CN102706458A - 一种红外热像坐标定位方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种红外热像坐标定位方法，含以下步骤：(1)选取红外热像定位板，红外热像定位板包括底板和垂直设于底板上的多个散热柱；(2)均匀加热红外热像定位板；(3)拍摄红外热像定位板的红外热像图；(4)找出红外热像定位板的红外热像图中的低温点；(5)根据红外热像图中红外热像定位板上散热柱的位置参数，计算出红外热像图中每个像素点的实际坐标位置；(6)取下拍摄完的红外热像定位板，拍摄待分析样品的红外热像图，根据换算散热柱与待分析样品的位置关系，确定待分析样品各部位的实际坐标位置。该方法简单、精度高，能够快速确定温度异常点的位置情况，可以适用于各种场合，具有很强的实用性。
Description
技术领域
本发明属于红外热像技术领域，具体涉及一种红外热像坐标定位方法。
背景技术
由于红外热成像技术能够进行非接触式的、高分辨率的温度成像，能够生成高质量的图像，可提供测量目标的众多信息，弥补了人类肉眼的不足，因此已经在电力***、土木工程、汽车、冶金、石化、医疗等诸多行业得到广泛应用，未来的发展前景更不可限量。随着红外热像技术应用的发展，其对红外图像分析的速度、精度都有了更高的要求。目前，大多数的红外图像分析都是通过红外图像的轮廓与样品轮廓比较来确定温度异常点的位置。这样的方法精度低、速度慢，如果物体的发射率和温度与背景的相差不大的话还会出现难以确定温度异常点位置的情况。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能快速、准确的从热像图像中找到像素对应的实际位置坐标的红外热像坐标定位方法，该方法简单、精度高，能够快速确定温度异常点的位置情况，可以适用于各种场合，具有很强的实用性。
本发明的上述目的是通过如下方法来实现的：一种红外热像坐标定位方法，含以下步骤：
(1)选取红外热像定位板，所述红外热像定位板包括底板和垂直设于底板上的多个散热柱；
(2)均匀加热红外热像定位板；
(3)采用红外热像仪拍摄红外热像定位板的红外热像图；
(4)找出红外热像定位板的红外热像图中的低温点；
(5)根据红外热像图中红外热像定位板上散热柱的位置参数，计算出红外热像图中每个像素点的实际坐标位置；
(6)拍摄完红外热像定位板的红外热像图后，取下红外热像定位板，拍摄待分析样品的红外热像图，根据换算散热柱与待分析样品的位置关系，确定待分析样品各部位的实际坐标位置。
在上述步骤中：
本发明步骤(1)中所述底板由散热性差的材料制成，所述的散热性差的材料优选但不局限于塑料、木材或陶瓷。
本发明步骤(1)中所述底板的大小优选但不局限于1cm2~1m2。
本发明步骤(1)中所述散热柱由散热性好的金属材质制成，所述的金属材质优选但不局限于铁、铜、铝、钨、锡或镍。
本发明步骤(1)中所述散热柱的数量优选但不局限于1~100个。
本发明步骤(1)中所述散热柱的一端垂直镶嵌于红外热像定位板的底板中，另一端高出底板表面优选但不局限于0.1~20cm。
本发明中采用的红外热像定位板，包括底板和垂直设于底板上的散热柱，这是一种表面上钉有散热柱的板材，底板的制作材料为散热能力较差的材料，如：塑料、表面有保温涂层的板材等；散热柱为具有良好散热能力的材料制成，如：各类金属材料，散热柱被垂直固定在底板表面。
红外热像定位板的主要原理是：在定位板被均匀加热后，由于散热柱无论比表面积还是材料散热特性都比底板的大，所以散热柱散热速度要快得多，在一定时间内拍摄得到的红外热像图中就会出现显著的低温点。由测量多个散热柱之间的距离及位置关系与红外热像图中低温点的关系的比较，通过程序计算就可算出红外热像图中每个像素点所代表的实际坐标位置。
本发明步骤(4)中可以通过人眼识别或电脑识别程序找出红外热像定位板的红外热像图中的低温点；
