[发明专利]一种基于数字视频的快速铁谱分析方法

说明书

技术领域

本发明属于磨损状态在线监测和磨损机理研究领域，特别涉及一种基于数字视频的快速铁谱分析方法，用于机械系统的状态监测与分析。

背景技术

铁谱分析作为机械设备磨损状态监测和故障诊断的一个重要手段，在工业领域获得了近50年的发展，已经成为装备监测和检测标准化技术，并且由于可实现直接磨损机理分析，在商业分析领域得到越来越广泛的应用。

传统的铁谱分析技术通过分析式铁谱仪利用高梯度磁场将油液中磨粒分离出来，按规则排列沉积在铁谱基片上，然后借助铁谱显微镜获取清晰的磨粒图像，用以分析磨粒的数量、尺寸、类型等，进而分析机械设备的磨损状况。离线铁谱分析技术，可获取高放大倍数和高分辨率的磨粒图像，分析结果较为准确。同时，这种分析方法也存在三点不足：第一，制谱过程需要大量的人工操作，制谱质量依赖操作人员的经验，自动化程度低；第二，分析式铁谱仪本身没有分析能力，需要借助铁谱显微镜等其他仪器进行分析，增加了成本；第三，由于采用磁场采集磨粒，因而几乎采集不到非磁性磨粒，应用受到限制。尽管颗粒计数器（PQ）等自动分析仪开始被大量采用以降低人为依赖性，但是分析铁谱技术以其可以直观分析图像，深入理解磨损机理的优势，成为油液分析必不可少的环节之一。

数字铁谱图像处理技术的出现，使得磨粒的自动识别成为了可能，并将铁谱分析技术从原来的定性分析转向定量分析：针对特征磨粒开展多特征提取、磨粒分类、磨损机理辨识和磨损阶段评估等。但由于：1）制谱流程依然需要；2）需要人工指定特征磨粒；3）只能获得光反射表面的特征而不是空间特征。所以，当前的铁谱图像分析技术只能实现半自动化分析：

美国海军研究所开发的LNF自动磨粒分析仪实现了磨粒的自动识别，但是只给出了静态图像及单视角磨粒的特征；

西安交通大学研究的“在线监测铁谱仪”（专利号：01240347.4）、“在线数字图像型电磁永磁混合励磁铁谱传感器”（公开号：CN1673733）、“一种短沉积距离图像型在线铁谱装置与方法”（公开号：CN100365413C）和“在线图像可视铁谱无堆叠沉积磨粒浓度指数监测方法”（公开号：CN102288524A）等解决了自动采样和自动识别的问题，但是仍然存在两个问题：1）只提供静态图像；2）由于在线使用，分辨率低，只能给出模糊等效特征，而无法给出单个磨粒的精确特征。

为了适应现代工业监测的需求，铁谱分析技术需要解决2个技术瓶颈：自动化采样和三维特征提取。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种基于数字视频的快速铁谱分析方法，基于数字视频图像获取和计算机快速自动分析，将离线与在线分析技术的优势技术相结合，并提出了基于动态视频提取磨粒特征的新方法，实现了设备磨损状况的实时性和连续性的高精度和高效率的在线监测。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：

一种基于数字视频的快速铁谱分析方法，包括以下步骤：

步骤一、通过微流道3框架的进出油口采用油管和管接头将微流道3和数字微量泵4进行连接，并与待测的润滑油油样5组成油液回路，微流道3置于铁谱显微镜2的物镜正下方，通过数字成像系统的USB连接线将铁谱显微镜2与计算机1连接；数字微量泵4将油液输送至微流道3中；调节铁谱显微镜2焦距获取到磨粒图像；打开计算机1软件控制系统，在软件界面上显示磨粒图像；调节数字微量泵4的转速，同时调节铁谱显微镜2的焦距和光源，获取到清晰的磨粒动态图像；通过软件控制进行运动磨粒视频图像采集；

步骤二、基于视频进行运动目标检测，包括以下步骤：

（1）提取视频中的第一帧图像I₁作为背景图像B₀，并进行灰度化处理；

（2）对背景图像进行扫描，获取每个像素点的灰度值N，计算每一行的像素点的灰度平均值M，若N>(M+20)或N<(M-20)，则将该点灰度值重新赋值为N=M，得到新的背景图像B₁；

（3）基于surendra算法对背景进行更新；包括以下步骤：

①获取视频后续帧图像I_i，进行灰度化处理；

②将当前帧图像与背景图像的进行差分运算，得到差分图像D_i，公式如下：