Mode-shape magnification in high-speed camera measurements

Krištof Čufar (Avtor), Janko Slavič (Avtor), Miha Boltežar (Avtor)

Povzetek

If motion, identified using image-based methods, is too small to be seen with the naked eye, motion magnification can be used to help with the visualization. Established motion-magnification methods magnify (typically up to 1000 times) the band-passed content of the image data. Especially at higher frequencies, the amplitudes of measured displacements are often below the noise floor. In this research, a novel method for amplifying vibrations, based on experimental modal analysis (EMA), is introduced. The response of the examined structure to dynamic excitation is measured with a simplified, gradient-based, optical flow method and used to perform a hybrid modal analysis in conjunction with a reference accelerometer response measurement. Such a hybrid approach can: (a) identify structural dynamics significantly in the sub-pixel range, and (b) significantly below the image noise floor. The image of the vibrating structure is subdivided using a planar triangle mesh, which is then warped in accordance with the identified mode shape. A mesh-element-wise affine transformation is performed to obtain an image of the magnified mode shape. In the experimental part, the proposed method achieved magnification factors of approximately 40 thousand times, which is an order of magnitude deeper into noise than available before; additionally, the proposed approach is numerically significantly less demanding. The introduced mode-shape magnification presents an alternative to existing motion-magnification methods for applications where the harmonic displacement information is hidden by image noise.

Ključne besede

identifikacija struktur na podlagi slikovnega gradiva;povečanje nihanja na podlagi modalnih oblik;DIC;optični tok;image-based structural identification;mode-shape magnification;motion magnification;optical flow;

Podatki

Jezik:	Angleški jezik
Leto izida:	2024
Tipologija:	1.01 - Izvirni znanstveni članek
Organizacija:	UL FS - Fakulteta za strojništvo
UDK:	519.677:681.7
COBISS:	196821507
ISSN:	1096-1216
Št. ogledov:	100
Št. prenosov:	36
Ocena:	0 (0 glasov)
Metapodatki:

Ostali podatki

Sekundarni jezik:	Slovenski jezik
Sekundarni naslov:	Povečan prikaz lastnih oblik na posnetkih, pridobljenih s hitro kamero
Sekundarni povzetek:	Če je gibanje, merjeno z metodami, ki temeljijo na obdelavi digitalnih slik, premajhno da bi ga videli s prostim očesom, si lahko za vizualizacijo pomagamo z metodami povečave gibanja (ang. motion magnification. Uveljavljene metode povečajo (običajno do 1000-krat) pasovno filtrirane slikovne podatke. Predvsem pri višjih frekvencah nihanja so amplitude izmerjenih pomikov strukture pogosto pod pragom šuma. V tej raziskavi je predstavljena nova metoda za ojačanje vibracij, ki temelji na eksperimentalni modalni analizi (EMA). Odziv opazovane strukture na dinamično vzbujanje je merjen z metodo poenostavljenega optičnega toka na podlagi gradienta. V kombinaciji z referenčno meritvijo s pospeškomerom je izvedena hibridna modalna analiza. Hibridni pristop omogoča identifikacijo strukturne dinamike: a) v območju, kjer so merjeni pomiki veliko manjši od enega slikovnega elementa in b) globoko pod pragom šuma slikovnih podatkov. Slika vibrirajoče strukture je razdeljena z ravninsko mrežo trikotnikov, ki je nato deformirana v skladu z identificirano lastno obliko. S pomočjo afine transformacije posameznih elementov mreže se pridobi slika povečane lastne oblike strukture. V eksperimentalnem delu so bili s pomočjo predlagane metode doseženi faktorji povečave do približno 40 tisočkrat. Tako smo prodrli za en velikostni razred globje v šum, kot omogočajo obstoječe metode, poleg tega pa je predlagani pristop tudi numerično bistveno manj zahteven. Predlagana metoda povečanega prikaza lastnih oblik strukture predstavlja alternativo obstoječim metodam povečave gibanja za aplikacije, kjer so informacije o harmoničnem nihanju struktur zakrite s šumom slikovnih podatkov.
Sekundarne ključne besede:	identifikacija struktur na podlagi slikovnega gradiva;povečanje nihanja na podlagi modalnih oblik;DIC;optični tok;
Vrsta dela (COBISS):	Članek v reviji
Strani:	str. 1-15
Zvezek:	ǂVol. ǂ213, [article no.] 111336
Čas izdaje:	May 2024
DOI:	10.1016/j.ymssp.2024.111336
ID:	24252665