脈沖渦流紅外熱圖像的特征提取方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于材料缺陷檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，更為具體地講，設(shè)及一種脈沖滿(mǎn)流紅外熱圖 像的特征提取方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 脈沖滿(mǎn)流紅外熱圖像缺陷檢測(cè)技術(shù)是一種電磁無(wú)損檢測(cè)技術(shù)，對(duì)保證設(shè)備生產(chǎn)安 全有著重大意義。載有高頻交流電的加熱線圈靠近待測(cè)導(dǎo)體材料時(shí)，會(huì)在材料表面附近感 應(yīng)出滿(mǎn)流。在材料有缺陷的情況下，滿(mǎn)流分布會(huì)被影響產(chǎn)生高密度區(qū)和低密度區(qū)。根據(jù)焦耳 定律，滿(mǎn)流轉(zhuǎn)化為焦耳熱后會(huì)在在材料內(nèi)部產(chǎn)生高溫區(qū)和低溫區(qū)，并通過(guò)熱傳導(dǎo)引起材料 表面的溫度變化。運(yùn)種溫度變化由高速高分辨率紅外熱像儀記錄存儲(chǔ)后，通過(guò)熱圖像序列 保存下來(lái)。通過(guò)處理運(yùn)些熱圖像序列來(lái)實(shí)現(xiàn)材料缺陷信息的提取。
[0003] 為了提高缺陷檢測(cè)的準(zhǔn)確性和效率，很多數(shù)據(jù)處理算法被用于圖像信息的提取。 其中，獨(dú)立成分分析（Independent component analysis, ICA)作為一種特征提取算法，被 廣泛應(yīng)用于熱圖像序列處理領(lǐng)域，并取得了較好效果。但是運(yùn)種特征提取方法的計(jì)算效率 不高，且數(shù)據(jù)量越大計(jì)算時(shí)間越長(zhǎng)，亟待改善。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種脈沖滿(mǎn)流紅外熱圖像的特征提 取方法，更加準(zhǔn)確高效地從熱圖像中提取得到待測(cè)件的特征。
[0005] 為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明脈沖滿(mǎn)流紅外熱圖像的特征提取方法包括W下步 驟：
[0006] S1:采用脈沖滿(mǎn)流對(duì)待測(cè)件加熱，紅外熱像儀采集時(shí)長(zhǎng)為A的待測(cè)件紅外熱圖像序 列，記每帖紅外熱圖像大小為MXN，紅外熱圖像序列中圖像數(shù)量記為T(mén)，WS(m，n，p)表示第P 帖紅外熱圖像中坐標(biāo)為(m，η)的像素點(diǎn)對(duì)應(yīng)的熱響應(yīng)值，其中m的取值范圍為m = 1，2，…，Μ， η的取值范圍為n=l，2,…，Ν，ρ的取值范圍為p=l，2，···，Τ，WS(m，n,:)表示坐標(biāo)為(m，n)的 像素點(diǎn)在T帖紅外熱圖像序列的各個(gè)熱響應(yīng)值組成的熱響應(yīng)數(shù)據(jù)；
[0007] S2:設(shè)置列捜索步長(zhǎng)化；
