[发明专利]一种基于热图像时间序列特征的红外图像增强方法

说明书

本发明公开了一种基于热图像时间序列特征的红外图像增强方法，首先对采集到的热图像序列进行处理，利用曲线拟合函数对每个点的温度‑时间响应曲线进行平滑处理并将求导得到第二帧时刻的导数值的算术平方根作为该点的涡流强度值；利用无源场的基尔霍夫电流定律和涡流场的物理性质作为约束条件，利用迭代算法得到涡流的水平分量情况和竖直分量情况，最后再将水平分量和竖直分量绘制成矢量图，得到涡流的流向图，从而实现了红外图像增强处理。

技术领域

本发明属于红外热图像处理技术领域，更为具体地讲，涉及一种基于热图 像时间序列特征的红外图像增强方法。

背景技术

近些年来，红外热成像无损检测技术已经发展为无损检测技术的一个重要 分支并得到了广泛关注。在红外热图像的处理和增强方面也取得了一系列的进 展。红外热成像无损检测技术可分为主动式和被动式。被动式指的是不对试件 施加任何激励，直接检测试件表面的热辐射强度；主动式指的是对试件施加一 定的激励，使试件内部的能量发生流动并记录试件表面热辐射的变化。主动式 热成像无损检测技术的激励源有很多种，不同的激励源产生热激励的方式也不 一样。以涡流作为激励源的脉冲涡流热成像无损检测技术以其加热快、热量分 布均匀、效率高等优势得到了广泛的应用。脉冲涡流热成像技术的主要原理在 于：高频的脉冲激励源使试件表面和内部感应出高频涡流，涡流在试件中的流 动总是选择阻抗最低的环路，当试件内部存在缺陷时，内部孔洞或者裂缝的存 在使得缺陷处的阻抗变大，因此当涡流遇到缺陷时，会绕过缺陷从缺陷的边缘 处流过，使得缺陷边缘处的涡流密度变大，由焦耳定律可知，导体中产生的热 量与电流的平方成正比，因此缺陷边缘处的温度要高于其他无缺陷区域，通过 观察红外热图像中的颜色差异即可判断出缺陷的轮廓。

通过对采集到的红外热图像或热图像序列进行处理，可以得到关于试件表 面和亚表面部分的缺陷信息。因此很多学者们对热图像和热图像序列的处理进 行了研究，目前对热图像的处理都只是将热图像看作一幅普通的可见光图像， 许多学者通过在空间域或者频率域对热图像中的各个像素进行处理，消除噪声， 提高图像质量从而达到使缺陷轮廓更加清晰，便于缺陷检测的目的。但是，这 些空间域的处理方法在对热图像或热图像序列进行处理时忽略了红外热图像的 成像原理，对数据本身的物理信息的挖掘极其有限。而热成像数据的物理含义 来源于电磁场，热场之间的能量转换，缺陷之间的耦合作用通过热场耦合的形 式表现出来，和缺陷的状态有着密切的联系，因此，开展新的分析角度和方法 有很大的研究意义。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于热图像时间序列特 征的红外图像增强方法，在充分考虑到热图像与可见光图像的区别时，利用无 源场的基尔霍夫电流定律作为约束条件，迭代得到被测试件表面涡流的大小和 流向，提高脉冲涡流热成像无损检测的准确性。

为实现上述发明目的，本发明一种基于热图像时间序列特征的红外图像增 强方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)、获取红外热图像序列

(1.1)、利用脉冲涡流热成像无损检测平台对常温状态下存在已知缺陷的试 件进行加热，并采集加热阶段的红外热图像视频流；

(1.2)、按照采集顺序，抽取出红外热图像视频流中所有加热阶段的P帧红 外热图像，组成红外热图像时间序列，其中，每帧红外热图像的大小为M×N， M、N分别为红外热图像长、宽；

(2)、温度信号重构

(2.1)、在第1～P帧红外热图像中，将位于同一坐标(x,y)处像素点的温度值 提取出来，再将P个温度值按照顺序存储在数组X中，其中，x≤M,y≤N；

(2.2)、利用polyfit函数对数组X中的温度值进行多项式拟合，得到平滑 的温度-时间曲线T(t)；