CN111247401B - 基于相干光的振动源定位装置及方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种基于相干光的振动源定位装置及方法，包括：获取振动物体表面的n个不同位置，n个不同位置按照第一间隔分布；对振动物体表面的n个不同位置中的每个位置采集多张散斑图像，散斑图像由相干光反射到振动物体表面并经过散射后形成；根据多张散斑图像获取振动物体表面的n个不同位置的振动波形图，并根据振动波形图确定振动物体的振源位置。采用本申请实施例能够能够减少振动源定位的环境限制，提升振动源定位的效率和精确度。

Description

基于相干光的振动源定位装置及方法

技术领域

本申请涉及电子技术领域，尤其涉及一种基于相干光的振动源定位装置及方法。

背景技术

在运行中的机械系统的振动信号中蕴含了丰富的机械系统运行状态信息，振动特征与故障有很强的对应关系。机械系统结构复杂，部件繁多，采集到的动态信号是各个部件的综合反映，且传播途径的影响增加了信号的复杂程度。另外很多机械系统早期故障表现微弱，振动源及干扰信号相互混叠，导致早期故障等微弱振动信号难以有效识别与分离，因此微弱振动信号源的定位识别具有重要的理论意义和工程价值，这些信息对设备运行状态监测和故障诊断是十分有用的。

微弱的故障信号幅度或者能量小往往被淹没在干扰特征中难以很好的识别，需要一种快速高灵敏微弱振动信号探测处理方法，有效的提取出微弱振动信号，并对微弱故障信号进行合理的特征识别与分析。压电加速度传感器可用于对设备部位实现微细位移振动的测量，但其需要接触式的测量，在高温，高速运动，或被测物体尺寸极小时都无法使用，还有一个比较难解决的是当传感器随被测物体高速运动时，电源供电和数据传输存在问题。另外一种测量方法是利用激光三角测量的方法，但这种传感器采用成像测量技术，通过复杂设计的成像镜头得到一个极小的高亮光斑图像，故对于一些高反光材料表面，或者黑色材料，都会造成光斑图像缺失而无法计算物体位移量。另外，由于每个机器有很多组件，每个组件都可能振动，这些振动互相影响、叠加、杂交，最终整个设备经历的就是一场“复合”振动。

基于上述原因，亟待提出一种新的振动源定位方法，能够克服上述缺陷，同时快速有效地定位振动源，进而根据振动源发现机械系统中的故障。

发明内容

本申请实施例提供一种基于相干光的振动源定位装置及方法，采用本申请实施例能够通过采集振动物体的散斑图像，然后根据散斑图像获得振动波形图，进而根据振动波形图确定振动强度，拟合出振动强度极值点，定位振动源，能够减少振动源定位的环境限制，提升振动源定位的效率和精确度。

第一方面，本申请实施例提供一种基于相干光的振动源定位装置，包括：

相干光发生器，透镜，反射镜，MEMS二维扫描镜，高速相机，与所述高速相机相连接的处理装置；

所述相干光发生器，用于产生相干光；

所述透镜，用于对所述相干光发生器产生的相干光进行聚焦，并将聚焦后的相干光照射到所述反射镜；

所述反射镜，用于将所述聚焦后的相干光反射到所述MEMS二维扫描镜上；

所述MEMS二维扫描镜，用于将所述反射镜反射的相干光根据所述处理装置的指令照射到振动物体表面的n个不同位置，所述n个不同位置按照第一间隔分布，其中n为大于1的整数；

所述高速相机，用于对所述振动物体表面的n个不同位置中的每个位置采集多张散斑图像，并将所述多张散斑图像发送到所述处理装置，其中，所述散斑图像由所述反射相干光照射到所述振动物体表面，并经过振动物体表面反射后形成；