本发明步骤(6)中对于小型样品，将红外热像定位板置于具有限位结构的装置上，调整红外热像仪和具有限位结构的装置在同一直线上，拍摄完红外热像定位板的红外热像图后，取下红外热像定位板，在同样位置放置待分析的小型样品，通过拍摄小型样品的红外热像图，确定该小型样品的各部位的实际坐标位置。
本发明步骤(6)中对于大型样品，将红外热像定位板固定于大型样品上，调整大型样品和红外热像仪在同一直线上，拍摄完红外热像定位板的红外热像图后，取下红外热像定位板，拍摄待分析的大型样品的红外热像图，确定该大型样品各部位的实际坐标位置。
作为本发明的一种实施方式，对于小型的样品，一般放在具有限位结构的装置上拍摄红外热像图，进行一次定位后就可拍摄多个样品的热像图并进行分析，其具体过程如下：
（1）将红外热像仪和具有限位结构的装置固定在同一直线上；
（2）将红外热像定位板放置在具有限位结构装置的限定结构上；
（3）均匀加热红外热像定位板；
（4）拍摄红外热像定位板的红外热像图；
（5）找到低温点，根据散热柱位置关系计算红外热像定位板的红外热像图中每个像素点的实际坐标位置；
（6）取下红外热像定位板，在同样位置放置待分析的小型样品，通过拍摄小型样品的红外热像图，确定该小型样品的各部位的实际坐标位置。
然后可以更换样品，进行拍摄分析，经过一次定位，可以拍摄多个样品的热像图并进行分析。
作为本发明的一种实施方式，对于大型的样品，一般直接拍摄样品，将红外热像仪和样品放在在同一直线上，每个样品都需要定位一次再进行拍摄分析，其具体过程如下：
（1）将红外热像仪和样品放置在同一直线上；
（2）将红外热像定位板固定在样品的某些位置上，如直角边框处或中心处；
（3）均匀加热红外热像定位板；
（4）拍摄红外热像定位板的红外热像图；
（5）找到低温点，根据散热柱位置关系计算红外热像图中每个像素点的实际坐标位置；
（6）取下红外热像定位板，拍摄大型样品的红外热像图并进行分析；
最后更换样品，重复上述（1）~（6）步骤，可以获得其他大型样品各部位的实际坐标位置。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
(1)本发明可以根据红外热像仪的图像分辨率来定制散热柱的大小，使得低温点只占1个或几个像素点，这就能避免通过人眼去选取低温点的时候出现的主观偏差过大，同时也能降低电脑选取低温点程序的难度、减少程序出现错误的可能；
(2)本发明红外热像定位板制作简单，无需任何的电气设备，成本低廉；
(3)本发明根据样品的形状及红外热像仪的分辨率，通过安排不同的散热柱数量及相对位置关系，可以进一步提高坐标定位精度，降低计算程序的难度和***误差；
(4)通过本发明的方法，无论是产线上大批量小样品的测试分析还是大型施工现场的大样品检测，都可以快速、精确的确定红外热像图的像素实际坐标位置，从而快速、精确的对样品中的缺陷、异常点进行分析、修复等工作。
附图说明
图1是本发明实施例1中的采用的红外热像定位板的图示；
图2是本发明实施例1中将红外热像坐标定位方法应用于晶体硅太阳电池缺陷分析领域的示意图；
图2a是图2中定位板摆放位置的俯视图；
图3是本发明实施例2中采用的红外热像定位板示意图；
图4是本发明实施例2中将定位板置于窑炉炉壁上的示意图；
图4a是实施例2中采用红外热像定位板检修大型窑炉壁的示意图；
图5是本发明实施例3中采用的红外定位板的示意图；
图6a是本发明实施例3中将红外定位板置于支架上进行红外坐标定位的示意图；
图6b是图6a中红外定位板置于支架上的结构示意图；
图6c是本发明实施例3中将汽车轮胎置于支架上的进行红外坐标定位的示意图；
图6d是本发明实施例3中将汽车轮胎置于支架上的示意图；
其中：11、底板；12、散热柱；1、测试台；2、限位条；3、定位板（散热柱未显示）或测试样品；4、红外热像仪；21、定位板；22、窑炉墙壁；23、红外热像仪。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步的说明。
实施例1
