一种橡胶水管管壁强度检测方法及装置与流程

本发明涉及光谱分析，具体涉及一种橡胶水管管壁强度检测方法及装置。

背景技术：

1、橡胶水管是一种用于输送液体的管道，其管壁通常由橡胶材料制成，此外为了增强橡胶水管管壁的强度，在橡胶水管生产的过程中通常会在管壁中天街纤维增强材料或者编织物布层等，这些材质与橡胶相结合形成一个管壁强化层，能够提高橡胶的拉伸强度、抗撕裂性、耐磨性和抗张强度等。在橡胶水管的生产过程中需要准确把握各种成分的添加含量，由此需要实时对橡胶水管管壁的强度进行检测。高光谱分析能够反映物质辐射的光谱信息与反映物质的空间信息，达到“图谱合一”的效果，但是也存在一定的问题，由于橡胶水管是橡胶和添加材料混合生产，单个像元可能同时包含多种生产材料的光谱信息，这些像元称为混合像元，由此需要从混合像元中提取到物质的基本光谱信息和成分含量，此过程称为高光谱解混。

2、在传统的光谱解混算法，基于非负矩阵分解nmf算法中通常假设光谱的光谱信息是不发生改变的，但是受到采集环境的影响往往存在谱变异的特征，导致解混估计误差在整个解混过程中传播，使得nmf算法存在光谱解混失败的可能，针对上式问题，本发明提出了一种橡胶水管管壁强度检测方法及装置，通过采集得到的光谱信息衡量光谱变异度，进行光谱变异校正，达到最优解混，实现对橡胶水管管壁强度的准确检测。

技术实现思路

1、为了解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种橡胶水管管壁强度检测方法及装置，所采用的技术方案具体如下：

2、第一方面，本发明实施例提供了一种橡胶水管管壁强度检测方法，该方法包括以下步骤：

3、采集橡胶水管管壁上各采样位置所有像元的像元序列组成的高光谱数据；

4、使用波段选择算法对高光谱数据进行真彩合成获取伪彩色图像，使用语义分割神经网络对伪彩色图像分割得到纤维区域、橡胶区域和边界像元，根据高光谱数据中的反射强度获取采样位置橡胶区域的边界像元各波段的谱线平滑度；根据谱线平滑度获取采样位置中各橡胶区域中各边界像元的橡胶光谱焦点外延平滑系数；根据橡胶光谱焦点外延平滑系数和高光谱数据获取各采样位置中各橡胶区域的橡胶边界像元混叠度；使用harris角点检测获取各橡胶区域的相邻纤维区域交叉点，根据相邻纤维区域交叉点的高光谱数据中的反射强度获取各橡胶区域的像元序列向量；根据像元序列向量获取各橡胶区域的纤维谱线纯净度系数；根据橡胶边界像元混叠度和纤维谱线纯净度系数获取各橡胶区域的变异度，根据变异度获取各采样位置的橡胶纤维光谱变异度；根据橡胶纤维光谱变异度获取橡胶水管的端元矩阵和丰度矩阵；

5、将橡胶水管的端元矩阵与标准端元矩阵的结构相似系数作为成分差异系数，根据l2范数得到丰度矩阵的各材料的实际成分含量、各材料的标准成分含量，构建配比成分差异系数，将成分差异系数与配比成分差异系数的和值作为橡胶水管管壁强度检测系数，若橡胶水管管壁强度检测系数小于等于预设管壁强度阈值，则橡胶水管强度存在质量缺陷，反之，橡胶水管强度符合标准。

6、进一步，所述获取采样位置橡胶区域的边界像元各波段的谱线平滑度，包括：

7、对于各采样位置的各橡胶区域的各边界像元，计算边界像元中各波段的反射强度与其后一相邻波段的反射强度之间的差值，统计各波段与其后一相邻波段之间的波宽，将所述差值与所述波宽的比值的绝对值作为各边界像元在各波段的谱线平滑度。

8、进一步，所述获取采样位置中各橡胶区域中各边界像元的橡胶光谱焦点外延平滑系数，包括：

9、对于各橡胶区域，计算橡胶区域的各边界像元第l个波段的谱线平滑度与橡胶区域的中心像元第l个波段的谱线平滑度的差值绝对值，计算以自然常数为底、以所述差值绝对值为指数的指数函数的计算结果，将橡胶区域中各边界像元的所有所述计算结果的和值作为各边界像元的橡胶光谱焦点外延平滑系数。

