[發明專利]基于亞像素邊緣檢測的結構振動響應自動識別方法及系統

在審

• 申請號: 202210353110.0
• 申請日: 2022-04-06
• 公開（公告）號: CN114445404A
• 公開（公告）日: 2022-05-06
• 發明（設計）人: 孔烜;易金鑫;羅奎;鄧露
• 申請（專利權）人: 湖南大學
• 主分類號: G06T7/00
• 分類號: G06T7/00;G06V10/25;G06V10/44;G06V10/764;G06K9/62;G06T7/60
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 張藝

本申請公開了一種基于亞像素邊緣檢測的結構振動響應自動識別方法及系統，包括：從對待識別剛性結構進行視頻采集后得到的待識別視頻幀中確定感興趣區域，確定感興趣區域上的與待識別剛性結構對應的目標亞像素級邊緣點；基于目標亞像素級邊緣點在第一幀與其他待識別視頻幀之間的亞像素級相對位移確定所有目標亞像素級邊緣點在所有待識別視頻幀之間的實際位移時程，利用層次聚類分析從基于實際位移時程確定的模態中自動識別真實模態，以得到待識別剛性結構的振動響應，本申請基于剛性結構的亞像素級邊緣點在第一幀與其他待識別視頻幀間的亞像素級相對位移得到實際位移時程，利用層次聚類分析提取真實模態，實現提取的自動化并提高檢測的準確率。

技術領域

本發明涉及結構檢測與監測領域，特別涉及一種基于亞像素邊緣檢測的結構振動響應自動識別方法及系統。

背景技術

橋梁結構在運營期間會受到環境侵蝕、材料劣化、基礎沉降、交通荷載反復作用等影響，將會導致結構自身發生損傷，損傷的長期積累使材料性能逐漸發生退化。此外，橋梁結構在正常運營期間還可能遭受車輛（船舶）撞擊、臺風和地震自然災害等突發事件的影響，極大地縮短了橋梁結構的使用壽命，對生命財產安全造成了巨大的損失。為了對橋梁工程結構進行實時監測，及時掌握服役期間橋梁結構的各項參數指標的變化情況，橋梁結構健康監測技術成為橋梁工程領域的重要研究方向，其利用各類先進傳感技術監測橋梁結構的振動信號，再通過各類信號處理技術識別結構模態參數（固有頻率、振型和阻尼比）從而對其性能進行評估。當橋梁結構發生局部損傷時，其固有頻率改變通常很小，容易被其他因素掩蓋。相對而言模態振型對局部微小損傷較為敏感，其高分辨率全場振型還可以對橋梁結構的局部微小損傷進行定位。因此，實時獲取結構的全場振型對于橋梁結構的實時健康監測具有重要研究意義。

目前，橋梁模態參數識別方法主要分為接觸式和非接觸式2種。接觸傳感器主要包括加速度計和線性變差傳感器，需要通過人工安裝在橋梁結構表面的特定位置獲取振動響應信號，再通過信號處理技術識別橋梁結構的模態參數。接觸式傳感器具有安裝困難、成本高、測試數據不完備和操作不便等缺點，限制了接觸式傳感器在橋梁振動響應測量中的應用。此外，接觸式傳感器僅能獲取離散點的位移或加速度響應，無法獲取橋梁結構的全場位移和全場振型。

隨著計算機視覺技術和圖像采集技術的不斷發展，高速、高分辨率相機價格不斷降低，研究人員開始將計算機視覺技術應用于橋梁振動測量中。目前，基于計算機視覺的橋梁振動測量方法，主要是通過目標跟蹤算法跟蹤結構表面人工標志物或自然標志物來獲取離散點的位移時程響應，難以實現橋梁結構的全場位移測量，無法獲取高分辨率全場振型。另外，主流的目標跟蹤算法主要是針對柔性結構的大位移的識別，難以適用于例如橋梁結構等剛性結構微小振動的亞像素級小位移的識別。為此，實時識別剛性結構的振動響應，以根據剛性結構振動響應中的全場位移以及全場振型實現對剛性結構的實時健康監測是本領域亟待解決的問題。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的在于提供一種基于亞像素邊緣檢測的結構振動響應自動識別方法及系統，能夠通過不在剛性結構上安裝接觸式傳感器的方式，實時識別剛性結構的模態參數以實現對剛性結構的實時健康監測，其具體方案如下：

第一方面，本申請公開了一種基于亞像素邊緣檢測的結構振動響應自動識別方法，包括：

獲取對待識別剛性結構進行視頻采集后得到的待識別視頻幀；

從所述待識別視頻幀中確定出所述待識別剛性結構對應的感興趣區域，并確定出位于所述感興趣區域上的與所述待識別剛性結構對應的所有目標亞像素級邊緣點；

基于目標亞像素級邊緣點在第一幀所述待識別視頻幀與其他所述待識別視頻幀之間的位置變化，計算出所述目標亞像素級邊緣點在第一幀所述待識別視頻幀與其他所述待識別視頻幀之間的亞像素級相對位移；

基于所述亞像素級相對位移確定出所有所述目標亞像素級邊緣點在所有所述待識別視頻幀之間的實際位移時程，并基于所述實際位移時程識別出與所述待識別剛性結構對應的所有模態參數，然后利用層次聚類分析從所述所有模態參數中自動識別出真實模態參數，以得到所述待識別剛性結構的振動響應。