CN116109962A - 一种基于视频相位的振动频率测量方法、装置、电子设备及存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于视频相位的振动频率测量方法、装置、电子设备及存储介质，属于振动频率测量技术领域。该方法通过采集包含目标对象的视频流，提取视频流中的感兴趣区域裁切生成待测视频流；利用预先配置的滤波器，对Y通道图像进行滤波处理，得到用于表征振动信号的相位序列；根据所述相位序列设置变换参数，利用线性调频变换处理得到与相位序列对应的频谱，可以在观测时间固定的情况下细化频谱，提高频率分辨率，在短时间内实现高精度的振动频率测量；相比于传统的视觉振动测量，使用空间相位信息进行振动信号的提取，具备抗光照变化、抗图像噪声以及对微小振动敏感等特性，可以提高振动测量的精准度。

Description

一种基于视频相位的振动频率测量方法、装置、电子设备及存储介质

技术领域

本发明属于基于视频图像处理的振动测量技术领域，具体地说，涉及一种基于视频相位的振动频率测量方法、装置、电子设备及存储介质。

背景技术

振动是物体普遍存在的现象，反映了物体的内在特性和运行状态。振动测量在结构健康监测、装备性能优化、故障检测以及目标探测与识别等领域具有重要意义。目前振动测量的方式主要分为两大类：一类是接触式测量方法，另外一类是非接触式测量方法。接触式测量方法常见的有压电陶瓷传感器、加速度传感器、陀螺仪传感器等，测量过程费时费力，并且传感器的粘贴可能影响到结构本身的动力特性。非接触式测量方法如激光多普勒测振仪、电涡流传感器、微波干涉仪等，这些设备价格昂贵，且只能实现有限数量的离散点处的振动测量，无法实现全场振动测量。

基于视觉的振动测量方法作为新兴的非接触式振动测量方法，通过相机捕捉振动信号，结合图像和视频处理算法，实现振幅、频率等振动参数的测量。传统的视觉振动测量技术采用特征点追踪、边缘检测、模板匹配等算法获取视频中的振动信号，并通过快速傅里叶变换(Fast Fourier Transform，FFT)计算得到目标振动频谱和峰值频率。这些方法依赖在待测物体上粘贴标靶，并且受亮度变化和图像噪声的影响较大，鲁棒性较差。此外，这些方法的时域处理框架基于传统的傅里叶分析，受限于观测时间和频谱最小间隔的倒数关系，难以在短时间内获得较高的频谱分辨率。这一缺陷限制了基于视觉的振动测量方法在高精度频率测量场景下的实用性。

发明内容

针对现有振动测量中受限于观测时间和频谱最小间隔的关系，难以在短时间内获得较高的频谱分辨率的问题，本发明提供一种基于视频相位的振动频率测量方法，可以在观测时间固定的情况下细化频谱，提高频率分辨率，在短时间内实现高精度的振动频率测量。