将红外热像坐标定位方法应用于晶体硅太阳电池缺陷分析的领域，红外热像定位板如图1所示，包括底板11和垂直设于底板11上的散热柱12，底板11使用塑料板，尺寸在本实施例为156mm×156mm×3mm，散热柱12使用不锈钢，直径为1mm，高度为20mm，但实际上以上并非是对底板和散热住的尺寸进行限定，可以根据分析对象的不同，进行相应的调整即可，散热柱数量为三个，分布于直角三角形的三个顶点上，该直角三角形的边长为120mm、100mm，直角顶点位于以定位板坐标系的（10mm，10mm）处（该坐标系以底板一直角顶点为原点O，平行于直角三角形两边的边为xy轴，如图1中所示）。散热柱使用这样的分布方式主要利用这三点建立一个直角坐标系，通过直角坐标系的变换公式可以很方便的计算出热像图中像素点的实际坐标位置，同时这三点位置关系简单，无论是人眼去辨别还是通过图像识别程序进行识别的相当简单，出错几率低。
本实例的具体实施步骤如下：
(1)将上述的红外热像定位板放在测量台上，该测量台有互相垂直的固定方块作为限位装置将定位板放置的位置固定在红外热像仪的视场中间位置，调整红外热像仪和测量台在同一直线上，如图2和2a所示；
(2)使用电吹风向红外热像定位板吹热风，使红外热像定位板的底板均匀受热；
(3)使用红外热像仪的实时拍摄功能，等红外热像图中出现明显的呈直角分布的三个低温点后拍摄红外热像图；
(4)使用定位程序调出红外热像图，使用鼠标在红外热像图中选出三个低温点的位置，然后通过程序计算出三个低温点变换为散热柱所在底板坐标系中的位置的坐标变换公式，通过该坐标变换公式计算出红外热像图中每个像素点所相对的在红外热像定位板的底板上的实际坐标位置；
(5)取下定位板，在同样位置放上需要分析的156mm×156mm太阳电池片，通过相应的处理后拍摄红外热像图，便可分析出电池片中缺陷的相应位置。
实施例2
将红外热像坐标定位方法应用于大型窑炉壁检修的领域，使用的红外热像定位板如图3所示，包括底板1和垂直设于底板1上的散热柱2，由于窑炉壁温度较高，所以底板1使用耐高温的陶瓷板，尺寸为1000mm×1000mm×20mm，散热柱2使用热稳定性能较好的钨，直径为10mm，高度为10mm，但实际上以上并非是对底板和散热住的尺寸进行限定，可以根据分析对象的不同，进行相应的调整即可，散热柱数量为四个，分布如图3所示，该直角三角形的边长为8000mm、8000mm，直角顶点位于以定位板坐标系的（100mm，100mm）处（该坐标系以底板一直角顶点为原点O，平行于直角三角形两边的边为xy轴，如图1中所示）。散热柱使用这样的分布方式主要利用这四点建立一个直角坐标系，其中垂直边在中间处多一个散热柱有两个作用：1、辨别xy轴；2、提高竖直方向也是y轴的分辨精度（由于窑炉壁上的耐火砖都是平放的，竖直的方向比水平方向需要更高的精度去确定那个砖块出了问题）
本实例的具体实施步骤如下：
(1)如图3所示将上述的红外热像定位板21放在窑炉壁22的左下角，红外热像定位板21的左边缘和下边缘与窑炉壁22的左下角边缘对齐；
(2)红外热像定位板紧贴炉壁，由于炉壁温度较高，经过热传导红外热像定位板均匀受热；
(3)使用红外热像仪23的实时拍摄功能，等红外热象图中出现明显的呈直角分布的四个低温点后拍摄红外热像定位板的红外热象图；
(4)使用定位程序调出红外热像定位板的红外热像图，使用鼠标在红外热像图中选出四个低温点的位置，然后通过程序计算出四个低温点变换为散热柱所在底板坐标系中的位置的坐标变换公式，通过该坐标变换公式计算出红外热象图中每个像素点所相对的实际底板坐标位置；
(5)移开红外热像定位板，重新拍摄炉壁的红外热像图，经过对图中温度异常点的像素位置计算，便可以计算出需要更换耐火砖的位置，并据此进行窑炉壁的维护。
实施例3
