高速视频测量是以非接触的形式获取高速运动目标的海量影像序列数据，并根据近景摄影测量理论和方法分析每张或每对像片中物体目标点的三维空间坐标变化，以确定物体的整体运动状态，具有非接触、三维测量和密集测量的优势，已广泛应用于土木工程、材料测试、考古学、航空学和工业制造等领域。本书通过理论方法、软硬件系统和工程应用三篇详细介绍了高速视频测量的原理与技术方法及其在土木工程中的应用，从原理以及实际应用的角度给出相应的高速视频测量解决方法。
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《地球观测与导航技术丛书》编写说明
序
前言
第1章 概论 1
1.1 高速视频测量的定义 1
1.2 高速视频测量的发展 2
1.3 高速视频测量的用途 5
1.4 高速视频测量的国内外研究现状 7
1.4.1 高速视频测量技术的国内外研究现状 7
1.4.2 高速视频测量应用的国内外研究现状 10
1.5 高速视频测量的关键问题 13
第一篇 理论方法
第2章 高速视频测量理论 17
2.1 高速视频测量原理 17
2.1.1 高速视频测量传感网络构建原理 17
2.1.2 高速视频测量海量影像序列处理原理 21
2.2 高速视频测量坐标系 23
2.2.1 高速视频测量像素坐标系 23
2.2.2 高速视频测量像平面坐标系 23
2.2.3 高速视频测量像空间坐标系 24
2.2.4 高速视频测量像空间辅助坐标系 24
2.2.5 高速视频测量地面摄影测量坐标系 24
2.2.6 高速视频测量内外方位元素 25
2.3 基于共线条件方程的高速视频测量空间解析 26
2.3.1 高速视频测量共线条件方程 26
2.3.2 高速视频测量后方交会-前方交会 28
2.3.3 高速视频测量直接线性变换 31
2.3.4 高速视频测量序列影像整体光束法平差 33
2.4 基于共面条件方程的高速视频测量空间解析 37
2.4.1 高速视频测量共面条件方程 37
2.4.2 高速视频测量相对定向-绝对定向 38
2.5 高速视频测量传感器网络检校 43
2.5.1 高速相机传感器网络检校 43
2.5.2 高速相机传感器网络同步性检校 55
第3章 视频序列影像处理方法 56
3.1 目标点识别与定位 56
3.1.1 椭圆目标点识别与定位 56
3.1.2 目标点自动识别与定位 67
3.1.3 编码目标点识别与定位 71
3.1.4 散斑目标点识别与定位 88
3.2 左右影像目标立体匹配 96
3.2.1 左右点集配准 96
3.2.2 基于灰度相关的立体匹配策略 99
3.2.3 基于核线约束的立体匹配策略 99
3.2.4 基于可信度引导的立体匹配策略 101
3.3 前后序列影像目标跟踪 103
3.3.1 基于灰度的亚像素级匹配方法 103
3.3.2 基于相位相关的亚像素级匹配方法 108
3.3.3 序列影像目标点跟踪策略 113
第4章 结构形变参数计算与分析 116
4.1 结构形变参数计算 116
4.1.1 位移参数计算 116
4.1.2 变形参数计算 116
4.1.3 速度参数计算 117
4.1.4 加速度参数计算 118
4.1.5 频谱参数计算 118
4.1.6 应变参数计算 119
4.1.7 时序数据降噪 120
4.2 结构表面形变场计算 124
4.2.1 位移场计算 124
4.2.2 应变场计算 125
4.3 结构损伤识别与分析 126
4.3.1 时序序列结构损伤识别 126
4.3.2 结构表面裂纹探测 139
第二篇 软硬件系统
第5章 高速视频测量分布式系统 147
5.1 分布式系统组成 147
5.2 分布式硬件系统构建 147
5.2.1 高速相机网络构建 147
5.2.2 工控机-主控机网络构建 148
5.2.3 硬件系统需求分析 150
5.3 分布式软件系统构建 150
5.3.1 分布式高速视频测量解析 150
5.3.2 软件系统需求分析 151