为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案。

本发明第一方面提供一种基于视频相位的振动频率测量方法，所述方法包括：

采集包含目标对象的视频流，提取视频流中的感兴趣区域裁切生成待测视频流；

将待测视频流中每一帧图像的颜色空间转换，确定所述目标对象的YIQ图像，提取Y通道图像；

利用预先配置的滤波器，对Y通道图像进行滤波处理，得到用于表征振动信号的相位序列；

根据所述相位序列设置变换参数，利用线性调频变换处理得到与相位序列对应的频谱；

根据所述频谱确定幅值，得到目标对象的振动信号的幅度谱，识别幅度谱最大值，选取最大值处所对应频率值作为目标对象的振动频率。

作为一个示例，所述的利用预先配置的复数可控滤波器，对Y通道图像进行滤波处理步骤包括：

配置不同尺度和不同方向的复数可控滤波器作为预先配置的滤波器，对所述Y通道图像进行空间滤波处理，得到不同尺度、不同方向的空间相位矩阵；

将每一帧图像处理得到的不同尺度、不同方向的空间相位矩阵按帧的时间先后顺序排列得到包含尺度、方向、图像横坐标、图像纵坐标、时间五个维度的相位张量；

将所述相位张量对尺度、方向、图像横坐标、图像纵坐标取平均，得到表征振动信号的相位序列。

作为一个示例，配置不同尺度和不同方向的复数可控滤波器作为预先配置的滤波器步骤包括：

配置极坐标图像，所述极坐标图像包括极径图像和极角图像，将图像的平面直角坐标转化为极坐标表示；

配置每一尺度下的高通模板HM与低通模板LM；

配置每一尺度下的带通模板，对于第i个尺度而言，其带通模板可通过将第i个尺度的高通模板与第i-1个尺度的低通模板相乘得到，具体如下式：

BM_i＝HM_i⊙LM_i-1；其中⊙表示哈达玛积，即对应位置元素相乘；

配置方向模板，将整个图像平面划分为T个方向，并设置过渡带形成T个方向模板；所述方向模板公式具体如下：

其中，OM_j表示第j个方向的方向模板；j表示方向序号；Θ表示极角矩阵；λ(j)表示计算方向模板的中间变量；

将每一尺度下的带通模板与T个方向模板分别相乘，形成预先配置的复数可控滤波器；

C_i，j＝BM_i⊙OM_j

(11)

其中C_i，j示第i个尺度、第j个方向的复数可控滤波器，⊙表示哈达玛积，即对应位置元素相乘；OM_j表示第i个尺度的带通模板；BM_j表示第j个方向的方向模板。

作为一个示例，对视频的每一帧图像处理得到的相位张量P^i，j(x，y，k)，分别对尺度、方向、图像横坐标、图像纵坐标取平均，得到相位序列，其公式如下：

p(k)＝∑_i，j∑_x，yP^i，j(x，y，k)

P(k)即为计算得到的相位序列；k表示第k帧图像，x表示图像横坐标；y表示图像纵坐标；i表示尺度序号，j表示方向序号。

作为一个示例，根据所述相位序列设置变换参数步骤包括：

根据待测视频流的帧率，预先指定频带范围和期望达到的频率测量分辨率；

根据频带范围和期望达到的频率测量分辨率设置变换参数，所述频率测量分辨率是通过测量得到的两根谱线间的最短间隔得到。

作为一个示例，选取最大值处所对应频率值作为目标对象的振动频率公式如下：

f_m＝k_m*fs/N

其中f_m表示所求目标振动频率；k_m表示幅度频谱最大值所对应的位置；N表示视频总帧数；f_s表示视频帧率。

本发明第二方面提供一种基于视频相位的振动频率测量装置，包括：

视频采集模块，其用于采集包含目标对象的视频流，提取视频流中的感兴趣区域裁切生成待测视频流；

色彩转换模块，其用于将待测视频流中每一帧图像的颜色空间转换，确定所述目标对象的YIQ图像，提取Y通道图像；

相位提取模块，其利用预先配置的滤波器，对Y通道图像进行滤波处理，得到用于表征振动信号的相位序列；

频谱提取模块，其用于根据所述相位序列设置变换参数，利用线性调频变换处理得到与相位序列对应的频谱；

振动测量模块，其用于根据所述频谱确定幅值，得到目标对象的振动信号的幅度谱，识别幅度谱最大值，选取最大值处所对应频率值作为目标对象的振动频率。

作为一个示例，所述相位提取模块包括：

配置单元，其用于配置不同尺度和不同方向的复数可控滤波器作为预先配置的滤波器，对所述Y通道图像进行空间滤波处理，得到不同尺度、不同方向的空间相位矩阵；

排序单元，其用于将每一帧图像处理得到的相位矩阵按帧的时间先后顺序排列得到不同尺度、不同方向的相位张量；

计算单元，其用于将所述相位张量对所有尺度、方向、空间位置取平均，得到表征振动信号的相位序列。

本发明第三方面提供一种电子设备，包括处理器、输入设备、输出设备和存储器，所述处理器、输入设备、输出设备和存储器依次连接，所述存储器用于存储计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，所述处理器被配置用于调用所述程序指令，执行如上所述的方法。

