对数极坐标变换提升散斑相关角位移测量精度

"本文介绍了一种采用对数极坐标变换的散斑相关角位移测量法，该方法针对传统散斑相关法在测量结构试件角位移时存在的范围限制进行了改进，通过变换和拟合技术提高了测量精度和范围。" 在结构工程和材料科学中，对物体变形的精确测量是至关重要的，尤其是在航空、航天和土木工程等领域。传统的散斑相关法是一种常用的非接触式光学测量技术，它可以用来监测微小的表面变形。然而，当涉及较大的角位移时，这种方法的准确性和有效性会受到限制。为了解决这一问题，研究者提出了一种新的散斑相关角位移测量方法，该方法巧妙地结合了对数极坐标变换和九点二次曲面拟合技术。 对数极坐标变换是一种几何变换方式，它可以将直角坐标系下的角位移转化为对数极坐标下的平移。这种变换使得原本在直角坐标下难以处理的角位移问题变得相对简单。在新的方法中，首先将结构试件的散斑图像从直角坐标系转换到对数极坐标系，这样角位移就转化为坐标系内的平移量，便于后续的分析和计算。 接下来，利用散斑相关法来分析在对数极坐标下平移后的图像。散斑相关法是基于图像中的散斑图案（随机分布的亮暗斑点）的变化来推断物体表面的微小位移。通过对散斑图案的对比和相关性分析，可以计算出试件的角位移。 为了进一步提高测量的精度，研究者采用了九点二次曲面拟合技术。这是一种数学方法，通过在散斑图像的局部区域上拟合一个二次曲面，可以更准确地描述和补偿图像的变形。九点是指在散斑图像上选择的九个点，通过这些点的坐标数据，构建二次曲面模型，以求得最佳拟合，从而提高角位移测量的精度。 通过模拟实验和实物实验的验证，该方法在0°到90°的角位移范围内，平均误差保持在0.06°以内，标准差控制在0.02°以内，显著提升了角位移测量的范围和精度。这表明，采用对数极坐标变换的散斑相关角位移测量法是一种高效且精确的测量手段，尤其适用于需要大范围角位移测量的场合。 这项研究为非接触式的角位移测量提供了一种创新解决方案，它扩展了散斑相关法的应用边界，并且提高了测量的精度，对于结构健康监测和动态性能评估具有重要价值。未来的研究可能进一步优化这个方法，例如探索其他坐标变换或拟合技术，以适应更多样化的测量需求。