[000引 S3:在(0，A)范圍內(nèi)設(shè)置K個(gè)時(shí)間闊值，將紅外熱圖像序列的時(shí)長(zhǎng)劃分為K+1個(gè)時(shí)間 段;對(duì)于每個(gè)熱響應(yīng)數(shù)據(jù)S(m，n，：），捜索其所有熱響應(yīng)值S(m，n，p)中最大熱響應(yīng)值對(duì)應(yīng)的 時(shí)刻，如果該時(shí)刻屬于第k個(gè)時(shí)間段，則將該熱響應(yīng)數(shù)據(jù)S(m，n，：）劃入第k個(gè)數(shù)據(jù)塊，Wsk (m，n，：）表示第k個(gè)數(shù)據(jù)塊里坐標(biāo)為(m，n)的像素點(diǎn)的熱響應(yīng)數(shù)據(jù);然后對(duì)每個(gè)數(shù)據(jù)塊中第 r/列的熱響應(yīng)數(shù)據(jù)設(shè)置行捜索步長(zhǎng)說(shuō)I,.，r/ = 1 +λ X化<N，λ = 0,1,2 · · ·;
[0009] S4:對(duì)于每個(gè)數(shù)據(jù)塊的所有熱響應(yīng)數(shù)據(jù)，根據(jù)設(shè)置的列捜索步長(zhǎng)和行捜索步長(zhǎng)捜 索具有區(qū)域代表性的熱響應(yīng)數(shù)據(jù)，具體步驟包括：
[0010] S4.1:初始化數(shù)據(jù)，即令m= 1 ,η^ = 1，q = l，k = 1，首個(gè)代表熱響應(yīng)數(shù)據(jù)X(l) = S (?ρΕΑΚ, JpEAK,:)；
[00"] S4.2:計(jì)算Sk(m，n，：）與X(q)的相關(guān)度f(wàn)CC的減g, *如果fCC飾大于預(yù) 設(shè)闊值C，C的取值范圍為0<C<0.9，令/? = Μ +巧峰，否則令q = q+1，X(q) = Sk(m，η，：）， m= m + RL'\ ；
[0012] S4.3:如果 m>M，令 m=m-M，n' =n'+CL，否則返回步驟 S4.2;
[001引 S4.4:如果η' >N，令k = k+l，進(jìn)入步驟S4.5，否貝帳回步驟S4.2;
[0014] S4.5:如果k>K+l，捜索結(jié)束，保存捜索得到的代表熱響應(yīng)數(shù)據(jù)X(q)，記其數(shù)量為 G，否則返回步驟S4.2;
[001引S5:對(duì)步驟S4捜索得到的G個(gè)代表熱響應(yīng)數(shù)據(jù)進(jìn)行聚類(lèi)，將聚類(lèi)得到的類(lèi)別數(shù)量記 為レ
[0016] 56:記第口類(lèi)中的第￥個(gè)熱響應(yīng)數(shù)據(jù)為巧，其中@=1去..，五，"=：1，2，...，|巧|,|取 表示第類(lèi)中的熱響應(yīng)數(shù)據(jù)數(shù)量，記第類(lèi)的聚類(lèi)中屯、為Cp;對(duì)于每個(gè)熱響應(yīng)數(shù)據(jù)X、％計(jì) 算其與其他類(lèi)的聚類(lèi)中屯、的距離之和在每一類(lèi)代表熱響應(yīng)數(shù)據(jù)中，篩選出Μ巧'最 大的熱響應(yīng)數(shù)據(jù)，然后將篩選出的L個(gè)熱響應(yīng)數(shù)據(jù)構(gòu)建得到二維矩陣Υ，二維矩陣Υ中的每一 列表示一個(gè)熱響應(yīng)數(shù)據(jù)；
[0017] S7:計(jì)算得到紅外熱圖像序列的L個(gè)特征圖像：盈其中，是矩陣Υ的偽逆 矩陣，矩陣0中每一行表示一幅紅外熱圖像，矩陣R中每一行代表一幅特征圖像。