本发明第四发明提供一种可读存储介质，所述存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，所述程序指令当被处理器执行时使所述处理器执行如上述的方法。

相比于现有技术，本发明的有益效果为：

本发明示例通过采集包含目标对象的视频流，提取视频流中的感兴趣区域裁切生成待测视频流；利用预先配置的滤波器，对Y通道图像进行滤波处理，得到用于表征振动信号的相位序列；根据所述相位序列设置变换参数，利用线性调频变换处理得到与相位序列对应的频谱，可以在观测时间固定的情况下细化频谱，提高频率分辨率，在短时间内实现高精度的振动频率测量；相比于传统的视觉振动测量，使用空间相位信息进行振动信号的提取，具备抗光照变化、抗图像噪声以及对微小振动敏感等特性，可以提高振动测量的精准度。

附图说明

通过结合附图对本申请实施例进行更详细的描述，本申请的上述以及其他目的、特征和优势将变得更加明显。附图用来提供对本申请实施例的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本申请实施例一起用于解释本申请，并不构成对本申请的限制。在附图中，相同的参考标号通常代表相同部件或步骤。

图1为本发明实施例提供的一种基于视频相位的振动频率测量方法流程图一；

图2为本发明实施例提供的一种基于视频相位的振动频率测量装置框图；

图3为本发明实施例提供的一种基于视频相位的振动频率测量方法流程图二；

图4图示了根据本申请实施例的电子设备的框图；

图5为本发明实施例提供的测量场景示意图；

图6为本发明实施例获得的振动频谱图。

具体实施方式

下面，将参考附图详细地描述根据本申请的示例实施例。显然，在本文中提及“示例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其他步骤或单元。

示例性场景

振动测量在结构健康监测、装备性能优化、故障检测以及目标探测与识别等领域均有应用，在一场景中，可以预先拍摄目标对象的振动视频，这里的目标对象可以发动机、绳索等需要观测的目标。拍摄时，确保相机在整个拍摄过程中保持静止，获取采集包含目标对象振动的视频流。

如图2所示，在实验室场景中，可以将一个模态激振器与信号发生器连接，模态激振器在信号发生器的激励下产生稳定正弦型振动。在模态激振器顶端放置振片。将一个摄像机固定在三脚架上，并将镜头对准激振器顶端振片，确保相机在整个拍摄过程中保持静止；开始视频采集，获取采集包含目标对象振动的视频流。

示例性方法

传统的视觉振动测量技术的时域处理框架基于传统的傅里叶分析，受限于观测时间和频谱最小间隔的倒数关系，难以在短时间内获得较高的频谱分辨率；这也限制了基于视觉的振动测量方法在高精度频率测量场景下的实用性。

如图1和3所示，本示例针对上述问题提供一种基于视频相位的振动频率测量方法，具体包括如下步骤：

S110：采集包含目标对象的视频流，提取视频流中的感兴趣区域裁切生成待测视频流。

具体的，这里的目标对象的视频流，可以是利用相机拍摄的，也可以通过接收服务器传输的。选取视频中的ROI区域裁切生成待测视频流，ROI区域是指包含目标对象的区域，在裁切时确保目标对象的整体轮廓基本充满视频画面。

S120：将待测视频流中每一帧图像的颜色空间转换，确定所述目标对象的YIQ图像，提取Y通道图像。

具体的，这里需要待测视频流进行色域转换，即将感兴趣区域的色彩空间由RGB转换为YIQ，使视频图像的亮度信息和色度信息分开，便于后续对视频流亮度的信息的单独处理。

这里YIQ色彩是NTSC(National Television Standards Committee)彩色电视系统使用的色彩空间，其中Y通道存储图像的亮度(Luminance)信息，I和Q通道存储图像的色度(chrominance)信息，具体转换规则参见公式(1)。提取待测视频流每一帧的Y通道图像，进行后续处理。

