視覺的結(jié)構(gòu)撓度無損檢測技術(shù)分析

朱旭陽

【摘要】在大型結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測過程中，需要考慮撓度指標(biāo)，有利于非接觸動(dòng)態(tài)監(jiān)測結(jié)構(gòu)撓度。以圖像測量為基礎(chǔ)，建立撓度測試技術(shù)，完善撓度匹配算法，基于單目視覺建立撓度測量儀，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離撓度測量，保障測量系統(tǒng)的可靠性。本文分析了視覺的結(jié)構(gòu)撓度無損檢測技術(shù)，保障測量結(jié)構(gòu)的朱期內(nèi)性。

關(guān)鍵詞：視覺;結(jié)構(gòu)撓度;無損檢測技術(shù)

在國家交通建設(shè)過程中，橋梁發(fā)揮著重要的作用，維護(hù)人們的生命財(cái)產(chǎn)安全。因?yàn)闃蛄汗こ探Y(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，動(dòng)荷載和地質(zhì)氣候等因素都會(huì)破會(huì)整體結(jié)構(gòu)，引發(fā)各種內(nèi)部損傷和外部變形等問題，測量橋梁結(jié)構(gòu)撓度，可以保障整體結(jié)構(gòu)的安全性能和工作狀態(tài)。在動(dòng)荷載的影響下，測試力學(xué)參數(shù)的過程中需要考慮振動(dòng)響應(yīng)和模態(tài)參數(shù)等，有效評估整體結(jié)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)性能，工作人員需要根據(jù)不同的結(jié)構(gòu)形式，落實(shí)結(jié)構(gòu)撓度測量，選擇針對性的儀器方式，發(fā)揮視覺的結(jié)構(gòu)撓度無損檢測技術(shù)的作用。

一、概述結(jié)構(gòu)的撓度測量發(fā)展現(xiàn)狀

工作人員通過測量結(jié)構(gòu)的位移和移度以及加速度等動(dòng)力學(xué)參數(shù)，可以確定整體結(jié)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)性能，當(dāng)前撓度測量過程主要利用三種工作形式：第一種屬于精密全站儀法，在測量過程中利用三角高程測量方式，可以測量兩點(diǎn)之間的水平距離，也可以確定直角球頂兩點(diǎn)的高度差，利用這種工作形式，工作人員需要布置標(biāo)靶，測量每個(gè)點(diǎn)，整體測量效率比較低，無法實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)同時(shí)測量。第二種為預(yù)埋式傳感器，工作人員需要固定一個(gè)參考點(diǎn)，緊密接觸傳感器觸頭和測點(diǎn)，傳感器跟隨測點(diǎn)讀數(shù)，但是利用這種方法很難保證測量準(zhǔn)確性。第三種是全球定位系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)測量和遠(yuǎn)距離測量，但是整體工作成本比較大。因?yàn)椴煌臏y量方法具有各自的優(yōu)劣勢，針對不同的結(jié)構(gòu)形式確定撓度測量方式，同時(shí)需要選擇合適的儀器方式。【1】

近些年我國不斷發(fā)展數(shù)字圖像技術(shù)，人們也能更加關(guān)注撓度檢測技術(shù)。工作人員需要安裝特制靶標(biāo)，利用攝像機(jī)遠(yuǎn)距離記錄靶標(biāo)圖像，利用圖像跟蹤算法確定結(jié)構(gòu)撓。工作人員利用先進(jìn)的圖像匹配算法，可以實(shí)時(shí)跟蹤遠(yuǎn)距離目標(biāo)點(diǎn)。利用視覺的結(jié)構(gòu)撓度無損檢測技術(shù)，通過室外精度驗(yàn)證和現(xiàn)場撓度測試，可以提升視覺的結(jié)構(gòu)撓度測量的準(zhǔn)確性。

二、概述視覺的結(jié)構(gòu)撓度無損檢測技術(shù)的原理

利用相機(jī)拍攝遠(yuǎn)處買不了圖形，根據(jù)小孔成像模式，在相機(jī)成像面上映射目標(biāo)點(diǎn)，工作人員利用數(shù)字圖像匹配算法，在圖像上，目標(biāo)點(diǎn)不斷產(chǎn)生像素位移。為了計(jì)算目標(biāo)位移，工作人員需要結(jié)合成像系統(tǒng)參數(shù)和外部參數(shù)，計(jì)算機(jī)遇視覺原理的撓度。

利用數(shù)字圖像相關(guān)法，在被測物體表面變形之前，在圖像中分布分布目標(biāo)點(diǎn)的領(lǐng)域灰度，根據(jù)搜索策略，確定圖像變形后的相似領(lǐng)域，在發(fā)生變形之后確定目標(biāo)點(diǎn)的位置。利用數(shù)字圖像技術(shù)需要利用特制標(biāo)靶，或者將散斑圖像噴涂在被測結(jié)構(gòu)中，實(shí)時(shí)跟蹤目標(biāo)，在室外環(huán)境中利用這種方法，可能會(huì)增加大型結(jié)構(gòu)測量難度，因此在圖像中需要合理選擇被測物體，保障被測物體具有較高的對比度，選取的領(lǐng)域需要具備目標(biāo)對比度。為了保障目標(biāo)點(diǎn)鄰域的相似性，在變形之后，工作人員需要全面搜索相關(guān)函數(shù)極限，利用歸一化最小平方距離函數(shù)，這類函數(shù)具有較強(qiáng)的抗干擾能力?！?】

