Desarrollo y validación de un sistema de medición de desplzamiento en tiempo real medainte técnicas de procesamiento de imágenes digitales

Abstract

Un novedoso método para medir, a distancia y en tiempo real, el desplazamiento dinámico de un punto en un plano dado, se desarrolló y se implementó mediante un sistema compuesto por una cámara digital programable, lentes teleobjetivos, estructura de soporte y una computadora portátil. El algoritmo diseñado así como la capacidad de la cámara digital permiten una tasa de muestreo variable desde mediciones estáticas hasta unos 100 Hz, satisfaciendo las necesidades de medición tanto en laboratorio como en campo. El sistema y el algoritmo propuestos fueron validados tanto en laboratorio como en campo. Las pruebas de laboratorio fueron realizadas con la ayuda de una mesa vibratoria pequeña comparando las historias de desplazamiento de un sistema de un grado de libertad medidas por un sistema de medición de láser y por la cámara, y con especial atención en la influencia del ángulo de visión de la cámara al punto blanco. Por otro lado, los factores como la luz ambiental, la distorsión de la imagen a larga distancia por la aberración óptica, así como las imprecisiones causadas por las vibraciones del equipo debido al viento son tomados en cuenta en las pruebas en campo. Al final, el sistema fue utilizado tanto en la medición de desplazamientos dinámicos en algunos puentes bajo la acción de cargas operacionales, así como en una prueba de carga estática, donde las propiedades de la deflexión dinámica así como las frecuencias naturales de oscilación del puente pueden llegar a conocerse con el presente método.

A new method to measure, from distance and in real time, the dynamic displacement of a point in a given plane, was developed and implemented by means of a system composed of a programmable digital camera, telephoto lenses, support structure and a portable computer. The algorithm designed as well as the capacity of the digital camera allows a variable sampling rate from static measurements up to about 100 Hz, satisfying the needs of measurement both in the laboratory and in the field. The proposed system and algorithm were validated both in the laboratory and in the field. The laboratory tests were performed with the help of a small vibrating table comparing the displacement histories of a system of one degree of freedom measured by a laser and camera measurement system, and with special attention to the influence of the angle of view from the camera to the white point. On the other hand, factors such as ambient light, distortion of the long-distance image by optical aberration, as well as inaccuracies caused by equipment vibrations due to wind are taken into account in field tests. In the end, the system was used both in the measurement of dynamic displacements in some bridges under operational loads, as well as in a static load test, where the properties of the dynamic deflection as well as the natural oscillation frequencies of the bridge can be known with the present method.