[发明专利]一种单向振动台试验结构模型位移测量方法

权利要求书

1.一种单向振动台试验结构模型位移测量方法，其特征在于：包括如下步骤：

S1：将事先准备好的标记点粘贴在结构模型每层中需要测量的部位，保证标记点在相机中的成像位置位于图片中央；

S2：搭建工业相机图片采集系统，并将相机镜头正向对准标记点；

S3：在试验开始的同时进行图片的采集，试验结束时完成图片的采集；

S4：对所采集到的每一帧图片进行图片处理工作，去除图片中无关的背景信息，识别、提取出仅含标记点的图片，从而定位得到标记点在图片坐标系中的坐标；

S5：对经过图片处理的每帧图片，进行标记点整像素和亚像素精度级别的中心坐标识别，提取标记点在每帧图片中的位置坐标，将对应坐标相减得到标记点在图片平面的位移；

S6：根据单相机模型、单相机图片坐标系和世界坐标系的转换关系，计算得到标记点的实际位移，转换系数的确定如下式所示，

其中，D_mm是世界坐标系的位移，D_pixel是图片坐标系位移；

S7：将计算得到的实际位移进行绘图和数据处理；

所述步骤S1中标记点的准备：在矢量图绘图软件中绘制正方形方格的标记点，打印在正方形哑粉纸上，做成边长为a的标记点，长度a使得标记点满足：在采集图片中至少占有40个像素点；

所述步骤S3中采集图片的总数为i，相机帧率为f，每帧图片之间的时间间隔为t＝1/f，

所述步骤S4中图片处理包含下列步骤：

(1)采用双边滤波方法对图片进行滤波降噪；

(2)对图片进行二值化处理；

(3)对步骤(2)所得图片，应用图片形态学腐蚀操作和膨胀操作得到标记点的大致图片轮廓；

(4)对步骤(3)所得图片运用canny边缘检测方法得到包含相关元素和标记点轮廓的图片；

(5)对步骤(4)经过canny边缘检测出的边缘进行轮廓检测；

(6)对步骤(5)所检测出的轮廓进行轮廓近似处理，去除多余轮廓；

(7)求出步骤(6)中近似轮廓的外接矩形，得到矩形左上顶点坐标和长宽，根据标记点处外接矩形的顶点坐标和长宽设置过滤条件过滤掉干扰信息，得到仅包括标记点的外接矩形顶点和长宽，并根据顶点纵坐标进行排序，以此得到各层的标记点外接矩形并进行编号；

(8)根据步骤(7)所得编有序号的外接矩形制作图片掩码，将掩码与步骤(1)的图片进行求交集操作，得到仅含有该序号标记点的图片。

2.根据权利要求1所述的单向振动台试验结构模型位移测量方法，其特征在于：所述步骤S5中：对步骤S4得到的标记点图片，先进行像素级别的角点检测，然后以所需角点为中心，进行亚像素角点检测，得到精确的标记点中心坐标，进而得到时间序列图片中标记点的图片坐标，将第i帧图片中所得到的标记点坐标与从第i-1帧图片中所得的标记点坐标相减，即得到(i-1)·t时刻标记点的图片位移x_i(i＞0，i∈z)。

3.根据权利要求2所述的单向振动台试验结构模型位移测量方法，其特征在于：所述步骤S6中，对标记点图片进行亚像素角点检测，得到正方形标记点任意两个顶点的坐标，将坐标相减得到标记点在图片平面中的像素边长b，则图片坐标系到物理坐标系的转换系数为SF＝D_mm/D_pixel＝a/b，得到第i时刻标记点的实际物理位移X_i＝SF·x_i，速度为V_i＝X_i/t。

4.根据权利要求3所述的单向振动台试验结构模型位移测量方法，其特征在于：所述步骤S7中，通过编写好的python程序，将标记点每时刻的实际位移值绘制成位移-时间折线图，即得到结构位移的层间位移时程图。