一種利用輔助激光點(diǎn)成像的圖像采集裝置的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種利用輔助激光點(diǎn)成像的圖像采集裝置，屬于無損檢測領(lǐng)域。本裝置由感應(yīng)加熱單元、圖像采集單元、圖像處理單元組成。感應(yīng)加熱單元的渦流加熱探頭對被測埋地管道進(jìn)行非接觸式局部微加熱，埋地管道就會(huì)產(chǎn)生電渦流使管壁發(fā)熱，向外輻射紅外線，紅外熱像儀在紅外激光筆的輔助下對準(zhǔn)被測管道并進(jìn)行圖像采集，采集所得圖像通過圖像傳輸接口將圖像信息傳輸給計(jì)算機(jī)，在計(jì)算機(jī)上處理后，標(biāo)定出被子測管道是否有缺陷及缺陷的形狀和實(shí)際大小。本實(shí)用新型可與管道檢測機(jī)器人配合使用，用于對鋼結(jié)構(gòu)埋地管道的實(shí)時(shí)在線檢測。
【專利說明】
一種利用輔助激光點(diǎn)成像的圖像采集裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型涉及一種利用輔助激光點(diǎn)成像的圖像采集裝置，尤其涉及一種可與管道檢測機(jī)器人配合使用，采用非接觸主動(dòng)式局部微加熱紅外成像技術(shù)的管道內(nèi)部缺陷無損檢測系統(tǒng)，屬于無損檢測領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]輸送油氣介質(zhì)的埋地管道多為鋼結(jié)構(gòu)管道，由于腐蝕、老化或者遭遇破壞等原因會(huì)引起介質(zhì)泄漏事故，因此埋地油氣管道在運(yùn)行過程中，除了需要根據(jù)人工經(jīng)驗(yàn)定期檢查，還需要實(shí)時(shí)在線檢查，以對管道已泄露或可能發(fā)生泄露的危險(xiǎn)區(qū)域進(jìn)行及時(shí)的定位、補(bǔ)修，確保埋地管道的安全運(yùn)行。由于埋地管道的特殊性，目前，對埋地管道內(nèi)部缺陷進(jìn)行實(shí)時(shí)在線檢測的技術(shù)手段非常有限，更多的是憑經(jīng)驗(yàn)定期開挖檢測，或是等發(fā)生泄漏后再進(jìn)行開挖修復(fù)。
[0003]考慮到機(jī)器人的靈活性及不受環(huán)境制約，采用管道檢測機(jī)器人攜帶檢測裝置進(jìn)入管道內(nèi)完成實(shí)時(shí)在線檢測是一種快速有效的方式，也是目前管道內(nèi)檢測技術(shù)的重要發(fā)展方向。但目前可被機(jī)器人攜帶進(jìn)入管道、能與機(jī)器人配套使用的管道內(nèi)部缺陷檢測技術(shù)與裝備還非常缺乏，缺少管道內(nèi)部缺陷檢測技術(shù)與裝備，機(jī)器人只是一個(gè)移動(dòng)載體，通常只能進(jìn)行一些視頻觀察，例如查看管道是否阻塞，難以對管道實(shí)際存在的缺陷作出測定和判斷，這是制約管道機(jī)器人進(jìn)行應(yīng)用推廣的一個(gè)重要因素。目前用于管道檢測機(jī)器人上的檢測技術(shù)主要有漏磁通過檢測技術(shù)、壓電超聲波檢測技術(shù)。上述技術(shù)的不足之處在于:漏磁通過檢測技術(shù)在對管道進(jìn)行檢測時(shí)，要求管壁達(dá)到完全磁性飽和，測試精度與管壁厚度有關(guān)，厚度越大，精度越低，還易引起管壁磁化，對后續(xù)檢測和缺陷部位焊接修補(bǔ)造成不良影響，而且該技術(shù)的精度不高，對缺陷準(zhǔn)確的確定還需依賴操作人員的經(jīng)驗(yàn);壓電超聲波檢測技術(shù)是接觸式檢測技術(shù)，壓電探頭在運(yùn)行管道環(huán)境中易損壞，且壓電探頭需通過液體耦合劑與管壁保持連續(xù)的耦合，以保證超聲波能傳遞到被檢測管道表面，在實(shí)際應(yīng)用中較為復(fù)雜、繁瑣。
