視覺的結構撓度無損檢測技術分析

朱旭陽

【摘要】在大型結構安全監測過程中，需要考慮撓度指標，有利于非接觸動態監測結構撓度。以圖像測量為基礎，建立撓度測試技術，完善撓度匹配算法，基于單目視覺建立撓度測量儀，實現遠距離撓度測量，保障測量系統的可靠性。本文分析了視覺的結構撓度無損檢測技術，保障測量結構的朱期內性。

關鍵詞：視覺;結構撓度;無損檢測技術

在國家交通建設過程中，橋梁發揮著重要的作用，維護人們的生命財產安全。因為橋梁工程結構比較復雜，動荷載和地質氣候等因素都會破會整體結構，引發各種內部損傷和外部變形等問題，測量橋梁結構撓度，可以保障整體結構的安全性能和工作狀態。在動荷載的影響下，測試力學參數的過程中需要考慮振動響應和模態參數等，有效評估整體結構的動力學性能，工作人員需要根據不同的結構形式，落實結構撓度測量，選擇針對性的儀器方式，發揮視覺的結構撓度無損檢測技術的作用。

一、概述結構的撓度測量發展現狀

工作人員通過測量結構的位移和移度以及加速度等動力學參數，可以確定整體結構的動力學性能，當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，可以測量兩點之間的水平距離，也可以確定直角球頂兩點的高度差，利用這種工作形式，工作人員需要布置標靶，測量每個點，整體測量效率比較低，無法實現多點同時測量。第二種為預埋式傳感器，工作人員需要固定一個參考點，緊密接觸傳感器觸頭和測點，傳感器跟隨測點讀數，但是利用這種方法很難保證測量準確性。第三種是全球定位系統，可以實現實時測量和遠距離測量，但是整體工作成本比較大。因為不同的測量方法具有各自的優劣勢，針對不同的結構形式確定撓度測量方式，同時需要選擇合適的儀器方式。【1】

近些年我國不斷發展數字圖像技術，人們也能更加關注撓度檢測技術。工作人員需要安裝特制靶標，利用攝像機遠距離記錄靶標圖像，利用圖像跟蹤算法確定結構撓。工作人員利用先進的圖像匹配算法，可以實時跟蹤遠距離目標點。利用視覺的結構撓度無損檢測技術，通過室外精度驗證和現場撓度測試，可以提升視覺的結構撓度測量的準確性。

二、概述視覺的結構撓度無損檢測技術的原理

利用相機拍攝遠處買不了圖形，根據小孔成像模式，在相機成像面上映射目標點，工作人員利用數字圖像匹配算法，在圖像上，目標點不斷產生像素位移。為了計算目標位移，工作人員需要結合成像系統參數和外部參數，計算機遇視覺原理的撓度。

利用數字圖像相關法，在被測物體表面變形之前，在圖像中分布分布目標點的領域灰度，根據搜索策略，確定圖像變形后的相似領域，在發生變形之后確定目標點的位置。利用數字圖像技術需要利用特制標靶，或者將散斑圖像噴涂在被測結構中，實時跟蹤目標，在室外環境中利用這種方法，可能會增加大型結構測量難度，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，選取的領域需要具備目標對比度。為了保障目標點鄰域的相似性，在變形之后，工作人員需要全面搜索相關函數極限，利用歸一化最小平方距離函數，這類函數具有較強的抗干擾能力。【2】

這種方法無需特定標志點，工作人員利用具備灰度變化紋理的目標，以此為標記落實測量工作。數字圖像可以精確的匹配整像素和亞像素域的目標，在整像素搜索過程中，結合微粒群優化算法和最大梯度搜索，使整體計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搜索和相關系數，調整搜索方式，可以在目標位置匯集微粒，利用最大梯度搜索測錄搜索方式，根據最短路徑獲取目標點。利用逆向合成高斯牛頓法落實亞像素搜索方式，合理選擇形函數和插值函數，可以保障像素定位精度達到0.01。

三、集成視頻撓度儀

視覺的結構撓度測量系統包括工業相機和長焦鏡頭以及筆記本電腦等。工業相機采用互補金屬氧化物半導體相機，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，設備具有緊湊的結構，組裝工作也非常方便，利用全站儀布局方式，設備的可維護性因此提升。工作人員利用C++語言開發系統軟件，可以同時測量多點，同步輸出時間曲線，可以保障采樣頻率在40Hz以上，測量距離也可以達到500m以上，工作人員可以利用視頻錄制方式完成測量工作，同時也可以便利的測量后期圖像數據。

四、視覺的結構撓度無損檢測技術優化對策

在工作過程中理應視頻撓度儀，利用非基礎式結構撓度測量，測量結構上的紋理特征，有利于節省工作成本。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拍攝和測量目標，獲取二維位移信息，結合測距望遠鏡和仰角測量方式，主要是測量豎向位移，在測量過程中因為被測結構具備三維尺寸，在測量過程中利用單目視頻撓度儀，圖像目標點的距離是不同的，因此圖像各點的放大倍率也是不同的，在實際測量過程中，需要測量圖像各個目標點的距離。【3】

工作人員需要利用激光測距儀測量被測目標和相機的距離，測量誤差關系到最終撓度測量準確性，當前激光測距儀的精度可以達到0.1m，在室外測量過程中距離主要是數十米，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光軸和水平面的夾角，在測量圖像中心區域目標的過程，主要是測量目標點的豎向位移。

數字圖像具有較大的運算量，為了保障運算實時性，提高實時算法的穩定性和精度，需要優化室外測量環境運用效果。在外場測試中如果存在遮擋物，當遮擋物移動之后，也可以持續自動跟蹤目標點的撓度，使外長撓度測量的適應性極大的提高。

結束語：

本文論述了視覺的結構撓度無損檢測技術，開發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態撓度測試系統，提高軟硬件結構的可靠性，保障動態撓度測量效果。

參考文獻：

[1]李巖，盧宗慧，武名虎，于多加.雙立柱堆垛機機械結構的力學計算與仿真分析[J].物流技術與應用，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，張學兵，羅承芳.基于均布荷載撓度曲率的梁結構損傷識別方法[J].力學季刊，2019，40（03）：549-559.