10、进一步，所述获取各采样位置中各橡胶区域的橡胶边界像元混叠度，包括：

11、对于采样位置的各橡胶区域，计算所有边界像元的橡胶光谱焦点外延平滑系数的均值，计算各边界像元与所述均值的差值绝对值；

12、计算橡胶区域中各边界像元的像元序列与橡胶区域中心像元的像元序列之间的皮尔逊相关系数，计算以数字2为底、以所述相关系数为指数的指数函数的计算结果；

13、计算所述差值绝对值与所述计算结果的比值，将橡胶区域中所有所述比值的均值作为各橡胶区域的橡胶边界像元混叠度。

14、进一步，所述获取各橡胶区域的相邻纤维区域交叉点，根据相邻纤维区域交叉点的高光谱数据中的反射强度获取各橡胶区域的像元序列向量，包括：

15、对于各橡胶区域，使用harris角点检测算法获取各橡胶区域的角点，对于各所述角点，连接与其最近的两个角点，将各角点之间连线组成的封闭区域的中心点作为纤维区域交叉点，将距离各橡胶区域最近的四个纤维区域交叉点作为各橡胶区域的相邻纤维区域交叉点；

16、对于各橡胶区域，将橡胶区域中的所有像元序列的均值作为各橡胶区域的均值像元序列，将各相邻纤维区域交叉点的像元序列与所述均值像元序列相减得到的序列作为各橡胶区域的像元序列向量。

17、进一步，所述获取各橡胶区域的纤维谱线纯净度系数，包括：

18、对于各采样位置的各橡胶区域，计算橡胶区域的像元序列之间的余弦相似度，将橡胶区域所有的余弦相似度的均值作为各橡胶区域的纤维谱线纯净度系数。

19、进一步，所述获取各橡胶区域的变异度，根据变异度获取各采样位置的橡胶纤维光谱变异度，包括：

20、对于各采样位置的各橡胶区域，计算橡胶边界像元混叠度与纤维谱线纯净度系数的比值，计算以自然常数为底、以所述比值为指数的指数函数的计算结果，将所述计算结果的向下取整值作为各橡胶区域的变异度；

21、获取各橡胶区域的中心点，将距离各橡胶区域的中心点最近的8个中心点对应的橡胶区域作为各橡胶区域的邻域橡胶区域，计算各邻域橡胶区域的变异度在橡胶区域中所有邻域橡胶区域的变异度中的概率，计算所述概率的信息熵作为各橡胶区域的光谱变异度评价系数；

22、将各采样位置的所有橡胶区域的光谱变异度评价系数的均值作为各采样位置的橡胶纤维光谱变异度。

23、进一步，所述获取橡胶水管的端元矩阵和丰度矩阵，包括：

24、对于橡胶水管管壁在各个采样位置的橡胶纤维光谱变异度，选取前10％的橡胶纤维光谱变异度对应的采样位置的高光谱数据进行采样nfm算法光谱解混，得到橡胶水管管壁的端元矩阵和丰度矩阵。

25、进一步，所述根据l2范数得到丰度矩阵的各材料的实际成分含量、各材料的标准成分含量，构建配比成分差异系数，包括：

26、对于橡胶水管的丰度矩阵，计算丰度矩阵中各行向量与丰度矩阵的l2范数的比值作为各行向量对应各材料的实际成分含量；

27、对于标准丰度矩阵，采用材料实际成分含量相同的方法，获取标注丰度矩阵中各行向量对应各材料的标准成分含量；

28、计算各材料的实际成分含量与各材料的标准成分含量的余弦相似性，将所有余弦相似性的均值作为配比成分差异系数。

29、第二方面，本发明实施例还提供了一种橡胶水管管壁强度检测装置，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述任意一项所述方法的步骤。

30、本发明至少具有如下有益效果：

31、本发明提出一种橡胶水管管壁强度检测方法及装置，针对采样位置的高光谱数据进行区域划分，针对橡胶区域计算中心光谱曲线与边界光谱曲线的差异得到橡胶边界像元混叠度，结合纤维区域进行中心橡胶成分剥离，计算得到纤维谱线纯净度系数，遍历当前采样位置的所有区域得到橡胶纤维光谱变异度。解决了由于环境因素出现光谱变异和混合像元的情况从而导致检测效果较差的问题，通过计算橡胶纤维光谱变异度为光谱解混算法筛选先验信息，提高解混的精度，最终实现橡胶水管管壁强度的精确检测。