[0004]紅外熱成像檢測技術(shù)近年來發(fā)展較快，主要應(yīng)用于集成電路板的焊接質(zhì)量及工業(yè)上各種器件的焊縫檢測方面。由于紅外熱成像檢測技術(shù)具有無損、無磁、非接觸、無需耦合、快速實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)檢測距離等優(yōu)點(diǎn)，在埋地管道內(nèi)部缺陷實(shí)時(shí)在線檢測方面具有較好的應(yīng)用前景，但目前在管道內(nèi)部缺陷檢測領(lǐng)域的應(yīng)用研究較少，缺乏相應(yīng)的用于管道內(nèi)部缺陷檢測的實(shí)用技術(shù)與裝置。受到管道使用環(huán)境限制，如果不針對管道缺陷檢測需求特性進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，現(xiàn)有紅外熱成像檢測技術(shù)還難以直接應(yīng)用于管道內(nèi)部缺陷檢測中。此外，采用紅外熱成像進(jìn)行管道內(nèi)部缺陷檢測的基本原理是利用紅外熱成像儀接收待測物體表面向外輻射的紅外線，并通過相關(guān)的成像技術(shù)將其轉(zhuǎn)換為可見的溫度場分布云圖，最后分析溫度場異常來確定管道缺陷信息。根據(jù)成像原理知，只有當(dāng)紅外熱像儀的鏡頭光心垂直照射待測管道，即沿著管道的半徑時(shí)，才能保證采集到的圖像是真實(shí)的圖像。若不垂直，即當(dāng)紅外熱像儀的鏡頭光心有傾角照射待檢測管道時(shí)，采集到的圖像會(huì)失真，導(dǎo)致采集到待測管道的形狀有缺陷、大小有偏差，形成檢測誤差，因而不能準(zhǔn)確地根據(jù)所得的圖像來判斷被檢測物的真實(shí)形狀及大小。然而，在實(shí)際操作時(shí)，如果沒有其它輔助手段，要將紅外熱像儀的鏡頭光心垂直照射待檢測管道，顯然是困難的，即:在采集過程中無法保證所述裝置中的鏡頭光心是否垂直管道，故而得到的成像并不能保證其為真實(shí)的圖像，從而導(dǎo)致不能準(zhǔn)確地根據(jù)圖像來判斷地下管道是否有缺陷或缺損的形狀和大小。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本實(shí)用新型的第一個(gè)目的在于針對現(xiàn)有管道內(nèi)部缺陷檢測技術(shù)的不足，諸如會(huì)導(dǎo)致管道磁化，需要耦合劑使壓電探頭發(fā)射的超聲波能傳遞到被檢測管道表面等問題，提供一種結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉、使用方便，采用紅外熱成像原理針對管道缺陷檢測需求特性進(jìn)行設(shè)計(jì)的管道缺陷檢測裝置。該裝置既能方便地裝于管道檢測機(jī)器人操作臂末端，讓機(jī)器人帶入管道內(nèi)進(jìn)行檢測，也可由檢測人員直接進(jìn)入管道內(nèi)單獨(dú)操作進(jìn)行檢測，檢測結(jié)果可由檢測人員在地面通過計(jì)算機(jī)直接觀測和調(diào)整的實(shí)時(shí)在線檢測裝置。使用該裝置，在不開挖地面的前提下，能夠幫助機(jī)器人操作機(jī)構(gòu)或檢測人員準(zhǔn)確地對地下管道待檢區(qū)域進(jìn)行垂直攝像，并可隨時(shí)校正拍攝傾角，從而得到能反映地埋管道狀況的真實(shí)圖像。本實(shí)用新型的第二個(gè)目的，在于提供利用上述裝置和輔助紅外激光點(diǎn)成像技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對埋地管道內(nèi)部缺陷檢測的方法，包括:紅外圖像采集校正、缺陷提取及標(biāo)定方法，使用該方法，可以準(zhǔn)確采集紅外圖像，從所得圖像中提取判斷是否有缺陷，如有缺陷將自動(dòng)根據(jù)缺陷的像素尺寸標(biāo)定和計(jì)算缺陷實(shí)際大小。