一種高精度聲光三維成像系統性能測試設備及測試方法與流程

本發明涉及成像系統測試評估，具體涉及一種高精度聲光三維成像系統性能測試設備及測試方法。

背景技術：

1、高精度聲光三維成像系統可以用于檢測工業產品的精度和質量，也可以用于環境監測領域，如檢測大氣中的污染物濃度、土壤中的重金屬含量等，這種技術具有非接觸性、高分辨率等優點，在工業、科研等多個領域具有廣泛的應用，而且隨著技術的不斷進步和發展，高精度聲光三維成像系統的應用范圍將會更加廣泛和深入。

2、現有技術中，由于聲光三維成像系統的應用環境較為復雜，而不同應用環境的影響會干擾聲光三維成像系統的實際效果，因此，如何從耐壓、耐溫和功能性測試方向進行多角度的系統性能測試，綜合分析聲光三維成像系統的性能狀態以進行性能等級評估，是我們要解決的問題，為此，現提出一種高精度聲光三維成像系統性能測試設備及測試方法。

技術實現思路

1、本發明目的在于提供一種高精度聲光三維成像系統性能測試設備及測試方法，以解決上述背景技術中提出的問題。

2、為解決上述技術問題，本發明所采用的技術方案是：

3、第一方面，一種高精度聲光三維成像系統性能測試設備，包括測試中心，所述測試中心通信連接有數據采集及處理模塊、特征提取模塊、耐壓測試模塊、耐溫測試模塊、功能性測試模塊、綜合性能評估模塊以及報告生成模塊，其中，各模塊間電信號連接；

4、所述數據采集及處理模塊，結合耐壓測試模塊、耐溫測試模塊以及功能性測試模塊，獲取聲光三維成像系統的相關測試數據并進行預處理，包括數據清洗、格式統一、異常值處理；

5、所述特征提取模塊，根據預處理后的耐壓測試模塊、耐溫測試模塊以及功能性測試模塊獲取的測試數據，進行特征提取，獲取聲光三維成像系統在各測試模塊的測試特征，得到測試特征表；

6、所述耐壓測試模塊，用于模擬聲光三維成像系統在不同壓力環境下的工作狀態，結合測試特征表的相關測試特征及數據，評估聲光三維成像系統在高壓條件下的抗干擾性、穩定性和耐用性；

7、所述耐溫測試模塊，用于模擬聲光三維成像系統在不同溫度環境下的工作狀態，包括高溫和低溫環境，結合測試特征表的相關測試特征及數據，評估聲光三維成像系統在極端溫度條件下的性能穩定性，有助于了解聲光三維成像系統在不同溫度下的工作性能，確保其在極端氣候條件下的可靠性和穩定性；

8、所述功能性測試模塊，用于對聲光三維成像系統進行功能性測試，結合測試特征表的相關測試特征及數據，綜合評估聲光三維成像系統的避障及三維圖像構建能力；

9、所述綜合性能評估模塊，用于結合耐壓測試模塊、耐溫測試模塊和功能性測試模塊對聲光三維成像系統的測試結果，評估聲光三維成像系統的性能狀態，并設定相應的性能等級，確定聲光三維成像系統的綜合性能；

10、所述報告生成模塊，根據聲光三維成像系統的測試結果和性能狀態評估結果，生成聲光三維成像系統的檢測報告，包括測試時間、測試環境、測試方法、各項測試結果、性能等級、評估結論及建議。

11、本發明技術方案的進一步改進在于：所述功能性測試模塊包括障礙物躲避能力測試單元、探測距離與探測角測試單元、圖像質量與辨識度測試單元、小目標物探測能力測試單元以及三維圖像構建效果測試單元；