所述处理装置，用于根据接收到的所述多张散斑图像，获取所述振动物体表面的n个不同位置的振动波形图；并根据所述振动波形图确定所述振动物体的振源位置。

在一种可能的实施例中，所述对所述振动物体表面的n个不同位置中的每个位置采集的多张散斑图像包括：

所述处理装置对于n个不同位置中的第k个位置，控制所述高速相机以周期T对应采集Rk张散斑图像，其中k为大于0且小于或等于n的整数，Rk为正整数；

所述根据接收到的所述多张散斑图像，获取所述振动物体表面的n个不同位置的振动波形图，包括：

所述处理装置对于n个不同位置中的第k个位置，根据接收到的Rk张散斑图像，确定所述Rk张散斑图像的位置根据时间变化而产生的变化，获得所述第k个位置的振动波形图；

根据n个不同的第k个位置的振动波形图，确定所述振动物体表面的n个不同位置的振动波形图。

在一种可能的实施例中，所述根据所述振动波形图确定所述振动物体的振源位置，包括：

所述处理装置根据所述n个不同位置中的第k个位置的振动波形图，确定所述第k个位置的振动信号；

所述处理装置根据所述第k个位置的振动信号计算获得所述第k个位置在所述周期T内的振动信号均方值，确定所述第k个位置的振动强度；

所述处理装置对n个不同位置的振动强度进行三维曲线拟合，确定振动强度极值点，定位所述振动物体的振源位置。

在一种可能的实施例中，在确定振动强度极值点后，还包括：

所述处理装置以所述振动强度极值点为中心，以第二间隔获取m个不同的第二位置，所述第二间隔小于所述第一间隔，所述m为大于1的整数；

所述处理装置指示所述MEMS二维扫描镜将所述反射镜反射的相干光照射到所述m个不同的第二位置，并指示所述高速相机采集所述m个不同的第二位置的散斑图像；

所述处理装置根据所述接收到的m个不同的第二位置的散斑图像，获取m个不同的第二位置的振动波形图；并根据所述振动波形图确定所述振动物体的第二振动强度极值点。

在一种可能的实施例中，所述定位所述振动物体的振源位置包括：

将所述振动强度极值点或所述第j振动强度极值点作为所述振动物体的振源位置；或

根据获取到的所述振动强度极值点和所述第二振动强度极值点进行三维拟合，求取中心点，并将所述中心点作为振动物体的振源位置。

第二方面，本申请实施例提供了一种基于相干光的振动源定位方法，包括：

获取振动物体表面的n个不同位置，所述n个不同位置按照第一间隔分布其中n为大于1的整数；

对所述振动物体表面的n个不同位置中的每个位置采集多张散斑图像，所述散斑图像由相干光照射到所述振动物体表面，并经过振动物体表面反射后形成；

根据所述多张散斑图像获取所述振动物体表面的n个不同位置的振动波形图，并根据所述振动波形图确定所述振动物体的振源位置。

在一种可能的实施例中，所述对所述振动物体表面的n个不同位置中的每个位置采集的多张散斑图像，包括：

对于n个不同位置中的第k个位置，以周期T对应采集Rk张散斑图像，其中k为大于0且小于或等于n的整数，Rk为正整数；

所述根据接收到的所述多张散斑图像，获取所述振动物体表面的n个不同位置的振动波形图，包括：

对于n个不同位置中的第k个位置，根据接收到的Rk张散斑图像，确定所述Rk张散斑图像的位置根据时间变化而产生的变化，获得所述第k个位置的振动波形图；

根据n个不同的第k个位置的振动波形图，确定所述振动物体表面的n个不同位置的振动波形图。

在一种可能的实施例中，所述根据所述振动波形图确定所述振动物体的振源位置，包括：

根据所述n个不同位置中的第k个位置的振动波形图，确定所述第k个位置的振动信号平均值，并获取所述振动信号平均值的平方值；

对所述第k个位置的振动信号平均值的平方值在所述周期T内的积分，确定所述第k个位置的振动强度；

对n个不同位置的振动强度进行三维曲线拟合，确定振动强度极值点，定位所述振动物体的振源位置。

在一种可能的实施例中，在确定振动强度极值点后，所述方法还包括：

以所述振动强度极值点为中心，以第二间隔获取m个不同的第二位置，所述第二间隔小于所述第一间隔，所述m为大于1的整数；

对所述振动物体表面的m个不同的第二位置中的每个位置采集多张散斑图像，采集所述m个不同的第二位置的散斑图像；

根据所述m个不同的第二位置的散斑图像，获取m个不同的第二位置的振动波形图；并根据所述振动波形图确定所述振动物体的第二振动强度极值点；

将上述步骤经过j-2次迭代，获得第j振动强度极值点，j为大于或等于2的整数。