S130：利用预先配置的滤波器，对Y通道图像进行滤波处理，得到用于表征振动信号的相位序列。

具体的，配置不同尺度、不同方向的复数可控滤波器，对Y通道图像进行处理，得到不同尺度、不同方向的空间相位矩阵。这里的尺度是指复数可控滤波器的空间频带、方向是指复数可控滤波器的空间取向。

将每一帧图像处理得到的不同尺度、不同方向的相位矩阵按帧的先后顺序排列得到、包含尺度、方向、图像横坐标、图像纵坐标、时间五个维度的相位张量。将相位张量对所有尺度、方向、图像横坐标、图像纵坐标取平均，得到表征振动信号的相位序列。

S140：根据所述相位序列设置变换参数，利用线性调频变换处理得到与相位序列对应的频谱。

具体的，采用Chirp-Z变换实现振动信号的频谱计算，作为频率分辨率的振动频率测量。

作为一个示例，所述的根据所述相位序列设置变换参数步骤包括：

根据待测视频流帧率，预先指定频带范围和期望达到的频率测量分辨率；

根据频带范围和期望达到的频率测量分辨率设置变换参数，所述频率测量分辨率是通过测量得到的两根谱线间的最短间隔得到。

S150：根据所述频谱确定幅值，得到目标对象的振动信号的幅度谱，识别幅度谱最大值，选取最大值处所对应频率值作为目标对象的振动频率。

具体的，对步骤S140处理得到的为相位序列的Chirp-Z变换后生成的频谱X(z_k)求取幅值得到幅度频谱，并求其最大值所对应位置，如公式(2)所示

其中k_m表示幅度频谱最大值所对应的位置。

根据公式(3)将k_m转化为频率值：

f_m＝k_m*fs/N           (3)

其中f_m表示所求目标振动频率；N表示视频总帧数；f_s表示视频帧率。

在一个实施例中对图2的振片测量，得到的频谱图如图3所示，对其多次测量的结果如表1所示。

表1

上表中，误差的计算方式为：误差＝|测量值-标准值|/标准值。上述结果相对于传统的振动测量方法，在相同的观测时间内取得了更高的测量精度，且频率测量误差也更低。

作为一个示例，为了使用空间相位信息进行振动信号的提取，具备抗光照变化、抗图像噪声以及对微小振动敏感的特性，本示例对复数可控滤波器的进行改进，具体如下：

S131：配置极坐标图像，所述极坐标图像包括极径图像R和极角图像θ，将图像的平面直角坐标转化为极坐标表示。

这里实质就是把Y通道图像的平面直角坐标表示转化为极坐标表示，便于后续控制各子滤波器的频带和方向。将图像矩阵的水平和竖直坐标都归一化到预定范围内，再将其转化为极坐标。

S132：配置每一尺度下的高通模板HM与低通模板LM。

对于某一尺度i下的滤波器半径r_i，在第一步得到的极坐标基础上，若保留极径大于的区域而舍弃极径小于的区域，则形成了该尺度的一个高通模板，反之则形成该尺度的一个低通模板。本示例高通滤波器模板由公式(4)给出：

其中，HM表示高通模板，r表示极径；r_i表示某一尺度i下的滤波器半径；

根据高通模板可以设计该尺度的低通模板，如公式(5)所示

其中，LM表示低通模板；HM表示高通模板。

作为优选的实施方式，为了保证滤波器的半径不越过Y通道图像边界，滤波器半径r_i的取值从1开始逐渐缩小，以0.5的几何步长逐次递减，具体如下：

r_i＝2^-(i-1)，i＝1，2，...，ht+1  (6)

r_i表示滤波器半径；ht表示；M表示图像高度；N表示图像宽度；ht表示图像以2为倍数的缩放下限。

S133：配置每一尺度下的带通模板，对于第i个尺度而言，其带通模板BM_i可通过将第i个尺度的高通模板与第i-1个尺度的低通模板相乘得到式(8)。

BM_i＝HM_i⊙LM_i-1  (8)

