[發明專利]一種提高橋梁動位移精度的圖像特征辨識方法

在審

• 申請號: 202010627632.6
• 申請日: 2020-07-01
• 公開（公告）號: CN111783672A
• 公開（公告）日: 2020-10-16
• 發明（設計）人: 李忠龍;李順龍;劉子琦;高慶飛;郭亞朋
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: G06K9/00
• 分類號: G06K9/00;G06K9/46;G06K9/62;G06N3/04
• 代理公司: 哈爾濱龍科專利代理有限公司 23206
• 代理人: 高媛

一種提高橋梁動位移精度的圖像特征辨識方法，涉及一種橋梁位移測量方法。橋梁視頻圖像采集，視覺靶標在視頻內部；對圖像進行特征點檢測，計算圖像中每個像素點的Hessian矩陣，并采用高斯函數卷積處理，極值處為特征點；采用近鄰比值提純法提純，初步篩選正確特征匹配點；采用正反雙向提純法進行提純，剔除不滿足要求的特征點；采用主方向夾角法進行提純，將兩幀圖像中的特征點對應的角度進行差值，與角度閾值比較進一步將錯誤點剔除；逐幀進行幀間匹配，得到每幀圖像的特征點。解決現有基于特征點識別橋梁圖像計算復雜、錯誤匹配點過多以及位移測量精度不高的問題，能夠實現橋梁區域靶標特征點的精確快速識別與追蹤。

技術領域

本發明涉及一種橋梁位移測量方法，尤其是一種提高橋梁動位移精度的圖像特征辨識方法，屬于橋梁工程健康監測與安全評估領域。

背景技術

近些年來，我國高鐵建設加速成網，高鐵成為人們出行的首要選擇。高鐵的修建一般采用“以橋帶路”的方式，因此橋梁結構在高鐵線路中占比極大。隨著高鐵運行時對橋梁的沖擊，橋梁結構造成的損傷逐漸累積，嚴重時會造成重大安全事故。為保證高鐵的安全運行，需要對高鐵橋梁動態位移進行監測或定期檢查。

目前，高鐵橋梁中常用的位移測量工具和方法主要是位移傳感器、加速度傳感器、激光撓度儀等，這些方法施工過程復雜、耗時長、成本高并且對于一些空間結構復雜的地方難以測量。隨著攝影技術的發展，應用圖像處理和數字圖像相關等方法從圖像中直接提取結構振動位移信息也逐漸受到廣泛關注。

隨著計算機視覺的發展，許多學者已經將橋梁振動位移與計算機視覺相結合。現階段，許多基于特征點檢測的計算機視覺方法遇到識別中出現大量錯誤匹配點的問題，在處理時往往需要耗費大量時間并且效果不佳，因此，如何針對錯誤匹配點過多的問題提出一種高效、快速、精確的計算機測量方法成為一個亟待解決的問題。

發明內容

本發明的目的是為了解決現有的基于特征點識別橋梁圖像計算復雜、識別時錯誤匹配點過多以及位移測量精度不高的問題，提供一種提高橋梁動位移精度的圖像特征辨識方法，它能夠實現橋梁區域靶標特征點的精確快速識別與追蹤，為先進的計算機視覺技術在橋梁振動位移測量上的應用提供一個可行的途徑，為后續橋梁結構振動位移智能化實時監測提供了技術方案。

為實現上述目的，本發明采取下述技術方案：一種提高橋梁動位移精度的圖像特征辨識方法，包括以下步驟：

步驟一：橋梁視頻圖像采集，將帶有特征的視覺靶標放置在橋梁待測位置，采用商用數碼相機拍攝，將視覺靶標包含在視頻內部；

步驟二：對視覺靶標圖像進行特征點檢測，計算圖像中每個像素點的Hessian矩陣，并采用高斯函數L(x,t)＝G(t)I(x,t)對矩陣行列卷積處理，通過Hessian矩陣判別式初步判斷特征點，Hessian矩陣的行列式的極值處即為特征點；

步驟三：對初步篩選出的特征點進行特征點匹配，剔除部分錯誤特征點，首先采用近鄰比值提純法提純，選定一個特征點并找到第二幀圖像中與此特征點間的歐氏距離最小以及次最小的點，將最小距離與次最小距離進行比值Q，通過設定閾值T_q，滿足T_q＜Q的要求則認為是正確特征匹配點；

步驟四：繼續采用正反雙向提純法進行提純，第一幀中的一個特征點按上述近鄰比值法找到第二幀圖像中對應的特征點，如果在第二幀圖像中有多個特征點均滿足T_q＜Q，則進行剔除，如果僅有一個特征點對應，則以此特征點為基礎，采用近鄰比值法找尋第一幀圖像滿足要求的點，若與之前的點一致，則認為是正確匹配，反之，若有多個點匹配，則進行剔除；