在一种可能的实施例中，所述定位所述振动物体的振源位置，包括：

将所述振动强度极值点或所述第j振动强度极值点作为所述振动物体的振源位置；或

根据获取到的多个振动强度极值点进行三维拟合，求取中心点，并将所述中心点作为振动物体的振源位置。

第三方面，本申请实施例还提供一种计算机存储介质，其中，该计算机存储介质可存储有程序，该程序执行时包括上述第二方面所述的方法的部分或全部步骤

可以看出，在本申请实施例的方案中，通过获取振动物体表面的n个不同位置；然后对所述振动物体表面的n个不同位置中的每个位置采集多张散斑图像；最后根据所述多张散斑图像获取所述振动物体表面的n个不同位置的振动波形图，并根据所述振动波形图确定所述振动物体的振源位置。采用本申请实施例能够减少振动源定位的环境限制，提升振动强度极值点的获取效率和准确度，进而提升定位振动源的效率和准确度。

本申请的这些方面或其他方面在以下实施例的描述中会更加简明易懂。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的一种基于相干光的振动源定位装置的应用场景示意图；

图2为振动物体不同位置的选取示意图；

图3为高速相机获取到的振动散斑图像；

图4为振动物体不同位置根据散斑图像获取的振动波形示意图；

图5为振源中心三维曲面拟合示意图；

图6为不同密集程度的振动物体表面位置选取示意图；

图7为本申请实施例提供的一种基于相干光的振动源定位方法的流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本申请的实施例进行描述。

参见图1，图1为本申请实施例提供的一种基于相干光的振动源定位装置的应用场景示意图。如图1所示，该应用场景包括：振动物体10和振动源定位装置20。

其中，上述包括振源11的振动物体10可为汽车制造、家电、交通或食品领域对应的自动化生产设备，数控加工机床中的易磨损部件，或者机械手等其他物体。

其中，上述振动源定位装置20包括：相干光发生器201，透镜202，反射镜203，MEMS二维扫描镜204，高速相机205，与所述高速相机205相连接的处理装置206，其中MEMS二维扫描镜表示微电机系统(Micro-Electro-Mechanical System)二维扫描镜,其内部结构一般在微米甚至纳米量级，是一个独立的智能系统。

上述相干光发生器201，用于产生相干光；透镜202，用于对相干光发生器201产生的相干光进行聚焦，并将聚焦后的相干光照射到反射镜203；反射镜203用于将聚焦后的相干光反射到MEMS二维扫描镜204上。MEMS二维扫描镜204用于将反射镜203反射的相干光根据处理装置206的指令照射到振动物体10表面的n个不同位置，n个不同位置按照第一间隔分布。上述高速相机205，用于对振动物体10表面的n个不同位置中的每个位置采集多张散斑图像，并将多张散斑图像发送到处理装置206，其中，所述散斑图像由所述反射相干光照射到振动物体表面，并经过振动物体表面反射后形成；处理装置206用于根据接收到的所述多张散斑图像，获取所述振动物体表面的n个不同位置的振动波形图；并根据所述振动波形图确定所述振动物体的振源位置。

具体地，相干光可以是紫外或近红外激光，相干光发生器可以是各类激光发生器。MEMS二维扫描镜能够进行X、Y二个方向的反射镜面旋转，能够快速对反射镜反射的相干光实现偏转，完成振动物体10表面XY两个方向上的高速扫描而不需要移动振动物体。MEMS二维扫描镜204能够调整扫描角度，根据反射镜203射入的相干光角度，以及需要定位到的振动物体10的表面具体位置，可以预先设定MEMS二维扫描镜204的扫描角度。在扫描的过程中，MEMS二维扫描镜204可以从左往右完成X轴方向的扫描，在从前往后完成Y轴方向的扫描。或者，也可以以顺时针或逆时针的圆周进行扫描。也可以将MEMS二维扫描镜需要调整的角度预先设置好，然后每次根据转动角度最小挑选扫描方向。

由于振动物体存在振动源11，而在振动传播过程中，离振源位置越远振动信号衰减越多，那么可以在振动物体10表面选取n个不同位置的点，根据振动物体10表面的n个不同位置的振动信号大小，确定离振源最近的点。可选的，n个不同位置可以是振动物体同一表面以第一间隔均匀分布的点，同一表面便于MEMS二维扫描镜扫描，同时便于高速相机采集图像。n为大于1的正整数，例如图1中的A、B、C三个位置。

