【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于地震工程与图像处理领域，具体涉及一种隔震支座三维位移自监测方法和系统。
技术介绍
1、根据传感器与被测物体的接触情况，传感器可以分为接触式传感器和非接触式传感器。在土木工程领域，接触式传感器是主要应用的类型，这种传感器通常是通过与被测对象直接接触，通过测量对象的形变或位移来判断结构的变形情况。但这类接触式传感器需要与被测物体直接接触，单个接触式传感器仅能测得物体某一点的绝对位移，当需要测量同一物体不同位置之间的相对变形时需要使用多个接触式传感器，在面对隔震支座的顶板与底板之间的相对位移变形测量时传感器数量需求多，安装使用较为笨拙。与接触式传感器不同，非接触式传感器通常不需要直接接触被测物体，可以通过光学成像、电磁波或声波等方式来实现测量。常见的非接触式传感器包括光学传感器、激光传感器和电磁传感器等。虽然这类非接触式传感器具有无需直接接触被测物体，且非接触式传感器固定在物体一端并测量该物体另一端的位移时，自动获得该物体不同位置的相对位移变形。然而，非接触式传感器也面临一些挑战和限制。例如，光学传感器受到环境光照条件的影响较大，需要在特定的光线条件下进行测量；激光传感器在测量过程中容易受到散射和干扰的影响；电磁传感器则需要克服电磁场干扰和噪声等问题。
2、在土木工程领域，隔震技术是一种被广泛应用的结构振动控制与韧性提升技术。它利用隔震支座将建筑主体结构与基础隔离，从而减小地震对结构的影响并保护结构的安全。隔震层位移是隔震层响应的重要监测指标，其中，位移传感器和加速度传感器是隔震层位移实时监控中最常用的技术。
技术实现思路
1、基于上述问题，本申请提供一种隔震支座三维位移自监测方法及系统，通过双目摄像头对隔震支座标定点的位移视频画面进行捕捉，并搭配计算机视觉和多视点密集匹配算法对隔震支座进行三维坐标位移的实时监测；对隔震支座的结构变形进行精确监测，为地震工程的安全设计提供有力支撑。
2、为实现上述目的，本专利技术采用了以下技术方案：一种隔震支座三维位移自监测系统，包括以下步骤：
3、一种隔震支座三维位移自监测方法，包括以下步骤：
4、s1.利用双目摄像头实时获取地震开始至结束全过程中隔震支座顶部标志物靶点连续运动图像，对图像进行预处理和人工标定；
5、s2.将采集的信息输入到yolov5目标检测算法进行训练得到最佳预训练权重；s3.将从目标检测算法中获取到的标记点的矩形定位边界框[x,y,h,w]和中心坐标[xmid,ymid]实时输入到多视点密集匹配算法中计算视差和深度；[x,y,h,w]中(x,y)是矩形定位边界框左下角点的坐标，(h,w)是矩形定位边界框的长度和宽度；
6、s4.数据接收端根据接收到的隔震支座三维位移时程信息，实时绘制位移曲线。
7、优选的，对步骤s1中采集到的视频进行压缩防抖、图像去噪、图像配准和光照校准操作。
8、优选的，基于步骤s3中，对于双目图像对i1和i2，用于光流估计、立体匹配和深度估计；
9、s31.首先采用超分辨率技术和加权最小二乘视差滤波对各种光流图、立体匹配图和深度估计图进行优化；
10、s32.利用权重共享的自注意力机制进行特征的提取和增强得到特征图f1和f2；具体步骤如下：
11、通过计算相关性直接比较f1中每个位置与f2中所有位置的特征相似性：
12、
13、其中，相关矩阵cflow中的每个元素表示特征图f1中的每个坐标与f2中每个坐标的相关值；代表归一化因子，
14、kflow＝softmax(cflow) (2)
15、
16、使用softmax匹配层对cflow进行归一化操作，得到匹配分布kflow；对于f1中每个位置相对于f2中所有位置，通过计算匹配分布kflow与二维坐标像素网格g2d的加权平均值，代表c2d加权平均得到的亚像素匹配；
17、s33.使用公式(4)-(6)计算监测区域的光流图、立体匹配图和深度估计图，得到各自的输出图像；
18、
19、
20、sde＝mdepth•gdepth (6)
21、其中sflow、sdisp和sdept分别代表图像对i1和i2的光流、视差和深度；c1d代表像素网格的一维坐标，代表c1d加权平均得到的亚像素匹配；gdepth＝[n1,n2,…nn]代表得到的所有候选深度的相关性；mdepth＝softmax(gdepth)代表匹配的分布情况。
22、优选的，基于步骤s3中，不同任务之间的匹配层是根据不同约束设计的，匹配层是无参数的，只比较特征相似性，采用交叉注意力机制来实现sflow、sdisp和sdepth不同任务之间的交互，具体步骤如下：
