缺陷大小的红外热成像检测

缺 陷 面 积 大 小 的 时 间是在 最 大 对 比 度 图像 到后 半 最 大 对 比 度 图像 附 近 。 随 着缺 陷 深 度 的 增 加 , 同
直径 试 件 的缺 陷 面 积 也 随之 增 大 。 其 中半 最 大 对 比 度 宽度 方 法 最接近 实 际 缺 陷 面 积 大 小 。 在此 基
,
一
仁 〕 张建新 , 宗 明成 , 刘 官元 脉 冲加热红外成像无损 检测
技术 的研究 〕无损检测 , 马 ,
一
皿 〕 张记龙 红外热 图像技术在复合材料表面 缺陷检测 中
的理论 分 析 〔 〕测 试 技 术 学 报 ,
,
一
梅林 , 吴立德 , 王 裕文 脉 冲加热红外无损 检测 中 的图
像处理 〔 红外与毫米波 ,
像 素尺寸和试件 的实际 尺寸 的 比例得 到阁
从洲
·
从
飞
式中
,
—— 从 拓 ,
。,
分别为试件实 际 的长度 、 宽度 对应 图像 的行数和列数
—缺 陷 的实 际 面积 。
按式 对非金属 聚合物试件上 的圆孔缺 陷面
积进行计算 , 得其在热 图像 中对应 的实 际 面积应 为
个像素 。 再按此式计算通过上述几种处理方法 得到的图像 , 可得对应 时刻的缺陷大小 表 。
相 比仍然存在较大偏离 。
半最大对 比度宽度方法的改进
虽 然 半最大对 比度宽度法在上述各种 方法 中对
检测 方法
表 缺 陷面积大小检测结果
采集时间
,
像素
分割法 边缘检测法
半宽度法 最大梯度法 半宽度修正法
瀚年 二 翔
原图
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判 断分析分 割 图
州 一 分割钧
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的点 即最大梯度点 , 为 了 比较 , 将两边 的半最大对
比度宽度点也标注 出来 , 利用 缺 陷边 界梯度 变化 的
最 大值进行边 缘跟踪搜 索 , 就 可 以得 到缺 陷 的边 界 ,
如图
所示 。
结果分析
在图像 中缺 陷 面 积 的大 小 可 以用像素个数 来表示 。 在二值图 中取像 素值为 的像素点
缺陷深度对缺 陷大小检测 的影响
不 同深 度缺 陷的检测 结果分析
在实际的检测 过程 中 , 热扩散对缺陷面积大小
的检测 也会产生影 响 , 为 此 对 不 同深 度 缺 陷 的大小
检测 进行 了分析 , 试 件模型 如 图 所示 , 图 中直径
分别为 , 和
, 孔深 分别为
,
和
图 。 所示 为 分别 采 用 上 述 几 种 图像处
试 验 系统
红外检测试验 系统如 图 所示 。 使用 脉 冲加热
源 对试件进行 瞬态 加 热 , 使 被 检测 物体 中形 成 较 强
的热能波 。 红外成像处理 系统主要实现红外 图像 的
采集与处理 。 试 验 中采 用
型非制冷焦平
面热像仪进行热 图像采集 。 图像通 过
接口传
输到计算机 , 最高采集频率达
得到试件表面温度分布 的时 间序列 热 图 , 通过对 缺 陷处温度 随时间变化情况进行分析 , 以获得 缺 陷的 各 种信息 一 习。 由于 红外 图像和 一 般 可 见 光 图像 相 比具有 噪声 大 、 边 缘模糊 对 、 比度低和 加热不 均 匀 等
收稿 日期
一
一
作者简介 杨如意
一 , 男 , 研究 生 , 研究 方 献为红 外无损 检
归一化深度
改进后 的结果 图 缺陷深度与面积大小检测 的关系
缺陷大小 的检测 效果 是 较好 的 , 但是 仍与 实 际值有
较大差别 , 所 以需要对其进行改进 , 以提高检测精度 。
半最大对 比度 宽度 方法 实 际 上 是 利用 阂值分
割 , 将分割 阑值取 为缺 陷对 比度 最 大值 与 正 常 区 平
法有 图像分割 和边缘检测 两种 。 为 了得 到满 意 的结
果 , 在分割和边缘检测前通 常需要对原 图进行预处
理 , 笔者采取 的预处理措施 有加热不 均 消 除 、 自适应
对 比度增强 和 高斯平滑 , 处 理后 图像见 图
图 。
像分割和边缘检测 采用 的方法分别是经典 的判 断分
