本书介绍工程结构静、动变形检测的一些数字图像技术，包括结构检测的数字图像技术发展状况，图像采集设备，数字图像、视频的基本处理技术，结构变形检测的整像素方法和亚像素方法。重点介绍亚像素边缘检测方法，同时介绍数字图像和视频技术在结构静动试验检测方面的应用，以及数字图像技术在结构虚实结合施工控制探索方面的应用。图像及视频检测应用包括索、简支梁、连续梁、桁架梁、箱梁、斜拉桥等模型试验及车桥耦合振动模型试验。

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　　我从20世纪80年代开始从事结构分析计算及检测试验方面的工作，90年代开始从事模型修正、结构破损检测及健康评估工作，2005～2007年参与了100余座桥梁的现场试验工作。工作中常与同行学者进行交流，有的学者认为结构破损检测的工程实用性不理想，主要原因是结构识别理论研究方面的不足；目前工程试验的主要难点之一是海量数据的分析处理问题而不是数据采集的问题。对此，我有不同意见。按照目前的模型修正、参数识别及破损检测理论，在满足一定条件下，只要数据是完备的，即使数据误差较大，结构状态的识别也是可行的。主要问题是检测数据的完备性欠缺，虽然研究远说不上完善，但与检测数据（尤其是大型结构的检测数据）采集技术相比，识别理论的研究进展是明显超前的。现在的一些大型结构在建设时安装了实时监测设备，日积月累，检测数据是海量的，在分析处理过程中的存储量及计算量确实是个大问题。但这种实测数据在完备性方面是有先天不足的，数据的时间间隔以分钟甚至小时计，与采样定理要求的秒、亚秒甚至毫秒的要求相差甚远。与分析计算网格密度相比，检测点仅设置在结构的关键截面，网格密度很低甚至构不成网格。依据粗放的原始数据追求精细化的识别结果是不现实的。
　　基于上述想法，我从10年前开始将工作重点放在结构变形检测的数字图像研究方面，寻找某些完备性数据检测方案，使结构检测数据在空间和时间上与分析计算数据匹配，为建立与有限元代表的数字计算模型对应的数字试验模型打基础。本书算是这10年相关工作的总结。
　　第一章简要介绍结构变形检测的研究背景及现状。第二章介绍图像的基础知识、采集设备及相关技术。第三章介绍整像素处理方法，亚像素处理如形心法及数字图像相关的插值法。第四章介绍一维边缘检测法，第五章介绍二维边缘检测法。第六章介绍静变形检测，第一、二节的试验主要由研究生刘敏完成，他还做了一维边缘的多项式拟合编程工作，这也是本书有关工作中唯一由学生所做的编程工作。第七章介绍结构振动检测，该章及以后的内容涉及的所有方案、程序、技术、论文模板及多数设备由我提供。第一、二节的试验及数据处理主要由张盼和任张晨完成，第三节试验主要由董湘婉完成，第四节主要由徐晏杰和李昆伦完成。第八章介绍关于车桥耦合振动的同步检测，相关试验由徐文锋和吴晶完成，陈琨和廖晓云也做了相关数据处理工作，分析处理工作由我完成，学生的工作见参考文献。第九章介绍结构施工虚实控制方面的探索研究，第二节的计算由郑仰坤完成，第三节的试验主要由胡帮义完成，第四节的试验主要由罗川舟和廖汇完成，第五节的试验主要由刘辉完成。第十章内容是传统方法进行结构振动试验，第二节的试验主要由我和郑仰坤完成，第三节的试验主要由罗川舟完成，第四节的试验主要由胡帮义和任张晨完成，第五和第七节的试验主要由刘辉完成，第六和第八节的试验主要由胡帮义完成，第九节的试验主要由陈尧元完成。
　　限于作者的学识和研究水平，本书难免有疏漏之处，希望专家、读者指正。

　　袁向荣，男，1957年2月15日生。广州大学土木工程学院交通土建工程系教授，博士生导师。1992年获西南交通大学桥梁及隧道工程专业博士学位。1994年南京航空航天大学机械工程流动站振动冲击与噪声方向博士后出站，同时评为副教授。1998年11月晋升教授。主持完成国家自然科学基金项目3项，主研完成2项；主持完成省部级科研项目4项，主研完成近10项；主研完成横向项目数十项。获国家科技进步二等奖1项，省科技进步一等奖、二等奖各1项。发表学术论文100余篇。

