Photogrammetrische Verfahren zur Risserkennung und -analyse im bautechnischen Versuchswesen
Publikation: Hochschulschrift/Abschlussarbeit › Dissertation
Beitragende
Abstract
Photogrammetrische Methoden gewinnen zunehmend an Bedeutung im bautechnischen Versuchswesen. Die Auswertung von Bildsequenzen ermöglicht eine kontaktlose, flächenhafte, hochaufgelöste und hochgenaue Veränderungsdetektion von Oberflächen in der Materialprüfung und Bauwerksüberwachung. Diese Arbeit behandelt einige Aspekte der Deformationsanalyse auf Basis von Bildsequenzen mit Hilfe triangulierter Verschiebungsfelder. Zunächst wird auf Untersuchungen zu Deformationen ebener Objektoberflächen, die mit monokularen Bildsequenzen beobachtet wurden, eingegangen. Im weiteren Verlauf wird auf Stereobildsequenzen übergegangen, die Deformationsmessungen für beliebige Oberflächen erlauben. Im ersten Teil der Arbeit wird gezeigt, wie Verschiebungsfelder in monokularen Bildsequenzen bestimmt werden können. Die Bildpunkte, an welche die Verschiebungen geknüpft sind, werden zu einem Dreiecksnetz trianguliert. Jedes einzelne Dreieck wird auf Änderungen zu der Referenzepoche, die als die erste Epoche ohne jegliche Deformation definiert ist, untersucht. Ein gängiges Verfahren zur Analyse solcher Veränderungen ist die Berechnung von Hauptdehnungen für jedes Dreieck. Schwellwerte können zur Erkennung deformierter Bereiche und die farbkodierte Darstellung der Hauptdehnungen für eine visuelle Betrachtung genutzt werden. In den räumlich verteilten Hauptdehnungen sowie im zeitlichen Ablauf treten Rauscheffekte auf. Deshalb werden verschiedene Filtermethoden zur Rauschunterdrückung untersucht. Dabei kommt ein Filter zum Einsatz, der gleichzeitig in der räumlichen sowie der zeitlichen Dimension filtert. Es werden aber auch Filter untersucht, die in beiden Dimensionen getrennt filtern. Aus den Hauptdehnungen können nicht direkt Rissbreiten abgeleitet werden. Diese spielen für die Materialprüfung im Bauwesen allerdings eine wichtige Rolle, weswegen sich diese Arbeit auch mit der Berechnung von Rissbreiten in Dreiecksnetzen befasst. Als deformierte Dreiecke werden diejenigen detektiert, deren Hauptdehnung einen Schwellwert überschreiten. Für diese Kandidaten werden im Folgenden Rissbreiten bestimmt. Drei verschiedene Verfahren für die Ermittlung von Rissbreiten werden vorgestellt und verglichen. Die Dehnbarkeit faserbewehrter Komposite, die unter anderem zur Verstärkung von Mauern und anderen Bauwerken verwendet werden, wird bei Belastung durch die Bildung multipler Rissstrukturen gewährleistet. Auf Grund dessen widmet sich ein weiterer Teil der Dissertation der Auswertung multipler Rissstrukturen. Hierzu werden dichte Verschiebungsfelder berechnet. Dann wird zunächst eine Auswahl der verfolgten Punkte genutzt, um ein grobes Dreiecksnetz zu generieren. Deformierte Dreiecke der ausgedünnten triangulierten Punktmenge werden mit dem Betrag des relativen Translationsvektors, der als Deformationsmaß eingeführt wird, detektiert. Eine iterative Verdichtung des Dreiecknetzes in deformierten Bereichen ermöglicht die Auswertung enger Rissmuster. Zudem erlaubt eine Ausgleichung, dass nicht-triangulierte Punkte des dichten Verschiebungsfeldes in die Rissbreitenberechnung einbezogen werden können. Ein weiterer Bestandteil der Arbeit ist die Betrachtung unebener Oberflächen, die mit Stereokamerasystemen beobachtet werden. Dazu werden die Algorithmen für die zweidimensionale Auswertung entsprechend übertragen und erweitert. Auf Basis von Verschiebungsfeldern dreidimensionaler Punkte wird auch hier ein Dreiecksnetz zur Änderungsdetektion genutzt. So wird am Beispiel von dynamischen Dehnungstests an zylindrischen Probekörpern ein Algorithmus zur Rissbreitenmessung auf nicht ebenen Oberflächen vorgestellt. Dabei wird angenommen, dass die Deformationen ausschließlich tangential zur Oberfläche auftreten. Dies erlaubt die Transformation (Kongruenzabbildung) der Dreiecke in einen zweidimensionalen Raum und auch eine zweidimensionale Auswertung. Außerdem wird eine Methode zur Berechnung des dreidimensionalen Rissöffnungsvektors präsentiert. Dieses Verfahren ist eine Erweiterung zum vorhergehenden Algorithmus und erlaubt zudem die Vermessung vertikaler Deformationen. Deformierte Dreiecke im triangulierten dreidimensionalen Verschiebungsfeld werden mit Hilfe des zweidimensionalen Relativtranslationsvektorbetrags der in den zweidimensionalen Raum transformierten Dreiecke detektiert. Anschließend folgt für alle deformierten Dreiecke durch Hinzunahme mindestens eines undeformierten Nachbardreiecks die Berechnung eines dreidimensionalen relativen Translationsvektors, mit Hilfe dessen die Komponenten des Rissöffnungsvektors ermittelt werden.
Details
Originalsprache | Deutsch |
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Gradverleihende Hochschule | |
Betreuer:in / Berater:in |
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Datum der Verteidigung (Datum der Urkunde) | 9 Juni 2020 |
Publikationsstatus | Veröffentlicht - 20 Jan. 2021 |
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Schlagworte
Schlagwörter
- Deformationsanalyse, Rissdetektion, Bildsequenzanalyse, Materialprüfung