專利名稱：紅外熱波檢測層析圖像的重建方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及紅外熱波無損檢測技術(shù)，特別是紅外熱波無損檢測層析圖像的重建方法。
背景技術(shù)：
紅外熱波無損檢測技術(shù)是二十世紀(jì)九十年代后發(fā)展起來的一種無損檢測技術(shù)。此方法以熱波理論為理論根據(jù)，利用對被測物體表面加熱、并利用紅外熱像儀等方法來記錄物體表面溫場的變化。由熱波理論可知，當(dāng)物體內(nèi)部存在雜質(zhì)或分層等缺陷時，其熱特性與其周圍的物質(zhì)不同，因而其熱傳導(dǎo)特性的異常會在物體的表面溫場中以熱回波的形式體現(xiàn)出來，通過對表面溫場的判讀，就可以對物體內(nèi)有無缺陷及缺陷的種類和性質(zhì)進行區(qū)分。目前的紅外熱波探測方法存在這樣一個不足即無法實現(xiàn)對物體的內(nèi)部某個特定截面進行層析圖像處理。

發(fā)明內(nèi)容
為克服在先技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種紅外熱波檢測層析圖像的重建方法，從而實現(xiàn)在紅外熱波檢測中對被測物體層析圖像的重建。
為了實現(xiàn)本發(fā)明的目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案包括如下步驟1.使用加熱設(shè)備用脈沖或周期方法對被測物體進行加熱，同時使用紅外熱像裝置獲得被測物體表面的熱圖序列，并將熱圖序列存儲在通用的存儲器中；2.根據(jù)獲得的表面熱圖序列，確定參考區(qū)域，即指定圖像中沒有缺陷出現(xiàn)的若干參考區(qū)域，然后根據(jù)參考區(qū)域的平均灰度值確定圖像的噪聲范圍；3.確定熱圖序列中存在缺陷區(qū)域的幀，當(dāng)圖像中某區(qū)域與參考區(qū)域的灰度值的差值大于噪聲范圍且持續(xù)一段時間，由此可找出熱圖序列中存在缺陷區(qū)域的幀；4.在識別出存在缺陷區(qū)域的幀后，根據(jù)設(shè)定的幀頻和采集熱圖開始的時間確定該幀記錄發(fā)生的時間，即被測物體內(nèi)部缺陷在其表面產(chǎn)生影響的時間；5.根據(jù)ΔTm=C2πe1d]]>確定缺陷區(qū)域所對應(yīng)的被測物體內(nèi)部存在缺陷的深度d值；6.把同一深度的內(nèi)部信息結(jié)合，經(jīng)過計算可以得到該深度的斷面圖像。
在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，可以進一步利用常規(guī)圖像處理算法，將若干幀的斷面圖像合成數(shù)字立體圖像并顯示。
其中，對被測物體加熱時采用的加熱設(shè)備可以是高能閃光燈、探照燈、紅外加熱設(shè)備以及微波加熱設(shè)備等。對被測物體加熱時間、熱像裝置采集頻率以及采集時間，需要根據(jù)被測物體的性質(zhì)設(shè)定。在得到內(nèi)部缺陷在表面影響出現(xiàn)的時間后，根據(jù)物體內(nèi)部結(jié)構(gòu)的深度與其熱特性反映到表面溫場所需時間之間的對應(yīng)關(guān)系，可以計算得到內(nèi)部缺陷的深度。把同一深度的內(nèi)部信息結(jié)合起來，經(jīng)過計算便可以得到相應(yīng)深度的斷面圖像。把對應(yīng)不同深度的斷面圖像進行層疊并插值還可以構(gòu)成立體數(shù)字圖像，進而實現(xiàn)全方位的了解被測物體內(nèi)部缺陷的特征。
本發(fā)明不僅可以得到紅外熱波檢測的層析圖像，還能夠在此基礎(chǔ)上利用常規(guī)的圖像處理技術(shù)合成數(shù)字立體圖像，使得能多角度地觀察被測物體的內(nèi)部缺陷。


圖1為本發(fā)明紅外熱波無損檢測層析圖像的重建方法原理圖；圖2為被測物體材料的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為實施例中熱像儀記錄的被測試件表面熱圖；圖4到圖9分別為實施例中對應(yīng)深度d為1.5mm、2.2mm、3.4mm、4.5mm、5.5mm、6.4mm的層析結(jié)果。
具體實施例方式圖1為本發(fā)明紅外熱波無損檢測層析圖像的重建方法原理圖，同時也是一個應(yīng)用本發(fā)明方法的實際系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
下面將結(jié)合實施例來說明紅外熱波檢測層析圖像的重建過程。此實施例中所采用的被測物體表面溫場施加方式為高能閃光燈脈沖加熱的方法。
參照圖1和圖2，高能閃光燈1對被測物體2表面21釋放可見光能量，被測物體2表面21在此能量的作用下溫度升高，從而形成比被測物體內(nèi)部溫度高的表面溫場。
在高的表面溫場的作用下，熱流向被測物體內(nèi)部運動。假設(shè)在被測物體內(nèi)部距表面為d的斷面22中的某個區(qū)域存在缺陷，根據(jù)熱波理論，由于其熱特性與其它正常區(qū)域不同，因而會引起熱波的反射。反射的熱波會導(dǎo)致在被測物體表面21中的相應(yīng)區(qū)域表現(xiàn)出與內(nèi)部無缺陷對應(yīng)的表面區(qū)域不同的溫場分布。
