一種可抑制材料表面熱發(fā)射率不均影響的熱圖像處理方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種可抑制材料表面熱發(fā)射率不均影響的熱圖像處理方法，采用冷卻結(jié)束時的紅外熱圖像中各像素的紅外熱響應(yīng)幅度減去加熱開始前的紅外熱響應(yīng)幅度，再以結(jié)果去除加熱開始至結(jié)束期間任意時刻各像素的紅外熱響應(yīng)幅度與加熱開始前的紅外熱響應(yīng)幅度的差，生成新的熱紅外圖像。采用本發(fā)明生成的熱紅外圖像，可以抑制材料表面本身存在的熱發(fā)射率不均對熱紅外圖像影響，排除對缺陷檢測的干擾，提高對缺陷的檢測準(zhǔn)確率。
【專利說明】一種可抑制材料表面熱發(fā)射率不均影響的熱圖像處理方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于熱圖像處理【技術(shù)領(lǐng)域】，更為具體地講，涉及一種可抑制材料表面熱發(fā)射率不均影響的熱圖像處理方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在熱成像無損檢測中，主要通過特定時刻熱圖像的高低溫度對比判定缺陷的有無。該方法極易受材料表面熱發(fā)射率不均的影響，在金屬材料檢測中，問題尤其嚴(yán)重。如金屬表面的油污、銹蝕、水等，因熱發(fā)射率較高，極易在材料表面產(chǎn)生虛假的高溫，造成缺陷誤檢誤報。
[0003]根據(jù)Stefan-Boltzmann定律,單位面積黑體福射的功率j*與黑體溫度T的四次方成正比，即:
[0004]j* = OsbT4 (I)
[0005]其中σ sb是Stefan-Boltzmann常數(shù)，T是黑體的絕對溫度。在實(shí)際應(yīng)用中，材料表面的熱輻射與材料的表面狀況緊密相關(guān)，這種影響一般采用熱發(fā)射率ε表示，其定義為相同溫度下，物體熱輻射與黑體熱輻射的比值。因此，描述實(shí)際物體熱輻射時，Stefan-Boltzmann 定律表述為:
[0006]j* = ε OsbT4 (2)
[0007]當(dāng)材料表面存在油污、氧化或其他污潰時，材料表面熱發(fā)射率變的不再均勻。對于同一種材料，光亮表面的熱發(fā)射率最低，油污、粗糙表面的熱發(fā)射率相對較高，黑色表示的熱發(fā)射率最高。如光亮不銹鋼的熱發(fā)射率只有0.16，噴砂處理后上升到0.44，而氧化處理后可高達(dá)0.85。光亮鎳合金的熱發(fā)射率為0.05，當(dāng)表面有油污時，卻高達(dá)0.82。
[0008]根據(jù)式(2)可知，在同樣的溫度條件下，油污、氧化層、粗糙表面等的存在將大幅提高材料的熱輻射水平，從而在熱像儀上產(chǎn)生虛假的“高溫”。圖1是不銹鋼試樣A的照片。如圖1所示，在該長條形不銹鋼試樣A上等間距分布著亮暗條紋，明亮條紋為經(jīng)過拋光的表面，黑色條紋為噴涂了黑色涂層的區(qū)域。圖2是不銹鋼試樣A加熱結(jié)束時的紅外熱圖像。如圖2所示，本例中不銹鋼試樣A的紅外熱圖像中每個條紋的中間溫度最高，向兩邊逐漸降低。并且由于黑色條紋區(qū)域PosAl因具有更高的熱發(fā)射率，紅外熱圖像亮度較高，顯示為高溫，而明亮條紋區(qū)域PosA2因熱發(fā)射率較低而呈現(xiàn)低溫狀態(tài)。
[0009]在熱成像無損檢測中，缺陷的識別依賴于紅外熱圖像上的高低溫區(qū)域。所不同的是，缺陷引起的高低溫是熱量在缺陷處聚集或擴(kuò)散受阻的結(jié)果，而污潰、氧化等非缺陷的高熱發(fā)射率引起的“高溫”與材料內(nèi)部的結(jié)構(gòu)完整性無關(guān)，對應(yīng)區(qū)域的溫度并未真正提高。然而，污潰、氧化等非缺陷和缺陷引起的高溫在熱圖像上非常相似，極難區(qū)分，常常引起缺陷誤報。