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型人由國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(51365019)資助，設(shè)計(jì)完成了以下利用輔助激光點(diǎn)成像的圖像采集裝置，及使用此裝置和輔助激光點(diǎn)成像技術(shù)實(shí)現(xiàn)對地埋管道內(nèi)部缺陷進(jìn)行檢測的方法，包括:紅外圖像采集校正、缺陷提取及標(biāo)定方法:
[0007]為實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型的第一個(gè)目的，本實(shí)用新型所述檢測裝置為利用輔助激光點(diǎn)成像的圖像采集裝置，是一種紅外熱成像管壁無損檢測系統(tǒng)，由感應(yīng)加熱單元、圖像采集單元、圖像處理單元組成;所述感應(yīng)加熱單元由機(jī)械部分和微加熱部分組成，其中，機(jī)械部分由封裝筒1、右舵機(jī)4、左舵機(jī)5、右連桿6、左連桿7、右限位塊9、左限位塊10組成，所述封裝筒I是一個(gè)中空的筒狀容器;微加熱部分由供電模塊U、渦流加熱探頭8組成，渦流加熱探頭8內(nèi)部含驅(qū)動(dòng)電路16、溫度傳感器17及線圈18;所述圖像采集單元由紅外熱像儀2、供電模塊
11、控制模塊12和激光發(fā)射機(jī)構(gòu)組成，該激光發(fā)射機(jī)構(gòu)包括上紅外激光筆3a、右紅外激光筆3b、下紅外激光筆3c、左紅外激光筆3d四支激光筆;所述圖像處理單元由計(jì)算機(jī)、數(shù)據(jù)連接線、圖像輸出接口 13組成;其位置和連接關(guān)系為:右舵機(jī)4和左舵機(jī)5成180度分別安裝于封裝筒I前端外殼同一圓周的右左兩側(cè)，并與控制模塊12連接;右連桿6和左連桿7的一端分別安裝在右舵機(jī)4和左舵機(jī)5上，并可繞右舵機(jī)4和左舵機(jī)5轉(zhuǎn)動(dòng)，右連桿6和左連桿7的另一端分別與右限位塊9、左限位塊10連接，右限位塊9和左限位塊10之間安裝有渦流加熱探頭8;紅外熱像儀2安裝于封裝筒I的前端，其四周在以紅外熱像儀2的鏡頭光心為圓心的相等半徑上安裝有上紅外激光筆3a、右紅外激光筆3b、下紅外激光筆3c、左紅外激光筆3d等四支激光筆，且四支紅外激光筆發(fā)射的光必須始終與鏡頭光心的延長線平行;供電模塊11和控制模塊12固定安裝于封裝筒I的空腔內(nèi)，供電模塊11通過控制模塊12與渦流加熱探頭8的驅(qū)動(dòng)電路16連接，驅(qū)動(dòng)電路16和線圈18連接，供電模塊11通過控制模塊12與上紅外激光筆3a、右紅外激光筆3b、下紅外激光筆3c、左紅外激光筆3d等四支激光筆連接;溫度傳感器17與控制模塊12連接;紅外熱像儀2的圖像輸出接口 13安裝在封裝筒I的后端口上，通過數(shù)據(jù)連接線與計(jì)算機(jī)連接。
[0008]所述右限位塊9、左限位塊10的作用，主要有兩個(gè):一是起到限位的作用，避免意外操作導(dǎo)致渦流加熱探頭8的線圈18直接觸碰到被檢測管道而造成加熱探頭損傷;二是由于電渦流加熱是非接觸式加熱，為了保證電熱轉(zhuǎn)換效率，需要激勵(lì)線圈與被測物表面保持合適的間隙，因此在右限位塊9、左限位塊10頂端裝有電子觸碰開關(guān)15，并且控制模塊12與電子觸碰開關(guān)15連接，加熱時(shí)右限位塊9及左限位塊10與管道接觸，可以保證激勵(lì)線圈與被測物表面之間的間隙，控制模塊12通過電子觸碰開關(guān)15檢測，因此在右限位塊9、左限位塊10到位后，才控制供電模塊12進(jìn)行加熱。
