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摘要：本文介绍了基于普通USB数码摄像头与PC机作为硬件设备的视频图像振动测试技术，并采用该技术识别了的简支梁模型的一阶模态参数,同时与传统的DASP振动测试方法对比。基于Matlab软件编制相应程序，获取结构振动的位移时程曲线，采用模态分析确定简支梁模型的固有频率、阻尼比与振型，试验结果表明对低频结构使用该测振系统的振动测试是可行的。
关键词：视频图像；多項式拟合；简支梁模型；模态参数；振动测试
中图分类号：TN911.7；TU311文献标识码：A 文章编号：
Abstract: The video image vibration testing technique, based on common USB digital camera and PC, is introduced in the paper. The first order modal parameters of the simple beam model is identified adopting the video image vibration testing technique, and comparing the result with the DASP and traditional vibration test Method. Based on Matlab software, the program is developed to obtain structural vibration displacement curves. And the simple beam model of the natural frequencies, damping ratios and mode shapes is determined using modal analysis. The test results show that the vibration testing technique is feasible for low frequency vibration system.
朗读
显示对应的拉丁字符的拼音
Key words: digital video; polynomial fitting; simply supported beam model; modal parameter;vibration testing
图像测量技术[1]表现出其非接触式、无设备损耗、表面全尺度、重复可比性好、环境适应性强、无负载效应等优点，不仅适合静态测量，也可满足动态测量要求，对结构可实现全域高密度检测。数字图像测量技术近年来发展迅速，其对结构边缘识别精度可达到0.05像素，如刘敏提出识别结构一维大变形的数字图像边缘检测法[2]，袁向荣提出的一维DIC法检测结构边缘变形[3]，胡朝辉提出结构振动测试的视频图像技术测试方法 [4]。
本文以数字图像测量技术为理论依据，采用普通数码摄像头和PC机作为硬件设备与matlab软件相结合而成的视频图像振动测试的系统[5]，使用该测试系统在实验室进行简支梁模型的振动测量试验，结果表明对低频结构的振动测量采用该测振系统是可行和可信的。
视频图像振动测试系统简介
视频图像进行振动测量的原理是：使用普通USB摄像头实时拍摄并记录被测对象振动状态下的时间序列图像，对图像用数字图像处理技术处理，得到测试对象准静态的变形序列，进而获得被测对象的振动轨迹。具体测试流程如图1所示：
图1测试流程图
模型试验及结果分析
2.1 试验Ⅰ
采用梁长L=2.1m等截面匀质材料，两端铰支，单位长质量为160g/ m，抗弯刚度EI=21.5N.m2；梁体表面光滑平整，颜色为纯黑色，背景颜色取为白色，拍摄时光照条件良好，以有利于边缘识别。试验简图如图2所示。
图2试验Ⅰ简图
振动试验开始后，对梁进行激励，采集振动稳定后振动状态，采样时间为5s，利用matlab程序处理图像序列[5]，获取各像素点的振动信号，部分结果列于表1中。
表1 实测振动频率与阻尼比
简支梁模型的理论固有频率： ，用数字图像测量所得到的梁的一阶频率为4.1016，误差为0.7%，故数字图像法在桥梁测试中的数据是真实可信的。
2.2 试验Ⅱ
梁长L=2.1m等截面匀质材料，两端铰支，单位长质量为160g/ m，抗弯刚度EI=21.5N.m2；同时采用DASP动力测试系统进行数据采集和处理，试验简图如图3所示。测试结果比较如表2及图4—图7所示。
图3试验Ⅱ简图
表2 视频图像和传统测试实测频率对比表（Hz）
图4视频图像测试拟合不同像素点的一阶图5传统测试前三阶的振型图
本次试验通过用采用DASP动力测试系统来验证数字图像法，二者结果很相近，梁的一阶频率结果比值仅为1.038，具体如表2所示。
结论与建议
简支梁模型动载试验结果表明：
（1）对于动态位移的测量，试验数据均较合理，简支梁模型的二次试验均测出了结构的一阶模态参数，通过验证，测量结果也真实可信，因此认为数字图像振动技术可用于低频振动结构的测试；
（2）但是二次试验均未测出二阶模态参数，经分析认为可能的原因有：响应谱对应二阶频率处的幅值太小以及激励点选取位置不适当以致未能激励出其二阶模态，普通摄像头信噪比低而无法识别也是原因之一。
（3）通过与传统的DASP动力测试系统试验对比，说明相对于传统测试方法，数字图像振动测试技术精度较好；但是传统方法可测得前三阶模态，说明该方法测试分辨率与传统方法有一定的差距；故对于高频、高阶的结构振动测试，能通过高速、高清的图像采集设备，提高其测试分辨率 。
参考文献：
[1] 张红娜,王祁.图像测量技术及其应用[J].电测与仪表，2003，451(40):19-22.
[2] 刘敏.数字图像处理技术在桥梁结构检测中的应用研究[D].广州大学硕士论文，2009.
