**关键词：** 再度事件相机、iniVation、DVXplorer、机械振动、转速测量

机械设备的频率测量既可以接触式完成，也可以使用视觉或声学方式非接触完成。加速度计能够提供稳定的时序信号，但需要安装在设备上；普通视频可以观察运动，却容易受帧率、曝光和运动模糊限制。

事件相机只在像素亮度发生变化时输出事件。对于旋转刀具、风扇、振动结构等目标，边缘移动会在像素平面产生带时间戳的事件序列。只要把事件的空间位置、极性和时间关系处理好，就可以估计机械运动频率。

需要强调的是，事件相机测量的是视觉变化。它能否代表设备真实转速或结构振动，要通过加速度计、声学或其他基准进行验证。

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*用于机械频率实验的可调速电池供电切割器，转速最高约35,000 RPM，刀轮中央附近安装了高对比角点标记。*

## 1. DVXplorer为什么适合高速机械测量

传统相机按固定帧率采集整幅图像。若要观察数百赫兹的周期运动，需要提高帧率并缩短曝光时间，通常还会增加照明和数据带宽压力。

DVXplorer采用异步事件输出。每个事件包含像素坐标、时间戳和ON/OFF极性，数据率随场景变化而变化。静止区域不会持续输出完整帧，运动边缘则在发生变化的像素处产生事件。

实验资料给出的DVXplorer为640×480事件传感器，动态范围约90至110 dB，最大事件吞吐量标称165 MEvents/s，并带有六轴IMU。它不输出普通图像帧，但可以通过软件对事件进行空间和时间处理，构造可分析的运动信号。

## 2. 实验为什么同时使用三种测量方式

研究团队使用可调速机械切割器作为测试对象，最高转速约35,000 RPM，约等于583 Hz。由于切割器调速精度有限，实验没有把控制旋钮读数当作真值，而是使用多种测量方式交叉检查：

- 安装在切割器上的加速度计；
- 手机录制视频后提取音频进行频谱分析；
- 事件相机事件流和内置IMU。

切割器上还安装了角点图案，帮助事件相机在图像中获得稳定的高对比运动结构。实验分别考察了相机与切割器机械耦合、相机与切割器隔离、自然光和人工光等条件。

这种多模态设计的价值在于：加速度计提供接触式参考，声学信号提供独立的周期线索，事件相机则提供空间分布和非接触视觉信息。

## 3. DVXplorer数据怎样进入分析流程

事件数据使用`.aedat4`格式保存。该格式用于序列化地址事件数据，实验资料中再使用Python程序转换为Matlab可处理的`.mat`文件。

对于机械频率分析，处理流程可以概括为：

1. 记录事件流和IMU数据；
2. 检查时间戳和数据完整性；
3. 在刀轮或振动目标上选择事件活跃区域；
4. 统计正、负极性事件随时间的变化；
5. 对事件计数或IMU时序执行FFT；
6. 将主频与加速度计和声学结果进行比较。

事件图只用于观察和辅助定位。频率估计不能只依赖播放器画面上的“转得快不快”，而应使用原始事件时间戳和明确的采样窗口。

## 4. 内置IMU怎样估计切割器频率

第一次实验把事件相机与切割器机械耦合，利用DVXplorer内置加速度计测量振动。切割器在一组高速设置下运行时，加速度计和手机音频都得到438 Hz左右的峰值，DVXplorer IMU得到437 Hz。

相差约1 Hz。根据记录的起止时间戳和样本数计算，DVXplorer加速度计实际采样率约为1,595 samples/s，接近设置的1,600 Hz。

这个结果说明，在约438 Hz的机械运动下，DVXplorer IMU可以给出与独立测量接近的频率。但它不代表所有频率、所有安装方式都能达到同样误差。采样率、机械耦合、时间窗和设备固件都会影响结果。

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*加速度计测得的切割器约438 Hz峰值。*

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*手机视频音频频谱得到的约438 Hz峰值，可作为独立周期参考。*

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*DVXplorer内置IMU测得的约437 Hz频率结果。*