优选的，n可以是正数的平方数，例如4,9,16等，而n个点的排列顺序为正方形排列，例如图2所示，对于振动物体101，选取其上表面9个不同位置A1～A9，并且以第一预设间隔均匀分布。这样可以等几率地获取物体表面的振动强度，避免因为选取位置密集程度不同而造成结果偏差。

高速相机205用于稳定高速地采集散斑图像，可以是图像控制器(Charge-coupledDevice，CCD)或互补金属氧化物半导体(Complementary Metal Oxide Semiconductor，CMOS)传感器。物体的振动会引起投射到物体表面的散斑发生位移，位移的频率和幅度是和被测物体的振动关联的，因此，可以通过采用高速相机205拍摄连续的散斑图像，计算出散斑的偏移量，进而在频率空间得到振动频率和振幅等物体特征。对于选定的振动物体10表面的n个不同位置，高速相机205针对n个不同位置中的每个位置采集多张散斑图像，散斑图像如图3所示，然后将采集的多张散斑图像发送到处理装置206。

可选的，对振动物体表面的n个不同位置中的每个位置采集的多张散斑图像包括：处理装置对于n个不同位置中的第k个位置，控制高速相机以周期T对应采集Rk张散斑图像，其中k为大于0且小于或等于n的整数，Rk为正整数。

通过MEMS二维扫描镜能够快速改变散斑投射位置，对于n个不同位置中的第1个位置，高速相机在周期T内连续采集R1张散斑图像，然后快速切换到第2个位置，高速相机在同一周期T内连续采集R2张散斑图像，以此类推，完成对n个不同位置的图像采集。高速相机在采集n个不同位置的散斑图像时，对于同一个高速相机来说，在分辨率相同的情况下，在每一个周期T内采集的图像Rk是相同的。但是在切换分辨率，或者换掉高速相机的情况下，在不同的周期T内采集的图像Rk是不同的。两种情况下以周期T对应采集Rk张散斑图像都满足条件，因此Rk可以是相同的数值，也可以是不同的数值。

处理装置206是本实施例相干光振动源定位装置的运算核心和控制核心，与高速相机205连接，接收高速相机205采集的多张散斑图像，根据获取到的散斑图像获得振动物体10表面的n个不同位置的振动波形图，并根据所述振动波形图确定所述振动物体的振源位置。另外处理器206也可以与相干光发生器201和MEMS二维扫描镜204连接，用于控制相干光是否发出相干光，并根据反射镜203反射的相干光的角度，自动调整MEMS二维扫描镜204的角度。

可选的，根据接收到的多张散斑图像，获取振动物体表面的n个不同位置的振动波形图，包括：处理装置对于n个不同位置中的第k个位置，根据接收到的Rk张散斑图像，确定Rk张散斑图像的位置根据时间变化而产生的变化，获得第k个位置的振动波形图；根据n个不同的第k个位置的振动波形图，确定振动物体表面的n个不同位置的振动波形图。

具体地，假设n为3，n个不同位置即为图1中的A、B、C三个点，对于n个不同位置中的第1个位置，例如图1中的A点，处理器接收到R1张散斑图像，这些散斑图像由于物体表面发生振动而随着时间变化产生位置偏移，如图4中的a1所示，R1张散斑图像以时间间隔Δt获取，从左到右四张散斑图像的采集时刻分别为t，t+Δt，t+2Δt和t+3Δt，直到完成周期T内的图像采集。根据图4中的a1的散斑图像变化，可以获得A点如图4中的b1所示的振动波形图，横轴为时间，纵轴为振幅，振幅根据散斑图像的位移而变化。同样的，可以获得图1中B点对应的R2张散斑图像如图4中的a2所示，其对应的振动波形图为图4中的b2，图1中C点对应的R3张散斑图像如图4中的a3所示，其对应的振动波形图为图4中的b3。

获得振动物体表面n个不同位置对应的振动波形图后，需要对波形图进行特征提取，振动特征提取是判断振源位置的关键，可提取的特征包括时域特征比如均值，均方值，方差，奇异性指数，波形因子、峰值因子；频域特征幅值谱、相位谱、功率谱、功率谱密度等；还有时频域特征，比如小波变换。然后根据提取的特征分析获得振源位置。

