Ye, X.W.;Ni, Y.Q.;Wai, T.T.;Wong, K.Y.;Zhang, X.M.;Xu, F.
Smart Structures and Systems
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제12권3_4호
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pp.363-379
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2013
Dynamic displacement of structures is an important index for in-service structural condition and behavior assessment, but accurate measurement of structural displacement for large-scale civil structures such as long-span bridges still remains as a challenging task. In this paper, a vision-based dynamic displacement measurement system with the use of digital image processing technology is developed, which is featured by its distinctive characteristics in non-contact, long-distance, and high-precision structural displacement measurement. The hardware of this system is mainly composed of a high-resolution industrial CCD (charge-coupled-device) digital camera and an extended-range zoom lens. Through continuously tracing and identifying a target on the structure, the structural displacement is derived through cross-correlation analysis between the predefined pattern and the captured digital images with the aid of a pattern matching algorithm. To validate the developed system, MTS tests of sinusoidal motions under different vibration frequencies and amplitudes and shaking table tests with different excitations (the El-Centro earthquake wave and a sinusoidal motion) are carried out. Additionally, in-situ verification experiments are performed to measure the mid-span vertical displacement of the suspension Tsing Ma Bridge in the operational condition and the cable-stayed Stonecutters Bridge during loading tests. The obtained results show that the developed system exhibits an excellent capability in real-time measurement of structural displacement and can serve as a good complement to the traditional sensors.
본 연구에서는 이중노출 홀로그래피 간섭계의 원리를 이용하여 임의의 2차원 적 변형에 있어서 면외 변위와 면변위(in-plane displacement) 각각에 대한 홀로그램 을 제작하고 이를 컴퓨터에 입력하여 간섭무늬를 해석함으로써 변위와 변형률의 정량 화를 시도하였다.
One of the representative methods of optical flow is a gradient method which estimates the movement of an object based on the differential of image brightness. However, the method is ineffective for large displacement of the object and many improved methods have been proposed to copy with such limitations. One of these improved techniques is the multigrid processing, which is used in many optical flow algorithms. As an alternative novel technique we have been proposing an orthogonal functional expansion method, where whole displacements are expanded from low frequency terms. This method is expected to be applicable to flow estimation with large displacement and deformation including expansion and contraction, which are difficult to cope with by conventional optical flow methods. In the orthogonal functional expansion method, the apparent displacement field is calculated iteratively by a projection method which utilizes derivatives of the invariant constraint equations of brightness constancy. One feature of this method is that differentiation of the input image is not necessary, thereby reducing sensitivity to noise. In this paper, we apply our method to several real images in which the objects undergo large displacement and/or deformation including expansion. We demonstrate the effectiveness of the orthogonal functional expansion method by comparing with conventional methods including our optimally scaled multigrid optical flow algorithm.
Contact type sensors (e.g., displacement sensor and strain gauge) were typically used to evaluate the safety and mechanical properties in machines and construction. However, those contact type sensors have been constrained because of measurement problems such as surface roughness, temperature, humidity, and shape. The Digital Image Correlation (DIC) measurement system is a vision measurement system. This measurement system uses the taken image using a CCD camera and calculates the image correlation between the reference image and the deformed image under external force to measure the displacement and strain rates. In this paper, we discuss methods to improve the measurement precision of the digital image correlation measurement system. A tensile test was conducted to compare the precision improvement effects, by using the universal test machine and the DIC measurement system, with the use of subpixel algorithms, i.e., the Coarse Fine Search (CFS) algorithm and the Peak Finding (PF) algorithm.
The practical use of the particle image velocimetry(PIV), a whole-field velocity measurement method, requires the use of fast, reliable, computer-based methods for tracking velocity vectors. The full search block matching, the most widely studied and applied technique both in area of PIV and Image Coding and Compression, is computationally costly. Many less expensive alternatives have been proposed mostly in the area of Image Coding and Compression. Among others, TSS, NTSS, HPM are introduced for the past PIV analysis, and found to be successful. But, these algorithms are based on small dynamic range, 7 pixels/frame in maximum displacement. To analyze the images with large displacement, Even and Odd field image separation and a simple version of multi-resolution hierarchical procedures are introduced in this paper. Comparison with other algorithms are summarized. A Results of application to the turbulent backward step flow shows the improvement of new algorithm.