析 图像分割方法和
改变阂值选 取方法 , 提高 了缺 陷大小 的检 测精度 。
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算子 图像边缘检测 方法 ,
如图
和 所示 。
上述 的图像分割和边缘检测方法是一般的缺 陷 提取方法 , 没有考虑缺 陷面积大小 的 间题 。 为此需
要利用缺 陷半最 大对 比度宽度来表示 缺陷面积大
小 一 」, 得 到 二值 图像如 图
所示 。
在红外检测 中缺陷处 的热 图像灰度一般是 高于
或低于整 幅图像的灰度 平均值 , 由于热成像 的特 点
缺 陷大小 的红外热成像检测
杨 如 意 , 田裕鹏‘ , 梁 斌“ 南 京航 空航 天 大 学 自动 化 学 院 测 试 工 程 系 , 南京
南京 市锅 炉 压 力容 器检验研究 院 , 南京
摘 要 采用 红外方 法检刚 试 件 的 缺 陷 , 对 获得 的 红 外 热像 图用 不 同的 图像 处理 方 法进行 处 理 , 提取 出试 件 的 缺 格面 积 大 小 , 然后 对 不 同 方 法 的 检 测 结 果 进 行 评 定 。 试 验 结 果 表 明 , 最佳 检 测
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时间
图 不 同方法得到缺 陷面积检测结果
的缺 陷面 积大小都 比 中间 时 间段 检测 结 果 大 , 其 主 要原 因是这两个时 间段对 比度 图像都 比较模糊 , 从 而 造成检测结果误差 较 大 , 其 中图像 分割 法 受 图像 质量 的影 响最大 , 半 对 比度 最 大宽度 法 受 到 的影 响 最小 。 所 以缺 陷面积 大小 的最佳检测 时间是 在 图像 最清晰 , 即在最 大对 比度 图像到后 半最 大对 比度 图 像 附近 , 但是 由于红外 图像 的特殊性 , 缺陷面积大小 的检测 总是存在误差 , 而且检测结果大于实际面积 。
表 示缺陷大小 , 缺陷实际面积大小可 以根据热图的
《 原图
预处理图 扭 二值图
边缘图
半最大对 比度 宽度
最大梯度 图
饱 半最大对 比度宽度修 正 图
】
图 缺陷序列 对 比度 图像及其大小 的检测结果
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像素
图 缺陷截面分 布曲线
, 对应采集时间
热像仪
红外成像 处理 系统
图 红外成像检测系统
间隔为
, 仪器温度分辨率最 高达 。 ℃ 。 热
激励 源 为 两 支 功率 为 源强度和时间可控 。
的红外辐射灯 , 激励
试验 中所采用 平 板 试件 为 非 金 属 聚 合 物 材 料 ,
试件上人工 制作 了一定直径 和 深度 的 圆孔 来模拟 缺陷。
均值差 的一半 。 在缺 陷 的温 度 异 常分 布 区 中 , 在 中
心处温度异常最大 , 在缺陷实际边缘温度异常会 向
周 围正 常 区域传递 , 但传递 衰 减 很 快 , 约 与 一 ‘成 比
例 , 所以提出根据缺陷实际大小选择 区域并 以该 区
域温度平均值代替半最大对 比度宽度方法 中的最大
缺 陷大小 的检测
图像处理方法及 结果
试验 中所用 试件模 型 如 图 所示 。 试件 的实 际
缺 陷面积 为
, 。 热像 图 的采集 时 间分别
为
对 比度变 化最 大 ,
前半对 比度最
大,
对 比度最大 ,
后半对 比度最 大 ,
,
,
,
和
的图像 图 。
长三尸’
图 试件模型
常用 的获取表示 缺陷面积 大小 的二值 图像 的方
及热扩散 的影 响 , 导致热 图像边缘很模糊 , 而边界是 表示缺 陷面积 大小 的重 要 信息 。 通常情况下在 图像
边界处的灰度变化剧烈 , 所 以边 界处 的灰度变化率
有最大值 , 如图 所示 即是 经过 缺 陷 中心 的不 同时
间 图像扫描线上 的灰度分布 。 图 中缺 陷中心 处 的
灰度有最大值 , 在最大值两边各有灰度 变化率最快
值 , 阑值选取为
式中
认一
一。 ·
。
, 分别是缺 陷区 、 正常 区 的 图像灰度平均
值 要根据实际缺 陷面积大小合理选择 区域大
参考文 献