可选的，根据振动波形图确定振动物体的振源位置，包括：处理装置根据n个不同位置中的第k个位置的振动波形图，确定第k个位置的振动信号；处理装置根据第k个位置的振动信号计算获得第k个位置在周期T内的振动信号均方值，确定第k个位置的振动强度；处理装置对n个不同位置的振动强度进行三维曲线拟合，确定振动强度极值点，定位振动物体的振源位置。

在本申请实施例中，由于在振动传播过程中，离振源位置越远振动信号衰减越多，而振动有波峰和波谷的正反值，振动信号的均方值能有效反映信号的强度，其正平方根值就是平均能量的一种表达，因此，定义振动强度为E(x,y)，那么振动强度的计算公式为：

其中x表示图4中的振幅，t表示时间。

对于不同的测量位置，分别计算获得其振动强度，然后对振动强度进行三维曲线拟合，确定振动强度极值点(x-max,y-max)，进而定位出振源位置。如图5所示，其中XY是被测物体位置坐标，Z方向是振动强度，其中“·”表示n个不同位置，“+”表示振源估计点位置。

可见，在本申请实施例中，通过采用MEMS二维扫描镜接收相干光并反射到振动物体表面，然后对振动物体进行扫描，可以快速实现光感光束的偏转，对振动物体表面的各个方向上进行全速而全面的扫描；然后采用高速相机采集散斑图像，并根据散斑图像序列求解出散斑的位移量从而计算出物体的位移，通过实时计算出位移量随时间的变化波形图，求解出反应物体振动的波形图，这个过程通过高速相机采集图像，实现了非接触式振动测量，减少了振动测量的环境约束，而对散斑图像的处理去除了对散斑图像进行真实图像重构的过程，直接根据图像获得振动波形图，提升了获取振动波形图的效率。

在一种可能的实施例中，上述相干光的振动源定位装置20在根据n个不同位置的振动强度确定振动强度极值点后，还用于：处理装置以振动强度极值点为中心，以第二间隔获取m个不同的第二位置，第二间隔小于第一间隔，m为大于1的整数；处理装置指示MEMS二维扫描镜将反射镜反射的相干光照射到m个不同的第二位置，并指示高速相机采集m个不同的第二位置的散斑图像；处理装置根据接收到的m个不同的第二位置的散斑图像，获取m个不同的第二位置的振动波形图；并根据振动波形图确定振动物体的第二振动强度极值点。

在根据第一次采集的n个不同位置的散斑图像确定了振动强度极值点后，只是对振源有了一个初步的定位，还可以对振源进行更加精准的定位。如图6所示，在图6中的c1选取的n个位置即为图5中选取的位置，并且已经根据上述实施例确定振动极值点为“+”标注的位置。在此前提下，以第二间隔重新选取m个不同的第二位置，如图6中的c2标注的位置“+”。其中图6中的c2选取的m个不同的第二位置，可以以图6中的c1确定的振动极值点601为中心位置，以第二间隔再选取m-1个第二位置，第二间隔为第一间隔的s倍，s为0～1之间的小数。也可以以图6中的c1确定的振动极值点601为中心，以第二间隔再另外选取m个第二位置，第二间隔根据原本的n个不同位置与振动极值点601的距离确定，例如n个不同位置中的第k个位置与601的距离为L1，那么m个不同的第二位置中的第k个第二位置与601的距离为s*L1，或者L1-l，其中l为一个正数。

获取到m个不同的第二位置后，可以根据上述同样的过程，采集第二位置的散斑图像，根据散斑图像获取振动波形图，根据振动波形图确定振动强度，然后对振动强度进行三维拟合，确定出第二振动强度极值点。

可选的，定位振动物体的振源位置包括：将振动强度极值点或第j振动强度极值点作为振动物体的振源位置；或根据获取到的多个振动强度极值点进行三维拟合，求取中心点，并将中心点作为振动物体的振源位置。

具体地，在通过对n个不同位置的振动强度进行三维曲线拟合并定位到振动物体的振动强度极值点后，可以直接将振动强度极值点作为振源位置，或者将第二振动强度极值点直接作为振动物体的振源位置。在对m个第二位置的振动强度进行三维曲线拟合并定位到振动物体的第二振动强度极值点后，将振动强度极值点和第二振动强度极值点进行三维曲线拟合，求取中心点，并将中心点作为振源位置。