A micromodel was applied to estimate the effects of geological conditions and injection methods on displacement of resident porewater by injecting scCO2 in the pore scale. Binary images from image analysis were used to distinguish scCO2-filled-pores from other pore structure. CO2 flooding followed by porewater displacement, fingering migration, preferential flow and bypassing were observed during scCO2 injection experiments. Effects of pressure, temperature, salinity, flow rate, and injection methods on storage efficiency in micromodels were represented and examined in terms of areal displacement efficiency. The measurements revealed that the areal displacement efficiency at equilibrium decreases as the salinity increases, whereas it increases as the pressure and temperature increases. It may result from that the overburden pressure and porewater salinity can affect the CO2 solubility in water and the hydrophilicity of silica surfaces, while the neighboring temperature has a significant effect on viscosity of scCO2. Increased flow rate could create more preferential flow paths and decrease the areal displacement efficiency. Compared to the continuous injection of scCO2, the pulse-type injection reduced the probability for occurrence of fingering, subsequently preferential flow paths, and recorded higher areal displacement efficiency. More detailed explanation may need further studies based on closer experimental observations.
In orthodontics and orthognathic surgery. cephalogram has been routine practice in diagnosis and treatment evaluation of craniofacial deformity. But its inherent distortion of actual length and angles during projecting three dimensional object to two dimensional plane might cause errors in quantitative analysis of shape and size. Therefore, it is desirable that three dimensional object is diagnosed and evaluated three dimensionally and three dimensional CT image is best for three dimensional analysis. Development of clinic necessitates evaluation of result of treatment and comparison before and after surgery. It is desirable that patient that was diagnosed and planned by three dimensional computed tomography before surgery is evaluated by three dimensional computed tomography after surgery. too. But Because there is no standardized normal values in three dimension now and three dimensional Computed Tomography needs expensive equipments and because of its expenses and amount of exposure to radiation. limitations still remain to be solved in its application to routine practice. If postoperative three dimensional image is constructed by pre and postoperative lateral and postero-anterior cephalograms and preoperative three dimensional computed tomogram. pre and postoperative image will be compared and evaluated three dimensionally without three dimensional computed tomography after surgery and that will contribute to standardize normal values in three dimension. This study introduced new method that computer-simulated three dimensional image was constructed by preoperative three dimensional computed tomogram and pre and postoperative lateral and postero-anterior cephalograms. and for validation of new method. in four cases of dry skull that position of mandible was displaced and four patients of orthognathic surgery. computer-simulated three dimensional image and actual postoperative three dimensional image were compared. The results were as follows. 1. In four cases of dry skull that position of mandible was displaced. range of displacement between computer-simulated three dimensional images and actual postoperative three dimensional images in co-ordinates values was from -1.8 mm to 1.8 mm and 94% in displacement of all co-ordinates values was from -1.0 mm to 1.0 mm and no significant difference between computer-simulated three dimensional images and actual postoperative three dimensional images was noticed(p>0.05). 2. In four cases of orthognathic surgery patients, range of displacement between computersimulated three dimensional images and actual postoperative three dimensional images in coordinates values was from -6.7 mm to 7.7 mm and 90% in displacement of all co-ordinates values was from -4.0 to 4.0 mm and no significant difference between computer-simulated three dimensional images and actual postoperative three dimensional images was noticed(p>0.05). Conclusively. computer-simulated three dimensional image was constructed by preoperative three dimensional computed tomogram and pre and postoperative lateral and postero-anterior cephalograms. Therefore. potentiality that can construct postoperative three dimensional image without three dimensional computed tomography after surgery was presented.