[0018] 本發(fā)明脈沖滿(mǎn)流紅外熱圖像的特征提取方法，采集待測(cè)件的紅外熱圖像序列，將 每個(gè)像素點(diǎn)在所有帖紅外熱圖像中的每個(gè)熱響應(yīng)值組成熱響應(yīng)數(shù)據(jù);設(shè)置列捜索步長(zhǎng)，然 后設(shè)置K個(gè)時(shí)間闊值，將紅外熱圖像序列的時(shí)長(zhǎng)劃分為K+1個(gè)時(shí)間段，根據(jù)每個(gè)熱響應(yīng)數(shù)據(jù) 中最大熱響應(yīng)值對(duì)應(yīng)的時(shí)刻對(duì)熱響應(yīng)數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)塊劃分，對(duì)每個(gè)數(shù)據(jù)塊的捜索列設(shè)置行 捜索步長(zhǎng)，然后對(duì)于每個(gè)數(shù)據(jù)塊的所有熱響應(yīng)數(shù)據(jù)，根據(jù)設(shè)置的列捜索步長(zhǎng)和行捜索步長(zhǎng) 捜索具有區(qū)域代表性的熱響應(yīng)數(shù)據(jù)，將捜索得到的代表熱響應(yīng)數(shù)據(jù)聚類(lèi)，從每個(gè)聚類(lèi)中篩 選與其他聚類(lèi)中屯、距離和最大的熱響應(yīng)數(shù)據(jù)構(gòu)建二維矩陣Y，將二維矩陣Y的偽逆矩陣與所 有紅外熱圖像的二維矩陣0相乘得到特征圖像。
[0019] 本發(fā)明通過(guò)捜索代表熱響應(yīng)數(shù)據(jù)，利用熱響應(yīng)數(shù)據(jù)對(duì)紅外熱圖像序列進(jìn)行線性變 換，得到可代表熱圖像序列的若干特征圖像。經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證可知，本發(fā)明可W準(zhǔn)確提取紅外 熱圖像序列的特征圖像，并且處理時(shí)間較傳統(tǒng)的獨(dú)立成分分析方法更短，從而提高特征提 取效率，進(jìn)一步提高缺陷檢測(cè)效率。
【附圖說(shuō)明】
[0020] 圖1是本發(fā)明脈沖滿(mǎn)流紅外熱圖像的特征提取方法的流程圖；
[0021 ]圖2是熱分布數(shù)據(jù)示意圖；
[0022] 圖3是捜索代表熱響應(yīng)數(shù)據(jù)的流程圖；
[0023] 圖4是本實(shí)施例中模糊C均值算法的流程圖；
[0024] 圖5是本實(shí)施例檢測(cè)的不誘鋼樣本
[0025] 圖6是脈沖滿(mǎn)流熱成像檢測(cè)系統(tǒng)中使用的加熱線圈；
[0026] 圖7是圖5所示樣本的紅外熱圖像序列；
[0027] 圖8是本發(fā)明與獨(dú)立成分分析提取的特征圖像對(duì)比；
[0028] 圖9是本發(fā)明特征圖像的熱響應(yīng)數(shù)據(jù)與獨(dú)立成分分析特征圖像的歸一化混疊向量 的相似性；
[0029] 圖10是本發(fā)明與獨(dú)立成分分析的處理時(shí)間對(duì)比圖。
【具體實(shí)施方式】
[0030] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行描述，W便本領(lǐng)域的技術(shù)人員更好地 理解本發(fā)明。需要特別提醒注意的是，在W下的描述中，當(dāng)已知功能和設(shè)計(jì)的詳細(xì)描述也許 會(huì)淡化本發(fā)明的主要內(nèi)容時(shí)，運(yùn)些描述在運(yùn)里將被忽略。
[0031] 圖1是本發(fā)明脈沖滿(mǎn)流紅外熱圖像的特征提取方法的流程圖。如圖1所示，本發(fā)明 脈沖滿(mǎn)流紅外熱圖像的特征提取方法包括W下步驟：
[0032] S101:獲取待測(cè)件的紅外熱圖像序列：
