IT201800007800A1 - Telecamera per vibrazioni meccaniche ed elettromeccaniche - Google Patents

Description

Domanda di Brevetto per Invenzione Industriale dal titolo “TELECAMERA PER VIBRAZIONI MECCANICHE ED ELETTROMAGNETICHE”.

DESCRIZIONE

Campo dell'invenzione.

Il brevetto è relativa ad una telecamera in grado di rilevare vibrazioni microscopiche, ovvero vibrazioni di pochi micron, in una telecamera in corpo unico, ovvero portatile, in grado di effettuare misurazioni per strutture civili, in campo istologico, per medicina sportiva, per ricognizione ambientale, nella chimica e nella fisica con rilevazioni micrometriche. La telecamera è, inoltre, in grado di unire in un unico dispositivo un sistema optoelettronico con analisi multispettrale e, tramite particolare filtro, è in grado di rilevare l’indice di resa cromatica, ovvero del color rendering index (CRI in acronimo), con bande di rilevamento comprese tra i 400 e 700 nanometri delle vibrazioni rilevate in ripresa, con colorazione delle stesse in funzione delle frequenze. La telecamera secondo il risultamento è quindi in grado di riprendere e valutare le vibrazioni di oggetti, corpi, molecole, cellule e tutto ciò che necessita di analisi dello stato di vibrazione.

Stato della tecnica.

Attualmente sono note telecamere per valutare vibrazioni predittive sulla stabilità dei sistemi in osservazione. Le telecamere di tipo noto, purtroppo, non sono sufficienti per analisi microscopiche o su scale nanometriche. I sistemi di ripresa in uso comparano immagini in memoria per valutare lo scostamento tra misure geometriche, con campi di misure che non scendono oltre una certa soglia, sufficiente a scostamenti di misure in centimetri o di millimetri.

Sommario dell’invenzione.

Oggetto del risultamento è una telecamera in grado di rilevare oscillazioni in campo microscopico e di registrarle per analisi di stabilità. La telecamera per vibrazioni meccaniche ed elettromagnetiche comprende un sensore di immagine, come ad esempio un sensore CMOS a largo spettro od un CCD, su cui viene montato un filtro per indice di resa cromatica ed un elaboratore dotato di microprocessore DSP (Digital Signal Processing), dove le vibrazioni vengono visualizzate sulla telecamera con variazioni di colore e di luminosità. La telecamera raccoglie diverse inquadrature e raccoglie i dati di tali inquadrature confrontando rapidamente pixel per pixel le immagini rilevate ed elaborate tramite algoritmi FFT (Fast Fourier Transform) piramidali e rese visibili a monitor con l’accumulo di vibrazioni rilevate tramite variazioni di luminosità e di colore. Le immagini elaborate sono poi registrate su una unità di memoria, come ad esempio una SD card. Le immagini rilevate possono poi essere processate con programmi di trattamento immagini. I sensori di immagini utilizzati devono avere un basso numero di pixel e di grossa dimensione, per diminuire il tempo di elaborazione ed avere buona sensibilità con bassa illuminazione. Il trovato trova applicazione in tutti i casi in cui è richiesta una elaborazione di immagine a livello microscopico, sia per costruzioni, materiali che per cellule od altri sistemi vibranti meccanicamente ed in vibrazioni elettromagnetiche. Questi ed altri scopi e vantaggi del presente risultamento saranno maggiormente evidenti dalla seguente descrizione dettagliata di una forma di realizzazione preferita ma non esclusiva, con riferimento ai disegni allegati in cui il trovato è illustrato in via puramente indicativa ed in quanto tale non limitativa.

Breve descrizione dei disegni.

La figura 1 è vista superiore di un obiettivo motorizzato. La figura 2 è vista di schema a blocchi del trovato.

Descrizione dettagliata.

