專利名稱：超聲紅外無損檢測(cè)中熱圖序列缺陷信號(hào)的自動(dòng)識(shí)別方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及圖像處理領(lǐng)域，具體而言，涉及一種超聲紅外無損檢測(cè)中熱圖序列缺陷信號(hào)的自動(dòng)識(shí)別方法。
背景技術(shù)：
超聲紅外無損檢測(cè)技術(shù)是二十世紀(jì)末發(fā)展并逐漸成熟的一種無損檢測(cè)技術(shù)。此技術(shù)以一定頻率的超聲施加到被測(cè)試件，超聲源通常選自用作塑料焊接的超聲焊槍，超聲脈沖時(shí)間長(zhǎng)度、功率及壓力等參數(shù)根據(jù)檢測(cè)任務(wù)可調(diào)整。其檢測(cè)原理為試件在超聲激勵(lì)下產(chǎn)生振動(dòng)，缺陷表面由于摩擦或由于熱彈效應(yīng)而產(chǎn)生熱量，采用紅外熱像儀連續(xù)觀察和記錄物體表面的溫場(chǎng)變化，并通過現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)及圖像信息處理技術(shù)進(jìn)行時(shí)序熱波信號(hào)的處理和分析，可實(shí)現(xiàn)對(duì)物體內(nèi)部缺陷或損傷的檢測(cè)。超聲紅外無損檢測(cè)技術(shù)所獲得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)為紅外熱圖序列，其序列數(shù)隨實(shí)驗(yàn)參數(shù)而改變。由于理論上僅缺陷處產(chǎn)生熱量，而非缺陷處沒有熱量產(chǎn)生，為了避免環(huán)境溫度等的影響，通常是熱圖序列中所有圖像均減掉超聲激勵(lì)前的圖像而得到溫度變化熱圖序列。通過人工分析所獲得溫度變化熱圖序列中的較高溫度區(qū)域，也就是灰度圖像中的較亮區(qū)域而實(shí)現(xiàn)缺陷信號(hào)的判別。但在實(shí)際應(yīng)用中，除了缺陷信號(hào)在灰度熱圖中表現(xiàn)為亮區(qū)域，大量干擾信號(hào)也表現(xiàn)為亮區(qū)域，比如熱反射、噴漆造成的偽缺陷等。大量干擾信號(hào)的存在不僅給人工分析帶來困難，也給自動(dòng)識(shí)別帶來困難。同時(shí)，由于大量應(yīng)用是針對(duì)位于表面下的微裂紋檢測(cè)，由于超聲激勵(lì)效率等因素的影響，所產(chǎn)生的熱量而造成的溫升可能僅略高于噪聲水平，這同樣給自動(dòng)識(shí)別算法帶來困難。由于熱圖中存在大量的干擾信號(hào)，利用傳統(tǒng)的圖像處理和識(shí)別方法有較大困難。目前，對(duì)于超聲紅外無損檢測(cè)技術(shù)中缺陷信號(hào)的自動(dòng)識(shí)別算法研究較少，鄭凱等人針對(duì)一個(gè)具有兩個(gè)鋸縫的鋁試件采用的缺陷信號(hào)判斷標(biāo)準(zhǔn)為缺陷區(qū)域的溫度峰值、選定溫度閾值以上的面積和熱量的變化均為單調(diào)上升變?yōu)閱握{(diào)下降，同時(shí)，溫度峰值、熱量和面積單調(diào)下降隨時(shí)間相繼出現(xiàn)。但是在實(shí)際應(yīng)用中，干擾信號(hào)可能具有其方法中所采用的類似特征，從而不能正確識(shí)別缺陷信號(hào)。同時(shí)，其僅針對(duì)一個(gè)被測(cè)試件，且未考慮微裂紋問題，而大部分應(yīng)用且最重要的應(yīng)用是針對(duì)微裂紋檢測(cè)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種超聲紅外無損檢測(cè)中熱圖序列缺陷信號(hào)的自動(dòng)識(shí)別方法，用以自動(dòng)識(shí)別待測(cè)試件是否有缺陷。本發(fā)明的理論基礎(chǔ)是在超聲激勵(lì)下，缺陷可近似看作為一個(gè)穩(wěn)定熱源。假設(shè)被測(cè)試件為一半無窮大平板，其厚度為D。并假設(shè)缺陷為矩形形狀，其長(zhǎng)寬分別為L(zhǎng)1和L2，其距被測(cè)前表面距離為d。矩形缺陷靠近被測(cè)前表面的邊緣中心點(diǎn)作為坐標(biāo)原點(diǎn)，在不考慮下表面熱量反射且熱源函數(shù)簡(jiǎn)化為I的情況下，坐標(biāo)點(diǎn)(U，V)在時(shí)刻T的溫度可簡(jiǎn)化為
權(quán)利要求