[0033] 采用脈沖滿(mǎn)流對(duì)待測(cè)件加熱，紅外熱像儀采集時(shí)長(zhǎng)為A的待測(cè)件的紅外熱圖像序 列。待測(cè)件的紅外熱圖像展示了待測(cè)件表面的熱分布數(shù)據(jù)。圖2是熱分布數(shù)據(jù)示意圖。如圖2 所示，X軸和y軸分別表示一幅熱圖像的垂直軸和水平軸，圖中的每一個(gè)小方格表示一個(gè)像 素點(diǎn)，每一個(gè)像素點(diǎn)都記錄了一個(gè)瞬時(shí)熱響應(yīng)值，t軸表示時(shí)間軸。實(shí)際缺陷檢測(cè)中，待測(cè)件 位置固定，所W每一個(gè)像素點(diǎn)在不同時(shí)刻記錄的瞬時(shí)熱響應(yīng)值表示待測(cè)件表面對(duì)應(yīng)區(qū)域的 熱響應(yīng)數(shù)據(jù)，每一個(gè)熱響應(yīng)數(shù)據(jù)都是一個(gè)向量，運(yùn)就是熱響應(yīng)數(shù)據(jù)的具體含義。記每帖紅外 熱圖像大小為MXN，紅外熱圖像序列中圖像數(shù)量記為1'，^5(111，11，9)表示第9帖紅外熱圖像 中坐標(biāo)為(m，n)的像素點(diǎn)對(duì)應(yīng)的熱響應(yīng)值，其中m的取值范圍為m=l，2,…，M，n的取值范圍 為n=l，2,…，N，p的取值范圍為p = l，2，···，Τ，WS(m，n,:)表示坐標(biāo)為(m，n)的像素點(diǎn)在T帖 紅外熱圖像序列的各個(gè)熱響應(yīng)值組成的熱響應(yīng)數(shù)據(jù)。
[0034] S102:設(shè)置列捜索步長(zhǎng)：
[0035] 為了提取特征圖像，本發(fā)明需要在所有的熱響應(yīng)數(shù)據(jù)中捜索出具有代表性的代表 熱響應(yīng)數(shù)量，因此需要設(shè)置列捜索步長(zhǎng)和行捜索步長(zhǎng)。列捜索步長(zhǎng)化可W由測(cè)試人員根據(jù) 經(jīng)驗(yàn)設(shè)置，但是由于待測(cè)件不同、測(cè)量環(huán)境不同等原因，人為設(shè)置列捜索步長(zhǎng)準(zhǔn)確度較低。 因此此處給出一種確定列捜索步長(zhǎng)的確定方法，其具體方法為：
[0036] 首先在紅外熱圖像序列的所有圖像中，捜索得到熱響應(yīng)值S(m，n，p)的最大值 陽(yáng)AK，即
[0037]
[003引記PEAK所在的X軸、y軸、t軸的坐標(biāo)值分別為I PEAK、JPEAK、ΤρεAK，即PEAK = S (IPEAK， JPEAK,TPEAK)。
[0039]計(jì)算熱響應(yīng)數(shù)據(jù)S(IPEAK,JPEAK,:)與所在行其他熱響應(yīng)數(shù)據(jù)S(IPEAK, j,:)的相關(guān)度， j的取值范圍為1幻·如J辛JpEAK。本實(shí)施例中采用皮爾森相關(guān)度(Pearson correlation coeff icient)，其計(jì)算公式為：
[0040]
[0041 ] 其中，Χ、Υ分別表示兩個(gè)熱響應(yīng)數(shù)據(jù)，C0V(X，Y)表示X和Υ的協(xié)方差，Var( ·)表示求 方差。
[0042] 在N-1個(gè)相關(guān)度值中，捜索和S(Ipeak，Jpeak，：）相連通的區(qū)域，也就是捜索得到包括 JPEAK在內(nèi)的 y 坐柄區(qū)域[ymin , ymax ],當(dāng) j E [ ymin , ymax ]時(shí)，所有S ( I PEAK , j ,:)與 S ( ΙρΕΑΚ , J陽(yáng)ΑΚ，：）的相關(guān)度值都大于預(yù)設(shè)闊值I?CL，將運(yùn)個(gè)區(qū)域的熱響應(yīng)數(shù)據(jù)S(W，j'，：）的數(shù)量