[发明专利]基于热对比度增强时间插值的高帧率热成像检测方法

说明书

本发明公开了一种基于热对比度增强时间插值的高帧率热成像检测方法，涉及多物理场热波无损检测技术领域，解决了热波无损检测中红外热像仪帧频率不高的技术问题，其技术方案要点是通过低秩张量填充模型在利用低帧率热图像序列低秩信息的同时，并引入平滑约束以考虑热张量的时‑空模态上的分段光滑先验信息，而获得高帧率热图像序列；再基于多项式时间插值方法来提供大量低秩张量填充模型所无法重建的热信息；对重建的热图像进行二值化分割以自动识别显著目标并确定其位置。最后对分割的重建热图像进行图像融合重建。不仅可获得同等条件下远高于红外热像仪最大帧频率的采样瞬间的热响应，自动识别显著目标和准确获得显著目标处的实时温度信息。

技术领域

本申请涉及多物理场热波无损检测技术领域，涉及通过融合分别由低秩张量填充法和时间插值法重建的热图像序列以显著提高红外热像仪帧频率，尤其涉及一种基于热对比度增强时间插值的高帧率热成像检测方法。

背景技术

近年来多物理场热波无损检测技术，例如光热成像、振动热成像由于具有高对比度、无接触、非破坏性等突出优点正广泛应用于工业复合材料、生物组织的无损检测。然而，由于目前常用的红外热像仪其帧频率通常较低，无法满足热成像技术在小涂层或薄层厚度定量评估、高频热成像等高要求场合的应用，极大地限制了多物理场热波无损检测技术的发展；并进一步制约了基于热成像技术的先进研究手段的探索和应用。因此，开展可显著提高红外热像仪帧频率的方法的研究就显得非常的必要和迫切。

目前，虽已有部分学者开展了关于热波无损检测中的红外热像仪帧频率提高方法的研究，但所提出的方法适用范围较为单一，例如，所提出的样条插值方法仅适用于脉冲热成像，同步欠采样方法仅适用于锁相热成像，因此，以上方法无法满足日益复杂多变的热成像采集要求。此外，以上所提出的高帧频率热成像检测方法无法自动地从所采集到的热图像序列中识别出显著目标，需要借助于其它特征提取手段，因此，增加了热成像检测的工作强度、降低了检测效率。

发明内容

本申请提供了一种基于热对比度增强时间插值的高帧率热成像检测方法，其技术目的是获得同等条件下远高于红外热像仪最大帧频率的采样瞬间的热响应，自动识别显著目标和准确获得显著目标处的实时温度信息。

本申请的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种基于热对比度增强时间插值的高帧率热成像检测方法，包括：

步骤1，通过红外热像仪在低帧率下采集含待测样品表面温度信息的低帧率热图像序列，并形成三阶热张量其中，表示实数集；N_x表示热图像横向分辨率；N_y表示热图像纵向分辨率；N_t表示所采集到的热图像序列的总帧数；亦即：(N_x,N_y)和N_t分别表示三阶热张量Z的空间模式和时间模式；

基于所述三阶热张量Z的低秩与时-空域平滑特性，构建基于时-空域平滑特性的低秩张量填充模型，所述低秩张量填充模型表示为：

其中，λ₁和λ₂表示正则化参数；α_n表示非负权重系数，α_n≥0，且L_(n)表示三阶热张量Z的第n维展开；和||·||_1,1分别表示任意矩阵的平方Frobenius范数和任意矩阵所有元素绝对值之和；X与Y都表示矩阵因子，且皆可沿三阶热张量Z的空间模式(N_x,N_y)与时间模式N_t展开，则Y_n＝(Y₁,Y₂,Y₃)，X_n＝(X₁,X₂,X₃)；W表示满足W^TW＝I条件的小波紧框架变换矩阵，I表示单位矩阵；表示垂直导数算子；