一种基于双无人机的结构三维振动测量方法
专利摘要:本发明涉及结构振动摄影测量技术领域,提出一种基于双无人机的结构三维振动测量方法,包括以下步骤:通过两台无人机同时对结构振动过程进行图像采集,得到两组包含结构振动信息的图像序列;分别在所述两组图像序列的首个图像中任意选取待测量点P1和P2,分别跟踪待测量点P1和P2在其所在的图像序列中的位移,并输出待测量点P1和P2的坐标序列;对所述待测量点P1和P2的坐标序列进行立体匹配,得到待测量点P1和P2的三维坐标;根据待测量点P1和P2的三维坐标通过三维坐标运算得到结构在三个方向上的振动位移。本发明通过采用两台无人机应用于结构的三维振动图像采集中,能够从多角度获取结构震动位移,提高结构振动测量准确度。
专利说明:
一种基于双无人机的结构三维振动测量方法
[0001] 技术领域
[0002] 本发明涉及结构振动摄影测量技术领域,更具体地,涉及一种基于双无人机的结构三维振动测量方法。
[0003] 背景技术
[0004] 振动是自然界里普遍存在的一种物理现象,振动测量在土木工程技术领域有着广泛的应用,例如大型建筑结构的低频振动监测,因此在土木工程领域,如何获取结构的振动位移响应,一直是土木工程中所关心的问题。
[0005] 目前的振动测量方法可分为接触式和非接触式测量两种,其中接触式测量广泛使用如加速度传感器等传感器进行结构的振动测量,然而接触式测量方法对环境条件的要求较高,在特殊的应用场合下具有一定的局限性。而非接触式测量一般采用固定位置的相机进行结构的振动测量,由于所拍摄的角度固定,只能得到结构的某个固定方向上的振动位移,因此对结构的振动测量准确度有一定的影响,在特殊的应用场合下同样具有一定的局限性。
[0006] 发明内容
[0007] 本发明为克服上述现有技术所述的只能获取固定角度上的振动位移的缺陷,提供一种基于双无人机的结构三维振动测量方法。
[0008] 为解决上述技术问题,本发明的技术方案如下:
[0009] 一种基于双无人机的结构三维振动测量方法,包括以下步骤:
[0010] S1:通过两台无人机同时对结构振动过程进行图像采集,得到两组包含结构振动信息的图像序列;
[0011] S2:分别在所述两组图像序列的首个图像中任意选取待测量点P1和P2,分别跟踪待测量点P1和P2在其所在的图像序列中的位移,并输出待测量点P1和P2的坐标序列;
[0012] S3:对所述待测量点P1和P2的坐标序列进行立体匹配,得到待测量点P1和P2的三维坐标;
[0013] S4:根据所述待测量点P1和P2的三维坐标通过三维坐标运算得到结构在三个方向上的振动位移。
[0014] 本技术方案中,将两台无人机应用于结构的三维振动测量中,由于无人机具有方便携带、操作简单、不受限于地形影响的优点,能够对处于复杂地形或者危险性较大的结构进行三维振动测量,获取两组包含结构振动信息的图像序列,然后在所获取的两组图像序列中对任意选取的待测量点进行位移跟踪,得到待测量点在图像中的三维坐标及其在三维方向上的振动位移,即得到结构三维振动测量结果。
[0015] 优选地,S1步骤中,两台无人机分别从结构的左前方和右前方对结构的振动过程进行图像采集,实现结构的立体测量。
[0016] 优选地,待测量点P1和P2为同一待测量结构对应的两个角度图像上的同一结构位置测量点。
[0017] 优选地,S2步骤的具体步骤如下:分别在所采集的两组图像序列的首个图像中任意选取待测量点P1和P2,并通过数字图像相关法(Digital Image Correlation,DIC)程序根据测量点的灰度值跟踪待测量点P1和P2在其所在的图像序列中的位移。
[0018] 优选地,通过数字图像相关法程序跟踪待测量点P1和P2在其所在的图像序列中的位移的具体步骤包括:利用双目立体视觉技术,在首个图像选取以待测量点为中心的m×m大小的子区域,计算所述子区域的相关系数C,然后通过在图像序列中的其他图像上移动子区域的位置,并计算所述不同位置的子区域的相关系数C,取图像序列各图像中相关系数C为最大值子区域为子区域的位移,并计算该图像与上一图像子区域内整体像素的位移值,即得到待测量点P1和P2在其所在的图像序列中的位移;其中,m为正整数。
[0019] 优选地,S4步骤中,振动位移包括X方向上的振动位移、Y方向上的振动
[0020] 位移、Z方向上的振动位移,振动位移的计算公式如下:
[0021] X方向上的振动位移:X振动位移=X变形后-X变形前;
[0022] Y方向上的振动位移:Y振动位移=Y变形后-Y变形前;
[0023] Z方向上的振动位移:Z振动位移=Z变形后-Z变形前。
[0024] 与现有技术相比,本发明技术方案的有益效果是:通过采用两台无人机应用于结构的三维振动图像采集中,灵活选取结构的拍摄角度对待测量的结构进行立体测量,能够有效还原结构的真实振动,且适用于复杂地形或危险性较大的拍摄环境中;通过采用数字图像相关法得到待测量点在图像序列中的位移及测量点的坐标序列,能够得到准确度更高的结构三维振动位移。
[0025] 附图说明
[0026] 图1为本实施例的基于双无人机的结构三维振动测量方法的流程图。
[0027] 图2为本实施例的双无人机图像采集示意图。
[0028] 具体实施方式
[0029] 附图仅用于示例性说明,不能理解为对本专利的限制;
[0030] 为了更好说明本实施例,附图某些部件会有省略、放大或缩小,并不代表实际产品的尺寸;
[0031] 对于本领域技术人员来说,附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
[0032] 下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。
