(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211134856.9 (22)申请日 2022.09.19 (71)申请人 哈尔滨工程大 学 地址 150001 黑龙江省哈尔滨市南岗区南 通大街145号 (72)发明人 单明广　柳守一　顾芳宁　钟志　 于蕾　刘彬　刘磊　 (74)专利代理 机构 哈尔滨奥博专利代理事务所 (普通合伙) 23220 专利代理师 桑林艳 (51)Int.Cl. G01H 9/00(2006.01) G06T 7/00(2017.01) G06T 7/70(2017.01) (54)发明名称 一种基于空间时向除法的结构振动视频测 量方法及系统 (57)摘要 本发明提出一种基于空间时向除法的结构 振动视频测量方法及系统。 涉及结构振动视频测 量技术领域， 包括利用相机采集获取结构振动的 时序变化图像序列； 利用空频转换法 处理时序变 化图像序列， 获取第一频域空间复数特征序列； 利用空间时向除法处理第一频域空间复数特征 序列相邻帧， 获取第二频域空间复数特征序列； 利用四象限反正切运算操作第二频域空间复数 特征序列， 获取富含相对位移 变化场信息的相邻 帧相位变化； 计算被测物转换比例 因子； 计算时 序上的结构 振动的实际幅值； 计算被测结构振动 的频率。 本发明无需预处理操作， 避免了空频域 转换过程复杂耗时的解包裹操作， 同时准确的去 除背景噪声， 从而鲁棒性高， 抗噪声性能强， 运行 速率快。 权利要求书2页 说明书6页 附图2页 CN 115452125 A 2022.12.09 CN 115452125 A 1.一种基于空间时向除法的结构振动视频测量方法， 其特 征在于， 所述方法具体包括： 步骤1、 利用相机对被测结构的振动过程以满足奈奎斯特采样率的帧率进行视频采集， 获取富含 振动信息的时序变化图像序列； 步骤2、 利用空频转换法将采集到的时序变化图像序列 逐帧转换到频域， 获取富含运动 轮廓振动信息的相位特 征及幅值特 征的第一频域空间 复数特征序列； 步骤3、 利用空间时向除法在频域直接处理第 一频域空间复数特征序列相邻帧， 获取富 含相邻帧相位变化的第二频域空间 复数特征序列； 步骤4、 利用四象限反正切运算操作上述第二频域空间复数特征序列， 获取富含相对位 移变化场信息的相邻帧相位变化； 步骤5、 计算被测物在实 际空间平面运动的实 际位移与实物在实 际测量距离下的相机 平面中运动尺寸的转换比例因子； 步骤6、 利用时序相对位移变化场与所述转换比例因子计算时序上的结构振动的实 际 幅值； 步骤7、 根据时序实际位移场通过 快速傅里叶变换 得到被测结构振动的频率。 2.根据权利 要求1所述的方法， 其特征在于， 所述的空频转换法包括Gabor波变换， 希尔 伯特变换和l og‑Gabor变换。 3.根据权利要求2所述的方法， 其特征在于， Gabor波的图像空间特征转换过程具体包 括： (1)将采集到的图像转换为灰度特征图像， 并根据被测结构振动信息选取Gabor适合的 波长以及方向； (2)在空域中利用上述Gabor波与上述灰度特征图像进行卷积， 得到频域中图像的第一 频域空间复数特征序列， 定 义相邻帧空 间复数特征分别为Ig(u,v,t)以及Ig(u,v,t+Δt)， 其 中t代表当前时刻， Δt 表示时间步长， (u,v)是 频域坐标； (3)利用abs( ·)算子求上述图像复数 特征的幅值， 得到各个 像素点位置的幅值特 征： 其中||·||2表示求取绝对值。 4.根据权利要求3所述的方法， 其特 征在于， 所述 步骤3具体为： (1)动态选取相邻时序两张帧图像频域空间 复数特征， 则 其中， A(u,v,t)和A(u,v,t+Δt)分别对应不同帧的频域幅值， f0为频率， Δy为y方向的 相对位移变化； (2)对上述选定的相邻帧图像的相位特征利用除法算子进行处理， 通过复数积分运算 推导， 得到第二频域空间 复数特征， 即权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115452125 A 2(3)将第一频域空间复数特征序列沿着时序方向不断重复上述时向除法步骤， 得到第 二频域空间 复数特征序列。 5.根据权利要求4所述的方法， 其特征在于， 步骤4中所述利用四象限反正切运算操作 上述第二频域空间 复数特征序列的计算公式具体为： 从而获取富含相对位移变化场信息的相邻帧相位变化 6.根据权利要求1所述的方法， 其特征在于， 步骤5中对于实 际距离与像素距离的转换 过程中， 其中相机坐标系与世界坐标系的转换因子随着相机的采集距离变化。 7.根据权利要求1所述的方法， 其特征在于， 步骤7中利用得到的实 际位移场计算频域 信息的过程中， 所述的利用时序实际位移场需要至少保证一个时序实际位移场的周期。 8.一种基于空间时向除法的结构振动视频测量系统， 其特 征在于， 所述系统具体包括： 采集模块： 利用相机对被测结构的振动过程以满足奈奎斯特采样率的帧率进行视频采 集， 获取富含 振动信息的时序变化图像序列； 转换模块： 利用空频转换法将采集到的时序变化图像序列逐帧转换到频域， 获取富含 运动轮廓振动信息的相位特 征及幅值特 征的第一频域空间 复数特征序列； 除法模块： 利用空间时向除法在频域直接处理第一频域空间复数特征序列相邻帧， 获 取富含相邻帧相位变化的第二频域空间 复数特征序列； 反正切模块： 利用四象限反正切运算操作上述第二频域空间复数特征序列， 获取富含 相对位移变化场信息的相邻帧相位变化； 转换比例因子计算模块： 计算被测物在实际空间平面运动的实际位移与实物在实际测 量距离下的相机平面中运动尺寸的转换比例因子； 幅值计算模块： 利用时序相对位移变化场与所述转换比例因子计算 时序上的结构振动 的实际幅值； 频率计算模块： 根据时序实际位移场通过 快速傅里叶变换 得到被测结构振动的频率。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115452125 A 3