将红外热像坐标定位方法应用于汽车轮胎性能测试，使用的红外热像定位板如图5所示，包括底板和垂直设于底板上的散热柱，因为轮胎需要固定在一个支架上进行试验并且研究的主要对象是圆外环的橡胶部分，所以使用的定位板是一个圆环形，以圆环外径为190.5mm、内径为25.0mm为例，定位板的厚度与所需测试的轮胎的厚度一样便于固定在支架上，定位板的底板为木料制成，这是因为木材容易加工，重量也较轻，比较适合作为轮胎测试的定位板，散热柱使用不锈钢，本实施例中以直径为5mm，高度为10mm为例进行说明，散热柱数量为15个，分布如图5所示，散热柱使用这样的分布方式能轻易的确立一个极坐标系，每隔60度分布不同数量的散热柱即使在人为确定低温点时出现误差的情况下也可以通过最小二乘法的算法较为精确的确定极坐标原点的位置，同时也可以通过不同散热柱间隔比较的方法避免红外热像仪图像的像素为直角坐标分布而引起的实际坐标确定的误差。
本实例的具体实施步骤如下：
(1)如图6a-6b所示，将上述的红外热像定位板固定在测试支架上；
(2)使用热吹风进行加热或使用热水浸泡使定位板均匀受热；
(3)使用红外热像仪的实时拍摄功能，等红外热像图中出现15个低温点后拍摄红外热象图；
(4)使用定位程序调出红外热像图，使用鼠标在红外热像图中选出15个低温点的位置，然后通过程序计算出15个低温点变换为散热柱所在底板坐标系中的位置的坐标变换公式，通过该坐标变换公式计算出红外热像图中每个像素点所相对的实际底板坐标位置；
(5)移开定位板，如图6c-6d所示在支架上固定好要测试的轮胎，经过旋转摩擦或应力试验等实验后，使用红外热像仪拍摄热像图，经过对热像图中温度异常点像素位置计算，便可以计算出需其实际位置，从而研究轮胎的各项性能，并以此为根据发现问题和进行改善设计。
以上列举具体实施例对本发明进行说明。需要指出的是，以上实施例只用于对本发明作进一步说明，不代表本发明的保护范围，其他人根据本发明的提示做出的非本质的修改和调整，仍属于本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种红外热像坐标定位方法，其特征是含以下步骤：
(1)选取红外热像定位板，所述红外热像定位板包括底板和垂直设于底板上的多个散热柱；
(2)均匀加热红外热像定位板；
(3)采用红外热像仪拍摄红外热像定位板的红外热像图；
(4)找出红外热像定位板的红外热像图中的低温点；
(5)根据红外热像图中红外热像定位板上散热柱的位置参数，计算出红外热像图中每个像素点的实际坐标位置；
(6)取下拍摄完的红外热像定位板，拍摄待分析样品的红外热像图，根据换算散热柱与待分析样品的位置关系，确定待分析样品各部位的实际坐标位置。
2.根据权利要求1所述的红外热像坐标定位方法，其特征是：步骤(1)中所述底板由散热性差的材料制成，所述的散热性差的材料为塑料、木材或陶瓷。
3.根据权利要求1所述的红外热像坐标定位方法，其特征是：步骤(1)中所述底板的大小为1cm2~1m2。
4.根据权利要求1所述的红外热像坐标定位方法，其特征是：步骤(1)中所述散热柱由散热性好的金属材质制成，所述的金属材质为铁、铜、铝、锡、钨或镍。
5.根据权利要求1所述的红外热像坐标定位方法，其特征是：步骤(1)中所述散热柱的数量为1~100个。
6.根据权利要求1所述的红外热像坐标定位方法，其特征是：步骤(1)中所述散热柱的一端垂直镶嵌于红外热像定位板的底板中，另一端高出底板表面0.1~20cm。
7.根据权利要求1所述的红外热像坐标定位方法，其特征是：步骤(6)中对于小型样品，将红外热像定位板置于具有限位结构的装置上，调整红外热像仪和具有限位结构的装置在同一直线上，拍摄完红外热像定位板的红外热像图后，取下红外热像定位板，在同样位置放置待分析的小型样品，通过拍摄小型样品的红外热像图，确定该小型样品的各部位的实际坐标位置。
8.根据权利要求1所述的红外热像坐标定位方法，其特征是：步骤(6)中对于大型样品，将红外热像定位板固定于大型样品上，调整大型样品和红外热像仪在同一直线上，拍摄完红外热像定位板的红外热像图后，取下红外热像定位板，拍摄待分析的大型样品的红外热像图，确定该大型样品各部位的实际坐标位置。
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