12、所述障礙物躲避能力測試單元，用于模擬復雜環境中的障礙物，評估聲光三維成像系統對障礙物的識別、定位和躲避能力；

13、所述探測距離與探測角測試單元，用于測量聲光三維成像系統在不同條件下的最大探測距離和探測角度，評估其探測范圍和性能；

14、所述圖像質量與辨識度測試單元，用于分析聲光三維成像系統生成的圖像質量，包括分辨率、清晰度、色彩還原度，以及圖像中目標的辨識度；

15、所述小目標物探測能力測試單元，用于針對微小目標物進行測試，評估聲光三維成像系統對小目標的探測靈敏度和準確性；

16、所述三維圖像構建效果測試單元，用于檢測聲光三維成像系統構建的三維圖像的真實感、細節豐富度和空間定位準確性。

17、本發明技術方案的進一步改進在于：所述數據采集及處理模塊中，獲取聲光三維成像系統的相關測試數據并進行預處理的過程為：

18、對性能測試設備進行校準，根據聲光三維成像系統的測試需求，搭建測試環境，并對聲光三維成像系統進行預熱和初始化設置，確保系統處于最佳工作狀態；

19、使用性能測試設備對聲光三維成像系統進行測試，從耐壓測試模塊、耐溫測試模塊和功能性測試模塊獲取原始測試數據；

20、從耐壓測試模塊收集聲光三維成像系統在不同壓力條件下的性能數據，記錄系統在耐壓測試過程中的性能參數，從耐溫測試模塊獲取系統在高溫和低溫環境下的測試數據，記錄系統在不同溫度下的性能參數，從功能性測試模塊收集包括障礙物躲避能力、探測距離與角度、圖像質量與辨識度、小目標物探測能力以及三維圖像構建效果的測試數據，記錄系統在各項功能測試中的表現；

21、對采集的原始測試數據進行預處理操作，包括數據清洗、格式統一、異常值處理，并將預處理后的測試數據整合到統一的數據集中，其中，數據清洗用于識別并去除無效數據，剔除不完整的數據記錄，確保每條數據都包含所有必要的信息，格式統一用于將不同來源的數據轉換為統一的格式，便于后續處理和分析，包括時間戳、數據類型、度量單位等，確保數據的一致性，異常值處理用于識別數據中的異常值，對異常值進行處理，如替換、刪除或進行特殊標記，以避免對最終分析結果產生不良影響。

22、本發明技術方案的進一步改進在于：所述特征提取模塊中，測試特征表的獲取過程為：

23、對預處理后的測試數據進行特征分析，從測試數據中識別出需提取的特征類型；

24、對于耐壓測試模塊的測試數據，提取聲光三維成像系統在不同壓力下的性能變化特征，分別為壓力承受范圍、最大承受壓力、性能衰減率、信號強度以及壓力下輸出信號的波動范圍；

25、對于耐溫測試模塊的測試數據，提取聲光三維成像系統在高溫和低溫條件下的性能特征，分別為溫度范圍、溫度響應時間、啟動時間、輸出信號的穩定性評分、錯誤率、故障次數以及圖像質量變化；

26、對于功能性測試模塊的測試數據，提取聲光三維成像系統在各項功能測試時的關聯特征，對于障礙物躲避能力提取聲光三維成像系統的識別速度、識別準確率和響應時間的特征，對于探測距離與角度提取聲光三維成像系統的最大、最小及平均探測距離、探測角度范圍、距離和角度的準確性的特征，對于圖像質量與辨識度提取聲光三維成像系統的分辨率、清晰度、對比度、噪聲水平的特征，對于小目標物探測能力提取聲光三維成像系統對小目標物探測靈敏度、探測距離、目標識別準確率的特征，對于三維圖像構建效果提取聲光三維成像系統的三維圖像構建時間、完整性、準確性和立體感評分特征；

27、對各個測試模塊中提取的特征進行標準化處理，并將從各個測試模塊中提取的特征整合成表格形式，得到測試特征表，包含特征名稱、特征類型、數據來源以及特征值，每一行表示一個測試模塊的特征，每一列表示不同的特征值。

28、本發明技術方案的進一步改進在于：所述耐壓測試模塊中，評估聲光三維成像系統在高壓條件下的抗干擾性、穩定性和耐用性的過程為：

29、利用耐壓測試模塊在不同的壓力環境下對聲光三維成像系統進行測試，記錄測試數據，利用數據采集及處理模塊對耐壓測試的測試數據進行預處理，并利用特征提取模塊提取耐壓測試的測試特征；

30、從測試特征表中獲取耐壓測試的壓力承受范圍、最大承受壓力、性能衰減率、信號強度以及壓力下輸出信號的波動范圍特征，并分析提取的特征數據，使用機器學習算法構建耐壓測試模型，識別壓力對系統性能的影響，其中耐壓測試模型基于決策樹模型訓練而成；

31、基于構建的耐壓測試模型和測試特征表中的關聯特征數據，得到耐壓性能評估指數，綜合評估聲光三維成像系統在壓力環境下的性能，并根據評估結果，將聲光三維成像系統的耐壓性能劃分為不同的耐壓等級，分別為優秀耐壓等級、良好耐壓等級以及不合格耐壓等級，為不同的耐壓等級設定對應的評估閾值；

32、所述耐壓性能評估指數的計算公式為：

33、；

34、其中，pri為耐壓性能評估指數，為最大承受壓力，表示系統能夠承受的最大壓力值，為臨界壓力，表示系統性能開始顯著下降的壓力閾值，為參考壓力，用于標準化壓力值，表示系統設計標準中的壓力值，為信號強度的平均值，為參考信號強度，用于標準化信號強度的基準值，rt為性能衰減率，表示系統性能隨壓力變化的衰減速率，為參考衰減率，用于評估性能衰減的基準值，通常為最小可接受衰減率，為壓力下輸出信號的波動范圍，表示系統在壓力作用下信號的穩定性，pri的取值范圍為0到1，值越接近1表示耐壓性能越好。

