【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种结构振动视觉测量方法，特别是涉及一种激光转移放大的结构振动视觉测量方法，属于结构振动视觉测量方法。
技术介绍
1、结构健康监测(shm)技术是确保结构安全服务的关键，已在桥梁、风力发电机叶片、大坝、建筑物、缆索等结构中得到应用，当结构损坏时，其模态参数(固有频率、阻尼率和振动模式形状)会相应变化，这些变化可以通过结构的振动过程获得，相比超声波、x射线和红外检测技术，基于振动的shm方法更容易实现全局损伤检测，已成为shm领域最流行的方法之一。
2、随着图像传感器和机器视觉技术的快速发展，基于视频的振动测量技术在shm领域表现出强大的优势，视频测振技术利用摄像机记录结构在振动过程中的视频，通过图像处理算法提取结构的振动位移信息，这种方法可以实现长距离、多点和高精度的振动检测，无需复杂的传感器安装过程。现有的视频测振技术包括点追踪法、边缘检测法以及数字图像相关法，其中点追踪法通过检测结构表面固有特征点或人为增加的标记，利用点追踪算法提取特征点的运动轨迹，边缘检测法则是利用结构的边缘特征，实现对结构振动信息的提取，数字图像相关法则是通过追踪图像中的一个子区，实现对结构振动信息的获取，为了提升检测的精度，数字图像相关法需要在结构表面预设散点图案。
3、上述基于视觉的振动检测技术都遵循了一个共同的规则，即通过摄像机对结构进行直接拍摄，此类方法不仅要经受复杂环境光照的考验，而且其测量精度受拍摄距离影响较大，具体来说，当拍摄距离较近时，图像的空间分辨能力高，对振动的表达精度高；当拍摄距离较远时，图像的
4、为了弥补这一缺陷，不少技术方案通过长焦镜头，在较远的拍摄距离下，实现对结构局部特征的高分辨率成像，由于长焦镜头价格昂贵，此类方案增加了设备成本，而且长焦镜头的使用对相机自身的稳定性也提出了更高的要求，另一类技术方案是通过无人机搭载相机对结构进行近距离拍摄，尽管稳相技术得到了长足发展，但无人机自身的晃动对振动测量结果的影响仍制约了此类方案的使用，为此设计一种激光转移放大的结构振动视觉测量方法来解决上述问题。
技术实现思路
1、本专利技术的主要目的是为了提供一种激光转移放大的结构振动视觉测量方法。
2、本专利技术的目的可以通过采用如下技术方案达到：
3、一种激光转移放大的结构振动视觉测量方法，包括如下步骤：
4、s11：安装激光发射装置；
5、s12：测量激光发射装置高度；
6、s13：测量激光光斑与被测结构距离；
7、s14：安装相机；
8、s15：标定图像空间分辨率；
9、s16：光斑振动视频采集；
10、s17：光斑区域分割；
11、s18：计算光斑重心位置，获得以像素为单位的光斑振动；
12、s19：根据图像分辨率，获得以物理长度为单位的光斑振动；
13、s110：计算结构的振动。
14、优选的，在s11中在被测结构上布设激光发射装置，使激光光斑落于地面。
15、优选的，在s12和s13中测量激光发射装置的高度，激光发射装置的高度用h表示；测量各光斑与被测结构的距离，用l表示。
16、优选的，在s14中相机固定在距离光斑较近的位置，确保结构振动过程中光斑始终位于图像内部；
17、在s15中采用四点标定法对图像进行标定，获得图像梯形校正变换矩阵h，以及校正后图像的空间分辨率dmm/piexl。
18、优选的，步骤s15还包括如下步骤：
19、s21：将已知尺寸的矩形标定物宽度为width，高度为height，单位为毫米，置于地面，保证标定物相机拍摄范围内，结构振动过程中激光光斑均不超出标定物范围；
20、s22：采集标定物图像，并从图中找出标定物四个顶点的图像坐标(x,y)，按左上，右上，左下，右下的顺序，分别用(x1,y1)，(x2,y2)，(x3,y3)，(x4,y4)表示；
21、s23：定义校正后图像像素的空间分辨率为d，单位mm/pixel，则标定物四个顶点在校正后的图像坐标(x,y)分别定为(1,1)，(width/d+1,1)，(1,height/d+1)，(width/d+1,height/d+1)；
22、s24：校正前后图像中某一点的坐标满足以下关系：
23、
24、定义则通过标定物四个顶点即可获得变换矩阵h。
25、优选的，在s16中在结构振动过程中运用相机记录光斑振动的视频，相机帧率根据测量的目标频率进行设置，如待测量的结构振动频率上限为f，则帧率应不小于2f；
26、在s17中利用s15得到的变换矩阵h对视频中每一帧进行梯形校正。
27、优选的，在s18中通过图像二值化对每一帧图像中光斑区域进行分割，光斑区域用bw表示。
