[发明专利]基于运动综合亮度谱的拉索索力视觉测试方法、装置及介质

说明书

本发明公开了一种基于运动综合亮度谱的拉索索力视觉测试方法、装置及介质，所述方法包括：获取由第一拉索振动视频形成的第一图像序列，并进行预处理，得到第二图像序列；基于运动扫频算法，从第二图像序列中提取指定频段内的拉索运动形态，分离为不同时间频段内的第二拉索振动视频；采用背景差分法计算第二拉索振动视频的各帧图像相对于第二图像序列的第一帧图像的亮度差值，得到差分图像序列；针对不同时间频段内的差分图像序列，计算得到不同频段相对应的运动综合亮度指标，生成运动综合亮度谱图形，通过峰值拾取得到拉索自振频率，以计算拉索的索力。本发明具有较强的测试和分析稳定性，同时兼具计算机视觉方法的低成本和操作方便的特点。

技术领域

本发明涉及一种基于运动综合亮度谱的拉索索力视觉测试方法、装置、计算机设备及存储介质，属于结构健康监测领域。

背景技术

拉索是缆索承重结构中的重要受力构件，索力大小对于结构安全至关重要。传统的索力测试方法有压力传感器法^[1]、磁通量法^[2]、加速度法^[3]等。其中，加速度法通过测量拉索表面的加速度响应，获取拉索的自振频率，用于计算索力^[4]，是工程应用最为广泛的索力测试方法^[5-7]。然而，该法需要安装接触式加速度传感器和数据采集系统，存在安装困难、设备成本高和测量效率低等缺点^[8]。

近年来，非接触式测试方案得到研究，通过特定技术获取拉索的振动信号，再经频谱分析获取自振频率。例如激光多普勒测振仪通过解调基于激光多普勒效应的频移信号，得到拉索的振动速度^[9]；雷达系统通过发射微波信号，测量拉索反射后的相位变化，得到拉索的振动位移^[10]。这些非接触式测试方案虽然能够实现高精度的测量，但相关设备成本较高且操作复杂。

计算机视觉方法是另一种非接触式索力测试方案，因其具有低成本、使用灵活和单相机多点测量等优势^[11]，得到了重点关注。如Caetano等^[12]应用光流方法跟踪拉索上一个小区域的位移时程，从而识别索力；Kim等^[13]采用归一化互相关匹配算法，从监测视频中提取拉索的动态位移；Feng等^[14]采用亚像素方向码匹配算法测量拉索的振动位移；Tian等^[15]提出了一种基于无人机视觉的方法，利用改进的线段匹配算法提取拉索的动态位移；张宇航等^[16]采用基于相位的欧拉运动放大算法，捕捉拉索的微小振动位移；Wangchuk等^[17]采用同样的算法，通过离散化质心搜索法提取拉索的放大位移响应。综合而言，目前使用计算机视觉开展索力测试时，通常是通过视觉方法获取拉索上单个或几个点的位移时程，再开展频谱分析得到拉索的自振特性。相关方法虽然已取得了较好的效果，但仍存在一些不足：1)通常需要人工标记特征点，工作繁琐；2)根据图像变化来追踪特征点位移，测量的鲁棒性和精度不易保证；3)仅对若干特征点进行测量，空间分辨率有限。

参考文献如下：

[1]Wang D,Liu J,Zhou D,et al.Using PVDF piezoelectric film sensorsfor in situ measurement of stayed-cable tension of cable-stayed bridges[J].Smart Materials and Structures,1999,8(5):554.

[2]Christen R,Bergamini A,Motavalli M.Three-dimensional localizationof defects in stay cables using magnetic flux leakage methods[J].Journal ofNondestructive Evaluation,2003,22(3):93-101.