35、本發明技術方案的進一步改進在于：所述耐溫測試模塊中，評估聲光三維成像系統在極端溫度條件下的性能穩定性的過程為：

36、利用耐溫測試模塊在不同溫度環境下對聲光三維成像系統進行測試，記錄測試數據，利用數據采集及處理模塊對耐溫測試的測試數據進行預處理，并利用特征提取模塊提取耐溫測試的測試特征；

37、從測試特征表中獲取耐溫測試的溫度范圍、溫度響應時間、啟動時間、輸出信號的穩定性評分、錯誤率、故障次數以及圖像質量變化特征，并分析提取的特征數據，使用機器學習算法構建耐溫測試模型，識別溫度與系統性能之間的關系，其中耐溫測試模型基于線性回歸而獲取；

38、基于構建的耐溫測試模型和測試特征表中的關聯特征數據，得到耐溫性能評估指數，綜合評估聲光三維成像系統在不同溫度環境下的性能穩定性，并根據評估結果，將聲光三維成像系統的耐溫性能劃分為不同的耐溫等級，分別為優秀耐溫等級、良好耐溫等級以及不合格耐溫等級，為不同的耐溫等級設定對應的測試閾值；

39、所述耐溫性能評估指數的計算公式為：

40、；

41、其中，tri為耐溫性能評估指數，為溫度范圍，表示系統在測試中經歷的溫度區間，為最佳操作溫度，表示系統性能最優的溫度，為參考溫度，用于標準化溫度范圍的基準值，為輸出信號的穩定性評分，為參考穩定性評分，用于標準化穩定性評分的基準值，tt為溫度響應時間，表示系統對溫度變化的響應速度，為參考溫度響應時間，用于標準化溫度響應時間的基準值，ft為故障次數，表示在測試期間系統出現故障的次數，為參考故障次數，用于標準化故障次數的基準值，iqc為圖像質量變化，表示溫度變化對圖像質量的影響，為參考圖像質量變化，用于標準化圖像質量變化的基準值，tri的取值范圍為0到1，值越接近1表示耐溫性能越好。

42、本發明技術方案的進一步改進在于：所述功能性測試模塊中，綜合評估聲光三維成像系統的避障及三維圖像構建能力的過程為：

43、利用功能性測試模塊的各測試單元，對聲光三維成像系統進行測試，確定評估功能性的關鍵指標，包括障礙物躲避能力、探測距離與角度、圖像質量與辨識度、小目標物探測能力以及三維圖像構建效果；

44、利用功能性測試模塊在不同測試條件下對聲光三維成像系統進行測試，記錄聲光三維成像系統的性能數據，利用數據采集及處理模塊對功能性測試的測試數據進行預處理，并利用特征提取模塊提取功能性測試的測試特征；

45、從測試特征表中獲取聲光三維成像系統在各項功能測試時的關聯特征，并分析提取的特征數據，使用機器學習算法構建功能性測試模型，各個特征與聲光三維成像系統功能性之間的關系，其中功能性測試模型基于神經網絡模型而獲得；

46、基于構建的功能性測試模型和測試特征表中的關聯特征數據，并計算各項功能測試的標準化功能得分，綜合分析得到功能性評估指數，評估聲光三維成像系統在避障能力、探測范圍、圖像質量、小目標探測和三維構建能力上的綜合表現，并根據分析結果，將聲光三維成像系統的性能劃分為不同的功能性等級，分別為優秀功能性等級、良好功能性等級以及不合格功能性等級，為不同的功能性等級設定對應的檢測閾值；

47、所述功能性評估指數的計算公式為：

48、;

49、;

50、;

51、；

52、其中，fpi為功能性評估指數，為第i個功能的權重系數，反映了不同功能在整體功能性中的重要性，?為第i個功能的標準化得分，可以是障礙物躲避能力、探測距離與角度、圖像質量與辨識度、小目標物探測能力以及三維圖像構建效果的得分，為第i個功能的實測得分，為所有測試中該功能的最低得分，為所有測試中該功能的最高得分，的取值范圍為0到1，越高，表示該功能的表現越好，rti為功能測試響應時間指數，反映了系統在各項功能測試中的響應速度，rtt為系統的功能測試響應時間，為系統功能測試響應時間的參考值，為系統功能測試響應時間的容忍度，rti的取值范圍為0到1，當rtt接近時，rti趨向于1，表示響應時間優秀，如果rtt遠高于，rti趨向于0，表示響應時間慢，為功能響應時間的參考值，er為錯誤率，反映了系統在功能測試中的錯誤發生頻率，為錯誤率的參考值，odi為障礙物躲避能力的指數，為障礙物躲避能力的參考值，os為實際障礙物躲避得分，基于測試中障礙物躲避的成功率，為障礙物躲避的參考得分，為障礙物躲避得分的標準差，用于調整曲線的陡峭程度，odi的取值范圍為0到1。

