一种微波调频热波成像系统及方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于无损检测、目标探测和医学成像等技术领域，特别是涉及一种微波热 成像检测、探测和成像系统及方法。
【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] 热成像检测技术可以分为脉冲热成像检测技术、阶跃热成像检测技术、锁相热成 像检测技术、脉冲相位热成像检测技术以及调频热成像检测技术。脉冲热成像检测技术需 要高能量短时脉冲进行加热，可能对被检对象的表面造成热损伤。阶跃热成像检测技术采 用长脉冲进行加热，易受加热不均匀、表面发射率变化等影响。锁相热成像检测技术采用单 频热波进行加热，采用幅值图像和相位图像进行缺陷检测，具有可抑制加热不均匀、表面发 射率变化等优势，但是每次检测只含有一个频率成分，检测时间长。脉冲相位热成像检测技 术融合了脉冲和锁相热成像检测技术的优点，采用多个频率的相位图进行缺陷检测，但是 高频成分能量较低。调频热成像检测技术改进了脉冲相位热成像检测技术，采用调频热波 进行加热，即含有多个频率成分，各个频率的能量又足够大，可以改进深度分辨率。
[0005] 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，热成像检测技术包含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。
[0006] 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、可选择性加热、热惯性小、无污染等特点。国外已有学者对微波 热成像检测技术进行了研究。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进行缺陷检测。文献[3]提供 了一种微波锁相热成像检测技术，采用函数发生器和继电器控制微波炉的开关，采用快速 傅里叶变换提取幅值和相位信息。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)难以克服加热不均匀和表面 发射率的干扰；3)获得不同深度的信息需要的检测时间长。
[0007] 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，开发出红外热层析成像技术。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，方便医生对热像图进行判断。
[0008] 近年来，已有学者对微波热成像诊断技术进行了研究。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究。
[0009] -些学者对微波热成像目标探测技术进行了研究。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。
[0010] 本发明公开一种微波调频热波成像（Microwave frequency modulated thermal wave imaging, MW-FMTWI)系统及方法。具有抗干扰性强、深度信息丰富、检测时间短等优 点，可广泛应用于复合材料、非金属材料的无损检测、生物组织的医学成像以及地下目标的 探测等领域。
[0011] 参考文献。
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【发明内容】
[0018] 本发明目的是针对现有微波热成像技术的不足，提供一种微波调频热波成像系 统及方法。系统由控制模块、微波产生装置、调频信号产生装置、幅度调制装置、热像仪、计 算机及多个算法模块等组成。系统采用被调频信号幅度调制后的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温度信号。设定调频信号或无缺陷区域的温度信号为 参考信号。对温度信号和参考信号进行快速傅里叶变换，获得频域的幅值和相位信号，提取 特定频率的幅值和相位以及峰值频率等作为特征值；对温度信号和参考信号进行互相关， 获得不同延迟时间的相关系数，提取特定延迟时间的相关系数以及峰值延迟时间作为特征 值；对温度信号和参考