[0009]本實(shí)用新型的第二個(gè)目的，即利用上述裝置和輔助紅外激光點(diǎn)成像技術(shù)實(shí)現(xiàn)對地埋管道內(nèi)部缺陷進(jìn)行檢測的方法，包括:紅外圖像采集校正、缺陷提取及標(biāo)定方法，是這樣實(shí)現(xiàn)的:所述的檢測方法按以下步驟進(jìn)行:
[0010]A、控制模塊12控制左舵機(jī)5和右舵機(jī)4，帶動(dòng)左連桿7和右連桿6順時(shí)針旋轉(zhuǎn)90度，使渦流加熱探頭8正對被被測物14，控制模塊12控制供電模塊11，使渦流加熱探頭8的驅(qū)動(dòng)電路16控制線圈18兩端通交流電，對被測物14進(jìn)行非接觸式的加熱;溫度傳感器17將加熱后的管道溫度傳給控制模塊12，控制被測物14的加熱；
[0011 ] B、控制模塊12控制左舵機(jī)5和右舵機(jī)4，帶動(dòng)左連桿7和右連桿6逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)90度，使渦流加熱探頭8回到初始位置；
[0012]C、控制紅外熱像儀2的鏡頭垂直對準(zhǔn)被加熱后的對被測物14，紅外熱像儀2內(nèi)部的紅外探測器接收并聚焦加熱后的被測物14向外輻射的紅外線，同時(shí)，控制模塊12控制上紅外激光筆3a、右紅外激光筆3b、下紅外激光筆3c、左紅外激光筆3d向被測物14發(fā)射激光；
[0013]D、紅外熱像儀2采集到的圖像信息及上紅外激光筆3a、右紅外激光筆3b、下紅外激光筆3c、左紅外激光筆3d反射的四個(gè)紅外激光點(diǎn)通過圖像傳輸接口 13傳輸?shù)接?jì)算機(jī)上，當(dāng)上紅外激光筆3a、右紅外激光筆3b、下紅外激光筆3c、左紅外激光筆3d反射的四個(gè)紅外激光點(diǎn)的連線不構(gòu)成正方形或菱形時(shí)，調(diào)整紅外熱像儀2對被測物14的角度，使四個(gè)紅外激光點(diǎn)的連線構(gòu)成正方形或菱形；
[0014]E、采集當(dāng)前紅外圖像，在計(jì)算機(jī)上對圖像作灰度線性變換，通過濾波去除噪聲，然后用閾值分割法結(jié)合形態(tài)學(xué)運(yùn)算對圖像進(jìn)行分割，由于缺陷部位的圖像點(diǎn)亮度較高，如果有缺陷，可以將其從背景中分割出來，并進(jìn)行標(biāo)記；
[0015]F、判斷分割后的圖像中是否有缺陷區(qū)域標(biāo)記，如有，提取缺陷區(qū)域的形狀輪廓坐標(biāo)，使用坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換函數(shù)將獲得的輪廓坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為極坐標(biāo)；
[0016]G、在極坐標(biāo)上判斷缺陷的大致形狀:根據(jù)儀器的內(nèi)部設(shè)置，在計(jì)算機(jī)上確定采集到圖片上兩紅外激光點(diǎn)間像素徑向長度，實(shí)測兩紅外激光筆間的實(shí)際長度，計(jì)算出圖像中每個(gè)像素點(diǎn)代表的實(shí)際空間中的長度，測量出圖像上缺陷的像素點(diǎn)尺寸，再根據(jù)上述的關(guān)系，便可得出圖像中缺陷在空間中的實(shí)際大小。
[0017]步驟A中，加熱時(shí)右限位塊9及左限位塊10與管道接觸，可以保證激勵(lì)線圈與被測物表面之間的間隙?？刂颇K12通過電子觸碰開關(guān)15檢測，在右限位塊9、左限位塊10到位后，才控制供電模塊11進(jìn)行加熱。
[0018]考慮到管道內(nèi)部安全性以及加熱功率耗損問題，且受紅外熱成像儀視場限制，對管道進(jìn)行大面積高溫加熱是不現(xiàn)實(shí)的，但采用管道自然溫度場又難以保證對缺陷的有效分辨率。為了解決這一問題，經(jīng)過大量實(shí)驗(yàn)研究，發(fā)現(xiàn)對于碳鋼埋地管道，只需對被測物進(jìn)行局部微加熱，形成臨界溫度場，即可保證紅外成像溫度場對缺陷的有效分辨率。所述的臨界溫度場指的是滿足以下條件的特定溫度場:
[0019](I)溫度場是局部的，但范圍要覆蓋紅外成像區(qū)域；
[0020](2)溫度場在紅外成像區(qū)域中近似均勻分布；
[0021 ] (3)溫度場達(dá)到使其對應(yīng)紅外熱成像對缺陷具備有效分辨率的最低界限。
[0022]本實(shí)用新型專利裝置的工作原理是:本裝置利用了電磁感應(yīng)加熱技術(shù)與紅外熱成像技術(shù)，正對管道的渦流加熱探頭工作時(shí)產(chǎn)生交變電流，對埋于地下的管道進(jìn)行加熱，所需要的熱量由控制模塊控制。根據(jù)電磁感應(yīng)原理，放在變化磁通量中的管道會(huì)產(chǎn)生電動(dòng)勢，此電動(dòng)勢成為感應(yīng)電動(dòng)勢，磁力線穿過管道形成回路，從而形成感應(yīng)電流，使管道發(fā)熱，此加熱方式為非接觸式加熱，當(dāng)被測物受熱后，加熱后的被測物向外輻射紅外線，溫度越高，輻射能力就越強(qiáng)，在實(shí)際情況下，對于碳鋼埋地管道，只需對被測物進(jìn)行局部微加熱，形成臨界溫度場，即可保證紅外成像溫度場對缺陷的有效分辨率，且這種方式具有加熱時(shí)間短、檢測效率高、功耗低等特點(diǎn)，加熱探頭無需采用高電壓驅(qū)動(dòng)，符合管道檢測的安全要求，整個(gè)檢測裝置可以做到體積小、重量輕，便于機(jī)器人攜帶進(jìn)入管道，也便于檢測人員手持操作。加熱完成后，將紅外熱像儀的鏡頭對準(zhǔn)加熱后的被測物，而紅外探測器為紅外熱像儀內(nèi)部組成的一部分，根據(jù)熱成像原理，通過紅外熱像儀上的光學(xué)鏡頭將待測物輻射的紅外能聚焦，然后紅外熱像儀向紅外探測器電子元件發(fā)送信息，這種信息會(huì)反映到采集到的圖像上，當(dāng)待測物內(nèi)部結(jié)構(gòu)出現(xiàn)缺陷時(shí)，表征在物體表面就出現(xiàn)溫度場異常，這種溫度異常會(huì)反映到圖像上，通過圖像傳輸接口將采集到的圖像信息從上述裝置中傳輸?shù)接?jì)算機(jī)上，從而可以識別缺陷。在將紅外熱像儀的鏡頭對準(zhǔn)加熱后的被測物時(shí)，根據(jù)成像原理及光線的直線傳播原理得知?jiǎng)t在圖像上顯示出來的四個(gè)光點(diǎn)應(yīng)是水平、垂直對稱的，即四個(gè)光點(diǎn)的連線應(yīng)為正方形或菱形。如果鏡頭沒有垂直對準(zhǔn)被測管道，則在與紅外熱像儀連接的計(jì)算機(jī)上四支紅外激光筆產(chǎn)生的激光點(diǎn)的連線不能構(gòu)成正方形或菱形，此時(shí)可調(diào)整紅外熱像儀鏡頭的角度，使四支紅外激光筆產(chǎn)生的激光點(diǎn)的連線構(gòu)成正方形或菱形，即可得到被測物的真實(shí)圖像。灰度線性變換不但增加了溫度值對應(yīng)的灰度等級，而且其最主要增大了目標(biāo)區(qū)域和背景區(qū)域的對比度。
[0023]本實(shí)用新型裝置及檢測方法的有益效果是:本實(shí)用新型提供的檢測裝置和檢測方法，將紅外熱成像檢測技術(shù)應(yīng)用于管道內(nèi)部缺陷檢測領(lǐng)域，具有無損、無磁、非接觸、無需耦合、快速實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)檢測距離等優(yōu)點(diǎn)，避免了傳統(tǒng)的漏磁通過檢測技術(shù)、壓電超聲波檢測技術(shù)帶來的不利影響，為管道內(nèi)部缺陷檢測提供了新的技術(shù)解決方案。此外，由于采用了根據(jù)四支紅外激光筆產(chǎn)生的激光點(diǎn)是否構(gòu)成正方形或菱形，判斷出紅外熱像儀上的光學(xué)鏡頭是否對準(zhǔn)了被測物，以得到被測物的真實(shí)圖像，解決了在地埋管道中采集紅外圖像時(shí)將鏡頭對準(zhǔn)管道的問題，從而有助于正確分析埋地管道是否有缺陷，并能根據(jù)本裝置的檢測方法，判斷出地埋管道是否有缺陷以及缺陷的實(shí)際大小。而且由于采用了局部微加熱方式，具有加熱時(shí)間短、檢測效率高、功耗低等特點(diǎn)，加熱探頭無需采用高電壓驅(qū)動(dòng)，符合管道檢測的安全要求，整個(gè)檢測裝置可以做到體積小、重量輕，既便于機(jī)器人攜帶進(jìn)入管道，也便于檢測人員手持操作。
