一種可抑制材料表面熱發射率不均影響的熱圖像處理方法
2023-05-06 02:18:56
一種可抑制材料表面熱發射率不均影響的熱圖像處理方法
【專利摘要】本發明公開了一種可抑制材料表面熱發射率不均影響的熱圖像處理方法，採用冷卻結束時的紅外熱圖像中各像素的紅外熱響應幅度減去加熱開始前的紅外熱響應幅度，再以結果去除加熱開始至結束期間任意時刻各像素的紅外熱響應幅度與加熱開始前的紅外熱響應幅度的差，生成新的熱紅外圖像。採用本發明生成的熱紅外圖像，可以抑制材料表面本身存在的熱發射率不均對熱紅外圖像影響，排除對缺陷檢測的幹擾，提高對缺陷的檢測準確率。
【專利說明】一種可抑制材料表面熱發射率不均影響的熱圖像處理方法
【技術領域】
[0001]本發明屬於熱圖像處理【技術領域】，更為具體地講，涉及一種可抑制材料表面熱發射率不均影響的熱圖像處理方法。
【背景技術】
[0002]在熱成像無損檢測中，主要通過特定時刻熱圖像的高低溫度對比判定缺陷的有無。該方法極易受材料表面熱發射率不均的影響，在金屬材料檢測中，問題尤其嚴重。如金屬表面的油汙、鏽蝕、水等，因熱發射率較高，極易在材料表面產生虛假的高溫，造成缺陷誤檢誤報。
[0003]根據Stefan-Boltzmann定律,單位面積黑體福射的功率j*與黑體溫度T的四次方成正比，即:
[0004]j* = OsbT4 (I)
[0005]其中σ sb是Stefan-Boltzmann常數，T是黑體的絕對溫度。在實際應用中，材料表面的熱輻射與材料的表面狀況緊密相關，這種影響一般採用熱發射率ε表示，其定義為相同溫度下，物體熱輻射與黑體熱輻射的比值。因此，描述實際物體熱輻射時，Stefan-Boltzmann 定律表述為:
[0006]j* = ε OsbT4 (2)
[0007]當材料表面存在油汙、氧化或其他汙潰時，材料表面熱發射率變的不再均勻。對於同一種材料，光亮表面的熱發射率最低，油汙、粗糙表面的熱發射率相對較高，黑色表示的熱發射率最高。如光亮不鏽鋼的熱發射率只有0.16，噴砂處理後上升到0.44，而氧化處理後可高達0.85。光亮鎳合金的熱發射率為0.05，當表面有油汙時，卻高達0.82。
[0008]根據式(2)可知，在同樣的溫度條件下，油汙、氧化層、粗糙表面等的存在將大幅提高材料的熱輻射水平，從而在熱像儀上產生虛假的「高溫」。圖1是不鏽鋼試樣A的照片。如圖1所示，在該長條形不鏽鋼試樣A上等間距分布著亮暗條紋，明亮條紋為經過拋光的表面，黑色條紋為噴塗了黑色塗層的區域。圖2是不鏽鋼試樣A加熱結束時的紅外熱圖像。如圖2所示，本例中不鏽鋼試樣A的紅外熱圖像中每個條紋的中間溫度最高，向兩邊逐漸降低。並且由於黑色條紋區域PosAl因具有更高的熱發射率，紅外熱圖像亮度較高，顯示為高溫，而明亮條紋區域PosA2因熱發射率較低而呈現低溫狀態。
[0009]在熱成像無損檢測中，缺陷的識別依賴於紅外熱圖像上的高低溫區域。所不同的是，缺陷引起的高低溫是熱量在缺陷處聚集或擴散受阻的結果，而汙潰、氧化等非缺陷的高熱發射率引起的「高溫」與材料內部的結構完整性無關，對應區域的溫度並未真正提高。然而，汙潰、氧化等非缺陷和缺陷引起的高溫在熱圖像上非常相似，極難區分，常常引起缺陷誤報。
[0010]為提高檢測效果，英、德、澳等國的學者分別通過在材料表面噴塗蒸餾水、黑色塗料等方式，抑制了材料表面熱發射率變化的影響。方法雖然可行，但增加了操作的複雜程度和檢測成本，降低了檢測效率，且會造成材料表面的汙染，使用範圍有限。
【發明內容】
[0011]本發明的目的在於克服現有技術的不足，提供一種可抑制材料表面熱發射率不均影響的熱圖像處理方法，通過對材料紅外熱圖像進行處理，抑制材料表面本身存在的熱發射率不均的影響，提高缺陷檢測的準確率。
[0012]本發明通過對熱發射率引起的熱響應變化進行了理論和實驗分析，發現在熱成像檢測時，熱激勵和熱傳導決定了材料溫度T的分布，溫度T和材料表面熱發射率ε決定了材料的熱輻射水平。根據式(2)，熱輻射與材料表面熱發射率ε成正比，因此可以認為熱發射率僅僅改變了被測件的紅外熱響應幅度，並未改變其紅外熱響應幅度隨時間的變化規律。採用該結論對紅外熱圖像進行處理即可抑制材料表面本身存在的熱發射率不均的影響。
[0013]本發明可抑制材料表面熱發射率不均影響的熱圖像處理方法，包括以下步驟:
[0014]S1:加熱開始前，採集被測件在熱平衡狀態下的紅外熱圖像，其中各像素點(m，n)
處紅外熱響應幅度記為(O)；
[0015]S2:對被測件加熱並冷卻，在此期間任意時刻t採集一幅被測件的紅外熱圖像，其中各像素點(m，n)處紅外熱響應幅度『.,,O);
[0016]S3:當被測件冷卻至熱平衡狀態時，採集被測件的紅外熱圖像，其中各像素點(m，n)處紅外熱響應幅度記為丄^匕)；
[0017]S4:生成新的紅外熱圖像，各像素點(m，n)的紅外熱響應幅度計算公式為:
[0018]
【權利要求】
1.一種可抑制材料表面熱發射率不均影響的熱圖像處理方法，其特徵在於包括以下步驟: 51:加熱開始前，採集被測件在熱平衡狀態下的紅外熱圖像，其中各像素點(m，n)處紅外熱響應幅度記為./?.?(); 52:對被測件加熱並冷卻，在此期間任意時刻t採集一幅被測件的紅外熱圖像，其中各像素點(m，n)處紅外熱響應幅度O); 53:當被測件冷卻至熱平衡狀態時，採集被測件的紅外熱圖像，其中各像素點(m，n)處紅外熱響應幅度記為/I,? O1); S4:生成新的紅外熱紅外圖像，各像素點(m，n)的紅外熱響應幅度計算公式為:
2.根據權利要求 1所述的熱圖像處理方法，其特徵在於，所述步驟S2中紅外熱圖像的採集時刻t為加熱結束時刻。
3.根據權利要求1所述的熱圖像處理方法，其特徵在於，所述步驟S3中熱平衡狀態的判定方法為:設定溫度下降速率閾值，當被測件溫度下降速率小於等於該閾值時，則認為被測件冷卻達到熱平衡狀態。
【文檔編號】G06T5/50GK103646386SQ201310648340
【公開日】2014年3月19日 申請日期:2013年12月5日 優先權日:2013年12月5日
【發明者】程玉華, 白利兵, 陳凱, 張 傑 申請人:電子科技大學