這種方法無需特定標(biāo)志點(diǎn)，工作人員利用具備灰度變化紋理的目標(biāo)，以此為標(biāo)記落實(shí)測量工作。數(shù)字圖像可以精確的匹配整像素和亞像素域的目標(biāo)，在整像素搜索過程中，結(jié)合微粒群優(yōu)化算法和最大梯度搜索，使整體計(jì)算工作效率不斷提高。在整像素搜索過程中，微粒群的微粒利用相關(guān)搜索和相關(guān)系數(shù)，調(diào)整搜索方式，可以在目標(biāo)位置匯集微粒，利用最大梯度搜索測錄搜索方式，根據(jù)最短路徑獲取目標(biāo)點(diǎn)。利用逆向合成高斯牛頓法落實(shí)亞像素搜索方式，合理選擇形函數(shù)和插值函數(shù)，可以保障像素定位精度達(dá)到0.01。

三、集成視頻撓度儀

視覺的結(jié)構(gòu)撓度測量系統(tǒng)包括工業(yè)相機(jī)和長焦鏡頭以及筆記本電腦等。工業(yè)相機(jī)采用互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體相機(jī)，圖像恐鳥你分辨率和圖形灰度等級比較高，鏡頭的定焦鏡頭教具選擇為50mm和75mm，設(shè)備具有緊湊的結(jié)構(gòu)，組裝工作也非常方便，利用全站儀布局方式，設(shè)備的可維護(hù)性因此提升。工作人員利用C++語言開發(fā)系統(tǒng)軟件，可以同時(shí)測量多點(diǎn)，同步輸出時(shí)間曲線，可以保障采樣頻率在40Hz以上，測量距離也可以達(dá)到500m以上，工作人員可以利用視頻錄制方式完成測量工作，同時(shí)也可以便利的測量后期圖像數(shù)據(jù)。

四、視覺的結(jié)構(gòu)撓度無損檢測技術(shù)優(yōu)化對策

在工作過程中理應(yīng)視頻撓度儀，利用非基礎(chǔ)式結(jié)構(gòu)撓度測量，測量結(jié)構(gòu)上的紋理特征，有利于節(jié)省工作成本。在利用視頻撓度儀的過程中，工作人員需要利用視頻撓度儀的相機(jī)拍攝和測量目標(biāo)，獲取二維位移信息，結(jié)合測距望遠(yuǎn)鏡和仰角測量方式，主要是測量豎向位移，在測量過程中因?yàn)楸粶y結(jié)構(gòu)具備三維尺寸，在測量過程中利用單目視頻撓度儀，圖像目標(biāo)點(diǎn)的距離是不同的，因此圖像各點(diǎn)的放大倍率也是不同的，在實(shí)際測量過程中，需要測量圖像各個(gè)目標(biāo)點(diǎn)的距離?！?】

工作人員需要利用激光測距儀測量被測目標(biāo)和相機(jī)的距離，測量誤差關(guān)系到最終撓度測量準(zhǔn)確性，當(dāng)前激光測距儀的精度可以達(dá)到0.1m，在室外測量過程中距離主要是數(shù)十米，因此可以忽視激光測距儀距離測量誤差。工作人員利用傾角傳感器可以測量相機(jī)光軸和水平面的夾角，在測量圖像中心區(qū)域目標(biāo)的過程，主要是測量目標(biāo)點(diǎn)的豎向位移。

數(shù)字圖像具有較大的運(yùn)算量，為了保障運(yùn)算實(shí)時(shí)性，提高實(shí)時(shí)算法的穩(wěn)定性和精度，需要優(yōu)化室外測量環(huán)境運(yùn)用效果。在外場測試中如果存在遮擋物，當(dāng)遮擋物移動(dòng)之后，也可以持續(xù)自動(dòng)跟蹤目標(biāo)點(diǎn)的撓度，使外長撓度測量的適應(yīng)性極大的提高。

結(jié)束語：

本文論述了視覺的結(jié)構(gòu)撓度無損檢測技術(shù)，開發(fā)了單目視覺撓度測量儀，整體工作成本比較低，操作工作也比較簡單，工作人員需要不斷完善動(dòng)態(tài)撓度測試系統(tǒng)，提高軟硬件結(jié)構(gòu)的可靠性，保障動(dòng)態(tài)撓度測量效果。

參考文獻(xiàn)：

[1]李巖，盧宗慧，武名虎，于多加.雙立柱堆垛機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)的力學(xué)計(jì)算與仿真分析[J].物流技術(shù)與應(yīng)用，2020，25（04）：124-126.

[2]宋粉麗，于品德，馬赟，李華.不中斷交通下裝配式梁橋的撓度監(jiān)測與性能評估[J].河南科技，2020（08）：106-109.

[3]唐盛華，楚加慶，方志，張學(xué)兵，羅承芳.基于均布荷載撓度曲率的梁結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別方法[J].力學(xué)季刊，2019，40（03）：549-559.