CN1696674A - 红外热波检测层析图像的重建方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种红外热波检测层析图像的重建方法，其解决了红外热波检测的层析图像的成像问题。其特征在于使用脉冲或周期方式对被测物体表面进行加热，并使用红外热像装置连续获得被测物体表面的热图像，然后根据在不同时间点上获得的表面热图像以及物体内部结构深度特性与其反应到表面温场的时间的对应关系，得到对应一定深度的断面图像。在此基础上还能通过把不同深度上的断面图像层叠起来构成立体数字图像，实现多角度地观察被测物体内部缺陷。

Description

红外热波检测层析图像的重建方法

技术领域

本发明涉及红外热波无损检测技术，特别是红外热波无损检测层析图像的重建方法。

背景技术

红外热波无损检测技术是二十世纪九十年代后发展起来的一种无损检测技术。此方法以热波理论为理论根据，利用对被测物体表面加热、并利用红外热像仪等方法来记录物体表面温场的变化。由热波理论可知，当物体内部存在杂质或分层等缺陷时，其热特性与其周围的物质不同，因而其热传导特性的异常会在物体的表面温场中以热回波的形式体现出来，通过对表面温场的判读，就可以对物体内有无缺陷及缺陷的种类和性质进行区分。目前的红外热波探测方法存在这样一个不足：即无法实现对物体的内部某个特定截面进行层析图像处理。

发明内容

为克服在先技术的不足，本发明提供一种红外热波检测层析图像的重建方法，从而实现在红外热波检测中对被测物体层析图像的重建。

为了实现本发明的目的，本发明采取的技术方案包括如下步骤：

1.使用加热设备用脉冲或周期方法对被测物体进行加热，同时使用红外热像装置获得被测物体表面的热图序列，并将热图序列存储在通用的存储器中；

2.根据获得的表面热图序列，确定参考区域，即指定图像中没有缺陷出现的若干参考区域，然后根据参考区域的平均灰度值确定图像的噪声范围；

3.确定热图序列中存在缺陷区域的帧，当图像中某区域与参考区域的灰度值的差值大于噪声范围且持续一段时间，由此可找出热图序列中存在缺陷区域的帧；

4.在识别出存在缺陷区域的帧后，根据设定的帧频和采集热图开始的时间确定该帧记录发生的时间，即被测物体内部缺陷在其表面产生影响的时间；

5.根据 $\mathrm{\Δ}{T}_m=\frac{C}{\sqrt{2\mathrm{\πe}}}\frac{1}{d}$ 确定缺陷区域所对应的被测物体内部存在缺陷的深度d值；

6.把同一深度的内部信息结合，经过计算可以得到该深度的断面图像。

在上述技术方案的基础上，可以进一步利用常规图像处理算法，将若干帧的断面图像合成数字立体图像并显示。

其中，对被测物体加热时采用的加热设备可以是高能闪光灯、探照灯、红外加热设备以及微波加热设备等。对被测物体加热时间、热像装置采集频率以及采集时间，需要根据被测物体的性质设定。在得到内部缺陷在表面影响出现的时间后，根据物体内部结构的深度与其热特性反映到表面温场所需时间之间的对应关系，可以计算得到内部缺陷的深度。把同一深度的内部信息结合起来，经过计算便可以得到相应深度的断面图像。把对应不同深度的断面图像进行层叠并插值还可以构成立体数字图像，进而实现全方位的了解被测物体内部缺陷的特征。

本发明不仅可以得到红外热波检测的层析图像，还能够在此基础上利用常规的图像处理技术合成数字立体图像，使得能多角度地观察被测物体的内部缺陷。

附图说明：

图1为本发明红外热波无损检测层析图像的重建方法原理图；

图2为被测物体材料的结构示意图；

图3为实施例中热像仪记录的被测试件表面热图；

图4到图9分别为实施例中对应深度d为1.5mm、2.2mm、3.4mm、4.5mm、5.5mm、6.4mm的层析结果。

具体实施方式：

图1为本发明红外热波无损检测层析图像的重建方法原理图，同时也是一个应用本发明方法的实际***的结构示意图。

下面将结合实施例来说明红外热波检测层析图像的重建过程。此实施例中所采用的被测物体表面温场施加方式为高能闪光灯脉冲加热的方法。

参照图1和图2，高能闪光灯1对被测物体2表面21释放可见光能量，被测物体2表面21在此能量的作用下温度升高，从而形成比被测物体内部温度高的表面温场。

在高的表面温场的作用下，热流向被测物体内部运动。假设在被测物体内部距表面为d的断面22中的某个区域存在缺陷，根据热波理论，由于其热特性与其它正常区域不同，因而会引起热波的反射。反射的热波会导致在被测物体表面21中的相应区域表现出与内部无缺陷对应的表面区域不同的温场分布。

