压电柔性板结构振动的视觉测量装置及控制方法

1.压电柔性板结构振动的视觉测量装置，其特征在于：柔性板（6）一端固定在基座（1）上，柔性板（6）的表面粘贴压电陶瓷驱动片；柔性板（6）另一端为自由端，自由端前方安装CCD相机（9），CCD相机（9）光轴与静止时的柔性板（6）自由端面垂直，静止时的柔性板（6）自由端面处于CCD相机（9）视场范围的水平中间位置；CCD相机（9）上安装镜头（8），镜头（8）前端安装光源（7），CCD相机（9）输出端口与计算机（10）连接，计算机（10）与显示器（11）连接，计算机（10）与双通道D/A转换器（12）的输入端连接，双通道D/A转换器（12）与双通道电压放大器（13）连接，双通道电压放大器（13）与压电陶瓷驱动片连接。
2.根据权利要求1所述的压电柔性板结构振动的视觉测量装置，其特征在于所述压电陶瓷驱动片共有8片，分别分布在柔性板（6）两侧，每面4片，双面对位粘贴，构成第一压电陶瓷驱动片对（2）、第二压电陶瓷驱动片对（3）、第三压电陶瓷驱动片对（4）、第四压电陶瓷驱动片对（5）；所述第一压电陶瓷驱动片对（2）、第二压电陶瓷驱动片对（3）同侧压电驱动连接的极性相同；第三压电陶瓷驱动片对（4）和第四压电陶瓷驱动片对（5）同侧压电驱动连接的极性相反。
3.根据权利要求1所述的压电柔性板结构振动的视觉测量装置，其特征在于所述的8片压电陶瓷驱动片的负极与柔性板（6）粘贴，第一压电陶瓷驱动片对（2）和第二压电陶瓷驱动片对（3）的两极分别连接双通道电压放大器（13）通道Ⅰ的两极；第三压电陶瓷驱动片对（4）和第四压电陶瓷驱动片对（5）的两极分别连接双通道电压放大器（13）通道Ⅱ的两极。
4.应用权利要求1~3之一所述装置压电柔性板结构振动的视觉测量控制方法，其特征在于控制方法步骤如下：
第一步：CCD相机（9）获取柔性板（6）发生的弯曲和扭转振动信息的图像序列，通过接口转换电路传输到计算机（10）；
第二步：计算机（10）根据第一帧图像中的柔性板（6）自由端位置和后续图像中柔性板(6)自由端的最大变化范围，确定图像ROI；
第三步：计算机（10）采用快速并行中值滤波算法对ROI进行滤波减噪；
第四步：运用一阶导数微分算子Roberts边缘检测算子对第三步中确定的ROI进行微分运算，初步确定柔性板（6）的边缘信息；利用Hough变换检测图像中直线，修正初步确定的边缘，获取柔性板（6）自由端的边缘信息；
第五步：把由第四步获取的柔性板（6）自由端的边缘信息作为计算机（10）反馈信息，由计算机（10）产生相应的控制信号，双通道D/A转换器（12）对控制信号进行D/A转换，双通道电压放大器（13）放大控制电压，驱动压电陶瓷驱动片。
5.根据权利要求4所述的压电柔性板结构振动的视觉测量控制方法，其特征在于第二步处理第一幅图像时，处理由图像高度的1/10、全部宽度方向数据组成的ROI；计算出第一幅图像中柔性板（6）自由端面的中心坐标后，对于后续序列图像，采用运动跟踪方法确定ROI范围，仅处理由同样高度、100列宽度方向数据组成的ROI。
6.根据权利要求5所述的压电柔性板结构振动的视觉测量控制方法，其特征
在于第三步所述的快速并行中值滤波算法还可以采用改进的快速并行中值滤波算法：模板在图像中按行移动时，根据像素点所在的列与模板中应该更新的列的关系 ；j是图像中像素所在的列，J是模板中需要更新的列，%表示求余运算。
7.根据权利要求6所述的压电柔性板结构振动的视觉测量控制方法，其特征在于所述模板是是 模板，对于第1列（列数从0开始）的像素值，将该像素点的八邻域像素值赋值给模板，按照快速并行中值滤波算法进行处理；而对于第j（ ）列像素点，仅需将该像素点邻域j+1列的像素值赋值给模板中 列和对模板中的 列进行降序排
列，%表示求余运算。
8.根据权利要求7所述的压电柔性板结构振动的视觉测量控制方法，其特征在于第四步所述采用一阶导数微分算子Roberts边缘检测算子，提取出图像ROI中柔性板（6）自由端面的边缘；通过求取图像ROI中每行像素值的极大值点，初步得到柔性板（6）自由端面边缘；运用Hough变换，检测ROI中的直线，修正初步提取的边缘；柔性板（6）自由端面的中心即两边缘的中心 ，将该中心坐标与未振动时初始位置相减得到图像中
柔性板自由端位移 ，利用标定得到的图像坐标系中距离与世界坐标系中距
离之间的转换关系，计算得到柔性板（6）自由端面中心的实际位移 ；在图像坐标系空间中，利用最小二乘法，将柔性板（6）自由端面两直线边缘参数化，得到两直线边缘为，柔性板（6）扭转角为 ；
其中 为图像中自由端面两平行直线边缘上第 个像素水平坐标，
表示自由端面两平行直线边缘上的像素总数，
表示图像中柔性板（6）静止时自由端面水平中心坐标，
是图像坐标系下距离与世界坐标系下距离之间的转换关系，
、 分别代表两边缘直线在纵坐标上的截距，
为图像中自由端两平行直线边缘的斜率，
为柔性板（6）静止时图像中自由端面两平行直线边缘的斜率。

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