[发明专利]一种基于EDLines直线检测的索力实时测量方法

说明书

本发明公开了一种基于EDLines直线检测的索力实时测量方法，相机同步采集多根拉索在同一视场的计算图，首先选择各拉索的计算区域ROI进行直线特征检测，进而计算直线特征到ROI原点的距离，通过对连续采集到的图像重复该操作就可以获得直线特征在其法线方向的像素位移，除了提取拉索位移，还需要计算拉索之间的相对位移，对位移进行FFT变换，最后采用频率法计算拉索的索力。本发明一方面克服了传统加速度计测量方法效率低、布置繁琐的局限性，可以实现全场多点同步测量；另一方面克服了复杂背景以及相机扰动的影响，提高索力监测的准确性。

技术领域

本发明涉及结构监测技术领域，尤其是一种基于相机的索力实时测量方法。

背景技术

在桥梁工程中，索力的测量已经成为工程验收中的一个重要部分。索作为桥梁的主要传力构件，其受力状态直接反映出全桥的健康状态，是桥梁监测的核心指标。针对桥梁索力测试工程技术人员开发了多种方法，例如磁通量法、压力法、基频法等。其中，基频法以其低成本、便捷性被广泛应用于桥梁斜拉索索力检测与监测。常规的桥梁索力测试方法大多属于点式检测，如用加速度传感器、压力表、应变测试元件等进行检测，只能获取结构上有限点的数据，以较少的数据作为桥梁将康状态的检测、评估、运营、维护的依据显然是不全面的。常规检测方法中大部分需要安装传感器，属于接触式测量，有时还需要中断交通，对于动载试验，负载效应有时也需要考虑进来，而振动状态复杂的大型结构，更是需要在结构的不同部位安装多个传感器，操作难度大，数据的同步获取也难以实现，测试的周期较长，需耗费较大的人力物力财力。

近年来，借助相机图像的索力非接触式测量方法以其全场多目标同步测量的优势而得到广泛应用。但是依然存在一些问题需要进一步解决。

首先是目标追踪以及亚像素位移提取算法的选择，理想的算法应该是稳健的且快速的。拉索表面最显著的特点是特征纹理几乎没有。为了增加目标的对比度以及提高定位精度，有的在拉索上设置了圆形靶标，并进行质心检测，显然不便于工程应用。光流法对长期监测时的光照改变较为敏感.相关性的方法对于表面较为光滑单调的拉索的追踪效果不稳定。特征点追踪算法应用于特征单调的拉索表面时，稳健的特征点较少，导致提取的振动响应存在数据异常。拉索最显著的也是较为稳定的特征信息是其边缘信息，是更为稳健且非接触的目标。采用边缘检测的方法简单且效率高，有助于多目标快速追踪的实现。但该方法的缺点也很显著，即在位移提取时没有涉及到真正意义上的相似度匹配，而是假定某个位置的像素点是结构上的同一点。而且基于像素灰度的匹配方法对影像的灰度变化敏感，很难适应遮蔽等问题。但直线特征在遮挡的情况下不会受到影响。对于拉索群的同步测量有重要帮助，所以本专利拟定采用EDLines算法进行拉索的边缘特征检测。

最后也是最关键的是拉索频率的识别准确性。对于拉索监测，大多是将相机架设在桥下岸边的稳定区域，忽略相机振动。但对于诸多长大跨桥该方法不能完全胜任，如果相机架设在桥面，相机振动对于后续的拉索频率识别造成干扰。而且即便相机架设在稳定的地面，系统也难免受到风振等的影响。采用稳定基点消除相机扰动的广泛切简单易行的一种选择，但是该方法的效果受到基点与目标点的物距差异的影响。对于该现象作者在之前的研究中进行了探讨。同时，在背景中找到理想的稳定参考点并不总是容易实现的。为此有些学者考虑在测量设备上安装可以追踪相机振动的传感器。但该方法对于两种传感器的信号采集频率有一定的要求。应用于本研究还存在一些局限性。因为相机的采集频率通常设置在10帧/秒以内基本可以满足桥梁拉索的频率识别需求。而加速度计的采集频率通常较高。最重要的，相机系统受到的干扰频率通常为低频，而加速度计对低频信号不敏感。本专利利用图像多目标同步监测的优势，通过进一步对两根拉索之间的相对图像位移做进一步地频率提取，简便有效地识别干扰频率。不仅不会增加额外的计算量，也不需要较高的采集频率，更便于实时性的实现。

发明内容

发明目的：本发明所要解决的技术问题在于，提供一种复杂成像背景下以及相机扰动影响下的索力实时测量方法，重点解决图像处理时复杂背景对拉索特征以及位移的提取，采用相对位移法剔除干扰频率，继而基于频率法计算索力。