基于圖像識別的超聲近場懸浮回復(fù)力測量研究.pdf

1、超聲波近場懸浮現(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。超聲近場懸浮有很多優(yōu)點，如:承載能力強(qiáng)、懸浮穩(wěn)定性好、對環(huán)境要求不高等，在一些要求非接觸的應(yīng)用場景中有很多潛在應(yīng)用。在超聲近場懸浮過程中，當(dāng)懸浮物體偏離平衡位置時，會產(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，會使得懸浮物以平衡位置為中心不斷進(jìn)行振動?；貜?fù)力一般都非常小，通常只有幾毫牛(mN)，通過一般的測量手段難

2、以準(zhǔn)確測量。針對超聲近場懸浮中回復(fù)力的測量問題，本文以圖像識別技術(shù)及牛頓第二定律為基礎(chǔ)，通過測量懸浮物體的質(zhì)量和最大加速度來計算其所受的最大回復(fù)力。具體試驗方法如下:
　　為實現(xiàn)對懸浮物體的自動識別，本文在測量中于懸浮物體表面貼附了一種由同心圓構(gòu)成的標(biāo)識點。測量時先用影像采集設(shè)備對懸浮物的振動過程進(jìn)行影像采集，之后通過MATLAB對影像的每一幀圖像進(jìn)行分析。由于標(biāo)識點具有特殊性，本文針對標(biāo)識點的特征，抽象出6個判斷識別準(zhǔn)則，通過這

3、些識別準(zhǔn)則一一對圖像進(jìn)行過濾、判斷，最終能夠?qū)?biāo)識點從圖像中識別、提取出來。此外，為提高運(yùn)算效率，本文還提出一種基于區(qū)域生長的識別算法，該算法直接針對圖像中的標(biāo)識點進(jìn)行重點檢測，簡化了識別過程，提高了運(yùn)行效率，在一些情況下，能夠發(fā)揮出巨大作用。
　　針對識別出的圓形標(biāo)識點，本論文采用多種方法對其進(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。為對測量系統(tǒng)進(jìn)行合理的分析與評價，本文針對幾個對測量精度影

4、響較高的因素，進(jìn)行了大量的仿真試驗，并對仿真結(jié)果進(jìn)行了統(tǒng)計分析，從中得出了測量數(shù)據(jù)的統(tǒng)計規(guī)律。根據(jù)統(tǒng)計規(guī)律，對測量系統(tǒng)的系統(tǒng)誤差進(jìn)行了分析與補(bǔ)償。
　　試驗中，本文對所測懸浮物的位置數(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。為驗證測量數(shù)據(jù)的精度、提高測量可信度，本文針對整個測量過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量方案在置信度為95％的條件下，