基于圖像識(shí)別的超聲近場(chǎng)懸浮回復(fù)力測(cè)量研究.pdf

1、超聲波近場(chǎng)懸浮現(xiàn)象是一種基于高能量密度的超聲波，將物體懸浮在超聲波發(fā)射端面上方一定距離的懸浮現(xiàn)象。超聲近場(chǎng)懸浮有很多優(yōu)點(diǎn)，如:承載能力強(qiáng)、懸浮穩(wěn)定性好、對(duì)環(huán)境要求不高等，在一些要求非接觸的應(yīng)用場(chǎng)景中有很多潛在應(yīng)用。在超聲近場(chǎng)懸浮過(guò)程中，當(dāng)懸浮物體偏離平衡位置時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一種能夠使懸浮物體回復(fù)到平衡位置的力，即回復(fù)力。由于回復(fù)力的存在，會(huì)使得懸浮物以平衡位置為中心不斷進(jìn)行振動(dòng)?；貜?fù)力一般都非常小，通常只有幾毫牛(mN)，通過(guò)一般的測(cè)量手段難

2、以準(zhǔn)確測(cè)量。針對(duì)超聲近場(chǎng)懸浮中回復(fù)力的測(cè)量問(wèn)題，本文以圖像識(shí)別技術(shù)及牛頓第二定律為基礎(chǔ)，通過(guò)測(cè)量懸浮物體的質(zhì)量和最大加速度來(lái)計(jì)算其所受的最大回復(fù)力。具體試驗(yàn)方法如下:
　　為實(shí)現(xiàn)對(duì)懸浮物體的自動(dòng)識(shí)別，本文在測(cè)量中于懸浮物體表面貼附了一種由同心圓構(gòu)成的標(biāo)識(shí)點(diǎn)。測(cè)量時(shí)先用影像采集設(shè)備對(duì)懸浮物的振動(dòng)過(guò)程進(jìn)行影像采集，之后通過(guò)MATLAB對(duì)影像的每一幀圖像進(jìn)行分析。由于標(biāo)識(shí)點(diǎn)具有特殊性，本文針對(duì)標(biāo)識(shí)點(diǎn)的特征，抽象出6個(gè)判斷識(shí)別準(zhǔn)則，通過(guò)這

3、些識(shí)別準(zhǔn)則一一對(duì)圖像進(jìn)行過(guò)濾、判斷，最終能夠?qū)?biāo)識(shí)點(diǎn)從圖像中識(shí)別、提取出來(lái)。此外，為提高運(yùn)算效率，本文還提出一種基于區(qū)域生長(zhǎng)的識(shí)別算法，該算法直接針對(duì)圖像中的標(biāo)識(shí)點(diǎn)進(jìn)行重點(diǎn)檢測(cè)，簡(jiǎn)化了識(shí)別過(guò)程，提高了運(yùn)行效率，在一些情況下，能夠發(fā)揮出巨大作用。
　　針對(duì)識(shí)別出的圓形標(biāo)識(shí)點(diǎn)，本論文采用多種方法對(duì)其進(jìn)行了亞像素定位，并從中選擇了一種綜合定位精度最高的方法作為最終采用的定位方法。為對(duì)測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行合理的分析與評(píng)價(jià)，本文針對(duì)幾個(gè)對(duì)測(cè)量精度影

4、響較高的因素，進(jìn)行了大量的仿真試驗(yàn)，并對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，從中得出了測(cè)量數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)規(guī)律。根據(jù)統(tǒng)計(jì)規(guī)律，對(duì)測(cè)量系統(tǒng)的系統(tǒng)誤差進(jìn)行了分析與補(bǔ)償。
　　試驗(yàn)中，本文對(duì)所測(cè)懸浮物的位置數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析和擬合，隨后求取了擬合曲線的二階導(dǎo)數(shù)，二階導(dǎo)數(shù)的最大值即為所求的懸浮物最大加速度。為驗(yàn)證測(cè)量數(shù)據(jù)的精度、提高測(cè)量可信度，本文針對(duì)整個(gè)測(cè)量過(guò)程中的所有中間步驟，綜合分析了誤差的產(chǎn)生和傳遞，最后得出本文所述的測(cè)量方案在置信度為95％的條件下，