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研究生:
劉兆倫
研究生(外文):
Chao-Lun Liu
論文名稱:
克服旋轉與光線影響之智慧單監視器層間相對位移量測之技術研發
論文名稱(外文):
Measuring story drift using a single smart camera accommodating self-rotation and light-influenced image degradation
指導教授:
許丁友
指導教授(外文):
Ting-Yu Hsu
口試委員:
楊元森
、
邱建國
、
謝佑明
口試委員(外文):
Yuan-Sen Yang
、
CHIEN-KUO CHIU
、
Yo-Ming Hsieh
口試日期:
2018-07-18
學位類別:
碩士
校院名稱:
國立臺灣科技大學
系所名稱:
營建工程系
學門:
工程學門
學類:
土木工程學類
論文種類:
學術論文
論文出版年:
2019
畢業學年度:
107
語文別:
中文
論文頁數:
166
中文關鍵詞:
單板電腦
、
結構健康診斷
、
影像量測
、
層間位移比
、
角速度計
、
旋轉效應校正
、
邊界偵測
、
霍夫轉換
外文關鍵詞:
single board computer
、
structural health monitoring
、
image measurement
、
story drift
、
angular velocity meter
、
rotation effect
、
edge detection
、
Hough transform
相關次數:
被引用:
1
點閱:236
評分:
下載:3
書目收藏:0
本研究嘗試採用室內單台監視器搭配單板電腦以影像量測方式測得建築層間相對位移,當中使用了類神經網路訓練校正之方式取得像素座標與真實座標之參數關係,並利用此參數計算出特徵點真實位移,再利用層間位移比比較之概念進行結構損傷程度評估。試驗結果顯示本技術之量測位移結果高估位移計達1.2倍至2倍之間,且兩者存在倍率關係,依倍率進行數據調整後,仍然有高估情況,此乃因地震之震動導致監視器畫面模糊而出現不利於影像量測之情況所造成。
監視器安裝在建築物內之梁、柱、板、牆上,然其安裝點或監視器機構本身旋轉恐造成不可忽視之量測誤差。為此,本研究研發了旋轉效應校正技術,並在監視器三個獨立座標上個別加裝角速度計,透過座標轉換與數值積分得出旋轉效應造成之量測誤差。然上述之旋轉效應校正經實驗驗證證實其理論上可行,但因量測角速度時雜訊過大之緣故,扣除其影響後反而會造成層間位移量測誤差過大,因此必須克服此一雜訊過大之問題後,始有其實務上之可行性。
在光線影響問題上,本研究擬克服一般大樓室內可能干擾影像處理之光線,如較強光照射、光線閃爍和較強光閃爍等情況,進行了三種克服光線影響影像處理技術之設計,採用灰階值二值化處理、邊界偵測、霍夫轉換等演算技術。實驗結果顯示在影像處理中加入霍夫直線轉換之方式有較佳之克服強光照射影響能力,然其也較易受到入光量變化、雜訊、畫面模糊而導致量測位移上出現誤差,若能克服這些問題,將可提升此類克服光線影響影像處理方式之可行性。
In this study, the smart single-monitor system is composed by attaching single board computer to normal indoor single-monitor. The smart single-monitor system is used to measure the relative displacement between the building layers by means of image measurement, the parameter between pixel coordinates and real coordinates are obtained by the neural network training correction method. The test shows that the measurement results of this method overestimate the results of the LVDT between 1.2 times and 2 times. After adjusting the data, the results become acceptable except some cases which are influenced by blurred images.
The rotation of installation location or the monitor may cause measurement errors that cannot be ignored. For this reason, this study develops the correction technology of rotation effects and uses 3 angular velocity meters on each axis to get rotational signal. However, the above-mentioned correction of the rotation effect has proved to be theoretically feasible, but the excessive noise of the angular velocity meter is too high to use.
This study intends to combat indoor light-influenced, so adds threshold, edge detection, and Hough transformation technology to design three special image processing techniques. According to the result of experiment, adding Hough transformation method in the image processing is better in combating strong light than other two methods. However, Hough transformation method is also more susceptible to noise and twinkle light in the image. If this problem could be fixed, then the feasibility of this technology will enhance.
Keywords: single board computer, structural health monitoring, image measurement, story drift, angular velocity meter, rotation effect, edge detection, Hough transform
摘要 I
ABSTRACT II
誌 謝 III
目 錄 IV
圖目錄 VI
表目錄 X
第一章 緒論 1
1.1 研究動機與目的 1
1.2現況探討與文獻回顧 3
1.3 研究內容 5
第二章 用智慧單監視器量測層間位移比與結構損傷之理論與方法 8
2.1 監視器(攝影機)校正 8
2.1.1 校正物(板) 8
2.1.2 透視變形之校正 9
2.1.3 魚眼效應之處理 12
2.1.4 移動物件追蹤 13
2.2 單監視器量測誤差容許範圍與控制 14
2.2.1 以可靠度設計單監視器量測容許誤差範圍 14
2.2.2 以次像素演算法提升量測之精準度方法 15
2.3 量測結構動態反應 16
2.4 克服環境光線影響之影像處理技術 19
2.5 旋轉效應之校正 25
2.5.1 量測監視器三軸之角變量 26
2.5.2 旋轉效應校正公式推導 27
2.5.3 硬體實際設置與訊號處理方式 28
2.6 結構層間位移損傷評估方法 30
2.7 智慧單監視器量測層間位移歷時之方法 33
第三章 克服光線影響與旋轉效應校正之小型試驗驗證 38
3.1 克服光線影響小型試驗設計 38
3.1.1 試驗描述 38
3.1.2 試驗結果之分析與討論 40
3.2 旋轉效應校正小型試驗設計 66
3.2.1 試驗描述 66
3.2.2試驗結果之分析與討論 72
第四章 鋼結構架構試驗驗證 77
4.1 試驗試體描述 77
4.2 實驗儀器與配置 78
4.3 試驗結果分析與討論 85
4.3.1 case S1的損傷結果分析與討論 86
4.3.2 case S1三種影像處理技術克服光線影響之結果分析與討論 112
4.3.3 case S2的損傷結果分析與討論 114
4.3.4 case S2三種影像處理技術克服光線影響之結果分析與討論 123
4.3.5 case S3的損傷結果分析與討論 126
4.3.6 case S3三種影像處理技術克服光線影響之結果分析與討論 135
4.3.7 case S4的損傷結果分析與討論 137
4.3.8 case S4三種影像處理技術克服光線影響之結果分析與討論 146
第五章 結論與未來研究方向以及本研究之工作分配 148
5.1 結論 148
5.2 未來研究方向 149
5.3 本研究論文之工作分配 150
參考文獻 151
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