〕 杨黎俊 , 耿完祯 , 姜铃珍 , 等 红外成像检测 中的缺陷大
小评估 无损检测 ,
,
一
口 梅林 , 王裕文 , 薛锦 红 外热成像无损检测 缺 陷的一种
新方法 〔〕红外与毫米波 ,
结论
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狐攀彩 巨
归一化深度
不 同方法 的检测 结果
叫 一 半最大 宽度法 口 一 半最大 宽度修正 法
—真实值
根据红 外检测 的特 点 , 采用 不 同 图像处理 方法处理热像 图 , 最佳检测 缺 陷面积大小 的时 间是 在 最大对 比度 图像到后半最大对 比度 图像附近 。
随着缺 陷深 度 的 增 加 , 同直径 试件 的缺 陷 面积检测结果也随之增大 , 且通过半最 大对 比度 宽 度方法 检测 的结果最接近 于 缺陷面积 的实 际 大小 。
础 上 改 变 阂值 的 选取 方 法 , 进 一 步提 高 了缺 陷 面 积 大 小 的检 测 精度 。
关键 词 缺 陷 大 小 图像 处理 热 图像 红 外检 测
中图 分 类 号
文献标志码
文章编号
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红外热成像检 测 作 为一 种非接触 的检测 手 段 , 广泛应用于航空航天 、机械 、 医疗和石化等领域 。 与 常规五大无损 检测 手段相 比 , 它具有 快速 、 无需祸 合及大面积检测等特点 。 在利用 红外方法检测 缺 陷 时 , 不仅希望知道缺 陷是否存在 , 而且 希望得 到缺 陷 的定量信息 , 如缺 陷的大小 和 深度 , 这也是红外无损 检测 的难点所在 。 现 阶段一般采用 红 外成像设备
图 是通过上述几种检测方法得到 的缺 陷面积
大小变 化 的 曲线 。 从 图 中可 知 , 在 上 述 缺 陷大 小
检测方法 中 , 在激励开始阶段和检测结束 阶段得 到
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曰刊 一 分 割法
白 边缘检测法
倪升 半最大 宽度 法
最大梯度法
闷冲一 半 最大 宽度修 正 法
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阳 」 王永茂 , 郭兴旺 , 李 日华 红外 检测 中缺 陷大小 和 深 度
的测 量 〕激光与红外 ,
,
一
瀚年第 卷第 期
结果也 随之增 大 , 其 中半 对 比度 最 大方 法 检测 的结
果变化趋近 于 一条水平直线 , 即它 的变化是最小 的 ,
且变化 的规律性最好 , 检测 结果最 接 近 于 缺 陷实 际
大小 。 所 以利用半最大对 比度宽度方法来检测缺陷
面 积在 四种方法 中是 较好 的 , 但检测结 果 与实际值
测 和 图像处 理 。
以拍 年 第 卷 第 翔
特点 , 导致其与通过普通 图像处理方法提取 的缺陷 大小信息存在较大的误差 川 。
针对红外 图像 的特点 , 通过对 热像 图分别采用 直接边缘检测 、半最 大对 比度宽度 和边缘最大梯度 等检测 方 法 , 一 口提 取 缺 陷大小 , 计 算 并 比较 所 得 的 结果 。 并且分析 了缺 陷深度 对 缺 陷大小 检测 的影 响 , 改进 了半最大对 比度 宽度方法 , 提高了检测精度 。
一碑 一 取 人积
边缘检测
半最大宽度法
不 同深度缺陷检测结果
最 大梯 度 法
小 是调节系数 , 在半宽度法 中 一 。 。
根据上述分析 , 取为
, 得到缺陷二值 图
见图
, 缺 陷区域面积 大小见 表 , 与半 最 大对 比
度 宽度 方法 的对 比见 图
。 从图
中可 以看
出半最 大对 比度 宽度检测 的精度得到 了提高 。
理方法进行缺 陷大小提取 的结果 。
图 不 同深度缺陷的试件模型
将 相 同直径 不 同深度试件检测 的缺 陷面 积结果
绘制在 图
, 横坐 标是 缺 陷归一 深度 , 纵坐标 是
检测 出的缺 陷面积大小 。 从 图
中可 以 看 出 , 随
着缺 陷深度 的增加 , 同样 直径 试 件 的缺 陷面 积检测