S134：配置方向模板，为了获得不同方向的运动信息，将整个图像平面划分为T个方向(这里一般取T＝4)，并设置过渡带。所述方向模板公式具体如下：

其中，OM_j表示第j个方向的方向模板；j表示方向序号；T表示所设置的方向个数；Θ表示极角矩阵；λ(j)表示计算方向模板的中间变量。

S135：将每一尺度下的带通模板与T个方向模板分别相乘，即可形成预先配置的复数可控滤波器。

C_i，j＝BM_i⊙OM_j  (11)

其中C_i，j示第i个尺度、第j个方向的复数可控滤波器，⊙表示哈达玛积，即对应位置元素相乘；OM_j表示第i个尺度的带通模板；BM_j表示第j个方向的方向模板。

作为一个示例，Y通道图像的局部相位可通过上述配置的复数可控滤波器在空间频域滤波得到，如公式(13)所示：

P^i，j＝arg(IDFT(C_i，j⊙DFT(Y)))  (13)

其中Y为原始的图像Y通道矩阵，DFT表示离散傅里叶变换，IDFT表示离散傅里叶逆变换；arg(.)代表求复数的幅角；⊙表示矩阵的哈达玛积，即对应位置元素相乘，P^i，j为最终获取到的局部相位，考虑到图像的空间坐标则表示为P^i，j(x，y)。

再对视频的每一帧图像处理得到相位张量P^i，j(x，y，k)(k表示第k帧图像)，分别对所有层、所有位置的相位变化取平均，得到相位序列，如公式(14)所示

p(k)＝∑_i，j∑_x，yP^i，j(x，y，k)         (14)

P(k)即为计算得到的相位序列；k表示第k帧图像，x表示图像横坐标；y表示图像纵坐标；i表示尺度序号，j表示方向序号。

作为又一个示例，根据所述相位序列设置变换参数，利用线性调频变换处理得到与相位序列对应的频谱的具体步骤如下：

S141：Chirp-Z变换参数设置。

根据视频帧率fs，预先指定的频带范围[fl，fh]，以及期望达到的频率测量分辨率F，设置变换参数。变换参数包括频域采样点数M、谱分析起始点A和围线步长W；具体如公式(15)-(17)所设置。

M＝(f-fl)/F              (15)

A＝exp(j*2π*fl/fs)            (16)

W＝exp(j*2π*(f-fl)/fs)         (17)

其中j表示虚数单位；exp表示以自然常数为底的指数函数。

S142：相位序列Chirp-Z变换。

设相位序列p(n)总长为N，h_L(n)序列为所构造的中间变量，L表示h_L(n)序列的长度，并且有L＝N+M-1；具体算法步骤如下：

①形成h_L(n)序列：

②计算H_L(k)＝DFT[_L(n)]0≤k≤L-1  (19)

③计算

④计算Y(k)＝DFT[y(n)]0≤k≤L-1   (21)

⑤计算Y(k)H(k)  (22)

⑥计算V(k)＝IDFT[Y(k)H(k)]0≤k≤L-1  (23)

⑦计算

其中，DFT(.)表示离散傅里叶变换，IDFT(.)表示离散傅里叶逆变换，H_L(k)，y(n)，Y(k)，V(k)皆为变换过程中所构造的中间变量，X(z_k)即为相位序列的Chirp-Z变换后生成的频谱。

本示例基于视频相位和Chirp-Z变换的振动频率测量方法，可以在相同的观测时间下，获得远高于传统傅里叶变换的频率分辨率，适用于时间较短情况下的高精度振动频率测量。本发明使用空间相位信息进行振动信号的提取，具备抗光照变化、抗图像噪声以及对微小振动敏感的特性，相比较于传统的视觉振动测量方法，具备较高的频率测量准确性。

