[发明专利]一种漆层下海洋腐蚀的高分辨率图像重构和状态评估方法

说明书

本发明提供了一种漆层下海洋腐蚀的高分辨率图像重构和状态评估方法，包括如下步骤：步骤1：方波发射器向试样区域发射脉冲电流；步骤2：脉冲电流驱动试样区域的线圈产生交变磁场，交变磁场在试验样品表面感生出交变的涡流；步骤3：涡流通过热效应对试验样品表面加热，试验样品在测试环境钟自然冷却；步骤4：红外摄像机捕捉试验样品表面的升温和降温过程，生成红外图像序列；步骤5：计算机获取红外图像序列，运用腐蚀区域图像重构算法和腐蚀区域状态评估方法对红外图像序列进行图像重构和数据处理。本发明提出基于实际物理模型的红外图形分析算法，综合考虑试验样品表面因外加激励而产生的升温和降温过程，适用性广，实用性强。

技术领域

本发明是一种漆层下海洋腐蚀的高分辨率图像重构和状态评估方法，涉及海洋腐蚀分析技术领域，具体涉及漆层下海洋腐蚀分析领域。

背景技术

目前应用脉冲涡流热成像技术进行腐蚀检测的主要算法是频域分析法。

频域分析法的步骤可分为：

①傅里叶变换：将红外图像序列作为采样序列，对各像素点进行傅里叶变换。

其中，Δt是红外图像采样时间间隔，T是表面温度，F_n表示离散序列的傅里叶变换各分量的幅值，Re_n和Im_n分别代表F_n的实部和虚部。

k代表第k帧图像；n表示第n次谐波；N代表图像序列总帧数。

②计算频域变换后的幅频特性和相频特性。

其中，A_n为像素点温度采样序列的幅频响应幅值，为相位角，下标n表示是第n次谐波。

③绘制特定频率的幅值/相位图像，表征腐蚀范围。

如图9所示，试样表面红外图像(a)腐蚀3个月(b)腐蚀1个月；5Hz对应幅值图像(c)腐蚀3个月(d)腐蚀1个月；4Hz对应相位图像(e)腐蚀3个月(f)腐蚀1个月，

图9对比了腐蚀时间分别为3个月和1个月的试样检测结果，其中(a)(b)为两件试样的红外图像(加热阶段最后一帧)；(c)(d)为红外图像序列傅里叶变换后，选取5Hz分量的幅值重构完成的幅值图像；(e)(f)为红外图像序列傅里叶变换后，选取4Hz分量的相位重构完成的相位图像。

④用腐蚀范围内的相位均值作为特征值，评估腐蚀程度(腐蚀时间)。

现有频域分析法的理论基础是：

其中，为红外辐射相位，即腐蚀层下的导体材料因涡流效应发热，透过腐蚀层和防锈漆层所导致的相位滞后；d和h分别为涡流渗透深度和腐蚀层厚度；μ_w是热辐射的波长。

由公式(5)可知，采用热辐射相位特征作为腐蚀表征的特征参数，其前提是：针对不同腐蚀试样(厚度不同、成分不同)，在相同的激励作用下，其红外辐射的相位差主要来自于腐蚀层厚度差异所导致的热导系数不同。因此，公式(5)对应的物理模型应为：外加激励产生的交变磁场穿透漆层和腐蚀层，直接在导体材料表面感应产生涡流和焦耳热；导体材料表面的热辐射仅透过漆面(未腐蚀区域)和透过漆面以及腐蚀层(腐蚀区域)时将产生相位差。而实际上分析腐蚀层的成分和脉冲涡流加热过程即可知：因为腐蚀时间不同，腐蚀层不仅体现为厚度有差异，更重要的是因其腐蚀产物的成分不同所导致的磁导率差异；而磁导率不同将导致相同的外加磁场在被测试样表面产生的涡流本身相位就存在显著差异，由其电阻效应导致的表面热源在产生时即已存在相位差。这一物理过程包含了试样材料的升温和降温过程，并分别由于磁滞效应和热传导系数差异产生热辐射波的相位差，与公式(5)的物理模型有着本质区别。