1.一種超聲紅外無損檢測(cè)中熱圖序列缺陷信號(hào)的自動(dòng)識(shí)別方法，其特征在于，包括以下步驟 步驟1，使用超聲源在設(shè)定頻率、脈沖時(shí)間長(zhǎng)度、功率和壓力條件下激勵(lì)被測(cè)試件，同時(shí)通過紅外熱像裝置獲取被測(cè)試件表面的熱圖序列T(U，V, t)，其中，U、V為被測(cè)試件表面的坐標(biāo)，t為時(shí)間； 步驟2，根據(jù)被測(cè)試件超聲激勵(lì)前的圖像對(duì)熱圖序列T(u，v, t)進(jìn)行減背景處理，得到溫升熱圖序列f (U, V, t); 步驟3,選取時(shí)間點(diǎn)h的第一溫升熱圖 ^ιι,ν,Ι^)和時(shí)間點(diǎn)t2的第二溫升熱圖f(u,v,t2)，其中，h為激勵(lì)時(shí)間內(nèi)靠前的某一時(shí)刻，&取為超聲激勵(lì)時(shí)間內(nèi)靠后的某一時(shí)刻； 步驟4，選取全局閾值并根據(jù)全局閾值方法去除第一溫升熱圖f (U，V, 中的噪聲信號(hào)，得到圖像g(u，v)； 步驟5，分別計(jì)算第一溫升熱圖 Χιι,ν，^和第二溫升熱圖f(u，v，t2)中每個(gè)像素點(diǎn)的N0值，將h時(shí)刻和t2時(shí)刻的Ntl值均大于第一設(shè)定閾值的像素點(diǎn)在圖像g(U，V)中的像素值置為1，將圖像g(u，v)中其余像素點(diǎn)的像素值置為O，其中，Ntl值為歸一化溫度-空間曲線中左邊溫度升高的點(diǎn)數(shù)加上右邊溫度降低的點(diǎn)數(shù)； 步驟6，將圖像g(u，v)中連通區(qū)域內(nèi)像素?cái)?shù)不大于第二設(shè)定閾值的亮區(qū)域的像素值置為O ; 步驟7，提取圖像g(u，v)中亮區(qū)域缺陷處每一行溫度最大值處對(duì)應(yīng)A1和A2,并將其作為支持向量機(jī)算法訓(xùn)練集中的第一缺陷特征類，提取g(u，v)中亮區(qū)域非缺陷處溫度最大值處對(duì)應(yīng)的A1和A2，并將其作為支持向量機(jī)算法訓(xùn)練集中的第一非缺陷特征類，以高斯徑向基函數(shù)作為第一核函數(shù)，其正則參數(shù)C取I,寬度參數(shù)Y取O. I,采用支持向量機(jī)算法進(jìn)行學(xué)習(xí)，得到第一分類函數(shù)，其中，A1為時(shí)刻溫度-空間歸一化曲線面積
2.如權(quán)利要求I所述的自動(dòng)識(shí)別方法，其特征在于，所述超聲源為超聲焊槍，其激勵(lì)頻率為單一頻率。
3.如權(quán)利要求I所述的自動(dòng)識(shí)別方法，其特征在于，所述超聲源可采用多個(gè)頻率或連續(xù)頻段進(jìn)行激勵(lì)。
4.如權(quán)利要求2所述的自動(dòng)識(shí)別方法，其特征在于，所述超聲焊槍采用接觸式對(duì)被測(cè)試件進(jìn)行激勵(lì)。
5.如權(quán)利要求2所述的自動(dòng)識(shí)別方法，其特征在于，所述超聲焊槍采用非接觸方式對(duì)被測(cè)試件進(jìn)行激勵(lì)。
6.如權(quán)利要求2所述的自動(dòng)識(shí)別方法，其特征在于，所述超聲焊槍為固定式。
7.如權(quán)利要求2所述的自動(dòng)識(shí)別方法，其特征在于，所述超聲焊槍為手持式的。
8.如權(quán)利要求I所述的自動(dòng)識(shí)別方法，其特征在于，所述全局閾值根據(jù)紅外熱像裝置的信噪比參數(shù)確定。
9.如權(quán)利要求I所述的自動(dòng)識(shí)別方法，其特征在于，所述第二設(shè)定閾值根據(jù)紅外熱像裝置的空間分辨率確定。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種超聲紅外無損檢測(cè)中熱圖序列缺陷信號(hào)的自動(dòng)識(shí)別方法，采用超聲源以一定頻率和脈沖時(shí)間長(zhǎng)度作用在被測(cè)試件上，缺陷處由于摩擦或熱彈效應(yīng)等而生熱，從而引起其對(duì)應(yīng)表面溫場(chǎng)變化，使用熱像儀記錄該表面溫場(chǎng)變化，并提取二維熱擴(kuò)散特征值，進(jìn)而結(jié)合圖像處理和支持向量機(jī)算法有效的實(shí)現(xiàn)了超聲紅外無損檢測(cè)技術(shù)中熱圖序列缺陷信號(hào)自動(dòng)識(shí)別。
文檔編號(hào)G01N21/35GK102628796SQ20121006554
公開日2012年8月8日 申請(qǐng)日期2012年1月13日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月13日
發(fā)明者馮立春, 張存林, 曾智, 王迅, 陶寧 申請(qǐng)人:北京維泰凱信新技術(shù)有限公司, 首都師范大學(xué)