高速摄影测量在振动台动力模型试验中的应用

　　摄影测量是一种全局化、非接触、自动化程度高、环境适应性强的量测手段，被应用于许多领域。曲哲等[1]利用数字摄影测量记录分析混凝土梁抗剪性能，王凤艳等[2]利用数字摄影测量自动提取掩体裂隙迹长信息，任伟中等[3]将近景摄影测量应用于模型试验的变形测量中，王秀美等[4]将近景摄影测量应用于滑坡检测中。但振动台试验所采用的缩尺模型往往具有很高的频率，若采用普通摄像机记录试验过程，则会丢失很多信息，无法将摄影测量应用于振动台动力模型试验中。鉴此，本文利用高速相机记录试验过程，再利用数字图像处理技术，获得标示点处的试验结果，并将摄影测量技术应用于Koyna重力坝振动台模型试验中，效果较好。

　　1　高速摄影测量

　　1.1　摄影测量设备简介

　　Mega　Speed高速相机产于加拿大国家实验室，具体参数见表1，在最大分辨率下最高采样频率可达1　000fm/s以上，能满足水工建筑物振动台动力模型试验高采样频率的要求。

　　1.2　标示点识别方法

　　摄影测量中，人工标示点的应用是提高测量速度和精度的手段之一，因此对人工标示点的自动检测和精确定位一直为研究的热点。人工标示点的量测方法主要有人工量测、半自动量测和全自动量测。人工量测的精度为1/2像素[5];半自动量测指人工给出标志的近似位置或对自动检测算法进行适当的人工干预后进行高精度定位[6];全自动人工标志量测需已知标志的形状，用算法自动检测出标示点后，再对标示点中心进行精确定位，定位的精度可达到1/10～1/100像素[7，8]。本文采用人工标示点，见图1。具体做法为：①利用Grade边缘算子对标示点进行边缘识别，得到标示点的边缘图像，见图2。②精确确定标示点在每一帧间的位置为摄影测量识别的关键。本文采用霍夫变换(HT)实现。HT的基本原理为提取直线、圆、椭

圆、二次曲线甚至是任意形状的边缘，实现了从一种图像空间到参数空间的映射。HT的基本思想为将图像空间内具有一定关系的像素进行聚类，寻找能把这些像素用某一解析形式联系起来的参数空间累积对应点。对一个半径为r、圆心坐标为 (a，b)的圆，其边界上的任意一点 (xi，yi)满足：

　　对参数空间 (a，b，r)进行适当离散，得到一个三维的累加器矩阵，矩阵中的元素对应离散的参数空间。同时利用圆的固有属性，圆心位于距离圆上某点梯度方向距离r处。遍历所有图像空间点和离散参数空间后，累加器中最大的参数(a，b)对应半径为r的圆心坐标。

　　基于梯度信息的HT算法流程见图4。