В MIT розробили технологію спостереження за ледь помітними коливаннями об’єктів

Попри те, що нам здається, що такі великі структури, як мости та будівлі, залишаються абсолютно нерухомими під час будь-яких природних умов накшталт дощу і вітру, правда полягає в тому, що всі ці конструкції постійно відчувають дуже легкі вібрації . Ці вібрації настільки малі, що виявити їх неозброєним оком неможливо. Однак саме такі вібрації рано чи пізно можуть стати індикатором нестабільності і конструктивного пошкодження об’єктів.


Проблема полягає в тому, що сучасні методи виявлення цих вібрацій дуже непрактичні і вельми затратні. Однак нова технологія, що розробляється вченими з Массачусетського технологічного інституту, покликана спростити метод виявлення цих важливих сигналів за рахунок використання високошвидкісних камер і методу машинного зору.

Сучасні методики моніторингу стабільності великих споруд включають установку і використання численних і дорогих акселерометрів, а також лазерних променів або акустичних хвиль, завдяки яким вираховують швидкість руху об’єкта. І хоча дані методи є достатньо точними, для того щоб вчасно прийняти необхідні заходи, вони досить дорогі і трудомісткі, а також дозволяють за один підхід проводити розрахунки тільки з однією певною точкою структури об’єкта.

Метод, який запропонували дослідники Массачусетського технологічного інституту дозволяє за допомогою всього однієї високошвидкісної камери зафіксувати ледь помітні коливання всієї структури, і при цьому не вимагаючи ніяких фізичних контактів з будовою.

Просте спостереження за допомогою високошвидкісних камер навряд чи дозволить помітити такі ледь вловимі вібрації, однак подальший аналіз відеозапису за допомогою спеціального методу машинного зору, що отримав назву «аналіз динаміки руху» дозволяє посилити рівень певних частот і відобразити коливання більш виражено.

Технологія, яку інженери MIT створили ще в 2012 році, працює за методом фільтрації фаз і амплітуд відеозображення та їх подальшої рекомбінації таким чином, при якому певні частоти посилюються і роблять малопомітні коливання більш помітними.

Для випробування нового методу моніторингу команда дослідників використала високошвидкісну камеру Phantom v10, яка записувала зі швидкістю 20 тисяч кадрів в секунду коливання полівінілхлоридної трубки, один кінець якої піддавався ударам. Для чистоти експерименту спостереження за трубкою велося також за допомогою лазерних променів і акселерометрів.

При звичайному перегляді записаного відео коливань трубки помічено не було. Однак після того, як відео пропустили через спеціальне комп’ютерне програмне забезпечення, на отриманих кадрах ясно і чітко фіксувалися коливання, які змушували трубку змінювати свою форму. Ці дані були звірені з інформацією, отриманою завдяки більш традиційним методам моніторингу коливань, і в результаті стало ясно, що вони не відрізняються.

Враховуючи позитивний досвід експерименту, команда дослідників вважає, що запропонований ними метод спостереження коливань може виявитися дуже корисним при моніторингу цілісності мостів і будівель і при спостереженні за цілісністю трубопроводів, де дефекти структури можуть відрізнятися в залежності від того, яке саме коливання ці структури відчувають . Крім того, фахівці відзначають, що успішність такого методу моніторингу раніше зберігається навіть при використанні менш просунутих камер, оскільки специфіка технології передбачає подальший аналіз даних за допомогою спеціального ПЗ.

«Ця безконтактна сенсорна технологія дуже вигідна з економічної та трудомісткою точок зору», – говорить професор Массачусетського технологічного інституту Кричав Бойкозчерк.

«Залежно від поставленого завдання, для створення потрібного відеозображення можна навіть використовувати камери телефонів, а при виявленні чогось підозрілого застосувати вже більше високошвидкісні камери. Тут можливі різні рівні перевірки: необов’язково відразу використовувати саме високотехнологічне обладнання ».