一种微波阶跃热成像检测和层析成像方法及系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于无损检测、医学成像和目标探测等技术领域，特别是涉及一种微波热 成像缺陷检测、层析成像和目标探测方法及系统。
【背景技术】
[0002] 随着现代科学和工业技术的发展，无损检测技术已成为保证产品质量和设备运行 安全的必要手段。目前具有代表性的无损检测技术主要有射线检测、超声检测、渗透检测、 磁粉检测、涡流检测以及热成像检测等技术。
[0003] 热成像检测技术采用热源对被检对象进行加热，采用热像仪观测和记录被检对象 表面的温度变化信息，以对被检对象表面及内部的缺陷进行检测和评估。热成像检测技术 具有非接触、非破坏、无需耦合、检测面积大、速度快等优点，已广泛应用于航空、航天、石 油、化工、电力、核能等领域。
[0004] 热成像检测技术采用的热源多种多样，从物理角度而言，有闪光灯、超声波、涡流、 激光等。根据热源物理性质的不同，热成像检测技术可以细分为闪光灯热成像检测技术、超 声波热成像检测技术、涡流热成像检测技术和激光热成像检测技术等。
[0005] 微波加热（Microwave heating)就是利用微波的能量特征，对物体进行加热的过 程，具有加热均匀、速度快、热惯性小、无污染、可选择性加热等特点。国外已有学者对微波 热成像检测技术进行了研宄。文献[1]提供了一种微波脉冲热成像缺陷检测技术，采用热 像图上某一路径的温度轮廓线进行缺陷检测。文献[2]提供了一种微波脉冲热成像缺陷检 测技术，采用脉冲调制微波进行加热，采用不同时刻的热像图和瞬态温度信号进行缺陷检 测。文献[3]提供了一种微波脉冲热成像检测技术，也采用不同时刻的热像图和瞬态温度 信号进行缺陷检测。现有微波热成像缺陷检测技术存在以下不足：1)缺陷检测方法依赖原 始的热像图和瞬态温度曲线，易受噪声干扰；2)没有有效的缺陷深度定量方法；3)无法表 征特定深度属性的变化和实现层析成像。
[0006] 热成像是一种主要的医学成像技术，通过探测人体体表的热辐射进行疾病的诊 断。热成像技术早在1970年就应用于乳腺疾病的诊断。美国食品药品监督管理局于1983 年正式批准热成像技术可应用于临床诊断。随着计算机技术和探测传感器技术的高速发 展，出现了热层析成像技术。该技术除了具有常规热成像技术的功能外，还可利用计算机技 术结合恰当的数学模型对热像进行分析和解读，获得体内的热源深度、形状、分布、热辐射 值，并依据正常和异常细胞代谢热辐射的差别进行分析判断，方便医生对热像图进行判断。
[0007] 近年来，已有学者对微波热成像诊断技术进行了研宄。文献[4]提出了计算机编 码的脉冲调制微波辐照生物组织，采用红外热成像的方式观察分层仿生体模中各层的温度 分布。文献[5]采用红外热成像仪测量微波辐射器辐照之后分层仿生体模的表面温度，对 微波热疗中透热深度进行了研宄。当前医学微波热成像技术也存在一些不足，如无法实现 层析成像。
[0008] 一些学者对微波热成像目标探测技术进行了研宄。文献[6]提供了一种微波热成 像目标探测系统及方法，采用不同时刻的热像图对埋在地下的目标进行探测。现有微波热 成像目标探测技术也存在与无损检测和医学成像领域同样的不足。
[0009]本发明公开一种微波阶跃热成像（Microwave step heating thermography， MW-SHT)检测和层析成像方法及系统，也可以称为微波长脉冲热成像（Microwave long pulse thermography，MW-LPT)检测和层析成像方法及系统^具有操作简单、抗干扰性强、 易定量、可层析成像等优点，可广泛应用于复合材料、介质材料等产品的无损检测、生物组 织的医学成像以及埋地目标的探测等领域。
[0010] 参考文献。
[0011] [1] L Cheng, G. Y. Tian，B. Szymanik, Feasibility studies on microwave heating for nondestructive evaluation of glass fibre reinforced plastic composites, in: Instrumentation and Measurement Technology Conference (I2MTC)，2011 IEEE，2011，pp. 1-6。
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[0014] [4]马国军，江国泰，孙兵，脉冲调制微波辐照生物组织的热效应及红外热成 像研宄，红外与毫米波学报，31 (2012) 52-56。
[0015] [5]孙兵，江国泰，陆晓峰，曹毅，基于红外热成像的微波热疗透热深度，强 激光与粒子束，21 (2009) 1194-1198。
[0016] [6] ff. Swiderski, P. H osta, L. Szugajew, J. Usowicz, Microwave enhancement on thermal detection of buried objects, in: 11th International Conference on Quantitative InfraRed Thermography, Naples, Italy, 2012〇
【发明内容】
[0017] 本发明目的是针对现有微波热成像检测和成像技术的不足，提供一种微波阶跃热 成像检测和层析成像方法及系统。系统由控制模块、微波产生装置、热像仪、计算机及算法 模块等组成。采用微波对被检对象进行加热，采用热像仪记录被检对象表面的瞬态温度信 号。求出瞬态温度信号的二阶导数，提取二阶导数曲线的峰值时间作为特征值；把无缺陷区 域的瞬态温度信号作为参考信号，把被检区域的瞬态温度信号与参考信号进行差分得到瞬 态差分信号，提取分离时间和最大值时间作为特征值；采用特征值进行成像，判断是否存在 缺陷；通过理论分析和试验，建立特征值与深度的定量关系，对未知缺陷的深度进行定量； 利用不同时间范围的温度上升率，实现不同深度范围的层析成像。该方法及系统可应用于 无损检测、医学成像和目标探测等领域。
[0018] -种微波阶跃热成像检测和层析成像系统，主要包括： 1)控制模块，用于设定系统工作参数，控制系统运行； 2) 微波产生装置，用于产生微