[3] 袁向荣.梁变形检测的一维数字图像相关法[J].广州大学学报，2010，9(1):54-56.
[4] 胡朝辉.数字图像处理技术在桥梁结构振动测试中的应用研究[D].广州大学硕士学位论文，2010.
关键词：视频图像；多項式拟合；简支梁模型；模态参数；振动测试
中图分类号：TN911.7；TU311文献标识码：A 文章编号：
Abstract: The video image vibration testing technique, based on common USB digital camera and PC, is introduced in the paper. The first order modal parameters of the simple beam model is identified adopting the video image vibration testing technique, and comparing the result with the DASP and traditional vibration test Method. Based on Matlab software, the program is developed to obtain structural vibration displacement curves. And the simple beam model of the natural frequencies, damping ratios and mode shapes is determined using modal analysis. The test results show that the vibration testing technique is feasible for low frequency vibration system.
朗读
显示对应的拉丁字符的拼音
Key words: digital video; polynomial fitting; simply supported beam model; modal parameter;vibration testing
图像测量技术[1]表现出其非接触式、无设备损耗、表面全尺度、重复可比性好、环境适应性强、无负载效应等优点，不仅适合静态测量，也可满足动态测量要求，对结构可实现全域高密度检测。数字图像测量技术近年来发展迅速，其对结构边缘识别精度可达到0.05像素，如刘敏提出识别结构一维大变形的数字图像边缘检测法[2]，袁向荣提出的一维DIC法检测结构边缘变形[3]，胡朝辉提出结构振动测试的视频图像技术测试方法 [4]。
本文以数字图像测量技术为理论依据，采用普通数码摄像头和PC机作为硬件设备与matlab软件相结合而成的视频图像振动测试的系统[5]，使用该测试系统在实验室进行简支梁模型的振动测量试验，结果表明对低频结构的振动测量采用该测振系统是可行和可信的。
视频图像振动测试系统简介
视频图像进行振动测量的原理是：使用普通USB摄像头实时拍摄并记录被测对象振动状态下的时间序列图像，对图像用数字图像处理技术处理，得到测试对象准静态的变形序列，进而获得被测对象的振动轨迹。具体测试流程如图1所示：
图1测试流程图
模型试验及结果分析
2.1 试验Ⅰ
采用梁长L=2.1m等截面匀质材料，两端铰支，单位长质量为160g/ m，抗弯刚度EI=21.5N.m2；梁体表面光滑平整，颜色为纯黑色，背景颜色取为白色，拍摄时光照条件良好，以有利于边缘识别。试验简图如图2所示。
图2试验Ⅰ简图
振动试验开始后，对梁进行激励，采集振动稳定后振动状态，采样时间为5s，利用matlab程序处理图像序列[5]，获取各像素点的振动信号，部分结果列于表1中。
表1 实测振动频率与阻尼比
简支梁模型的理论固有频率： ，用数字图像测量所得到的梁的一阶频率为4.1016，误差为0.7%，故数字图像法在桥梁测试中的数据是真实可信的。
2.2 试验Ⅱ
梁长L=2.1m等截面匀质材料，两端铰支，单位长质量为160g/ m，抗弯刚度EI=21.5N.m2；同时采用DASP动力测试系统进行数据采集和处理，试验简图如图3所示。测试结果比较如表2及图4—图7所示。
图3试验Ⅱ简图
表2 视频图像和传统测试实测频率对比表（Hz）
图4视频图像测试拟合不同像素点的一阶图5传统测试前三阶的振型图
本次试验通过用采用DASP动力测试系统来验证数字图像法，二者结果很相近，梁的一阶频率结果比值仅为1.038，具体如表2所示。
结论与建议
简支梁模型动载试验结果表明：
（1）对于动态位移的测量，试验数据均较合理，简支梁模型的二次试验均测出了结构的一阶模态参数，通过验证，测量结果也真实可信，因此认为数字图像振动技术可用于低频振动结构的测试；
（2）但是二次试验均未测出二阶模态参数，经分析认为可能的原因有：响应谱对应二阶频率处的幅值太小以及激励点选取位置不适当以致未能激励出其二阶模态，普通摄像头信噪比低而无法识别也是原因之一。
（3）通过与传统的DASP动力测试系统试验对比，说明相对于传统测试方法，数字图像振动测试技术精度较好；但是传统方法可测得前三阶模态，说明该方法测试分辨率与传统方法有一定的差距；故对于高频、高阶的结构振动测试，能通过高速、高清的图像采集设备，提高其测试分辨率 。
参考文献：
[1] 张红娜,王祁.图像测量技术及其应用[J].电测与仪表，2003，451(40):19-22.
[2] 刘敏.数字图像处理技术在桥梁结构检测中的应用研究[D].广州大学硕士论文，2009.
[3] 袁向荣.梁变形检测的一维数字图像相关法[J].广州大学学报，2010，9(1):54-56.
[4] 胡朝辉.数字图像处理技术在桥梁结构振动测试中的应用研究[D].广州大学硕士学位论文，2010.