53、本發明技術方案的進一步改進在于：所述綜合性能評估模塊中，評估聲光三維成像系統性能狀態的過程為：

54、收集耐壓測試模塊、耐溫測試模塊和功能性測試模塊對聲光三維成像系統的測試結果，并提取耐壓性能評估指數、耐溫性能評估指數和功能性評估指數的輸出結果；

55、根據各測試模塊的重要性和對聲光三維成像系統性能的影響程度，為不同評估指數分配權重；

56、基于耐壓性能評估指數、耐溫性能評估指數和功能性評估指數，得到綜合性能測試系數，對聲光三維成像系統的性能進行綜合評估，分析聲光三維成像系統的性能狀態；

57、結合綜合性能測試系數及綜合評估結果，劃分聲光三維成像系統綜合性能評估的性能等級，分別為低性能等級、中性能等級以及高性能等級，并為各性能等級設定相對應的性能評估閾值，以確定聲光三維成像系統的綜合性能。

58、本發明技術方案的進一步改進在于：所述綜合性能測試系數的計算公式為：

59、；

60、；

61、其中，oi為綜合性能測試系數，為第j個性能指數的權重系數，反映了不同性能指數在整體評估中的重要性，為第j個性能指數的非線性變換函數，用于調整每個性能指數的貢獻，為第j個性能指數的實際值，分別是pri、tri和fpi，為第j個性能指數的基準值，用于標準化計算，為第j個性能指數的調節系數，用于控制非線性變換的敏感度；

62、多個所述性能等級對應多個所述性能評估閾值，其中，所述性能評估閾值包括上限閾值和下限閾值；

63、多個所述性能等級與多個所述性能評估閾值滿足如下關系：

64、低性能等級；

65、中性能等級；

66、高性能等級；

67、其中，oi為綜合性能測試系數，為中性能等級對應的下限閾值與低性能等級對應的上限閾值，為高性能等級對應的下限閾值與中性能等級對應的上限閾值。

68、第二方面，一種高精度聲光三維成像系統性能測試方法，基于高精度聲光三維成像系統性能測試設備而實現，包括以下步驟：

69、步驟1，明確測試的目的和要求，并準備聲光三維成像系統性能測試設備，根據測試要求搭建相應的測試環境，確保測試可以在控制的條件下進行；

70、步驟2，使用耐壓測試模塊對聲光三維成像系統在不同壓力環境下的性能進行測試，使用耐溫測試模塊對聲光三維成像系統在不同溫度條件下的性能進行測試，使用功能性測試模塊對聲光三維成像系統的障礙物躲避能力、探測距離與角度、圖像質量與辨識度進行測試；

71、步驟3，對采集的原始測試數據進行清洗、格式化和異常值的預處理，并從預處理后的測試數據中提取各測試模塊的測試特征，得到測試特征表；

72、步驟4，使用機器學習算法構建耐壓測試模型、耐溫測試模型和功能性測試模型，計算耐壓性能評估指數、耐溫性能評估指數和功能性評估指數，分析各特征與聲光三維成像系統性能之間的關系；

73、步驟5，結合耐壓性能評估指數、耐溫性能評估指數和功能性評估指數，計算綜合性能測試系數，根據綜合性能測試系數的值劃分性能等級，并根據聲光三維成像系統的測試結果和性能狀態評估結果，生成聲光三維成像系統的檢測報告。

74、由于采用了上述技術方案，本發明相對現有技術來說，取得的技術進步是：

75、本發明提供一種高精度聲光三維成像系統性能測試設備及測試方法，通過綜合多個測試模塊的結果，提供全面的性能評估，不僅包括了耐壓、耐溫和功能性測試，還通過構建評估模型和計算綜合性能測試系數，使得性能評估更加科學和準確，提前發現系統潛在的性能瓶頸，從而對產品進行修復和優化，提高系統的可靠性和可用性。

76、本發明提供一種高精度聲光三維成像系統性能測試設備及測試方法，通過耐壓、耐溫和功能性測試，模擬系統在極端條件下的表現，從而評估其在高壓、高溫或低溫環境下的性能，并通過精確的特征提取和性能量化，為聲光三維成像系統的性能提供可量化的評價指標，為系統的優化和升級提供了明確的方向。