## 5. 为什么DAVIS346和DVXplorer的IMU结果会受采样率影响

同一组高速切割器实验还使用了DAVIS346。加速度计和手机音频测得约542 Hz，但DAVIS346 IMU给出约463 Hz。进一步检查发现，所用软件和固件版本下，DAVIS346 IMU采样率似乎约为1,000 samples/s，且不能由用户自由设定。

这个现象说明，机械频率接近或超过IMU可用带宽时，内置IMU结果可能失真。事件相机的事件时间分辨率和IMU采样率是两个不同概念，不能因为相机能输出高时间精度事件，就认为IMU也能测量任意高频振动。

DVXplorer在该实验中允许把加速度计采样率设为最高1,600 Hz，因此在438 Hz测试下获得了更接近加速度计和声学测量的结果。

## 6. 事件空间计数如何估计刀轮频率

第二组实验不再主要依赖IMU，而是在事件图像中选择一个高活动区域。刀轮旋转时，角点和边缘经过该区域，像素会产生正、负极性事件。通过统计两种极性的变化和周期，就可以估计刀轮频率。

低速测试中，事件方法对182 Hz、275 Hz和364 Hz的运动能够得到准确结果。到了446 Hz，软件只统计到435次事件对应的旋转，精度开始下降；在523 Hz时，检测到的旋转少于实际旋转的一半。

这不是简单的FFT分辨率问题。事件传感器、软件处理和目标空间范围共同决定可测上限。事件方法需要在亮度变化发生时获得足够事件，任何一级漏掉事件都会让周期计数减少。

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*第二组实验中，带角点圆盘的切割器与事件相机布置。*

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*加速度计测得的182 Hz切割器频率，可与事件区域计数结果对照。*

## 7. ROI面积为什么会改变可测频率

事件相机的最大事件吞吐量不是某个单独像素可以无限使用的容量。多个像素同时产生事件时，它们共享传感器和输出链路的带宽。

如果事件区域较大，刀轮运动会同时激活更多像素；同一机械周期产生的事件数量上升，设备更容易达到吞吐上限。即使目标机械频率没有超过设备标称带宽，实际可测频率也可能因为ROI过大而下降。

因此，事件频率测量存在一个实际权衡：

`更大的ROI → 更多空间信息，但更高事件负载`

`更小的ROI → 更低数据压力，但更容易丢失目标或角点`

ROI应覆盖完整的有效运动结构，同时尽量排除静态背景、反光区域和无关边缘。改变ROI后，必须重新测试事件率和频率误差。

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*检测区域面积与可处理事件数量、估计可测频率之间的权衡示意。*

## 8. 自然光为什么优于未控制的人工光

第二组实验分别使用自然光和人工光。实验资料显示，自然光下的事件频率结果更好，人工光可能受到未控制的时间干扰，或者整体照度不合适。

人工光源的PWM、工频和驱动纹波会在静止背景中制造周期事件。这些事件可能与刀轮频率混合，形成额外频谱峰或改变事件计数。

使用DVXplorer测机械运动时，应先让设备停止，在相同照明下记录背景事件。若静止目标仍出现强周期信号，应先排查光源，再调整事件阈值和过滤器。

## 9. 振动台实验如何验证DVXplorer的空间测振能力

第三组实验把DVXplorer安装到Modal Shop 2075振动台上，让相机本身按约2至7 Hz振动，同时对着墙上的四方棋盘格。此时棋盘格固定，事件主要来自相机的运动。

DVXplorer内置IMU检测到约2至8 Hz范围的频率。研究团队还在事件图像中选择小空间区域，对事件计数并在3秒时间段内求平均，得到振动台频率结果。

这个实验说明事件相机可以在固定目标上观察相机自身振动，也说明事件计数法能够用于低频结构运动。但3秒平均会带来明显时间延迟，更适合离线或慢速状态评估，不应直接等同于高速闭环控制的实时响应。

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*DVXplorer安装在实验室振动台上的测试布置，前方为固定棋盘格目标。*

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*振动台和事件相机厂商软件界面，用于观察事件输出和测试状态。*