示例性装置

如图2所示，一种基于视频相位的振动频率测量装置，包括：

视频采集模块20，其用于采集包含目标对象的视频流，提取视频流中的感兴趣区域裁切生成待测视频流；

色彩转换模块30，其用于将待测视频流中每一帧图像的颜色空间转换，确定所述目标对象的YIQ图像，提取Y通道图像；

相位提取模块40，其利用预先配置的滤波器，对Y通道图像进行滤波处理，得到用于表征振动信号的相位序列；

频谱提取模块50，其用于根据所述相位序列设置变换参数，利用线性调频变换处理得到与相位序列对应的频谱；

振动测量模块60，其用于根据所述频谱确定幅值，得到目标对象的振动信号的幅度谱，识别幅度谱最大值，选取最大值处所对应频率值作为目标对象的振动频率。

具体的，所述相位提取模块包括：

配置单元，其用于配置不同尺度和不同方向的复数可控滤波器作为预先配置的滤波器，对所述Y通道图像进行空间滤波处理，得到不同尺度、不同方向的空间相位矩阵；

排序单元，其用于将每一帧图像处理得到的不同尺度、不同方向的空间相位矩阵按帧的时间先后顺序排列得到包含尺度、方向、图像横坐标、图像纵坐标、时间五个维度的相位张量；

计算单元，其用于将所述相位张量对尺度、方向、图像横坐标、图像纵坐标取平均，得到表征振动信号的相位序列。

示例性电子设备

下面，参考图1来描述根据本申请实施例的电子设备。该电子设备可以是可移动设备本身，或与其独立的单机设备，该单机设备可以与可移动设备进行通信，以从它们接收所采集到的输入信号，并向其发送所选择的目标决策行为。

图4图示了根据本申请实施例的电子设备的框图。

如图4所示，电子设备10包括一个或多个处理器11和存储器12。

处理器11可以是中央处理单元(CPU)或者具有数据处理能力和/或指令执行能力的其他形式的处理单元，并且可以控制电子设备10中的其他组件以执行期望的功能。

存储器12可以包括一个或多个计算机程序产品，所述计算机程序产品可以包括各种形式的计算机可读存储介质，例如易失性存储器和/或非易失性存储器。所述易失性存储器例如可以包括随机存取存储器(RAM)和/或高速缓冲存储器(cache)等。所述非易失性存储器例如可以包括只读存储器(ROM)、硬盘、闪存等。在所述计算机可读存储介质上可以存储一个或多个计算机程序指令，处理器11可以运行所述程序指令，以实现上文所述的本申请的各个实施例的决策行为决策方法以及/或者其他期望的功能。

在一个示例中，电子设备10还可以包括：输入装置13和输出装置14，这些组件通过总线系统和/或其他形式的连接机构(未示出)互连。例如，该输入设备13可以包括例如车载诊断系统(0BD)、统一诊断服务(UDS)、惯性测量单元(IMU)、摄像头、激光雷达、毫米波雷达、超声波雷达、车载通信(V2X)等各种设备。该输入设备13还可以包括例如键盘、鼠标等等。该输出装置14可以包括例如显示器、扬声器、打印机、以及通信网络及其所连接的远程输出设备等等。

当然，为了简化，图4中仅示出了该电子设备10中与本申请有关的组件中的一些，省略了诸如总线、输入/输出接口等等的组件。除此之外，根据具体应用情况，电子设备10还可以包括任何其他适当的组件。

示例性计算机程序产品和计算机可读存储介质

除了上述方法和设备以外，本申请的实施例还可以是计算机程序产品，其包括计算机程序指令，所述计算机程序指令在被处理器运行时使得所述处理器执行本说明书上述“示例性方法”部分中描述的根据本申请各种实施例的决策行为决策方法中的步骤。

所述计算机程序产品可以以一种或多种程序设计语言的任意组合来编写用于执行本申请实施例操作的程序代码，所述程序设计语言包括面向对象的程序设计语言，诸如Java、C++等，还包括常规的过程式程序设计语言，诸如“C”语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在用户计算设备上执行、部分地在用户设备上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算设备上部分在远程计算设备上执行、或者完全在远程计算设备或服务器上执行。

此外，本申请的实施例还可以是计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序指令，所述计算机程序指令在被处理器运行时使得所述处理器执行本说明书上述“示例性方法”部分中描述的根据本申请各种实施例的决策行为决策方法中的步骤。

