[发明专利]一种碳纤维复合材料冲击缺陷的红外序列热图分析方法

说明书

技术领域

本发明属于超声红外无损检测缺陷定量分析领域，具体涉及一种碳纤维复合材料层压板上冲击缺陷的缺陷拼接以及红外热像仪的视角误差补偿方法。

背景技术

超声红外无损检测技术在复合材料的缺陷探测中已经受到了广泛的关注。其基本原理是通过超声激励源对被测材料产生热激励，存在缺陷的被检测材料由于内部受损差异在表面产生不同的温度场分布，利用红外热像仪同步获取加热及热扩散过程中被测材料的红外热图，利用数字图像处理技术对红外热图进行处理，再采用定量分析方法对缺陷进行分析，得到缺陷的尺寸信息。

缺陷探测技术在无损检测领域中已经相对较为成熟，缺陷定量分析逐渐成为无损检测的发展方向。目前国内外的红外热像无损检测定量分析的实验和研究采用的试件多为标准试件上的标准缺陷，如圆孔、方孔等，缺陷类型跟实际情况有所脱节，具有一定的局限性，采用的方法也很难直接应用到实际的材料中。

由于碳纤维复合材料的层压板结构分层，导致材料上实际产生的缺陷分布在材料的不同层面。位于不同层面上的缺陷由于深度的不同在红外序列热图上初现、显示、扩散的时间点也不同。因此，材料上的一个冲击缺陷在红外热图上可能分时段表现为几个分离的缺陷。这样，极有可能使得缺陷定量分析的结果产生严重的偏差，包括缺陷数量、缺陷尺寸等分析结果都会受到很大的影响。有效的缺陷拼接技术能够将实际上属于同一个缺陷的几个分离缺陷在图像上进行拼接，一方面提高缺陷的可视效果，另一方面为更准确、有效地对复合材料缺陷进行定量分析提供了基础。缺陷拼接技术已成为国内外研究中一个较为新型的探究角度，然而，由于理论依据不足等原因，目前尚未形成一套完整的方法。

同时，在实际的实验过程中，特别是有源热像无损检测实验中，如图1所示，热激励源1位于试件2的正上方，于是红外热像仪3的探测器与试件无可避免地存在视角，该视角使得试件在红外热图的成像存在几何畸变。同时，由于试件的各点与红外热像仪探测器的距离不同，空气对红外热辐射的损耗也不同，使得红外序列热图的亮度存在梯度误差。对红外热图进行几何畸变校正以及亮度梯度误差补偿可以减小由实验设备给图像带来的影响，有效地提高缺陷定量分析的精度。

发明内容

本发明的研究对象来自于超声红外热像无损检测实验，超声激励源对碳纤维复合材料层压板试件产生热激励，存在缺陷的被检测材料由于内部受损的结构差异，在表面产生不同的温度场分布，利用红外热像仪同步获取加热及散热过程中的红外序列热图，并传输到计算机中进行记录，再对所记录的红外序列热图进行处理，进一步分析试件上的缺陷。本发明针对现有无损检测技术中缺陷分析环节的不足之处，提供一种利用超声红外序列热图对碳纤维复合材料层压板上不连贯冲击缺陷的分析和处理方法。本方法可有效地对复合材料层压板上不连贯的冲击缺陷进行拼接，同时针对由于视角引起的图像几何畸变进行校正，并补偿图像的亮度梯度误差。

本发明的目的是这样实现的。一种碳纤维复合材料冲击缺陷的红外序列热图分析方法，主要包括以下步骤：

（1）获取带有等时间间隔信息的超声红外序列热图，并对其进行滤波降噪处理；

（2）完成缺陷的时间域拼接，即综合红外序列热图在各个时间点体现出来的缺陷信息，将其表示在一张红外热像图上；

所述缺陷的时间域拼接方法为：对红外序列热图中的各幅图像选择对应的加权值，确保缺陷清晰显示阶段的加权值大于初现阶段及扩散阶段，所有加权值的和为1。其中，初现阶段是指缺陷在图像中刚刚出现及缺陷区域迅速扩大的阶段，显示阶段是指缺陷具有相对稳定、清晰轮廓的阶段，扩散阶段是指缺陷的轮廓逐渐模糊向四周扩散的阶段。将红外序列热图上各个像素点的灰度值进行加权平均，进而得到经过时间域拼接后的图像；

（3）完成缺陷的空间域拼接，即根据红外序列热图的时间特征分析在经过时间域拼接的图像上表现为相邻的几个缺陷是否属于同一个缺陷，若属于，则根据缺陷边缘各个方向的扩散速度信息进行空间域的缺陷拼接，使其在图像上表现为一个缺陷；