目录
前言
第一章 概述 1
第一节 传统变形检测 1
第二节 数字图像分析方法及结构变形检测 4
第三节 视频分析方法及结构振动测试 6
参考文献 7
第二章 数字图像及采集设备 12
第一节 数字图像的基本概念 12
第二节 数字图像采集设备 13
第三节 图像分辨率与结构变形检测精度 16
第四节 MATLAB中数字图像采集及存取 17
第五节 NI机器视觉系统的图像采集 20
参考文献 22
第三章 数字图像整像素处理方法及结构变形检测 23
第一节 图像分割、形心检测及边缘检测 23
第二节 数字图像相关 25
第三节 边缘变形检测的一维DIC法 26
第四节 边缘变形检测的二维DIC法 30
参考文献 30
第四章 一维边缘检测法 32
第一节 一维高斯边缘模型 33
一、光强方程 33
二、一维像素灰度 33
三、识别方程 33
第二节 反正切函数边缘模型 35
第三节 多项式边缘拟合法 36
第四节 多项式分段滑动拟合法 37
第五节 正交多项式边缘拟合法 41
第六节 正交多项式拟合脉冲型边缘 45
第七节 屋脊型边缘识别 47
第八节 函数拟合法讨论 49
参考文献 52
第五章 二维边缘检测法 53
第一节 二维高斯边缘模型 53
第二节 二维多项式边缘拟合法 54
第三节 二维正交多项式边缘拟合法 58
第四节 高斯边缘模型识别法 64
参考文献 70
第六章 结构静变形检测的数字图像法 72
第一节 简支梁模型静载检测试验——一维多项式边缘识别 72
第二节 破损识别 74
第三节 脉冲型边缘识别及板梁变形检测模型试验——一维正交多项式边缘检测 77
第四节 二维正交多项式边缘识别及简支梁变形检测模型试验 79
第五节 屋脊型边缘识别及简支梁变形检测模型试验 81
参考文献 84
第七章 结构振动检测的数字图像法 85
第一节 简支梁模态分析试验 85
一、简支梁自由振动视频检测试验 86
二、加速度检测与视频检测比较试验 90
第二节 二等跨连续梁模态分析试验 93
一、二等跨连续梁自由振动视频检测试验 94
二、二等跨连续梁振动加速度检测与视频检测比较试验 96
第三节 三跨连续梁模态分析试验 98
第四节 弦振动模态分析试验 102
参考文献 105
第八章 车桥耦合振动同步检测的数字图像法 106
第一节 车桥耦合振动检测现状分析 106
第二节 车桥耦合振动检测模型试验 108
参考文献 117
第九章 桥梁结构施工虚实结合技术 120
第一节 概述 120
一、虚实结合施工控制的科学意义 120
二、虚实结合施工控制的工程意义及应用前景 121
三、与虚实结合施工控制研究相关的国内外研究现状及发展动态分析 121
第二节 桁架结构施工控制虚实结合模拟 123
一、虚拟环境中的桁架建模 123
二、有限元建模及施工过程结构分析 124
三、施工控制模拟分析 125
第三节 桁架结构施工控制虚实结合模型试验 126
一、钢桁架施工各阶段有限元建模及结构变形预测计算 127
二、钢桁架悬臂拼装施工虚拟预演 128
三、钢桁架悬臂拼装实施过程 129
第四节 两跨连续梁顶推施工虚实结合模型试验 131
一、实验模型 131
二、计算模型 133
三、第1跨顶推施工过程 134
四、第2跨顶推施工过程 139
五、两跨连续箱梁虚实结合顶推施工 145
第五节 独塔斜拉桥悬臂拼装施工虚实结合模型试验 147
一、主梁拼装各阶段斜拉桥模型计算 148
二、主梁悬臂拼装施工过程 149
参考文献 153
第十章 梁式结构模态分析试验研究 156
第一节 连续梁固有振动分析 157
第二节 不同跨径组合的二跨连续梁的模态分析试验 161
第三节 不同跨径组合的三跨连续梁的模态分析试验 164
第四节 不同跨径组合的四跨连续梁的模态分析试验 169
第五节 五等跨连续梁的模态分析试验 172
第六节 二等跨连续曲梁的模态分析试验 174
第七节 三等跨连续曲梁的模态分析试验 177
第八节 悬臂钢桁架梁模态分析试验 179
第九节 连续梁顶推施工过程试验模态分析 183
一、试验概述 183
二、计算过程 183
三、连续梁顶推过程及模态分析试验 185
四、顶推施工中二跨连续梁振型3D重现 188
参考文献 189