所述计算机可读存储介质可以采用一个或多个可读介质的任意组合。可读介质可以是可读信号介质或者可读存储介质。可读存储介质例如可以包括但不限于电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括：具有一个或多个导线的电连接、便携式盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携式紧凑盘只读存储器(CD-ROM)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。

以上结合具体实施例描述了本申请的基本原理，但是，需要指出的是，在本申请中提及的优点、优势、效果等仅是示例而非限制，不能认为这些优点、优势、效果等是本申请的各个实施例必须具备的。另外，上述公开的具体细节仅是为了示例的作用和便于理解的作用，而非限制，上述细节并不限制本申请为必须采用上述具体的细节来实现。

本申请中涉及的器件、装置、设备、系统的方框图仅作为例示性的例子并且不意图要求或暗示必须按照方框图示出的方式进行连接、布置、配置。如本领域技术人员将认识到的，可以按任意方式连接、布置、配置这些器件、装置、设备、系统。诸如“包括”、“包含”、“具有”等等的词语是开放性词汇，指“包括但不限于”，且可与其互换使用。这里所使用的词汇“或”和“和”指词汇“和/或”，且可与其互换使用，除非上下文明确指示不是如此。这里所使用的词汇“诸如”指词组“诸如但不限于”，且可与其互换使用。

还需要指出的是，在本申请的装置、设备和方法中，各部件或各步骤是可以分解和/或重新组合的。这些分解和/或重新组合应视为本申请的等效方案。

提供所公开的方面的以上描述以使本领域的任何技术人员能够做出或者使用本申请。对这些方面的各种修改对于本领域技术人员而言是非常显而易见的，并且在此定义的一般原理可以应用于其他方面而不脱离本申请的范围。因此，本申请不意图被限制到在此示出的方面，而是按照与在此公开的原理和新颖的特征一致的最宽范围。

为了例示和描述的目的已经给出了以上描述。此外，此描述不意图将本申请的实施例限制到在此公开的形式。尽管以上已经讨论了多个示例方面和实施例，但是本领域技术人员将认识到其某些变型、修改、改变、添加和子组合。

Claims (10)

