儲(chǔ)能彈簧作為斷路器分合閘動(dòng)力元件,其可靠性對(duì)斷路器運(yùn)動(dòng)過(guò)程的驅(qū)動(dòng)和控制至關(guān)重要。提出一種基于圖像匹配跟蹤技術(shù)的非接觸式彈簧形變特征測(cè)試方法:由高速相機(jī)捕捉儲(chǔ)能彈簧伸縮過(guò)程高速圖像序列,以彈簧活動(dòng)端首圈為形變檢測(cè)匹配目標(biāo),采用歸一化互相關(guān)圖像金字塔匹配（normalized cross-correlation-pyramid,NCC-P）算法對(duì)目標(biāo)進(jìn)行逐幀搜索,并獲得各關(guān)鍵幀目標(biāo)的坐標(biāo)以及彈簧形變相關(guān)特征參數(shù)。提出基于識(shí)別區(qū)域估計(jì)優(yōu)化歸一化互相關(guān)圖像金字塔匹配（normalizedcrosscorrelation-pyramid-estimation,NCC-P-E）算法。根據(jù)前后幀位置關(guān)聯(lián)預(yù)測(cè)后續(xù)幀目標(biāo)位置,并根據(jù)該預(yù)測(cè)動(dòng)態(tài)調(diào)整識(shí)別區(qū),消除相似結(jié)構(gòu)對(duì)匹配結(jié)果的干擾,提高匹配速度和準(zhǔn)確率。通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證可知,該方法可在斷路器帶電的情況下有效檢測(cè)斷路器彈簧釋能過(guò)程中的伸縮形變特征。 

【文章來(lái)源】：中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào). 2019,39(24)北大核心EICSCD

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某幀圖像匹配互相關(guān)值全域結(jié)果Fig.3Resultofcross-correlationvalueinaframeimagematching0.3

7416中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)第39卷0.70.60.50.40.3NCC值/pu圖3某幀圖像匹配互相關(guān)值全域結(jié)果Fig.3Resultofcross-correlationvalueinaframeimagematching00002001()d()dttttttxvttvatatt(4)忽略二階及以上加速度，可以得到：20012xvtat(5)由此推導(dǎo)下一幀目標(biāo)位置坐標(biāo)計(jì)算公式如下：112(,)3(,)3(,)(,)kkkkFxyFxyFxyFxy(6)以該預(yù)測(cè)點(diǎn)為中心重新估計(jì)識(shí)別區(qū)域位置，對(duì)于第二幀和第三幀圖像則分別由前一幀和前兩幀圖像目標(biāo)位置估計(jì)識(shí)別區(qū)域，表達(dá)式如下：21F(x,y)F(x,y)(7)321F(x,y)2F(x,y)F(x,y)(8)因此，利用前兩幀及當(dāng)前幀圖像得到的目標(biāo)位置，快速預(yù)測(cè)下一幀目標(biāo)位置，以此估計(jì)下一幀新的目標(biāo)區(qū)域Mk1，其原理如圖4所示。根據(jù)彈簧自由伸縮的特點(diǎn)可知，跟蹤目標(biāo)接近伸縮幅值點(diǎn)時(shí)，加速度與運(yùn)動(dòng)方向相反，速度逐漸減小，加速度會(huì)隨著幅值的增大而增大。當(dāng)速度接前后幀位移矢量待測(cè)圖像新識(shí)別區(qū)2F23FF12FFk2k1FFk1kFFkk1FF1Fk2Fk1Fk1M3MkFkDkD圖4識(shí)別區(qū)估計(jì)優(yōu)化圖Fig.4Identificationareaestimationoptimizationdiagram近于0，預(yù)測(cè)點(diǎn)Fk1相對(duì)于kF會(huì)出現(xiàn)在Fk1的同側(cè)，此時(shí)目標(biāo)運(yùn)動(dòng)換向，以當(dāng)前目標(biāo)坐標(biāo)Fk為中心選擇合適大小建立新的識(shí)別區(qū)域，對(duì)目標(biāo)全向搜索。相反預(yù)測(cè)點(diǎn)Fk1相對(duì)于Fk出現(xiàn)在Fk1的異側(cè)時(shí)，則未發(fā)生換向，以預(yù)測(cè)得到的目標(biāo)坐標(biāo)Fk1(x,y)為中心選擇合適大小建立區(qū)域Mk

髂?標(biāo)計(jì)算NCC值的次數(shù)由原本rs/2n直接降低為24~48次，大大減少搜索次數(shù)，降低計(jì)算復(fù)雜度。圖5為在采用識(shí)別區(qū)域估計(jì)前后35幀的匹配結(jié)果。圖中紅色框區(qū)域代表匹配得到的目標(biāo)位置，綠色框?yàn)楫?dāng)前幀的識(shí)別區(qū)域。采用識(shí)別區(qū)域估計(jì)前，需要對(duì)彈簧整體活動(dòng)區(qū)域都進(jìn)行識(shí)別，但采用識(shí)別區(qū)域估計(jì)后，搜索范圍被限定在目標(biāo)周?chē)�，更容易識(shí)別到正確的目標(biāo)，說(shuō)明識(shí)別區(qū)域估計(jì)對(duì)搜索匹配方向明顯有良好的導(dǎo)向作用，并大大縮小搜索范圍，減少計(jì)算量，適用于斷路器儲(chǔ)能彈簧形變圖像的匹配跟蹤。(a)優(yōu)化前結(jié)果(b)優(yōu)化后結(jié)果圖5第35幀圖像匹配結(jié)果Fig.5Resultsofimagematchinginthe35thframe3儲(chǔ)能彈簧形變檢測(cè)算法流程使用高速相機(jī)捕捉斷路器儲(chǔ)能彈簧的形變圖像序列后，對(duì)圖像序列進(jìn)行預(yù)處理，然后從形變第一幀開(kāi)始通過(guò)NCC-P算法在預(yù)設(shè)的識(shí)別區(qū)域內(nèi)搜索目標(biāo)，得到第一幀的目標(biāo)中心坐標(biāo)F0(x0,y0)，并預(yù)測(cè)下一幀目標(biāo)位置，估計(jì)下一幀的識(shí)別區(qū)域，之

【參考文獻(xiàn)】：
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