Abstract This paper describes a computer-vision based methodology for non-contact measuring of mechanical system movements. This methodology consists of frame-to-frame processing of video images corresponding to pictures acquired from vibrating structures. The main hardware and software tools are described here. Some benchmark tests are also shown so as to demonstrate the accuracy of the measurement methodology, Finally, perspectives of future developments and applications are discussed.

Resume L'analyse dynamique expérimentale peut demander des techniques de mesure sans contact afin d'éviter des modifications des principales caractéristiques physiques de certains types de prototypes ou de modèles, tels que des modèles réduits assez flexibles, où des rigiditès et des masses additionnelles peuvent être introduites par les transducteurs traditionnels et leurs câblages. La méthode de mesure basée sur des techniques de vision par ordinateur, décrite dans cet article, a pour origine la nécessité de mesurer des mouvements de modèles réduits de structures offshore couramment développés et essayés par le Laboratoire d'Analyse Dynamique des Structures et de Traitement de Signaux et d'Images (LADEPIS) de l'Université Fédérale de Rio de Janeiro (COPPE/UFRJ). Ce Laboratoire a conçu le projet d'une méthodologie de mesure basée sur l'acquisition et le traitement ‘cadre à cadre' d'images de télévision correspondant à des systèmes mécaniques en vibration. L'idée principlae est la caractérisation de quelques taches sur la surface du système mécanique, qui se distinguent du restant de l'image par une différence d'intensité lumineuse. Ces taches sont appelées ici' capteurs virtuels. Cette expression est employée par opposition aux capteurs traditionnels, comme les accéléromètres, couramment utilitsés pour la mesure des mouvements en mécanique expérimentale. Les capteurs virtuels peuvent être définis, soit par la peinture de petites taches sur la surface d'un élément de la structure, soit par le collage de petites pièces de papier ou d'autres types de matériau adhésif, tout en prenant garde que son intensité lumineuse soit suffisamment différente de l'intensité lumineuse du restant de l'image. Les capteurs virtuels ont plusieurs avantages: leurs masses sont dépréciables; ils sont facilement manipulés; ils n'altèrent pas les caractéristiques physiques de la structure; ils n'ont pas de câblage; ils ne coûtent pratiquement rien. Après la caractérisation des capteurs virtuels, les cadres d'images correspondant au système mécanique en vibration sont digitalisés et traités par ordinateur. Les éléments d'image (‘pixels’) qui correspondent au capteur virtuel sont alors séparés du restant de l'image par l'intervention, d'abord d'un traitement qui renforce le contraste, et ensuite par une analyse bit-à-bit d'une partie de l'image gardée dans la mémoire de l'ordinateur. Puis, les positions du centre géométrique du capteur virtuel sont calculées pour tout cadre d'image et les mouvements réels de la structure sont déterminés en utilisant un facteur d'échelle qui établit la relation entre la position des pixels et les coordonnées réelles du mouvement. Dans cet article, on décrit les principaux développements concernant le ‘hardware’ et le ‘software’ de cette méthodologie de vision par ordinateur. Deux examples d'application sont également donnés. La discussion des résultats indique une précision satisfaisante pour la méthodogie présentée dans cet article.