[0033] 如图1所示,为本实施例的基于双无人机的结构三维振动测量方法的流程图。
[0034] 本实施例提出一种基于双无人机的结构三维振动测量方法,包括以下步骤:
[0035] 步骤1:通过两台无人机同时对结构振动过程进行图像采集,得到两组包含结构振动信息的图像序列。
[0036] 本实施例中,两台无人机分别从结构的左前方和右前方对结构的振动过程进行图像采集,且待测量点P1和P2为同一待测量结构对应的两个角度图像上的同一结构位置测量点。
[0037] 如图2所示,为本实施例的双无人机图像采集示意图。
[0038] 步骤2:分别在所述两组图像序列的首个图像中任意选取待测量点P1和P2,分别跟踪待测量点P1和P2在其所在的图像序列中的位移,并输出待测量点P1和P2的坐标序列。
[0039] 本步骤中,分别在所述两组图像序列的首个图像中任意选取待测量点P1和P2,并通过数字图像相关法程序根据测量点的灰度值跟踪待测量点P1和P2在其所在的图像序列中的位移。
[0040] 具体地,在通过数字图像相关法程序跟踪待测量点P1和P2在其所在的图像序列中的位移的过程中,利用双目立体视觉技术,在首个图像选取以待测量点为中心的m×m大小的子区域,计算所述子区域的相关系数C,然后通过在图像序列中的其他图像上移动子区域的位置,并计算所述不同位置的子区域的相关系数C,取图像序列各图像中相关系数C为最大值子区域为子区域的位移,并计算该图像与上一图像子区域内整体像素的位移值,即得到待测量点P1和P2在其所在的图像序列中的位移;其中,m为正整数。
[0041] 步骤3:对所述待测量点P1和P2的坐标序列进行立体匹配,得到待测量点P1和P2的三维坐标。
[0042] 步骤4:根据所述待测量点P1和P2的三维坐标通过三维坐标运算得到结构在三个方向上的振动位移,其中,振动位移包括X方向上的振动位移、Y方向上的振动位移、Z方向上的振动位移,其计算公式如下:
[0043] X方向上的振动位移:X振动位移=X变形后-X变形前;
[0044] Y方向上的振动位移:Y振动位移=Y变形后-Y变形前;
[0045] Z方向上的振动位移:Z振动位移=Z变形后-Z变形前。
[0046] 本实施例中,将两台无人机应用于结构的三维振动图像采集中,灵活选取结构的拍摄角度对待测量的结构进行立体测量,有效还原结构的真实振动,且适用于复杂地形或危险性较大的拍摄环境中。然后通过采用数字图像相关法得到待测量点在图像序列中的位移及测量点的坐标序列,能够得到准确度更高的结构三维振动位移。
[0047] 相同或相似的标号对应相同或相似的部件;
[0048] 附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明,不能理解为对本专利的限制;
[0049] 显然,本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例,而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说,在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。
权利要求:1.一种基于双无人机的结构三维振动测量方法,其特征在于,包括以下步骤:
S1:通过两台无人机同时对结构振动过程进行图像采集,得到两组包含结构振动信息的图像序列;
S2:分别在所述两组图像序列的首个图像中任意选取待测量点P1和P2,分别跟踪待测量点P1和P2在其所在的图像序列中的位移,并输出待测量点P1和P2的坐标序列;
S3:对所述待测量点P1和P2的坐标序列进行立体匹配,得到待测量点P1和P2的三维坐标;
S4:根据所述待测量点P1和P2的三维坐标通过三维坐标运算得到结构在三个方向上的振动位移。
2.根据权利要求1所述的结构三维振动测量方法,其特征在于:所述S1步骤中,所述两台无人机分别从结构的左前方和右前方对结构的振动过程进行图像采集。
3.根据权利要求2所述的结构三维振动测量方法,其特征在于:所述待测量点P1和P2为同一待测量结构对应的两个角度图像上的同一结构位置测量点。
4.根据权利要求1所述的结构三维振动测量方法,其特征在于:所述S2步骤的具体步骤如下:分别在所述两组图像序列的首个图像中任意选取待测量点P1和P2,并通过数字图像相关法程序根据测量点的灰度值跟踪待测量点P1和P2在其所在的图像序列中的位移。
5.根据权利要求3所述的结构三维振动测量方法,其特征在于:所述通过数字图像相关法程序跟踪待测量点P1和P2在其所在的图像序列中的位移的具体步骤包括:利用双目立体视觉技术,在首个图像选取以待测量点为中心的m×m大小的子区域,计算所述子区域的相关系数C,然后通过在图像序列中的其他图像上移动子区域的位置,并计算所述不同位置的子区域的相关系数C,取图像序列各图像中相关系数C为最大值子区域为子区域的位移,并计算该图像与上一图像子区域内整体像素的位移值,即得到待测量点P1和P2在其所在的图像序列中的位移;其中,m为正整数。
6.根据权利要求1所述的结构三维振动测量方法,其特征在于:所述S4步骤中,所述振动位移包括X方向上的振动位移、Y方向上的振动位移、Z方向上的振动位移,其计算公式如下:
X方向上的振动位移:X振动位移=X变形后-X变形前;
Y方向上的振动位移:Y振动位移=Y变形后-Y变形前;
Z方向上的振动位移:Z振动位移=Z变形后-Z变形前。
公开号:CN110608796
申请号:CN201910731487.3A
发明人:陈贡发 张海柱
申请人:广东工业大学
申请日:2019-08-08
公开日:2019-12-24
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