28、优选的，在s19中计算各颜色区域的重心位置，计算公式为：
29、
30、其中[x,y]为光斑区域的重心，n为光斑区域中点的个数，获得以像素为单位的光斑振动信号vib_spot_pixel。
31、优选的，根据s23中定义的d将s19中的振动信号vib_spot_pixel转换为以长度单位的振动信号vib_spot_mm。vib_spot_mm＝vib_spot_pixel×d。
32、优选的，在s11中，获取结构的振动信号vib_structure，其中
33、
34、本专利技术的有益技术效果：
35、本专利技术提供的一种激光转移放大的结构振动视觉测量方法，借助激光发射装置将结构振动转变为光斑振动，这一转变将大尺寸结构远距离才能实现的视觉测量问题转变为近距离视觉测量问题，无需长焦镜头即可充分发挥图像空间分辨率的优势，并且降低了对相机自身稳定性的要求；
36、由公式(9)可知，通过激光发射装置将结构振动转变为光斑振动，在l＞h的前提下，可实现对结构振动的放大测量，这一优势拓宽了视觉振动测量对微小振动的识别能力。
37、由于本专利技术属于近距离测量，成像环境可控，环境光照对测量结果的影响较小。
38、实际应用时，本专利技术仅需要在结构上布设激光发射装置，提供必要的电源即可，图像标定及测量过程简单，且可根据需要现场完成。相对传统基于加速度传感器的测量方法，本专利技术减少了数据传输线路、固定的采集设备的投入，系统结构简单，成本较低。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种激光转移放大的结构振动视觉测量方法，其特征在于：包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种激光转移放大的结构振动视觉测量方法，其特征在于：在S11中在被测结构上布设激光发射装置，使激光光斑落于地面。
3.根据权利要求1所述的一种激光转移放大的结构振动视觉测量方法，其特征在于：在S12和S13中测量激光发射装置的高度，用h表示；测量光斑与被测结构的距离，用l表示。
4.根据权利要求1所述的一种激光转移放大的结构振动视觉测量方法，其特征在于：在S14中相机固定在距离光斑较近的位置，确保结构振动过程中各光斑始终位于图像内部；
5.根据权利要求4所述的一种激光转移放大的结构振动视觉测量方法，其特征在于：步骤S15还包括如下步骤：
6.根据权利要求5所述的一种激光转移放大的结构振动视觉测量方法，其特征在于：在S16中在结构振动过程中运用相机记录光斑振动的视频，相机帧率根据测量的目标频率进行设置，如待测量的结构振动频率上限为f，则帧率应不小于2f；
7.根据权利要求6所述的一种激光转移放大的结构振动视觉测量方法
8.根据权利要求7所述的一种激光转移放大的结构振动视觉测量方法，其特征在于：在S19中计算光斑区域的重心位置，计算公式为：
9.根据权利要求8所述的一种激光转移放大的结构振动视觉测量方法，其特征在于：根据S23中定义的d将S19中的振动信号Vib_spot_pixel转换为以长度单位的振动信号Vib_spot_mm。Vib_spot_mm＝Vib_spot_pixel×d。
10.根据权利要求9所述的一种激光转移放大的结构振动视觉测量方法，其特征在于：在S11中，获取结构的振动信号Vib_structure，其中
...【技术特征摘要】
1.一种激光转移放大的结构振动视觉测量方法，其特征在于：包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种激光转移放大的结构振动视觉测量方法，其特征在于：在s11中在被测结构上布设激光发射装置，使激光光斑落于地面。
3.根据权利要求1所述的一种激光转移放大的结构振动视觉测量方法，其特征在于：在s12和s13中测量激光发射装置的高度，用h表示；测量光斑与被测结构的距离，用l表示。
4.根据权利要求1所述的一种激光转移放大的结构振动视觉测量方法，其特征在于：在s14中相机固定在距离光斑较近的位置，确保结构振动过程中各光斑始终位于图像内部；
5.根据权利要求4所述的一种激光转移放大的结构振动视觉测量方法，其特征在于：步骤s15还包括如下步骤：
6.根据权利要求5所述的一种激光转移放大的结构振动视觉测量方法，其特征在于：在s16中在结构振动过程中运用相机记录光斑振...
【专利技术属性】
技术研发人员：邓荣峰，易观华，林煜彬，曹彦玲，李兵，谷丰收，
申请(专利权)人：北京理工大学珠海学院，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。