或者，如图6中的c3所示，迭代重复地以上一轮振动强度极值点为中心，以递减的间隔选择振动表面不同位置，确定不同的振动极值点。因为在振源附近的采样点越来越密集，通过本方法实施例确定的振源中心也就越来越精确，越来越接近真实的振源中心。经过j-2次迭代，获得第j振动强度极值点，j为大于1的正整数。可以将第j振动强度极值点作为振动物体的振源位置，也可以将前面获得的振动强度极值点、以及第2～第j振动强度极值点进行三维拟合，求取中心点，并将中心店作为振动物体的振源位置。

在一种可能的实施例中，上述基于相干光的振动定位装置20用于生产自动化过程中的设备振动故障检测，在检测过程中，设备处于高度运行状态，那么基于相干光的振动定位装置20中的MEMS二维扫描镜可以处于静止状态，只需要相干光发生器间歇性发出相干光，即可实现振动物体表面的多点照射，高速相机应该以高于设备运行的速度进行曝光，以获取准确的散斑图像。

在一种可选的实施例中，上述基于相干光的振动定位装置20也可用于数控加工机床在高速旋转对产品进行切削加工时，对整个机械系统的装配精度和易磨损部件的实时在线测量，在确定机床振源的同时，根据振动强度的三维曲线拟合确定振动强度衰减的趋势和分布，进而确定引起振动的原因，判断是由于材料选择或是组装过程造成的振动大，为机床减振提供依据。

可以看出，在本申请实施例的方案中，通过相干光发生器产生相干光；透镜对相干光发生器产生的相干光进行聚焦，并将聚焦后的相干光照射到反射镜；反射镜将聚焦后的相干光反射到MEMS二维扫描镜上，MEMS二维扫描镜将反射镜反射的相干光根据处理装置的指令照射到振动物体表面的n个不同位置，n个不同位置按照第一间隔分布；高速相机对振动物体表面的n个不同位置中的每个位置采集多张散斑图像，并将多张散斑图像发送到处理装置，其中，散斑图像由反射相干光反射到振动物体表面并经过散射后形成；处理装置根据接收到的多张散斑图像，获取振动物体表面的n个不同位置的振动波形图；并根据振动波形图确定振动物体的振源位置。本申请实施例具有以下优点：1、通过MEMS二维扫描镜将相干光照射到物体表面的不同位置，能够快速实现物体表面的多点测量，而不需要移动物体，也不需要跟随物体高速旋转，减少了振动源定位的环境限制；同时MEMS二维扫描镜对于振动物体上的振源定位由粗到精，提升了振源定位的精确度。2、过程中的相干光投射和图像采集都是非接触式的，能够布线和采集数据。3、被测物体表面和内部的结构由于形变和振动等经过相干光照射后，再到光学传感器成像，使得物体位移和形变信息也都包含在散斑图像中，本发明不需要对散斑图像进行相位求解重构出原物体的真实图像，而是直接通过高速传感器多次拍摄散斑序列图像，快速求解出散斑的位移量从而计算出物体的位移。通过实时计算出位移量随时间的变化波形图，从而求解出反映物体振动的频谱图，最终根据振动频谱图定位振动极值点，定位振源位置，这个过程减少了图像重构的步骤，同时提升了振动源的求取准确度。使得该振源定位装置能够广泛运用于汽车制造、家电、交通和食品等各个领域。

总之，采用本申请实施例能够通过MEMS二维扫描镜快速切换相干光到振动物体表面的投射位置，采集投射位置的散斑图像，然后根据散斑图像获得振动波形图，进而根据振动波形图确定振动强度，拟合出振动强度极值点，重复执行极值点定位过程，实现振源位置由粗到精的定位，减少了振动源定位的环境限制，提升了振动源定位的效率和精确度。

