[发明专利]一种基于空间时向除法的结构振动视频测量方法及系统

权利要求书

1.一种基于空间时向除法的结构振动视频测量方法，其特征在于，所述方法具体包括：

步骤1、利用相机对被测结构的振动过程以满足奈奎斯特采样率的帧率进行视频采集，获取富含振动信息的时序变化图像序列；

步骤2、利用空频转换法将采集到的时序变化图像序列逐帧转换到频域，获取富含运动轮廓振动信息的相位特征及幅值特征的第一频域空间复数特征序列；

步骤3、利用空间时向除法在频域直接处理第一频域空间复数特征序列相邻帧，获取富含相邻帧相位变化的第二频域空间复数特征序列；

步骤4、利用四象限反正切运算操作上述第二频域空间复数特征序列，获取富含相对位移变化场信息的相邻帧相位变化；

步骤5、计算被测物在实际空间平面运动的实际位移与实物在实际测量距离下的相机平面中运动尺寸的转换比例因子；

步骤6、利用时序相对位移变化场与所述转换比例因子计算时序上的结构振动的实际幅值；

步骤7、根据时序实际位移场通过快速傅里叶变换得到被测结构振动的频率。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的空频转换法包括Gabor波变换，希尔伯特变换和log-Gabor变换。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，Gabor波的图像空间特征转换过程具体包括：

(1)将采集到的图像转换为灰度特征图像，并根据被测结构振动信息选取Gabor适合的波长以及方向；

(2)在空域中利用上述Gabor波与上述灰度特征图像进行卷积，得到频域中图像的第一频域空间复数特征序列，定义相邻帧空间复数特征分别为I_g(u,v,t)以及I_g(u,v,t+Δt)，其中t代表当前时刻，Δt表示时间步长，(u,v)是频域坐标；

(3)利用abs(·)算子求上述图像复数特征的幅值，得到各个像素点位置的幅值特征：

其中||·||₂表示求取绝对值。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述步骤3具体为：

(1)动态选取相邻时序两张帧图像频域空间复数特征，则

其中，A(u,v,t)和A(u,v,t+Δt)分别对应不同帧的频域幅值，f₀为频率，Δy为y方向的相对位移变化；

(2)对上述选定的相邻帧图像的相位特征利用除法算子进行处理，通过复数积分运算推导，得到第二频域空间复数特征，即

(3)将第一频域空间复数特征序列沿着时序方向不断重复上述时向除法步骤，得到第二频域空间复数特征序列。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤4中所述利用四象限反正切运算操作上述第二频域空间复数特征序列的计算公式具体为：

从而获取富含相对位移变化场信息的相邻帧相位变化

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤5中对于实际距离与像素距离的转换过程中，其中相机坐标系与世界坐标系的转换因子随着相机的采集距离变化。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤7中利用得到的实际位移场计算频域信息的过程中，所述的利用时序实际位移场需要至少保证一个时序实际位移场的周期。

8.一种基于空间时向除法的结构振动视频测量系统，其特征在于，所述系统具体包括：

采集模块：利用相机对被测结构的振动过程以满足奈奎斯特采样率的帧率进行视频采集，获取富含振动信息的时序变化图像序列；

转换模块：利用空频转换法将采集到的时序变化图像序列逐帧转换到频域，获取富含运动轮廓振动信息的相位特征及幅值特征的第一频域空间复数特征序列；

除法模块：利用空间时向除法在频域直接处理第一频域空间复数特征序列相邻帧，获取富含相邻帧相位变化的第二频域空间复数特征序列；

反正切模块：利用四象限反正切运算操作上述第二频域空间复数特征序列，获取富含相对位移变化场信息的相邻帧相位变化；

转换比例因子计算模块：计算被测物在实际空间平面运动的实际位移与实物在实际测量距离下的相机平面中运动尺寸的转换比例因子；

幅值计算模块：利用时序相对位移变化场与所述转换比例因子计算时序上的结构振动的实际幅值；

频率计算模块：根据时序实际位移场通过快速傅里叶变换得到被测结构振动的频率。