【附圖說明】
[0024]圖1是本實(shí)用新型實(shí)施例提供的利用輔助激光點(diǎn)成像的圖像采集裝置的機(jī)械結(jié)構(gòu)圖；
[0025]圖2是本實(shí)用新型實(shí)施例提供的檢測裝置加熱工作時(shí)的示意圖；
[0026]圖3是本實(shí)用新型實(shí)施例提供的檢測裝置圖像采集工作時(shí)的示意圖；
[0027]圖4是本實(shí)用新型的整體系統(tǒng)框圖；
[0028]圖5是本實(shí)用新型的檢測流程圖；
[0029]圖6是本實(shí)用新型的紅外成像原理圖；
[0030]圖7是本實(shí)用新型的裝置成像過程示意圖；
[0031]圖8是本實(shí)用新型的成像圖；
[0032]圖9是本實(shí)用新型的渦流加熱探頭結(jié)構(gòu)框圖。
[0033]圖中各標(biāo)記為:1_封裝筒、2-紅外熱像儀、3a_紅外激光筆、3b_紅外激光筆、3c-紅外激光筆、3d-紅外激光筆、4_右航機(jī)、5_左航機(jī)、6_右連桿、7_左連桿、8_禍流加熱探頭、9_右限位塊、I O-左限位塊、11 -供電模塊、12-控制模塊、13-圖像輸出接口、14-被加熱物、15-電子觸碰開關(guān)、16-驅(qū)動(dòng)電路、17-溫度傳感器18-線圈。
【具體實(shí)施方式】
[0034]為能進(jìn)一步了解本實(shí)用新型的
【發(fā)明內(nèi)容】
，特點(diǎn)及功效，下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本實(shí)用新型進(jìn)一步說明。
[0035]實(shí)施例:本實(shí)用新型由國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(51365019)資助，設(shè)計(jì)完成了以下利用輔助激光點(diǎn)成像的圖像采集裝置，及使用此裝置和輔助激光點(diǎn)成像技術(shù)實(shí)現(xiàn)對地埋管道進(jìn)行檢測的圖像做檢測校正及其標(biāo)定方法，電渦流加熱探頭8通過左、右連桿7、6連接到左、右舵機(jī)5、4上，當(dāng)需要加熱時(shí)，控制模塊12控制左、右舵機(jī)5、4帶動(dòng)左、右連桿7、6順時(shí)針旋轉(zhuǎn)90度，如圖2所示。此時(shí)，渦流加熱探頭8正對被被測物14，利用電磁感應(yīng)加熱的原理對被測物14進(jìn)行非接觸式的加熱，即渦流加熱探頭8線圈兩端通交流電，此時(shí)線圈會(huì)產(chǎn)生交變的磁場，當(dāng)被測物14處于這個(gè)磁場中時(shí)，處于交變磁通量中的被測物，即地埋管道就會(huì)產(chǎn)生電動(dòng)勢，此電動(dòng)勢稱為感應(yīng)電動(dòng)勢，線圈產(chǎn)生的部分磁力線穿過磁性管道形成回路，產(chǎn)生感應(yīng)電流，從而會(huì)使管壁發(fā)熱，待加熱完成后，控制模塊12控制舵機(jī)5、4帶動(dòng)連桿7、6逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)90度回到初始位置，如圖3，并準(zhǔn)備對加熱部分進(jìn)行圖像采集。加熱后的被測物向外輻射紅外線，熱成像原理如圖6所示，通過紅外熱像儀上的光學(xué)鏡頭將待測物輻射的紅外能聚焦，然后紅外熱像儀向傳感器電子元件發(fā)送信息，然后反映到采集到的圖像上，從圖像中就可以看出溫度的分布情況。如果待測物內(nèi)部結(jié)構(gòu)有缺陷，表征在物體表面就出現(xiàn)溫度場異常，待測物不同，反映到圖像上的信息也不同，有的是缺陷周圍溫度高于其他部分，有的是缺陷周圍溫度低于其他部分，通過這種溫度場的異常來識別缺陷。