1.一种基于视频相位的振动频率测量方法，其特征在于，所述方法包括：

采集包含目标对象的视频流，提取视频流中的感兴趣区域裁切生成待测视频流；

将待测视频流中每一帧图像的颜色空间转换，确定所述目标对象的YIQ图像，提取Y通道图像；

利用预先配置的滤波器，对Y通道图像进行滤波处理，得到用于表征振动信号的相位序列；

根据所述相位序列设置变换参数，利用线性调频变换处理得到与相位序列对应的频谱；

根据所述频谱确定幅值，得到目标对象的振动信号的幅度谱，识别幅度谱最大值，选取最大值处所对应频率值作为目标对象的振动频率。

2.根据权利要求1所述的一种基于视频相位的振动频率测量方法，其特征在于，所述的利用预先配置的复数可控滤波器，对Y通道图像进行滤波处理步骤包括：

配置不同尺度和不同方向的复数可控滤波器作为预先配置的滤波器，对所述Y通道图像进行空间滤波处理，得到不同尺度、不同方向的空间相位矩阵；

将每一帧图像处理得到的不同尺度、不同方向的空间相位矩阵按帧的时间先后顺序排列得到包含尺度、方向、图像横坐标、图像纵坐标、时间五个维度的相位张量；

将所述相位张量对尺度、方向、图像横坐标、图像纵坐标取平均，得到表征振动信号的相位序列。

3.根据权利要求2所述的一种基于视频相位的振动频率测量方法，其特征在于，配置不同尺度和不同方向的复数可控滤波器作为预先配置的滤波器步骤包括：

配置极坐标图像，所述极坐标图像包括极径图像和极角图像，将图像的平面直角坐标转化为极坐标表示；

配置每一尺度下的高通模板HM与低通模板LM；

配置每一尺度下的带通模板，对于第i个尺度而言，其带通模板可通过将第i个尺度的高通模板与第i-1个尺度的低通模板相乘得到，具体如下式：

BM_i＝HM_i⊙LM_i-1；其中⊙表示哈达玛积，即对应位置元素相乘；

配置方向模板，将整个图像平面划分为T个方向，并设置过渡带形成T个方向模板；所述方向模板公式具体如下：

其中，OM_j表示第j个方向的方向模板；j表示方向序号；Θ表示极角矩阵；λ(j)表示计算方向模板的中间变量；

将每一尺度下的带通模板与T个方向模板分别相乘，形成预先配置的复数可控滤波器；

C_i,j＝BM_i⊙OM_j

其中C_i,j示第i个尺度、第j个方向的复数可控滤波器，⊙表示哈达玛积，即对应位置元素相乘；OM_j表示第i个尺度的带通模板；BM_j表示第j个方向的方向模板。

4.根据权利要求2所述的一种基于视频相位的振动频率测量方法，其特征在于，对视频的每一帧图像处理得到的相位张量P^i,j(x,y,k)，分别对尺度、方向、图像横坐标、图像纵坐标取平均，得到相位序列，其公式如下：

p(k)＝∑_i,j∑_x,yP^i,j(x,y,k)

P(k)即为计算得到的相位序列；k表示第k帧图像，x表示图像横坐标；y表示图像纵坐标；i表示尺度序号，j表示方向序号。

5.根据权利要求1-4任意一项所述的一种基于视频相位的振动频率测量方法，其特征在于，根据所述相位序列设置变换参数步骤包括：

根据待测视频流的帧率，预先指定频带范围和期望达到的频率测量分辨率；

根据频带范围和期望达到的频率测量分辨率设置变换参数，所述频率测量分辨率是通过测量得到的两根谱线间的最短间隔得到。

6.根据权利要求1所述的一种基于视频相位的振动频率测量方法，其特征在于，选取最大值处所对应频率值作为目标对象的振动频率公式如下：

f_m＝k_m*fs/N

其中f_m表示所求目标振动频率；k_m表示幅度频谱最大值所对应的位置；N表示视频总帧数；f_s表示视频帧率。

7.一种基于视频相位的振动频率测量装置，其特征在于，包括：

视频采集模块，其用于采集包含目标对象的视频流，提取视频流中的感兴趣区域裁切生成待测视频流；

色彩转换模块，其用于将待测视频流中每一帧图像的颜色空间转换，确定所述目标对象的YIQ图像，提取Y通道图像；

相位提取模块，其利用预先配置的滤波器，对Y通道图像进行滤波处理，得到用于表征振动信号的相位序列；

频谱提取模块，其用于根据所述相位序列设置变换参数，利用线性调频变换处理得到与相位序列对应的频谱；

振动测量模块，其用于根据所述频谱确定幅值，得到目标对象的振动信号的幅度谱，识别幅度谱最大值，选取最大值处所对应频率值作为目标对象的振动频率。

8.根据权利要求7所述的一种基于视频相位的振动频率测量装置，其特征在于，所述相位提取模块包括：

配置单元，其用于配置不同尺度和不同方向的复数可控滤波器作为预先配置的滤波器，对所述Y通道图像进行空间滤波处理，得到不同尺度、不同方向的空间相位矩阵；

排序单元，其用于将每一帧图像处理得到的相位矩阵按帧的时间先后顺序排列得到不同尺度、不同方向的相位张量；

计算单元，其用于将所述相位张量对所有尺度、方向、空间位置取平均，得到表征振动信号的相位序列。

9.一种电子设备，其特征在于，包括处理器、输入设备、输出设备和存储器，所述处理器、输入设备、输出设备和存储器依次连接，所述存储器用于存储计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，所述处理器被配置用于调用所述程序指令，执行如权利要求1-7任一项所述的方法。

10.一种可读存储介质，其特征在于，所述存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，所述程序指令当被处理器执行时使所述处理器执行如权利要求1-7任一项所述的方法。

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