一种获取模拟地震振动台的位移变化的测量方法及其系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于光学测量技术领域，设及一种利用光学原理的Ξ维动态变形测量方法 及其测量系统，具体设及一种获取模拟地震振动台的位移变化的测量方法及其系统。
【背景技术】
[0002] 地震活动具有一定的不可预知性，它的突然降临会给人类带来重大的灾难，尤其 对房屋建筑造成的破坏会直接危及人身安全。为此，设计具有高抗震性的房屋建筑具有重 大意义。高楼模拟地震振动台试验作为高楼建设施工前一个必不可少的试验论证环节，为 高楼的抗震性研究和设计指导，提供了强有力的技术支撑。
[0003] 高楼模拟地震振动台试验主要是将设计好的高层建筑按照一定的比例缩放成一 个钢筋混凝±模型，然后利用振动试验台上外部激振设备，模拟各级地震波形，并通过事先 在模拟上布置的各类传感器来获取地震响应，最后依据相关技术分析获取到的地震信息， 得到所设计高楼的抗震性能，并指导理论研究和后期的高楼设计改进。
[0004] 目前，获取高楼模拟地震振动台试验中位移、速度和加速度等信息，主要依靠接触 式测量设备，例如应变计和压电传感器。此类设备具有实时同步采集、测量精度高等优点， 但是普遍存在安装调试过程复杂、抗干扰性差等问题。对于大型建筑模拟试验，安装调试往 往需要几天甚至几周的时间，并且还要进行各种降噪减噪处理，会消耗大量的人力、物力和 财力。
[0005] 近些年来，随着光电技术、电磁技术的发展，依据非接触式手段获取物体的位置变 化，已经越来越受到各行业的青睐。根据所使用基本原理的不同，大致可W分为W下几类：
[0006] 1.激光Ξ角法：激光发射器将发射的可见激光射向被测物体表面，反射后通过接 收器，再根据Ξ角测距原理，计算出传感器与被测物之间的距离。常见的有激光位移传感 器，它具有测量精度高、适应性强的优点，但是测量目标数有限。
[0007] 2.电满流法：根据电磁感应原理，利用探头与被测物之间距离变化，产生的感应 电流来间接得到距离。常见有电满流位移传感器，它具有可靠性高、抗干扰能力强的优点， 但是受到工况环境的限制，测量范围有限。
[0008] 3.超声测量法：利用超声波的反射、折射和波形转换原理，主要用来进行工业的 产品缺陷检测，无法用于位移等信息的提取。
[0009] 4.机器视觉测量：利用计算机视觉和数字视频技术，采用CCD相机将被测物相关 特征采集后，经过专口的图像处理软件，利用相关算法，得出需要的位移和Ξ维坐标等信 息。此方法具有测量精度高、适用性强的特点，并且相关的测量系统安装调试简单，数据的 后期处理周期短。
[0010] 鉴于传统的接触式和非接触式测量方法在模拟地震振动台试验中位移信息获取 方面存在的不足，本发明提供一种利用光学原理的Ξ维动态变形测量方法和测量系统来获 取模拟地震振动台试验的位移变化。
【发明内容】
[0011] 为解决上述技术问题，本发明提供了一种获取模拟地震振动台的位移变化的测量 方法及其系统，非接触无损伤、测量精度高、自动化程度高、测量周期短。
[0012] 为达到上述目的，本发明的技术方案如下：一种获取模拟地震振动台的位移变化 的测量方法，其特征在于：包括W下测量步骤，
[0013] 步骤一，配置由相机、镜头和激光探测器组成的图像采集装置，并对图像采集装置 进行调试，所述相机和镜头均为配套设置的两个，两所述相机对称设置在激光探测器的两 侧，所述激光探测器的激光发射端和两所述镜头均正向待检测振动台模型设置；
[0014] 步骤二，在待检测振动台模型上标识非编码点，启动两相机同步采集获取非编码 点的动态图像信息，采集图像信息过程的同时对图像进行预处理，W及基于绝对二次曲面 标定方程对相机的内外参数进行自标定处理，并将采集处理后的数据存储至服务器；
[0015] 步骤Ξ，对采集处理后的图像进行数据计算图像上的非编码点为基本元素， 基于式一的共线方程算法来计算单幅图像中的点在物方空间坐标系中的坐标狂、Y、幻，