[0036]加熱完成后，用紅外熱像儀2對被測物進(jìn)行圖像采集，采集完成后，通過圖像傳輸接口 13將圖像信息傳輸給計(jì)算機(jī)，對試驗(yàn)的熱圖像作灰度線性變換，灰度線性變換不但增加了溫度值對應(yīng)的灰度等級，而且其最主要增大了目標(biāo)區(qū)域和背景區(qū)域的對比度，通過濾波去除噪聲，然后用閾值分割法結(jié)合形態(tài)學(xué)運(yùn)算對圖像進(jìn)行分割，由于缺陷部位的圖像點(diǎn)亮度較高，如果有缺陷，可以將其從背景中分割出來，并進(jìn)行標(biāo)記，對圖像分割后，如果有缺陷，可以獲得缺陷形狀的輪廓坐標(biāo)，使用坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換函數(shù)將之前獲得的輪廓坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為極坐標(biāo)，而對于極坐標(biāo)中的兩個(gè)關(guān)鍵因素，theta代表角度，rho代表長度，rho為圖像分割后的缺陷輪廓上的每一點(diǎn)到該輪廓的重心距離，如此轉(zhuǎn)換后再根據(jù)rho的特征形狀區(qū)分各種輪廓之間的不同，從而可以判斷缺陷的大致形狀。
[0037]在使用紅外熱像儀拍攝時(shí)需注意拍攝角度，需保證鏡頭的光心沿管道半徑方向正對，這樣才不會(huì)使圖像失真，因此，本實(shí)用新型在紅外熱成像儀的四周分別均勻固定了一支紅外激光筆3a、3b、3c、3d，并要求四支紅外激光筆3a、3b、3c、3d發(fā)射出的光與所述的紅外熱像儀鏡頭2光心始終平行。其操作方法是，將四支紅外激光筆3a、3b、3c、3d打開，發(fā)出四條紅外激光線將所述的裝置正對目標(biāo)物14進(jìn)行圖像采集即可。
[0038]圖7是上述裝置在圖像采集過程中的成像原理圖，其中，O點(diǎn)為鏡頭的光心，O點(diǎn)到O”為焦距，其距離為f\A、B、C、D分別為四支紅外激光筆固定在紅外熱像儀上的位置，假設(shè)OA=OB=OC=OD=H，分別為紅外激光筆3a、3b、3c、3d激光射到目標(biāo)物上的點(diǎn)，S為圖像的成像平面，平面上的A”、B”、C”、D”分別為激光點(diǎn)在圖像中的成像，圖8為紅外熱像儀所采集到的圖像，分別為激光點(diǎn)在圖像中的成像，為了簡化描述，圖中給出標(biāo)準(zhǔn)的矩形缺陷區(qū)域mnfe，mn代表缺陷長度，me代表缺陷寬度。根據(jù)在均勻介質(zhì)中，光是沿直線傳播的原理知，若A”、B”、C%D”四點(diǎn)的連線構(gòu)成正方形或菱形，說明熱成像儀的光心是正對目標(biāo)物的，否則熱成像儀的光心與目標(biāo)物成一定的傾斜角照射。
[0039]進(jìn)一步地，可對目標(biāo)物上的實(shí)際缺陷進(jìn)行標(biāo)定，用圖7和圖8進(jìn)行說明。
[0040]調(diào)整裝置使其正對目標(biāo)物采集圖像，采集到的圖像如圖8所示，設(shè)O’’A’ ’，0’ ’B’ ’在圖像中以像素為單位的長度為X，O’ ’D’ ’，0’ ’C’ ’在圖像中以像素為單位的長度為數(shù)值可以由圖像中測得，量出實(shí)際空間中各紅外激光點(diǎn)到紅外熱像儀之間的距離OA=OB=OC=OD=H，設(shè)由圖像中測量得到矩形缺陷區(qū)±|&iinf e的缺陷長度mn為Lmn個(gè)像素，缺陷寬度me為Lme個(gè)像素，設(shè)圖像中mn所對應(yīng)的實(shí)際空間大小為麗，me所對應(yīng)的實(shí)際空間大小為ME，則可得出以下關(guān)系式:
[0041]MN=(HXLmn)/X(I)
[0042]ME=(HXLme)/Y(2)
[0043]通過以上所述的校正裝置以及標(biāo)定缺陷大小的算法，即可根據(jù)圖像計(jì)算出圖像中實(shí)際缺陷的大小。對于圓形缺陷，可以用類似方法得到缺陷半徑。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種利用輔助激光點(diǎn)成像的圖像采集裝置，其特征在于:本裝置由感應(yīng)加熱單元、圖像采集單元、圖像處理單元組成;所述感應(yīng)加熱單元由機(jī)械部分和加熱部分組成，其中，機(jī)械部分由封裝筒(I)、右舵機(jī)(4)、左舵機(jī)(5)、右連桿(6)、左連桿(7)、右限位塊(9)、左限位塊(1 )組成，所述封裝筒(I)是一個(gè)中空的筒狀容器;加熱部分由供電模塊(11)、渦流加熱探頭(8)組成，渦流加熱探頭(8)內(nèi)部含驅(qū)動(dòng)電路(16)、溫度傳感器(17)及線圈(18);所述圖像采集單元由紅外熱像儀(2)、供電模塊(11)、控制模塊(12)和激光發(fā)射機(jī)構(gòu)組成，所述激光發(fā)射機(jī)構(gòu)包括上紅外激光筆(3a)、右紅外激光筆(3b)、下紅外激光筆(3c)、左紅外激光筆(3d)四支紅外激光筆;所述圖像處理單元由計(jì)算機(jī)、數(shù)據(jù)連接線、圖像輸出接口(13)組成；其位置和連接關(guān)系為:右舵機(jī)(4)和左舵機(jī)(5)成180度分別安裝于封裝筒(I)前端外殼同一圓周的右左兩側(cè)，并與控制模塊(12 )連接;右連桿(6 )和左連桿(7 )的一端分別安裝在右舵機(jī)(4)和左舵機(jī)(5)上，并可繞右舵機(jī)(4)和左舵機(jī)(5)轉(zhuǎn)動(dòng)，右連桿(6)和左連桿(7)的另一端分別與右限位塊(9)、左限位塊(10)連接，右限位塊(9)和左限位塊(10)之間安裝有渦流加熱探頭(8);紅外熱像儀(2)安裝于封裝筒(I)的前端，其四周在以紅外熱像儀(2)的鏡頭光心為圓心的相等半徑上安裝有上紅外激光筆(3a)、右紅外激光筆(3b)、下紅外激光筆(3c)、左紅外激光筆(3d)等四支激光筆，且四支紅外激光筆發(fā)射的光必須始終與鏡頭光心的延長線平行;供電模塊(11)和控制模塊(12)固定安裝于封裝筒(I)的空腔內(nèi)，供電模塊(11)通過控制模塊(12)與渦流加熱探頭(8)的驅(qū)動(dòng)電路(16)連接，驅(qū)動(dòng)電路(16)和線圈(18)連接，供電模塊(11)通過控制模塊(12)與上紅外激光筆(3a)、右紅外激光筆(3b)、下紅外激光筆(3c)、左紅外激光筆(3d)等四支紅外激光筆連接;溫度傳感器(17)與控制模塊(12)連接;紅外熱像儀(2)的圖像輸出接口(13)安裝在封裝筒(I)的后端口上，通過數(shù)據(jù)連接線與計(jì)算機(jī)連接。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用輔助激光點(diǎn)成像的圖像采集裝置，其特征在于:在右限位塊(9)、左限位塊(10)頂端裝有電子觸碰開關(guān)(15)，控制模塊(12)與電子觸碰開關(guān)(15)連接。
【文檔編號】G01N21/88GK205607877SQ201521029061
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2015年12月14日
【發(fā)明人】張?jiān)苽? 樊陽陽, 王卓, 茍爽, 喻勇
【申請人】昆明理工大學(xué)