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*DVXplorer内置IMU对振动台运动的频率估计结果。*

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*根据事件空间区域计数计算得到的振动台频率结果。*

## 10. DVXplorer机械测量中的主要限制

第一，事件带宽由多个像素共同使用。检测区域越大、亮度变化越密集，实际可测频率越可能低于直觉估计。

第二，事件阈值和照明会改变事件数量。阈值过高可能漏掉弱变化，阈值过低会增加噪声和背景活动。

第三，事件相机的数据流可能发生丢失。高速切割器实验在446 Hz和523 Hz出现计数下降，说明必须检查事件是否完整，而不是只看输出频率。

第四，IMU采样率有限。DVXplorer的1,600 Hz设置在438 Hz实验中表现良好，但采样率、机械耦合和频谱混叠仍需独立评估。

第五，实验资料中的处理主要是采集后分析，尚未证明整套流程已经实现低延迟在线诊断。把离线频率图直接部署到设备控制环路，需要重新测量缓存、计算和输出延迟。

## 11. 一套更稳妥的DVXplorer测振流程

可以按照以下顺序开展实验：

1. 固定相机和镜头，记录目标静止时的事件背景；
2. 比较自然光与人工光，排除照明周期干扰；
3. 使用小ROI观察单一高对比边缘，测量事件率；
4. 用加速度计、声学或编码器提供频率基准；
5. 逐级提高目标速度，记录事件计数、IMU频谱和丢事件情况；
6. 改变ROI面积与事件阈值，绘制可测频率边界；
7. 再进行更大区域、多部件和复杂背景测试。

报告结果时，应同时写明目标频率、ROI面积、照明、阈值、事件时间窗口、IMU采样率和数据格式。只给出一个“检测到的频率”，无法判断系统是否真正可靠。

## 12. 适合与不适合的应用

DVXplorer适合非接触观察旋转部件、快速往复运动和低至中频结构振动，尤其适合希望同时保留空间位置和时间变化的实验。对于结构初筛，可以先用事件频率图定位活动区域，再使用加速度计或激光设备做精确确认。

如果任务要求高精度绝对位移、长期稳定计量、强人工光干扰环境或超过事件链路实际吞吐能力的高速运动，必须进行专门标定和数据完整性测试。事件相机减少了对固定帧率视频的依赖，但没有消除光学、带宽、采样和同步方面的工程约束。

DVXplorer在机械测量中的价值，来自事件时间戳、空间选择性和内置IMU的组合。实验结果表明，它可以在数百赫兹切割器和数赫兹振动台上得到与其他测量方式接近的频率信息；同时，事件带宽、ROI面积、光源和采样率决定了结果能否从实验室演示走向稳定应用。

## 参考资料

Hylton, K. W., Mitchell, P., Van Hoy, B., Karnowski, T. P. “Experiments and Analysis for Measuring Mechanical Motion with Event Cameras.” IS&T International Symposium on Electronic Imaging 2021, Intelligent Robotics and Industrial Applications using Computer Vision, pp. 333-1–333-7. DOI: 10.2352/ISSN.2470-1173.2021.6.IRIACV-333.


关键词： 再度事件相机、iniVation、DVXplorer、机械振动、转速测量

再度事件相机：iniVation DVXplorer如何测量机械运动？从高速切割器到振动台实验

机械转速和结构振动通常使用加速度计、声学或激光设备测量。本文围绕Hylton、Mitchell、Van Hoy和Karnowski开展的事件相机机械测量实验，介绍iniVation DVXplorer在高速切割器和振动台上的使用方法。文章重点说明事件空间区域计数、内置IMU频率估计、.aedat4数据处理、事件带宽与ROI面积的关系，以及自然光、人工光和机械耦合对结果的影响。

技术销售工程师

硬件

开发工具

测试

DVXplorer事件相机利用异步事件流与内置IMU实现非接触式机械振动和转速测量，在438Hz切割器实验中与加速度计误差仅1Hz。ROI面积、光照条件及IMU采样率决定可测频率上限，需结合加速度计或声学基准验证，适用于数百赫兹旋转部件与低频振动监测。

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