چکیده: تکنیک‌های نظارت بر سلامت و ارزیابی سازه‌های مهندسی بر اساس اطلاعات به‌دست‌آمده از ارتعاش، یکی از رایج‌ترین روش‌ها برای شناسایی آسیب‌های سازه‌ای است. ایده‌ اساسی پذیرفته‌‌ شده برای تشخیص آسیب بر اساس حرکت سازه، این است که تغییرات ناشی از خسارت در خواص فیزیکی موجب تغییرات قابل تشخیص در خواص مودال (فرکانس‌های طبیعی، میرایی مودال و اشکال مودی) خواهند شد. بدین ترتیب، تغییرات در پارامترهای مودال نشان‌دهنده‌ی تغییر در وضعیت سلامت سازه، یعنی آسیب است. بنابراین اندازه‌گیری تجربی و تعیین رفتار دینامیکی سازه از اهمیت بالایی برخوردار است. تکنیک محوری برای توصیف دینامیک سازه آنالیز مودال است که طی آن پارامتر‌های مودال که رفتار دینامیکی سازه را کنترل می‌کنند، شناسایی می‌شوند. یکی از سیستم‌های اندازه‌گیری که در این راستا مورد استقبال قرارگرفته، دوربین‌های ویدیویی دیجیتال است. تحلیل‌های مودال انجام‌شده بر اساس اندازه‌گیری‌های ویدیویی علی‌رغم مزایای زیاد به ‌‌دلیل وابستگی به نشانگرهای کنتراست بالا، چالش‌هایی را در مورد سازه‌های بزرگ و غیرقابل دسترسی ایجاد می‌کنند. از طرفی پذیرش گسترده‌ی این تکنیک‌ها ضرورت توسعه روش‌هایی را بیان می‌کند که تنها از پاسخ‌های میدان-کامل اندازه‌گیری‌‌شده، بدون آماده‌سازی اضافی سطح سازه‌ای استفاده می‌کنند. ازاین‌رو، هدف از این پایان‌نامه ارائه یک الگوریتم آنالیز مودال عملیاتی (خروجی-محور) است که قادر به شناسایی و استخراج پارامترهای مودال با وضوح مکانی بالا، بدون نیاز به آماده‌سازی سطح سازه‌ای و تنها بر اساس پاسخ‌های میدان-کامل اندازه‌گیری‌ شده با استفاده از دوربین‌های ویدیویی سرعت‌_بالا است. در راستای تحقق این هدف، ابتدا بر روی هر فریم از ویدیوی سازه‌ی‌ مرتعش یک تکنیک تجزیه‌ی چند‌مقیاسی اعمال می‌شود تا فاز پیکسل‌ها در مقیاس‌های مختلف مکانی استخراج شوند زیرا فاز محلی معرف حرکت ارتعاش محلی سازه است. بر اساس فاز استخراج‌‌شده برای هر پیکسل از هر فریم، می‌توان ماتریس حرکت مکانی-زمانی میدان-کامل را در مقیاس‌های مکانی مختلف تشکیل داد. با توجه به اینکه پاسخ محاسبه شده دارای بعد مکانی بسیار بالاتری نسبت به بعد مودال سازه است، لازم است که از روش‌های کاهش بعد داده استفاده شود. خروجی تکنیک کاهش بعد، ترکیبات خطی از پاسخ‌های مودال است که تعداد این ترکیبات با تعداد مودهای فعال سازه برابر است. بنابراین می‌توان بر اساس ترکیبات مشاهده ‌شده، با استفاده از الگوریتم‌های خروجی-محور، پاسخ‌های مودال را جداسازی نمود. درنهایت بر اساس پاسخ‌های به‌دست‌آمده در این مرحله، فرکانس‌ و نسبت میرایی هر یک از مودهای سازه محاسبه می‌شوند. همچنین با اعمال تکنیک بزرگنمایی حرکت بر روی هر یک از این پاسخ‌ها و انجام روند معکوس پردازش ویدیو، شکل‌ مودهای سازه با وضوح مکانی بالا قابل بازسازی هستند. به منظور صحت‌سنجی، ویدیوی ارتعاش آزاد و تصادفی دو تیر یکسر گیردار و دو سر مفصل با پارامترهای مودال مشخص، در محیط نرم‌افزار متلب بازسازی شد. سپس با اعمال الگوریتم پیشنهادی بر ویدیوهای تهیه ‌شده و مقایسه‌ی خروجی آن با مقادیر تئوری، عملکرد روش مورد تایید قرار گرفت. همچنین به جهت ارزیابی عملکرد الگوریتم در شرایط آزمایشگاهی، ویدیوی ارتعاش آزاد و تصادفی تیر یکسر گیردار آلومینیومی که در محیط آزمایشگاه و با استفاده از دوربین سرعت‌_بالا تهیه شده بود، مورد بررسی قرار گرفت. درنهایت با استفاده از الگوریتم توسعه‌یافته پارامترهای مودال سازه آلومینیومی با موفقیت شناسایی شدند.