，并且每个像素点上对应图像中的像素值。本发明中当拍摄图像中含有风扇叶时，被风扇叶覆盖的部分的会变暗，其对应的像素值相应的较小，而没有被风扇叶覆盖的部分的会比较亮，其对应的像素值相应的较大。本步骤中对该数据图像进行二值化操作，设定一个阈值，该阈值例如可以为最大像素值和最小像素值的平均值，将数据图像中大于等于该阈值的区域标记为a，小于该阈值的区域标记为b，这样一来，可以认为：标记为b的区域即为风扇叶覆盖的区域。
其中，阈值的设定可以根据经验或者多次试验结果进行设定，只要能够达到区分风扇叶覆盖与否的目的即可。上述标记的a和b可以为数字字母等等标记，只要能够达到区分两个区域的目的即可。
S03：以每个数据图像中处于中心位置的像素点为中心点，经过所述中心点的任意两条垂直的直线将数据图像分为4个区域；任选其中一个区域作为分析区域。
本发明中由于风扇被完全的呈现在图像中，并且风扇的旋转中心不一定正好处于图像的中间像素点上，因此，本发明采用图像中处于中心位置的像素点为中心点。值得说明的是，即使该中心点和风扇的旋转中心不对应，后续步骤统计出来的周期性变化并不会受到影响。
本发明中以每个数据图像中处于中心位置的像素点为原点，分别以数据图像中的行方向和列方向为X轴和Y轴，或者也可以以任意垂直的两条直线为X轴和Y轴，将数据图像分为4个区域；任选其中一个区域作为分析区域。
值得说明的是，本发明中步骤S03和步骤S02的顺序可以互换，其对应的先后顺序并不会影响最终的判断结果。
S04：按照S01中拍摄先后的顺序依次统计每个数据图像中位于分析区域，并且被标记为a或b的像素点的个数，以拍摄时间为X轴，以上述统计的a像素点的个数或b像素点的个数为Y轴，得出周期性变化的曲线。
其中，优选标记为b的区域，因为该区域代表该区域中被风扇叶覆盖的部分，即本发明需要统计该区域中被风扇叶覆盖的时间及对应的覆盖面积。在分析区域的面积一定的情况下，标记为a和标记为b的区域的面积总和是固定的，即标记为a和标记为b的区域在一定程度上是此消彼长的关系。因为，任意一个区域均可呈现固定的周期性变化。
以每个数据图像中处于中心位置的像素点为原点，分别以数据图像中的行方向和列方向为X轴和Y轴，分别将坐标系中第一象限、第二象限、第三象限和第四象限对应的区域成为第一区域、第二区域、第三区域和第四区域。取第四区域作为分析区域，请参阅附图2，风扇叶准备进入时，其覆盖的第四区域的面积是由小增大的，风扇叶准备离开第四区域时，其覆盖的第四区域的面积是由大变小的，当其完全位于第四区域中时，其覆盖的面积是最大的，当其完全离开第四区域时，其覆盖的面积为0。因此，通过统计第四区域中标价为b的像素点的个数，以拍摄时间为X轴，以上述统计的个数为Y轴，得出周期性变化的曲线。该周期性变化必然是由大变小再由小变大或者由小变大在由大变小。当风扇只有一个扇叶的时候，周期性变化的曲线中峰值对应该风扇叶完全进入分析区域的时间段，谷值对应风扇叶没有进入分析区域的时间段，峰值和谷值之间对应风扇叶准备进入或者准备离开分析区域的时间段。且峰值和谷值可能持续一段时间，如附图2所示。
S05：根据上述曲线得出N个周期性变化所需要的图像数量A，则风扇旋转一周的时间为A/B；其中，N为风扇中的扇叶个数，B为拍摄装置的拍摄帧率；N为大于等于1的整数。
由于上述周期性变化的时间与风扇的叶数有关系，因此，当上述曲线得出N个周期性变化所需要的图像数量A，则风扇旋转一周的时间为A/B。即当风扇具有3个风扇叶时，需要得到3个周期性变化的所有图片及对应的时间，即3个风扇叶均经过分析区域，这个时间对应该风扇旋转一周的时间，同样的，当风扇具有5个风扇叶时，需要得到5个周期性变化的所有图片及对应的时间，这个时间对应该风扇旋转一周的时间。
以上所述仅为本发明的优选实施例，所述实施例并非用于限制本发明的专利保护范围，因此凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明所附权利要求的保护范围内。
Claims (8)
1.一种测量风扇转速的方法，其特征在于，包括如下步骤：
S01：将拍摄装置固定在旋转风扇的前方进行连续拍摄，且拍摄时间大于等于所述风扇旋转一周的时间；所述拍摄装置的拍摄帧率为所述风扇转速的四倍以上；其中，拍摄装置的拍摄帧率为每秒拍摄的图像张数，风扇转速为各扇叶每秒旋转的圈数；
S02：将上述拍摄图像依次传输至处理中心，并分别转化为含有行数据和列数据的数据图像，并依次对每个数据图像进行二值化操作，标记数据图像中像素值大于等于阈值的像素点为a，标记数据图像中像素值小于阈值的像素点为b；
S03：以每个数据图像中处于中心位置的像素点为中心点，经过所述中心点的任意两条垂直的直线将数据图像分为4个区域；任选其中一个区域作为分析区域；
S04：按照S01中拍摄先后的顺序依次统计每个数据图像中位于所述分析区域、并且被标记为a或b的像素点的个数，以拍摄时间为X轴，以上述统计的a像素点的个数或b像素点的个数为Y轴，得出周期性变化的曲线；
S05：根据上述曲线得出N个周期性变化所需要的图像数量A，则所述风扇旋转一周的时间为A/B；其中，N为所述风扇中的扇叶个数，B为拍摄装置的拍摄帧率；N为大于等于1的整数。
2.根据权利要求1所述的一种测量风扇转速的方法，其特征在于，所述周期性变化的曲线中包括Y轴随X轴增大而增大的区域、Y轴随X轴增大而减小的区域以及Y轴随X轴增大而保持不变的区域。
3.根据权利要求1所述的一种测量风扇转速的方法，其特征在于，所述拍摄装置为高速相机。
4.根据权利要求1所述的一种测量风扇转速的方法，其特征在于，所述拍摄装置的主光轴垂直于风扇所在的平面，并与风扇所在平面相交于风扇的旋转中心。
5.根据权利要求1所述的一种测量风扇转速的方法，其特征在于，所述处理中心采用FPGA采集和处理拍摄图像。
6.根据权利要求1所述的一种测量风扇转速的方法，其特征在于，所述阈值为该数据图像中像素最大值和像素最小值的平均值。
7.根据权利要求1所述的一种测量风扇转速的方法，其特征在于，步骤S03中以每个数据图像中处于中心位置的像素点为原点，分别以数据图像中行数据方向和列数据方向为X轴和Y轴，将数据图像分为4个区域。
8.根据权利要求1所述的一种测量风扇转速的方法，其特征在于，所述步骤S03和步骤S02的顺序可以互换。
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