阳016] 其中，（X，y)-图像中像点坐标；（X。、y。)-图像中主点坐标；（Αχ,Ay)-像点在成 像过程中由于镜头崎变引起的系统误差；f-相片距离摄影中屯、S距离；狂s、Ys、Zs)-摄影中 屯、S在物方空间坐标系中的坐标；ζ义>Y> 2J-物体点在像空间坐标系中的坐标； 狂、Υ、幻-图像点在物方空间坐标系中的坐标；(a"、b"、c。）为^X>f^名）与狂、Y、 幻之间换算的矩阵；
[0017] 步骤四，图像立体匹配：基于共线方程和共面方程将两幅图像上的同一非编码点 在物方空间上的坐标点进行静态匹配，匹配成功后将两幅图像上的同一非编码点的二维信 息转化成携带有坐标和位移信息的Ξ维空间点；
[0018] 步骤五，与图像立体匹配同时完成的图像序列匹配：基于区域捜索算法捜索匹配 当前Ξ维空间点的下一个Ξ维空间点，匹配获得的Ξ维空间点为特征点，W此获得同一非 编码点的特征点的离散点集；
[0019] 步骤六，图像序列追踪同一非编码点的特征点的离散点集为基础，基于空间域 捜索算法对其进行运动轨迹绘制，W此来追踪每个非编码点的3D运动轨迹和Ξ维信息；
[0020] 步骤屯，Ξ维重建：W每个非编码点的运动轨迹为基础进行Ξ维重建，并在软件界 面中显示，从软件界面中能够直接读取并输出位移变化量。
[0021] 本发明的一个较佳实施例中，进一步包括步骤二中图像预处理的步骤为：
[0022] 2. 1)基于图像二值法对图像信息进行非编码点图像识别处理；
[0023] 2. 2)基于中值滤波对识别的图像进行滤波降噪；
[0024] 2. 3)基于隔离边缘算法对滤波降噪后的图像进行边缘提取；
[0025] 2. 4)基于楠圆方程对边缘提取的图像进行楠圆拟合，已获得定位中屯、。本发明的 一个较佳实施例中，进一步包括步骤一中对图像采集装置进行调试的步骤为：
[00%] 3. 1)通过激光探测器获取相机与待检测振动台模型之间的测量距离；
[0027] 3. 2)通过相机镜头的选取来计算两个相机之间的基距和角度；
[0028] 3. 3)判断角度是否合适，如果合适则控制调整相机的位置至最佳状态；否则进入 3. 2)。
[0029] 本发明的一个较佳实施例中，进一步包括步骤屯中Ξ维重建失败的特征点，能够 进行手动匹配，手动匹配几个状态后，系统会解算手动匹配的特征点，然后自动进行其余状 态的匹配，并得到匹配的误差信息。
[0030] 本发明的一个较佳实施例中，进一步包括软件界面中能够直接读取并输出每个特 征点各个方向的位移变化量。
[0031] 本发明的一个较佳实施例中，进一步包括步骤四中的匹配阀值和步骤五中的捜索 半径在图像采集装置调试成功后手动外部设置。 阳〇巧本发明的一个较佳实施例中，进一步包括软件界面中输出文件的格式包 括.excel、.txt、工程报告、视频模式、数据模块模式，所述数据模块模式包括各状态时间、 Ξ维坐标、Ξ维位移、变形量和相对误差值。
[0033] 为达到上述目的，本发明的另一技术方案如下：一种获取模拟地震振动台的位移 变化的测量系统，用于完成如权利要求1-7任一项所述的测量方法，其特征在于：包括塔 台、由相机、镜头和激光探测器组成的图像采集装置、服务器、W及与服务器连接的能够运 行嵌入式系统的终端，所述相机和镜头均为配套设置的两个，两所述相机对称设置在激光 探测器的两侧，两所述相机和激光探测器均通过一底座能够滑动的固定设置在一直线导轨 内，所述激光探测器的激光发射端和两所述镜头均正向塔台设置。
[0034] 本发明的一个较佳实施例中，进一步包括所述塔台上设有待测区域，所述待测区 域内标识有若干个圆形非编码点，所述相机的高度与待测区域的高度均为10m，所述相机正 对待测区域设置，且相机与待测区域之间的测量距离为8m-10m。
[0035] 本发明的一个较佳实施例中，进一步包括所述非编码点标识的位置为所述塔台的 梁结构节点上。
[0036] 本发明的有益效果是：本发明利用光学原理来获取结构上人工标识非编码点的 视频图像，然后基于数字图像处理技术和相关算法对视频图像进行处理，实现测点位置的 自动识别与匹配追踪，从而得到测点的Ξ维重建，获取各测点的位移变化量，整个测量过程 非接触无损伤、测量精度高、自动化程度高、测量周期短，具有巨大的行业优势和良好的推 广应用前景。
【附图说明】<