[發明專利]基于紅色圓標靶圖像處理的結構振動位移測量方法及裝置

有效

• 申請號: 202011064692.8
• 申請日: 2020-09-30
• 公開（公告）號: CN112233076B
• 公開（公告）日: 2022-12-13
• 發明（設計）人: 王保憲;閆朝勃;王凱;趙維剛;李義強
• 申請（專利權）人: 石家莊鐵道大學
• 主分類號: G06T7/00
• 分類號: G06T7/00;G06T7/13;G06T7/136;G06T7/187;G06T7/62;G06T5/00;G01H9/00
• 代理公司: 石家莊國為知識產權事務所 13120
• 代理人: 付曉娣

本發明適用于結構健康監測技術領域，提供了一種基于紅色圓標靶圖像處理的結構振動位移測量方法及裝置，該方法包括：對獲取的紅色圓標靶視頻進行視頻序列分解得到每一幀圖像；將每一幀圖像中的紅色圓形靶從黑色方形靶中分離，得到目標像素值；同時提取紅色圓形靶的邊緣得到邊緣像素值；根據目標像素值，得到紅色圓形靶的圓心初始值和半徑初始值；根據圓心初始值和半徑初始值對邊緣像素值進行濾波處理；根據濾波后的邊緣像素值計算得到紅色圓標靶的目標圓心值和目標半徑值；根據多幀圖像計算得到的目標圓心值和目標半徑值，以及測量的紅色圓標靶的實際半徑值，計算得到紅色圓標靶的實際位移變化值，從而可以快速、精確進行目標定位。

技術領域

本發明屬于結構健康監測技術領域，尤其涉及一種基于紅色圓標靶圖像處理的結構振動位移測量方法及裝置。

背景技術

結構健康監測一般是測量土木結構在風、地震或車輛荷載等外界作用下的響應，而位移響應是結構健康監測的關鍵。目前針對位移響應的測量技術主要包括直接法和間接法。其中，直接法是采用位移傳感器直接測量結構振動位移，在使用時，需要參考基準點并需要靠近或接觸待測點，這種接觸式直接測量方法存在成本較高、不易安裝，且結構振動過程中傳感器容易被損壞等不足。間接振動位移測量技術包括雷達干涉和GPS等，其中，雷達干涉技術安裝方便且測量精度較高，但是該技術需要被測物體有相關的反射表面才可以應用，GPS測量技術雖然便于安裝，但測量精度較低，誤差范圍在5-10mm之間。

近年來，機器視覺技術快速發展，由于其具有測量精度高、成本低等優點，已逐漸成為結構位移測量的研究熱點。圓標靶安裝過程中無需考慮標靶是否傾斜，具有安裝簡便、避免安裝傾斜誤差等優點。但是目前采用基于圓標靶的位移測量方法中，仍然存在2個問題：1)在受到不均勻光照干擾時，標靶目標分割效果較差，導致位移測量精準度降低；2)圓標靶對應的圓方程參數計算耗時，導致系統實時性較差。

發明內容

有鑒于此，本發明實施例提供了一種基于紅色圓標靶圖像處理的結構振動位移測量方法及裝置，旨在解決現有技術中振動位移測量精準度低、實時性較差的問題。

為實現上述目的，本發明實施例的第一方面提供了一種基于紅色圓標靶圖像處理的結構振動位移測量方法，包括：

對獲取的紅色圓標靶視頻進行視頻序列分解，得到每一幀圖像，所述紅色圓標靶為黑色方形靶的中心設置紅色圓形靶，所述紅色圓標靶視頻為將紅色圓標靶設置在待測結構上，拍攝的所述待測結構發生振動時的紅色圓標靶視頻；

將每一幀圖像中的所述紅色圓形靶從所述黑色方形靶中分離，得到每一幀圖像中屬于所述紅色圓形靶的目標像素值；同時提取所述紅色圓形靶的邊緣，得到每一幀圖像中的所述紅色圓形靶的邊緣像素值；

根據所述目標像素值，采用連通體分析技術得到所述紅色圓形靶的圓心初始值和半徑初始值；并根據所述圓心初始值和所述半徑初始值對所述邊緣像素值進行濾波處理，得到濾波后的邊緣像素值；

根據所述濾波后的邊緣像素值采用基于隨機采樣一致性理論的圓方程計算方法，計算得到所述紅色圓標靶的目標圓心值和目標半徑值；

根據多幀圖像計算得到的目標圓心值和目標半徑值，以及測量的所述紅色圓標靶的實際半徑值，計算得到所述紅色圓標靶的實際位移變化值。

作為本申請另一實施例，所述將每一幀圖像中的所述紅色圓形靶從所述黑色方形靶中分離，得到每一幀圖像中屬于所述紅色圓形靶的目標像素值，包括：