5.3.3 系统加速并行计算 154
5.4 工程方案设计 157
5.4.1 实验流程介绍 157
5.4.2 高速视频测量精度分析 161
第6章 硬件系统 164
6.1 高速相机传感器网络 164
6.1.1 传感器网络设计 164
6.1.2 传感器网络构建 165
6.2 高速相机成像系统 165
6.2.1 高速相机 165
6.2.2 高速成像系统组成及描述 168
6.3 同步控制系统 169
6.4 高速采集存储系统 170
6.5 光源照明系统 170
6.6 UPS电源系统 171
第7章 软件系统 172
7.1 高速视频测量软件系统 172
7.1.1 系统设计 172
7.1.2 功能模块设计 173
7.1.3 高速视频测量系统v1.0 介绍 182
7.2 分布式高速视频测量软件系统 201
7.2.1 系统设计 201
7.2.2 新增功能模块设计 202
7.2.3 分布式系统模型 202
7.2.4 分布式高速视频测量系统v1.0介绍 203
第三篇 工程应用
第8章 高速视频测量在振动台实验的应用 215
8.1 多层框架结构抗震稳健性振动台高速视频测量 215
8.1.1 实验背景与模型设计 215
8.1.2 高速视频测量方案 216
8.1.3 数据结果与分析 218
8.2 板式橡胶支座振动台高速视频测量实验 225
8.2.1 实验背景与模型设计 225
8.2.2 高速视频测量方案 225
8.2.3 数据结果与分析 228
8.3 堰塞湖堆积坝体模型振动台高速视频测量 233
8.3.1 实验背景与模型 233
8.3.2 高速视频测量方案 234
8.3.3 结果与分析 236
8.4 高层木塔振动台高速视频测量 240
8.4.1 实验背景与模型设计 240
8.4.2 高速视频测量方案 241
8.4.3 结果与分析 242
8.5 三层框架振动台分布式高速视频测量 243
8.5.1 实验背景与模型设计 243
8.5.2 高速视频测量方案 243
8.5.3 结果与分析 245
8.6 高层建筑振动台高速视频测量 248
8.6.1 实验背景与模型设计 248
8.6.2 高速视频测量方案 248
8.6.3 结果与分析 249
8.7 卫星颤振振动台模拟测试高速视频测量 250
8.7.1 实验背景与模型设计 250
8.7.2 高速视频测量方案 251
8.7.3 结果与分析 251
第9章 高速视频测量在结构倒塌实验中的应用 253
9.1 钢筋混凝土框架-剪力墙结构连续整体倒塌高速视频测量 253
9.1.1 实验背景与模型设计 253
9.1.2 高速视频测量方案 253
9.1.3 数据结果与分析 254
9.2 桁架倒塌实验高速视频测量 267
9.2.1 实验背景与模型设计 267
9.2.2 高速视频测量方案 268
9.2.3 结果与分析 269
9.3 网壳结构连续倒塌高速视频测量 279
9.3.1 实验背景与模型设计 279
9.3.2 高速视频测量方案 279
9.3.3 结果与分析 283
第10章 高速视频测量在结构表面场形变监测中的应用 287
10.1 岩石单轴受压断裂的表面位移场量测 287
10.1.1 实验背景与模型设计 287
10.1.2 高速视频测量方案 287
10.1.3 结果与分析 289
10.2 钢筋混凝土柱抗剪试验中的裂纹检测与特征提取 290
10.2.1 实验背景 290
10.2.2 高速视频测量方案 291
10.2.3 结果与分析 291
10.3 泥石流模拟冲击下的墙体全场形变监测 303
10.3.1 实验背景与模型设计 303
10.3.2 高速视频测量方案 304
10.3.3 结果与分析 304
第11章 结论与展望 307
11.1 结论 307
11.2 展望 309
参考文献 310
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