움직이는 한 개의 카메라 동영상으로부터 개체의 3차원 위치를 추출할 수 있다고 알려져 있다. 이로부터 캠코더 측정시스템을 이용하여 부유체 모형에 대한 영상기반 모니터링을 수행하였다. 규칙파 및 비규칙파 실험조건에서의 디지털 캠코더 동영상으로부터 프레임 영상을 추출하고, 특징점을 정합하여, 상대적인 3차원 좌표를 획득하였다. 수정된 SURF 기반 정합의 영상 변환 정확도와 규칙파에서 부유체 모델의 영상기반 변위 관측 정확도를 평가하였다. 규칙파의 경우 조파기의 설정값은 3.0sec이고, 영상기반 변위에 의한 주기는 2.993sec이었다. 기계적 오차를 고려할 때 이 두 값은 유사한 결과로 여겨진다. 시각적으로도 X Y Z축으로의 1차원 투영결과나 3차원 공간에서의 결과에서 규칙파의 형상을 볼 수 있었다. 결과적으로 30fps의 일반 디지털 캠코더 동영상을 이용하여 근실시간으로 위치변동을 계산할 수 있었다.
Purpose: This study was to investigate how dose the radiography findings are to magnetic resonance (MR) image findings in the L5-S1 instability patients. The subjects of this study were comprised of eleven males and fifteen females, who had Lumbago and agreed with this research. Methods: Radiography and MR images of Lumbar spine were acquired respectively from subjects in conditions of maximum flexion and extension. The horizontal and angular displacements in lumabosacral spine radiography were used to assess the instability of lumbar spine. MR images were also used to evaluate the intervertebral disc abnormalities and change of bone marrow. Results: The results are as follows. 1. In the case of flexion transitional displacement proposed by Dupuis et al, the specificity and negative predictive value were good accuracy ($0.7{\sim}0.8$), and the negative predictive value was in average. In the case of extension displacement, the negative predictive value was about average ($0.6{\sim}0.7$), but the sensitivity, specificity and positive predictive value were below the poor (<0.6). On the other side, the specificity was about average but other things were below in the case of angular displacement. 2. In the case of flexion transitional displacement proposed by Dupuis et al., compared with the intervertebral disc abnormalities, the negative prediction value was excellent, the sensitivity good, and the specificity about average. In the case of extension, the negative prediction value was about average, but the other things were poor. On the other side the specificity and negative predictive value had good accuracy and the sensitivity and positive prediction value were below average in the case of angular displacement. Conclusion: The above results show that the radiography finding is sufficiently helpful to find the lumbar spine instability as an economic point of view.
Purpose: To evaluate the radial displacement of clinical target volume in the patients with node negative head and neck (H&N) cancer and to quantify the relative positional changes compared to that of normal healthy volunteers. Materials and Methods: Three node-negative H&N cancer patients and five healthy volunteers were enrolled in this study. For setup accuracy, neck thermoplastic masks and laser alignment were used in each of the acquired computed tomography (CT) images. Both groups had total three sequential CT images in every two weeks. The lymph node (LN) level of the neck was delineated based on the Radiation Therapy Oncology Group (RTOG) consensus guideline by one physician. We use the second cervical vertebra body as a reference point to match each CT image set. Each of the sequential CT images and delineated neck LN levels were fused with the primary image, then maximal radial displacement was measured at 1.5 cm intervals from skull base (SB) to caudal margin of LN level V, and the volume differences at each node level were quantified. Results: The mean radial displacements were 2.26 (${\pm}1.03$) mm in the control group and 3.05 (${\pm}1.97$) in the H&N cancer patients. There was a statistically significant difference between the groups in terms of the mean radial displacement (p = 0.03). In addition, the mean radial displacement increased with the distance from SB. As for the mean volume differences, there was no statistical significance between the two groups. Conclusion: This study suggests that a more generous radial margin should be applied to the lower part of the neck LN for better clinical target coverage and dose delivery.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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