根據(jù)熱波理論，以脈沖表面溫場剛建立的時間為時間原點，則經(jīng)過tm=2d2α]]>的時間以后，內(nèi)部有缺陷部分對應(yīng)的表面和內(nèi)部無缺陷部分對應(yīng)的表面溫場的溫度差達到最大值ΔTm=C2πe1d.]]>在前面的公式中，d為缺陷與被測物體表面的距離；α為熱擴散系數(shù)，即熱傳導(dǎo)率與體熱容的比值；C為單位面積所加熱能與體熱容的比值。
本發(fā)明使用識別缺陷的方法和過程為由操作者指定圖像中沒有缺陷出現(xiàn)的幾個參考區(qū)域，算法根據(jù)參考區(qū)域的平均灰度值確定圖像噪聲范圍，當(dāng)圖像中某區(qū)域與參考區(qū)域的灰度值的差值大于噪聲范圍且持續(xù)一段時間，即可判定此區(qū)域?qū)?yīng)著被測物體內(nèi)部的缺陷。
紅外熱像儀3實時記錄被測物體的表面溫場的變化，計算機4采集紅外熱像儀3得到的熱圖數(shù)據(jù)，得到被測物體表面溫場的熱圖序列。根據(jù)溫差最大出現(xiàn)的時間tm與深度d的對應(yīng)關(guān)系，根據(jù)所采集的熱圖序列，可以得到對應(yīng)一定深度的被測物體的層析圖像，把對應(yīng)不同深度的層析圖像進行層疊進而可以得到被測物體的立體數(shù)字圖像。
應(yīng)用本實際系統(tǒng)對被測物體進行測試，試件為玻璃鋼復(fù)合材料板，試件中的模擬缺陷為6個深度不同的平底洞。高能閃光燈在3ms內(nèi)釋放4.8kJ的能量，熱像儀在閃光后立刻以15Hz的幀頻記錄70s的試件表面熱圖。圖3為熱像儀記錄得到的熱圖之一。使用上述本發(fā)明提供的方法對熱圖序列處理后便可以得到相應(yīng)的層析圖像。圖4、5、6、7、8、9分別為對應(yīng)深度d為1.5mm、2.2mm、3.4mm、4.5mm、5.5mm、6.4mm的層析圖像。
權(quán)利要求
1.一種紅外熱波檢測層析圖像的重建方法，其特征是(1)使用加熱設(shè)備用脈沖或周期方法對被測物體進行加熱，同時使用紅外熱像裝置獲得被測物體表面的熱圖序列，并將熱圖序列存儲在通用的存儲器中；(2)根據(jù)獲得的表面熱圖序列，確定參考區(qū)域，即指定圖像中沒有缺陷出現(xiàn)的若干參考區(qū)域，然后根據(jù)參考區(qū)域的平均灰度值確定圖像的噪聲范圍；(3)確定熱圖序列中存在缺陷區(qū)域的幀，當(dāng)圖像中某區(qū)域與參考區(qū)域的灰度值的差值大于噪聲范圍且持續(xù)一段時間，由此可找出熱圖序列中存在缺陷區(qū)域的幀；(4)在識別出存在缺陷區(qū)域的幀后，根據(jù)設(shè)定的幀頻和采集熱圖開始的時間確定該幀記錄發(fā)生的時間，即被測物體內(nèi)部缺陷在其表面產(chǎn)生影響的時間；(5)根據(jù)ΔTm=C2πe1d]]>確定缺陷區(qū)域所對應(yīng)的被測物體內(nèi)部存在缺陷的深度d值；(6)把同一深度的內(nèi)部信息結(jié)合，經(jīng)過計算可以得到該深度的斷面圖像。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的紅外熱波檢測層析圖像的重建方法，其特征是對被測物體加熱時采用的加熱設(shè)備是高能閃光燈、探照燈、紅外加熱設(shè)備以及微波加熱設(shè)備之一。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的紅外熱波檢測層析圖像的重建方法，其特征是對被測物體加熱時間、熱像裝置采集頻率以及采集時間，需要根據(jù)被測物體的性質(zhì)設(shè)定。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的紅外熱波檢測層析圖像的重建方法，其特征是通過利用常規(guī)圖像處理算法，將若干幀的斷面圖像合成數(shù)字立體圖像并顯示。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種紅外熱波檢測層析圖像的重建方法，其解決了紅外熱波檢測的層析圖像的成像問題。其特征在于使用脈沖或周期方式對被測物體表面進行加熱，并使用紅外熱像裝置連續(xù)獲得被測物體表面的熱圖像，然后根據(jù)在不同時間點上獲得的表面熱圖像以及物體內(nèi)部結(jié)構(gòu)深度特性與其反應(yīng)到表面溫場的時間的對應(yīng)關(guān)系，得到對應(yīng)一定深度的斷面圖像。在此基礎(chǔ)上還能通過把不同深度上的斷面圖像層疊起來構(gòu)成立體數(shù)字圖像，實現(xiàn)多角度地觀察被測物體內(nèi)部缺陷。
文檔編號G01N21/88GK1696674SQ200510077750
公開日2005年11月16日 申請日期2005年6月24日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月24日
發(fā)明者馮立春, 金萬平, 張存林, 陳繼華 申請人:首都師范大學(xué), 北京維泰凱信新技術(shù)有限公司