2020-05-23 14:29:28 0
機(jī)器視覺測(cè)量方法
介紹
通過相關(guān)的結(jié)構(gòu)響應(yīng)措施為結(jié)構(gòu)評(píng)估和維護(hù)決策支持提供有價(jià)值的信息。出于多種原因，變形是結(jié)構(gòu)條件和性能評(píng)估的重要指標(biāo)。特別是，正常使用期間的變形會(huì)反映出可維修性，因?yàn)闃O限值和范圍表示可能會(huì)限制使用的問題，而由離散位移測(cè)量構(gòu)建的隨時(shí)間變化的變形模式可提供有關(guān)結(jié)構(gòu)狀況的大量信息。
基于視覺的系統(tǒng)提供用于結(jié)構(gòu)狀態(tài)評(píng)估顯著潛力，特別是用于系統(tǒng)識(shí)別。此外，變形信息已用于有限元模型校準(zhǔn)，損傷檢測(cè)以及對(duì)帶有攝像機(jī)輔助功能的橋梁動(dòng)態(tài)稱重系統(tǒng)的交通監(jiān)控。
已經(jīng)對(duì)視頻采集硬件和視頻處理軟件的系統(tǒng)改進(jìn)進(jìn)行了調(diào)查?？尚械囊曨l采集裝置被擴(kuò)展為包括智能手機(jī)相機(jī)，而在傳統(tǒng)的系統(tǒng)中所需的人工指標(biāo)均在最近的一些應(yīng)用在特定的照相機(jī)的配置。在計(jì)算機(jī)視覺領(lǐng)域有效目標(biāo)跟蹤技術(shù)已經(jīng)被證實(shí)在結(jié)構(gòu)變形監(jiān)測(cè)和描述結(jié)構(gòu)的位移的測(cè)量結(jié)果已被擴(kuò)展到三維和六個(gè)自由度（DOF）的運(yùn)動(dòng)。
本文旨在介紹基于視覺的結(jié)構(gòu)位移監(jiān)測(cè)系統(tǒng)領(lǐng)域的主要工作，同時(shí)重點(diǎn)介紹這些系統(tǒng)的原理，優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。盡管基于視覺的結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)存在[以往評(píng)價(jià)，這項(xiàng)工作的貢獻(xiàn)是提供系統(tǒng)的分類，方法和應(yīng)用的概況在現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控。
本文的組織結(jié)構(gòu)如下：介紹了基于視覺的位移監(jiān)控系統(tǒng)的組件，然后對(duì)Sect中應(yīng)用范圍內(nèi)的幾種成熟的基于視覺的系統(tǒng)進(jìn)行了比較?；谝曈X的系統(tǒng)基于視頻處理方法進(jìn)行分類，視頻處理程序中的三個(gè)組成部分（即攝像機(jī)校準(zhǔn)，目標(biāo)跟蹤和結(jié)構(gòu)位移計(jì)算）分別從原理，應(yīng)用，優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)方面進(jìn)行了回顧。在宗派。 4回顧了橋梁變形和電纜振動(dòng)測(cè)量的應(yīng)用，然后討論了現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用中的測(cè)量挑戰(zhàn)。最后，提出了需要進(jìn)一步研究的重要空白，例如魯棒的跟蹤方法，非接觸式感應(yīng)以及現(xiàn)場(chǎng)條件下的測(cè)量精度評(píng)估。
基于視覺的位移監(jiān)測(cè)系統(tǒng)
將基于視覺的系統(tǒng)應(yīng)用于結(jié)構(gòu)位移監(jiān)測(cè)需要在穩(wěn)定的位置安裝一個(gè)或多個(gè)攝像機(jī)，查看結(jié)構(gòu)中包含的“目標(biāo)”并通過目標(biāo)跟蹤得出結(jié)構(gòu)位移。在這里，“目標(biāo)”可以是人造的（例如，預(yù)先安裝的標(biāo)記，LED燈或具有特殊圖案的平板）或現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)特征（例如，螺栓或孔）。如圖1所示
，硬件通常包括照相機(jī)，鏡頭，帶有視頻處理包的筆記本電腦/便攜式計(jì)算機(jī)以及某些配件（例如三腳架）。視頻處理軟件至關(guān)重要：其作用是獲取覆蓋目標(biāo)區(qū)域的視頻幀，跟蹤圖像序列中的目標(biāo)位置，最后將圖像中的目標(biāo)位置轉(zhuǎn)換為結(jié)構(gòu)位移的時(shí)間歷史。
圖1
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用于從圖像或視頻中提取的度量信息系統(tǒng)在幾個(gè)領(lǐng)域存在如表所示 1，例如數(shù)字圖像相關(guān)（DIC），攝影測(cè)量技術(shù)和運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)（MCS）。DIC是一種測(cè)量工具以提取全視場(chǎng)的位移或構(gòu)件表面的菌株在實(shí)驗(yàn)固體力學(xué)。攝影測(cè)量學(xué)最初是在地形圖的制作中，后來擴(kuò)展到包括橋梁結(jié)構(gòu)的撓度監(jiān)測(cè)。運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)（MCS）通常用于捕捉具有多個(gè)關(guān)節(jié)（例如人體）的高自由度骨架結(jié)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)。
表1基于視覺的系統(tǒng)摘要
全尺寸表
如表1的最后一行所示，基于視覺的結(jié)構(gòu)位移監(jiān)測(cè)系統(tǒng)具有其獨(dú)特的功能 。研究人員對(duì)針對(duì)結(jié)構(gòu)應(yīng)用的系統(tǒng)開發(fā)進(jìn)行了幾次調(diào)查，這些研究將在下一部分中從方法論的角度進(jìn)行回顧。
基于視覺的結(jié)構(gòu)位移測(cè)量的回顧
在這項(xiàng)研究中，基于視頻處理方法對(duì)文獻(xiàn)中基于視覺的系統(tǒng)進(jìn)行了分類。典型的視頻處理軟件包可以放入圖2所示的三部分框架中 。導(dǎo)出的位移數(shù)據(jù)可以解釋為橋梁狀況評(píng)估。
圖2
用于結(jié)構(gòu)位移測(cè)量的視頻處理程序以及每個(gè)步驟中的常用方法
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如果監(jiān)測(cè)運(yùn)動(dòng)僅用于系統(tǒng)識(shí)別和詳細(xì)的振動(dòng)值不是必需的，目標(biāo)跟蹤可以是所需要的整個(gè)視頻處理過程的一部分，但是坐標(biāo)變換可能是必要的以對(duì)準(zhǔn)圖像運(yùn)動(dòng)方向與結(jié)構(gòu)軸。
接下來，將分別回顧文獻(xiàn)中用于相機(jī)校準(zhǔn)，目標(biāo)跟蹤和結(jié)構(gòu)位移計(jì)算的方法。
相機(jī)校準(zhǔn)
相機(jī)校準(zhǔn)涉及在結(jié)構(gòu)坐標(biāo)系中的3D結(jié)構(gòu)點(diǎn)與圖像平面中相應(yīng)的2D點(diǎn)之間建立投影關(guān)系。給定圖像中的目標(biāo)位置，確定的投影變換可用于恢復(fù)結(jié)構(gòu)中目標(biāo)的實(shí)際位置。
文獻(xiàn)中報(bào)道了三類投影變換，包括完整的投影矩陣，平面單應(yīng)性和比例因子，如表 2所示。在大多數(shù)情況下，投影變換遵循全透視模型，而當(dāng)攝像機(jī)配備大焦距鏡頭時(shí)，可以簡(jiǎn)化為仿射攝像機(jī)模型。