La telecamera per vibrazioni meccaniche ed elettromagnetiche secondo il risultamento comprende un sensore di immagini 1 e lenti motorizzate, è dotata di un filtro per indice di resa cromatica 2, e comprende un elaboratore 3 con microprocessore DSP 4 (Digital Signal Processing) per l’elaborazione di immagini riprese in tempo reale ed elaborate con programma FFT (Fast Fourier Transform) in grado di rilevare ed aumentare luminosità e spostamenti nei pixel immagine di ripresa, per evidenziare movimenti nell’ordine di micron. Il sensore di immagini 1 è un sensore CMOS. In altra forma di realizzazione il sensore di immagini 1 è un sensore CCD. Il numero dei sensori della telecamera può variare da uno a cinque. Dalle foto in successione registrate dalla telecamera si hanno le posizioni relative e vengono colorati gli spostamenti tramite filtro per indice di resa cromatica 2, ovvero le vibrazioni rilevate. L’operazione di calcolo avviene tramite preelaborazione dei frame, ovvero delle immagini, utilizzando maschere di binning, tipicamente 4 x 4, che aumentano il rapporto segnale/rumore e viene effettuata un’analisi di Fourier veloce, ossia una FFT, su ogni immagine, quando l’immagine è data al software di dialogo presente sull’elaboratore. Vengono poi confrontate, in tempo reale e per ogni frame, le variazioni di luminanza o di spostamento di aree di pixel. Sono, inoltre, valutate le variazioni di colore, sia caso in cui si utilizzino sensori monocromatici con acquisizione tramite filtro sintonizzabile HSI che nel caso di sensori non monocromatici ma con matrice multispettrale, tramite variazione dell’angolo di riflessione della luce. Il movimento di un oggetto in tre dimensioni comporta, infatti, una minuscola variazione dell’angolo di riflessione della luce. Il trovato è, inoltre, dotato di scheda ausiliaria, collegata ad un primo display 5 e ad un secondo display tattile di maggiori dimensioni 6. La scheda ausiliaria si interfaccia con una seconda scheda 7 dotata di interfaccia WI-FI 8, batteria agli ioni di litio 9, encoder 10 per selezionare le funzioni e dispositivi per l’accensione 11. La scheda 7 prevede alloggiamento per SD card 12 con connessione e dispositivi di registrazione. La scheda 7 è collegata a modulo ad infrarossi 13 ed a camera JPEG 14. La scheda 7 è poi dotata di presa multifunzione 15. In fase di funzionamento la ripresa viene effettuata con la telecamera con lenti motorizzate, evidenziando con variazioni di colore ed intensità luminosa le vibrazioni registrate ed elaborate. Ogni volta che si ha una oscillazione dovuta al movimento, la riflettanza della luce cambia, anche solo parzialmente, in alcune linee spettrali. Ad ogni differenza rilevata per aree di pixel in ogni frame, ovvero in ogni immagine di ripresa, viene effettuata una elaborazione tramite FFT nel microprocessore DSP 4. Questo consente nell’esame del frame in sequenza di evidenziare lo spostamento e renderlo visibile dopo l’amplificazione. Per vedere spostamenti dell’ordine di pochi micron e con frequenza compresa tra 0,01 Hz e 500 Hz si ha un’acquisizione di una serie di immagini con campionamento veloce compreso tra 200 (duecento) e 2.000 (duemila) immagini al secondo. Per aumentare la sensibilità della telecamera secondo il risultamento a piccole variazioni sono utilizzate ottiche in grado di ingrandire l’immagine, come ad esempio teleobiettivi, con focale compresa tra trecento millimetri e milleduecento millimetri. La telecamera viene poi montata su piattaforma stabile, come ad esempio un treppiede, e stabilizzata. Detta telecamera è, inoltre, dotata di accelerometro triassiale 16 per accertarsi che la stessa telecamera non abbia subito movimenti o sollecitazioni vibrazionali nel momento dell’acquisizione dati. L’uso di un software con matrice vettoriale definisce poi con maggior precisione l'orientamento delle vibrazioni registrate sugli assi X Y. Con due telecamere secondo il risultamento, posizionate per riprese con angolazioni differenti, oppure con un laser posizionato a 45° rispetto alla camera di ripresa, si possono realizzare misurazioni di spostamenti e quindi di vibrazioni lungo l’asse Z. Il trovato è suscettibile di numerose modifiche e varianti tutte rientranti nellambito del concetto inventivo. Tutti i dettagli possono poi essere sostituiti da altri tecnicamente equivalenti senza per questo uscire dal campo di protezione sancito dalle rivendicazioni.

Claims (2)

1. RIVENDICAZIONI 1) Telecamera per vibrazioni meccaniche ed elettromeccaniche, comprendente un sensore di immagini (1) e lenti motorizzate, caratterizzata dal fatto di essere dotata di un filtro per indice di resa cromatica (2) e da un elaboratore (3) con microprocessore DSP (4) per l’elaborazione di immagini riprese in tempo reale ed elaborate con programma FFT in grado di rilevare ed aumentare luminosità e spostamenti nei pixel immagine di ripresa, per evidenziare movimenti nell’ordine di micron.
2. 2) Telecamera per vibrazioni meccaniche ed elettromeccaniche, come dalla rivendicazione precedente, caratterizzata dal fatto che è dotata di accelerometro triassiale (16) per accertarsi che la stessa telecamera non abbia subito movimenti o sollecitazioni vibrazionali nel momento dell’acquisizione dati.