非接触式结构变形检测系统

一、案例导读

        传统的结构变形检测主要依靠传感器和应变片等来测量，其对检测环境要求较高，且无法体现三维的全场应变结果。因此，中船某所在进行结构强度试验时，提出了对结构变形检测系统的一些需求，如需要得到结构的三维全场应变结果，能实现对结构的非接触测量，并且要求应变测量精度达到0.01%，位移测量精度达到±0.01mm。

        针对客户的需求，雅翼科技提供了一套非接触式结构变形检测系统的解决方案，其主要解决大型结构运动过程中，各关键位置的空间三维感知和实时测量，进而进行应变分析和运动分析，主要采用双目立体视觉技术，结合数字图像分析技术，将试件变形前后的两幅数字图像，通过相关算法计算获取感兴趣区域的运动和变形信息。

二、解决方案

        非接触式结构变形检测系统其基本原理是，对运动和变形前图像中的感兴趣区域进行特征划分（人工标记），将特征当作刚性运动。再针对每个特征，通过一定的搜索方法按预先定义的相关函数来进行计算，在运动和变形后图像中寻找与该特征匹配的特征，即该特征在运动后的位置，进而获得特征的位移。对全部特征进行计算，即可获得所有的特征点的信息。

三、关键技术

        大视场环境条件下的双目相机现场标定技术：由于标定靶标和大视场相机标定等技术的限制，传统三维视觉检测技术只能实现一两米视场等小场景的检测。本系统研制推出适应视场更大及适合于大型钢结构运动监测光学标志点的光学检测技术，可实现十几米的大视场相机的标定，以重投影误差衡量的标定精度可达0.1个像素。

        大视场小目标精确定位技术：由于测量距离远及目标尺寸小等原因，传统光学检测技术无法准确获得小目标的位姿与轨迹等信息。本系统实现了多种大视场复杂背景环境下小目标外形轮廓及特征提取算法，对于在图像中只占几个像素的小目标也可以精准定位，结合大视场相机标定信息可进一步实现小目标三维坐标定位及三维位姿轨迹的实时检测，三维定位精度可达视场的0.05%或者更高。 

        工程结构三维位移变形检测技术：该系统实现了近景工业摄影测量技术与双目立体视觉技术相结合的大型工程结构三维变形测量技术，主要包含静态及动态变形检测技术，可以高效、准确、非接触地获取被测物体表面关键点的三维变形信息。

        非接触式结构变形检测系统区别于传统的运动感知和位置测量方法，其运用的数字图像测量方式结合双目立体视觉的光学变形测量，可以提供三维的全场变形、应变测量结果。测量范围可以适用从几公分到十数米的测量范围，只需布置若干特征点即可，无需对零部件进行繁琐的安装或处理，测量过程方便快捷。且对测量环境和测量零部件的材料及几何形状没有任何限制。

四、客户反馈

        中船某所负责人：非接触式结构变形检测系统可以提供三维的全场变形、应变测量结果，测量过程方便快捷，测量精度较高，且对测量环境和测量零部件的材料及几何形状没有任何限制。