Medidas de deslocamento e vibrações através de imagens de câmeras digitais

Abstract

In this work is discussed the development and implementation of a technique for measuring of displacements using a single digital camera, whose main focus is the measurement of structural motion and vibrations. The proposal is a non-contact measurement technique, which is based on the variation of the position of the pixels of the target measuring points in the sequence of images of a video used to capture the movement of the target points in the scene. The concepts and theoretical background are presented, involving a discussion concerning to the formation and obtaining of digital images, definition and obtaining of intrinsic parameters of the camera, as well as the image processing techniques used to identify the measuring target points in the scene. The identification of the targets is made from the use of different analysis and image processing tools such as, color separation, edge detection, thresholdding, erosion and dilation used in a complementary way. The movement of the target points in the sequence of image is tracked in terms of pixels and then they are converted in measurement unit using the ratio measurement unit/pixel obtained by a calibration process. The evaluation and validation of the proposal were made through experimental tests, involving both static and dynamic measurements. At a final stage, the technique was used to vibration analyze of a reduced scale building structure, more specifically, the output-only modal analysis of the structure. The results and analyzes showed that the methodology implemented based on the use of a unique camera provided to be a proposal with high application potential as a non-contact measurement tool, relatively simple and effective

Nesta dissertação é discutido o desenvolvimento e a implementação de uma técnica de medida de deslocamentos utilizando uma única câmera digital, cujo foco principal é a medição de movimento e vibrações estruturais. A proposta é uma técnica de medição de não contato que tem como base a variação da posição dos pixels de um alvo ou conjunto de alvos (pontos de medições) na sequência de imagens do vídeo utilizado para capturar o movimento do alvo ou conjunto de alvos na cena. Os conceitos e o embasamento teórico são apresentados, envolvendo uma discussão de como se dá a formação e obtenção de imagens digitais, a definição e obtenção dos parâmetros intrínsecos da câmera, bem como as técnicas de processamento de imagens utilizadas para a identificação do alvo na cena. A identificação dos alvos é feita a partir da utilização de várias ferramentas de análise e processamento de imagens, dentre elas, separação de cores, detecção de bordas, thresholding, erosão e dilatação. O movimento do alvo na sequência de imagens é rastreado em termos de pixels e posteriormente é feita a conversão para unidade de medida utilizando a relação unidade de medida/pixel obtida através de um processo de calibração. A avaliação e validação da proposta foram feitas através de testes experimentais, envolvendo tanto medidas estáticas como dinâmicas. Numa etapa final, a técnica foi utilizada para a análise de vibração de um prédio em escala reduzida, mais especificamente, a análise modal com base apenas na resposta da estrutura. Os resultados e análises realizadas mostraram que a metodologia implementada com base na utilização de uma única câmera se mostrou como uma proposta com alto potencial de aplicação como ferramenta de medição de não-contato, relativamente simples e efetiva