[0010]為提高檢測效果，英、德、澳等國的學(xué)者分別通過在材料表面噴涂蒸餾水、黑色涂料等方式，抑制了材料表面熱發(fā)射率變化的影響。方法雖然可行，但增加了操作的復(fù)雜程度和檢測成本，降低了檢測效率，且會造成材料表面的污染，使用范圍有限。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種可抑制材料表面熱發(fā)射率不均影響的熱圖像處理方法，通過對材料紅外熱圖像進(jìn)行處理，抑制材料表面本身存在的熱發(fā)射率不均的影響，提高缺陷檢測的準(zhǔn)確率。
[0012]本發(fā)明通過對熱發(fā)射率引起的熱響應(yīng)變化進(jìn)行了理論和實(shí)驗(yàn)分析，發(fā)現(xiàn)在熱成像檢測時，熱激勵和熱傳導(dǎo)決定了材料溫度T的分布，溫度T和材料表面熱發(fā)射率ε決定了材料的熱輻射水平。根據(jù)式(2)，熱輻射與材料表面熱發(fā)射率ε成正比，因此可以認(rèn)為熱發(fā)射率僅僅改變了被測件的紅外熱響應(yīng)幅度，并未改變其紅外熱響應(yīng)幅度隨時間的變化規(guī)律。采用該結(jié)論對紅外熱圖像進(jìn)行處理即可抑制材料表面本身存在的熱發(fā)射率不均的影響。
[0013]本發(fā)明可抑制材料表面熱發(fā)射率不均影響的熱圖像處理方法，包括以下步驟:
[0014]S1:加熱開始前，采集被測件在熱平衡狀態(tài)下的紅外熱圖像，其中各像素點(diǎn)(m，n)
處紅外熱響應(yīng)幅度記為(O)；
[0015]S2:對被測件加熱并冷卻，在此期間任意時刻t采集一幅被測件的紅外熱圖像，其中各像素點(diǎn)(m，n)處紅外熱響應(yīng)幅度‘.,,O);
[0016]S3:當(dāng)被測件冷卻至熱平衡狀態(tài)時，采集被測件的紅外熱圖像，其中各像素點(diǎn)(m，n)處紅外熱響應(yīng)幅度記為丄^匕)；
[0017]S4:生成新的紅外熱圖像，各像素點(diǎn)(m，n)的紅外熱響應(yīng)幅度計算公式為:
[0018]
【權(quán)利要求】
1.一種可抑制材料表面熱發(fā)射率不均影響的熱圖像處理方法，其特征在于包括以下步驟: 51:加熱開始前，采集被測件在熱平衡狀態(tài)下的紅外熱圖像，其中各像素點(diǎn)(m，n)處紅外熱響應(yīng)幅度記為./?.?(()); 52:對被測件加熱并冷卻，在此期間任意時刻t采集一幅被測件的紅外熱圖像，其中各像素點(diǎn)(m，n)處紅外熱響應(yīng)幅度O); 53:當(dāng)被測件冷卻至熱平衡狀態(tài)時，采集被測件的紅外熱圖像，其中各像素點(diǎn)(m，n)處紅外熱響應(yīng)幅度記為/I,? O1); S4:生成新的紅外熱紅外圖像，各像素點(diǎn)(m，n)的紅外熱響應(yīng)幅度計算公式為:
2.根據(jù)權(quán)利要求 1所述的熱圖像處理方法，其特征在于，所述步驟S2中紅外熱圖像的采集時刻t為加熱結(jié)束時刻。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱圖像處理方法，其特征在于，所述步驟S3中熱平衡狀態(tài)的判定方法為:設(shè)定溫度下降速率閾值，當(dāng)被測件溫度下降速率小于等于該閾值時，則認(rèn)為被測件冷卻達(dá)到熱平衡狀態(tài)。
【文檔編號】G06T5/50GK103646386SQ201310648340
【公開日】2014年3月19日 申請日期:2013年12月5日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月5日
【發(fā)明者】程玉華, 白利兵, 陳凱, 張 杰 申請人:電子科技大學(xué)