23、s34.对于每个任务的输出图像，使用一个线性层或卷积层将其转换为相同的维度和分辨率，得到各自的嵌入向量；
24、s35.将一个任务的嵌入向量作为查询，将另一个任务的嵌入向量作为键和值，然后计算查询和键之间的点积注意力权重，并用权重加权值来得到交互后的嵌入向量；使用公式(7)来实现光流图和立体匹配图之间的交互：
25、
26、其中，flow和stereo分别表示光流图和立体匹配图的嵌入向量，flow-stereo表示交互后的嵌入向量，c表示通道数；
27、s36.重复步骤s35，实现光流图和深度估计图之间的交互、立体匹配图和深度估计图之间的交互；
28、s37.对于每个任务，将其原始的嵌入向量和所有交互后的嵌入向量进行拼接或相加，得到最终的嵌入向量；然后，使用一个线性层或卷积层将最终的嵌入向量转换为最终的输出图像，使用公式(7)来得到最终的视差图：
29、stereo-final＝conv(stereo+stereo-flow+stereo-depth) (7)
30、其中，conv表示1x1的卷积层，stereo-final表示最终的视差图。
31、优选的，对于步骤s37中得到的视差图，即每个像素点的视差值，利用重投影矩阵计算出每个物体的三维坐标，从而得到隔震支座的三维位移。
32、一种隔震支座三维位移自监测系统，包括数据采集装置、控制器和客户端；所述数据采集装置包括双目摄像头和标志物靶点，所述标志物靶点的颜色应与周围环境有明显区分，双目摄像头固定在隔震支座底部，所述标志物靶点设置在隔震支座顶部；双目摄像头通过数据传输装置将数据发送至控制器中进行处理；控制器进行数据处理和分本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种隔震支座三维位移自监测方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种隔震支座三维位移自监测方法，其特征在于，对步骤S1中采集到的视频进行压缩防抖、图像去噪、图像配准和光照校准操作。
3.根据权利要求1所述的一种隔震支座三维位移自监测方法，其特征在于，基于步骤S3中，对于双目图像对I1和I2，用于光流估计、立体匹配和深度估计；
4.根据权利要求3所述的一种隔震支座三维位移自监测方法，其特征在于，基于步骤S3中，不同任务之间的匹配层是根据不同约束设计的，匹配层是无参数的，只比较特征相似性，采用交叉注意力机制来实现Sflow、Sdisp和Sdepth不同任务之间的交互，具体步骤如下：
5.根据权利要求4所述的一种隔震支座三维位移自监测方法，其特征在于，对于步骤S37中得到的视差图，即每个像素点的视差值，利用重投影矩阵计算出每个物体的三维坐标，从而得到隔震支座的三维位移。
6.一种实现权利要求1-5任一项隔震支座三维位移自监测方法的系统，其特征在于，包括数据采集装置、控制器和客户端；
7.根据
8.根据权利要求6所述的隔震支座三维位移自监测系统，其特征在于，数据传输装置采用LoRa无线传输技术。
9.根据权利要求6所述的隔震支座三维位移自监测系统，其特征在于，控制器中配置计算机视觉技术、目标检测算法和多视点密集匹配算法，实现数据的预处理、计算与分析。
...【技术特征摘要】
1.一种隔震支座三维位移自监测方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种隔震支座三维位移自监测方法，其特征在于，对步骤s1中采集到的视频进行压缩防抖、图像去噪、图像配准和光照校准操作。
3.根据权利要求1所述的一种隔震支座三维位移自监测方法，其特征在于，基于步骤s3中，对于双目图像对i1和i2，用于光流估计、立体匹配和深度估计；
4.根据权利要求3所述的一种隔震支座三维位移自监测方法，其特征在于，基于步骤s3中，不同任务之间的匹配层是根据不同约束设计的，匹配层是无参数的，只比较特征相似性，采用交叉注意力机制来实现sflow、sdisp和sdepth不同任务之间的交互，具体步骤如下：
5.根据权利要求4所述的一种隔震支座...
【专利技术属性】
技术研发人员：王健泽，江永清，郑涛，戴靠山，李弢，王斌，陈鹏，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：
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