根据热波理论，以脉冲表面温场刚建立的时间为时间原点，则经过 $t_m=\frac{2d^2}{\mathrm{\α}}$ 的时间以后，内部有缺陷部分对应的表面和内部无缺陷部分对应的表面温场的温度差达到最大值 $\mathrm{\Δ}{T}_m=\frac{C}{\sqrt{2\mathrm{\πe}}}\frac{1}{d}.$ 在前面的公式中，d为缺陷与被测物体表面的距离；α为热扩散系数，即热传导率与体热容的比值；C为单位面积所加热能与体热容的比值。

本发明使用识别缺陷的方法和过程为：由操作者指定图像中没有缺陷出现的几个参考区域，算法根据参考区域的平均灰度值确定图像噪声范围，当图像中某区域与参考区域的灰度值的差值大于噪声范围且持续一段时间，即可判定此区域对应着被测物体内部的缺陷。

红外热像仪3实时记录被测物体的表面温场的变化，计算机4采集红外热像仪3得到的热图数据，得到被测物体表面温场的热图序列。根据温差最大出现的时间t_m与深度d的对应关系，根据所采集的热图序列，可以得到对应一定深度的被测物体的层析图像，把对应不同深度的层析图像进行层叠进而可以得到被测物体的立体数字图像。

应用本实际***对被测物体进行测试，试件为玻璃钢复合材料板，试件中的模拟缺陷为6个深度不同的平底洞。高能闪光灯在3ms内释放4.8kJ的能量，热像仪在闪光后立刻以15Hz的帧频记录70s的试件表面热图。图3为热像仪记录得到的热图之一。使用上述本发明提供的方法对热图序列处理后便可以得到相应的层析图像。图4、5、6、7、8、9分别为对应深度d为1.5mm、2.2mm、3.4mm、4.5mm、5.5mm、6.4mm的层析图像。

Claims (4)

1.一种红外热波检测层析图像的重建方法，其特征是：

(1)使用加热设备用脉冲或周期方法对被测物体进行加热，同时使用红外热像装置获得被测物体表面的热图序列，并将热图序列存储在通用的存储器中；

(2)根据获得的表面热图序列，确定参考区域，即指定图像中没有缺陷出现的若干参考区域，然后根据参考区域的平均灰度值确定图像的噪声范围；

(3)确定热图序列中存在缺陷区域的帧，当图像中某区域与参考区域的灰度值的差值大于噪声范围且持续一段时间，由此可找出热图序列中存在缺陷区域的帧；

(4)在识别出存在缺陷区域的帧后，根据设定的帧频和采集热图开始的时间确定该帧记录发生的时间，即被测物体内部缺陷在其表面产生影响的时间；

(5)根据 ${\mathrm{\ΔT}}_m=\frac{C}{\sqrt{2\mathrm{\πe}}}\frac{1}{d}$ 确定缺陷区域所对应的被测物体内部存在缺陷的深度d值；

(6)把同一深度的内部信息结合，经过计算可以得到该深度的断面图像。

2.根据权利要求1所述的红外热波检测层析图像的重建方法，其特征是对被测物体加热时采用的加热设备是高能闪光灯、探照灯、红外加热设备以及微波加热设备之一。

3.根据权利要求1或2所述的红外热波检测层析图像的重建方法，其特征是对被测物体加热时间、热像装置采集频率以及采集时间，需要根据被测物体的性质设定。

4.根据权利要求3所述的红外热波检测层析图像的重建方法，其特征是通过利用常规图像处理算法，将若干帧的断面图像合成数字立体图像并显示。

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