一种可抑制材料表面热发射率不均影响的热图像处理方法
【专利摘要】本发明公开了一种可抑制材料表面热发射率不均影响的热图像处理方法，采用冷却结束时的红外热图像中各像素的红外热响应幅度减去加热开始前的红外热响应幅度，再以结果去除加热开始至结束期间任意时刻各像素的红外热响应幅度与加热开始前的红外热响应幅度的差，生成新的热红外图像。采用本发明生成的热红外图像，可以抑制材料表面本身存在的热发射率不均对热红外图像影响，排除对缺陷检测的干扰，提高对缺陷的检测准确率。
【专利说明】一种可抑制材料表面热发射率不均影响的热图像处理方法
【技术领域】
[0001]本发明属于热图像处理【技术领域】，更为具体地讲，涉及一种可抑制材料表面热发射率不均影响的热图像处理方法。
【背景技术】
[0002]在热成像无损检测中，主要通过特定时刻热图像的高低温度对比判定缺陷的有无。该方法极易受材料表面热发射率不均的影响，在金属材料检测中，问题尤其严重。如金属表面的油污、锈蚀、水等，因热发射率较高，极易在材料表面产生虚假的高温，造成缺陷误检误报。
[0003]根据Stefan-Boltzmann定律,单位面积黑体福射的功率j*与黑体温度T的四次方成正比，即:
[0004]j* = OsbT4 (I)
[0005]其中σ sb是Stefan-Boltzmann常数，T是黑体的绝对温度。在实际应用中，材料表面的热辐射与材料的表面状况紧密相关，这种影响一般采用热发射率ε表示，其定义为相同温度下，物体热辐射与黑体热辐射的比值。因此，描述实际物体热辐射时，Stefan-Boltzmann 定律表述为:
[0006]j* = ε OsbT4 (2)
[0007]当材料表面存在油污、氧化或其他污溃时，材料表面热发射率变的不再均匀。对于同一种材料，光亮表面的热发射率最低，油污、粗糙表面的热发射率相对较高，黑色表示的热发射率最高。如光亮不锈钢的热发射率只有0.16，喷砂处理后上升到0.44，而氧化处理后可高达0.85。光亮镍合金的热发射率为0.05，当表面有油污时，却高达0.82。
[0008]根据式(2)可知，在同样的温度条件下，油污、氧化层、粗糙表面等的存在将大幅提高材料的热辐射水平，从而在热像仪上产生虚假的“高温”。图1是不锈钢试样A的照片。如图1所示，在该长条形不锈钢试样A上等间距分布着亮暗条纹，明亮条纹为经过抛光的表面，黑色条纹为喷涂了黑色涂层的区域。图2是不锈钢试样A加热结束时的红外热图像。如图2所示，本例中不锈钢试样A的红外热图像中每个条纹的中间温度最高，向两边逐渐降低。并且由于黑色条纹区域PosAl因具有更高的热发射率，红外热图像亮度较高，显示为高温，而明亮条纹区域PosA2因热发射率较低而呈现低温状态。
[0009]在热成像无损检测中，缺陷的识别依赖于红外热图像上的高低温区域。所不同的是，缺陷引起的高低温是热量在缺陷处聚集或扩散受阻的结果，而污溃、氧化等非缺陷的高热发射率引起的“高温”与材料内部的结构完整性无关，对应区域的温度并未真正提高。然而，污溃、氧化等非缺陷和缺陷引起的高温在热图像上非常相似，极难区分，常常引起缺陷误报。
[0010]为提高检测效果，英、德、澳等国的学者分别通过在材料表面喷涂蒸馏水、黑色涂料等方式，抑制了材料表面热发射率变化的影响。方法虽然可行，但增加了操作的复杂程度和检测成本，降低了检测效率，且会造成材料表面的污染，使用范围有限。
【发明内容】
[0011]本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种可抑制材料表面热发射率不均影响的热图像处理方法，通过对材料红外热图像进行处理，抑制材料表面本身存在的热发射率不均的影响，提高缺陷检测的准确率。
[0012]本发明通过对热发射率引起的热响应变化进行了理论和实验分析，发现在热成像检测时，热激励和热传导决定了材料温度T的分布，温度T和材料表面热发射率ε决定了材料的热辐射水平。根据式(2)，热辐射与材料表面热发射率ε成正比，因此可以认为热发射率仅仅改变了被测件的红外热响应幅度，并未改变其红外热响应幅度随时间的变化规律。采用该结论对红外热图像进行处理即可抑制材料表面本身存在的热发射率不均的影响。
[0013]本发明可抑制材料表面热发射率不均影响的热图像处理方法，包括以下步骤:
[0014]S1:加热开始前，采集被测件在热平衡状态下的红外热图像，其中各像素点(m，n)
处红外热响应幅度记为(O)；
[0015]S2:对被测件加热并冷却，在此期间任意时刻t采集一幅被测件的红外热图像，其中各像素点(m，n)处红外热响应幅度‘.,,O);
[0016]S3:当被测件冷却至热平衡状态时，采集被测件的红外热图像，其中各像素点(m，n)处红外热响应幅度记为丄^匕)；
[0017]S4:生成新的红外热图像，各像素点(m，n)的红外热响应幅度计算公式为:
[0018]
【权利要求】
1.一种可抑制材料表面热发射率不均影响的热图像处理方法，其特征在于包括以下步骤: 51:加热开始前，采集被测件在热平衡状态下的红外热图像，其中各像素点(m，n)处红外热响应幅度记为./?.?(()); 52:对被测件加热并冷却，在此期间任意时刻t采集一幅被测件的红外热图像，其中各像素点(m，n)处红外热响应幅度O); 53:当被测件冷却至热平衡状态时，采集被测件的红外热图像，其中各像素点(m，n)处红外热响应幅度记为/I,? O1); S4:生成新的红外热红外图像，各像素点(m，n)的红外热响应幅度计算公式为:
2.根据权利要求 1所述的热图像处理方法，其特征在于，所述步骤S2中红外热图像的采集时刻t为加热结束时刻。
3.根据权利要求1所述的热图像处理方法，其特征在于，所述步骤S3中热平衡状态的判定方法为:设定温度下降速率阈值，当被测件温度下降速率小于等于该阈值时，则认为被测件冷却达到热平衡状态。
【文档编号】G06T5/50GK103646386SQ201310648340
【公开日】2014年3月19日 申请日期:2013年12月5日 优先权日:2013年12月5日
【发明者】程玉华, 白利兵, 陈凯, 张 杰 申请人:电子科技大学