干扰环境下基于计算机视觉的多目标动位移高精度监测方法

周洲 陈太聪

摘要： 当前基于计算机视觉的动位移测量研究通常要求高速高分辨率摄像机和理想拍摄环境，以保证测量的性能和精度。然而高速相机成本较高，目标成像需要较高对比度，且实际拍摄过程中环境条件也难以保持稳定，导致应用受限。结合时空上下文算法和光流算法，提出一种无需人工标靶点、鲁棒的多目标位移监测方法，通过智能手机实现干扰环境下的结构多点动位移同步测量。开展悬臂小球模型的扫频实验，检验方法在一定频率范围内的测量效果。其中，使用智能手机对激振小球进行拍摄，并在实验中保留复杂背景和模拟光照变化。分别采用所提方法和常用的特征光流算法对视频进行处理，得到动位移结果，并与位移传感器测量值进行对比。结果表明，在有光照变化干扰下，所提方法具有更强的抗干扰性，各监测点的最大位移偏差在5%以内。

关键词： 结构健康监测; 位移测量; 计算机视觉; 时空上下文; 光流

中图分类号： O327; TU317 文献标志码： A 文章编号： 1004-4523（2021）05-0979-08

DOI：10.16385/j.cnki.issn.1004-4523.2021.05.011

引 言

在结构健康监测实践中，加速度传感器得到了广泛应用，可直接测量结构的加速度响应，但对于低频范围的应用效果不佳[1]。相反，位移传感器的低频测量结果更加精确，然而由于安装和测试的不便，应用相对较少，包括线性可变差动变压器需要固定支座辅助测量，而多普勒激光测振仪虽然可实现无接触测量，但测量结果受激光聚光影响较大，且设备成本也相对较高。……