参见图7，图7为本申请实施例提供的一种基于相干光的振动源定位方法的流程示意图。如图7所示，

S701、获取振动物体表面的n个不同位置，所述n个不同位置按照第一间隔分布。

S702、对所述振动物体表面的n个不同位置中的每个位置采集多张散斑图像，所述散斑图像由相干光反射到振动物体表面并经过散射后形成。

S703、根据所述多张散斑图像获取所述振动物体表面的n个不同位置的振动波形图，并根据所述振动波形图确定所述振动物体的振源位置。

在一种可能的实施例中，所述对所述振动物体表面的n个不同位置中的每个位置采集的多张散斑图像，包括：

对于n个不同位置中的第k个位置，以周期T对应采集Rk张散斑图像，mk可以相同，也可以不同；

所述根据接收到的所述多张散斑图像，获取所述振动物体表面的n个不同位置的振动波形图，包括：

对于n个不同位置中的第k个位置，根据接收到的Rk张散斑图像，确定所述Rk张散斑图像的位置根据时间变化而产生的变化，获得所述第k个位置的振动波形图；

根据n个不同的第k个位置的振动波形图，确定所述振动物体表面的n个不同位置的振动波形图。

在一种可能的实施例中，所述根据所述振动波形图确定所述振动物体的振源位置，包括：

根据所述n个不同位置中的第k个位置的振动波形图，确定所述第k个位置的振动信号；

根据所述第k个位置的振动信号计算获得所述第k个位置在所述周期T内的振动信号均方值，确定所述第k个位置的振动强度；

对n个不同位置的振动强度进行三维曲线拟合，确定振动强度极值点，定位所述振动物体的振源位置。

在一个可能的实施例中，在确定振动强度极值点后，所述方法还包括：

以所述振动强度极值点为中心，以第二间隔获取m个不同的第二位置，所述第二间隔小于所述第一间隔；

对所述振动物体表面的m个不同的第二位置中的每个位置采集多张散斑图像，采集所述m个不同的第二位置的散斑图像；

根据所述m个不同的第二位置的散斑图像，获取m个不同的第二位置的振动波形图；并根据所述振动波形图确定所述振动物体的第二振动强度极值点；

将上述步骤经过j-2次迭代，获得第j振动强度极值点，j为大于或等于2的整数。

在一个可能的实施例中，所述定位所述振动物体的振源位置，包括：

将所述振动强度极值点或所述第j振动强度极值点作为所述振动物体的振源位置；或

根据获取到的多个振动强度极值点进行三维拟合，求取中心点，并将所述中心点作为振动物体的振源位置。

在此需要说明的是，上述步骤S701-S703的具体描述可参见上述图1-图6所示实施例的相关描述，在此不再叙述。

本申请实施例还提供一种计算机存储介质，其中，该计算机存储介质可存储有程序，该程序执行时包括上述方法实施例中记载的任何一种避障方法的部分或全部步骤。

以上对本申请实施例进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上上述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。

Claims (10)

1.一种基于相干光的振动源定位装置，其特征在于，包括：

相干光发生器，透镜，反射镜，MEMS二维扫描镜，高速相机，与所述高速相机相连接的处理装置；

所述相干光发生器，用于产生相干光；

所述透镜，用于对所述相干光发生器产生的相干光进行聚焦，并将聚焦后的相干光照射到所述反射镜；

所述反射镜，用于将所述聚焦后的相干光反射到所述MEMS二维扫描镜上；

所述MEMS二维扫描镜，用于将所述反射镜反射的相干光根据所述处理装置的指令照射到振动物体表面的n个不同位置，所述n个不同位置按照第一间隔分布，其中n为大于1的整数；

所述高速相机，用于对所述振动物体表面的n个不同位置中的每个位置采集多张散斑图像，并将所述多张散斑图像发送到所述处理装置，其中，所述散斑图像由所述相干光照射到所述振动物体表面，并经过振动物体表面反射后形成；

所述处理装置，用于根据接收到的所述多张散斑图像，获取所述振动物体表面的n个不同位置的振动波形图；并根据所述振动波形图确定所述振动物体的振源位置。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述对所述振动物体表面的n个不同位置中的每个位置采集的多张散斑图像包括：

所述处理装置对于n个不同位置中的第k个位置，控制所述高速相机以周期T对应采集Rk张散斑图像，其中k为大于0且小于或等于n的整数，Rk为正整数；

所述根据接收到的所述多张散斑图像，获取所述振动物体表面的n个不同位置的振动波形图，包括：

所述处理装置对于n个不同位置中的第k个位置，根据接收到的Rk张散斑图像，确定所述Rk张散斑图像的位置根据时间变化而产生的变化，获得所述第k个位置的振动波形图；

根据n个不同的第k个位置的振动波形图，确定所述振动物体表面的n个不同位置的振动波形图。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述根据所述振动波形图确定所述振动物体的振源位置，包括：

所述处理装置根据所述n个不同位置中的第k个位置的振动波形图，确定所述第k个位置的振动信号；

所述处理装置根据所述第k个位置的振动信号计算获得所述第k个位置在所述周期T内的振动信号均方值，确定所述第k个位置的振动强度；

所述处理装置对n个不同位置的振动强度进行三维曲线拟合，确定振动强度极值点，定位所述振动物体的振源位置。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，在确定振动强度极值点后，还包括：

所述处理装置以所述振动强度极值点为中心，以第二间隔获取m个不同的第二位置，所述第二间隔小于所述第一间隔，所述m为大于1的整数，所述m个不同的第二位置占用的振动物体表面面积小于或等于所述n个不同位置占用的振动物体表面面积；

所述处理装置指示所述MEMS二维扫描镜将所述反射镜反射的相干光照射到所述m个不同的第二位置，并指示所述高速相机采集所述m个不同的第二位置的散斑图像；

所述处理装置根据所述接收到的m个不同的第二位置的散斑图像，获取m个不同的第二位置的振动波形图；并根据所述振动波形图确定所述振动物体的第二振动强度极值点；

将以新确定的振动强度极值点为中心，以递减的间隔选择振动表面不同位置获取振动波形图，并根据振动波形图确定新的振动强度极值点的步骤经过j-2次迭代，获得第j振动强度极值点，j为大于或等于2的整数。

5.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述定位所述振动物体的振源位置包括：

将所述振动强度极值点作为所述振动物体的振源位置。

6.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述定位所述振动物体的振源位置包括：

将所述第j振动强度极值点作为所述振动物体的振源位置；或

根据获取到的多个振动强度极值点进行三维拟合，求取中心点，并将所述中心点作为振动物体的振源位置。

7.一种基于相干光的振动源定位方法，其特征在于，包括：

获取振动物体表面的n个不同位置，所述n个不同位置按照第一间隔分布，其中n为大于1的整数；

对所述振动物体表面的n个不同位置中的每个位置采集多张散斑图像，所述散斑图像由相干光照射到所述振动物体表面，并经过振动物体表面反射后形成；

根据所述多张散斑图像获取所述振动物体表面的n个不同位置的振动波形图，并根据所述振动波形图确定所述振动物体的振源位置。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述对所述振动物体表面的n个不同位置中的每个位置采集的多张散斑图像，包括：

对于n个不同位置中的第k个位置，以周期T对应采集Rk张散斑图像，其中k为大于0且小于或等于n的整数，Rk为正整数；

所述根据接收到的所述多张散斑图像，获取所述振动物体表面的n个不同位置的振动波形图，包括：

对于n个不同位置中的第k个位置，根据接收到的Rk张散斑图像，确定所述Rk张散斑图像的位置根据时间变化而产生的变化，获得所述第k个位置的振动波形图；

根据n个不同的第k个位置的振动波形图，确定所述振动物体表面的n个不同位置的振动波形图。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述根据所述振动波形图确定所述振动物体的振源位置，包括：

根据所述n个不同位置中的第k个位置的振动波形图，确定所述第k个位置的振动信号；

根据所述第k个位置的振动信号计算获得所述第k个位置在所述周期T内的振动信号均方值，确定所述第k个位置的振动强度；

对n个不同位置的振动强度进行三维曲线拟合，确定振动强度极值点，定位所述振动物体的振源位置。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，在确定振动强度极值点后，所述方法还包括：

以所述振动强度极值点为中心，以第二间隔获取m个不同的第二位置，所述第二间隔小于所述第一间隔，所述m为大于1的整数，所述m个不同的第二位置占用的振动物体表面面积小于或等于所述n个不同位置占用的振动物体表面面积；

对所述振动物体表面的m个不同的第二位置中的每个位置采集多张散斑图像，采集所述m个不同的第二位置的散斑图像；

根据所述m个不同的第二位置的散斑图像，获取m个不同的第二位置的振动波形图；并根据所述振动波形图确定所述振动物体的第二振动强度极值点；

将以新确定的振动强度极值点为中心，以递减的间隔选择振动表面不同位置获取振动波形图，并根据振动波形图确定新的振动强度极值点的步骤经过j-2次迭代，获得第j振动强度极值点，j为大于或等于2的整数。

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