[发明专利]一种通过改进GAN增强裂纹磁光图像的方法

说明书

本发明公开了一种通过改进GAN增强裂纹磁光图像的方法，先采集裂纹磁光图像并进行预处理，再对预处理后的磁光图像进行扩充，获取训练改进GAN模型的训练数据，然后对改进GAN模型进行训练，最后，将待测试件的磁光图像输入至改进GAN模型，通过内部的生成网络输出图像块并拼接，从而获取到具有高对比度的裂纹磁光图像，实现了缺陷增强。

技术领域

本发明属于图像处理技术领域，更为具体地讲，涉及一种通过改进生成式对抗网络(GAN)增强裂纹磁光图像的方法。

背景技术

裂纹检测在预防由裂纹缺陷设施引起的偶发危险事件中起着极其重要的作用。随着现代工业科技的快速发展，工业中设施装备逐渐向着高精度发展，其对组件的安全性也有着极高的要求，裂纹的出现和扩展不仅会严重影响设施装备的性能，在扩展到一定程度后甚至会导致组件的断裂，引起设施的安全问题，从而造成极其严重的后果。因此有必要早期对工业组件进行裂纹的检测。

目前的无损检测技术主要包括射线检测、涡流检测、磁粉检测、超声检查等。射线检测检测成本高且存在安全问题；磁粉检测仅适合开口缺陷且检测过程复杂；超声检测需要耦合；综合来看，涡流检测因其检测速度快，操作难度低、多种多样的应用方式等优点受到广泛关注。导电试件上的裂纹信息与涡流产生的磁场有关。涡流路径上存在裂纹时，路径会发生改变，从而导致感应磁场的分布及强度大小的变化。由于裂纹处的涡流密度会高于非缺陷部分，其边缘的磁场强度也会更高，因此，磁场通常包含着缺陷的信息，通过检测磁场信息达到检测缺陷的目的。

随着涡流检测技术发展,其在简单缺陷的检出及空间定位方面都已经比较成熟，且逐渐向精确测量和成像检测方向发展。目前的涡流成像方像方法主要有涡流阵列成像、脉冲涡流热成像、涡流磁光成像等方法，其中涡流磁光成像检测方法在空间上的分辨率理论上与光子相同，属于最高分辨率的手段，相比来说精度最高。涡流磁光成像技术的主要原理在于当偏振光通过某种介质时，若此时在介质中注入相同方向的磁场，会观察到偏振的偏振角度进行偏转，磁场强度越强，则偏转角度越大。发生偏转后的偏振光通过检偏器后被成像装置收集，图像的光强便包含了磁场信号的强度信息。

由涡流磁光成像获取的图像与自然光学图像存在差异，而这些差异主要有如下几点：

1)图像数据量较小。在实验中，样本图像通过人工方法获取，因而可用于裂纹分析的图像数量有限甚至稀少。

2)图像不具有纹理特征。通常情况下，裂纹自然产生，导致其形状多种多样且不可预测。而且与自然光学图像相比较，磁光成像获取的图像并不稳定(多次对同一目标的成像具有差异性)。因此，无法基于纹理特征判断图像的裂纹。

3)“假性裂纹”与裂纹的像素值差异较小。涡流激励要求材料的导电性，受磁化场的影响，在磁场覆盖的试件部分会因激励磁场产生较多的“假性裂纹区域”。由于像素值相近，区分裂纹和“假性裂纹”的难度较高。

4)噪声对裂纹检测的精确性影响较大。从像素级区分裂纹与“假性”裂纹较为困难，甚至若裂纹区域与“假性裂纹”区域距离较近，噪音可能会导致两部分连接到一起，从而降低裂纹检测的准确性。

由上所述，磁光图像的成像质量及后期图像增强对裂纹的识别及定量分析中起着至关重要的作用。在磁光成像装置的成像质量优化方面，Park Unsang团队针对服役期长的旧飞机采用磁光无损检测技术对其进行探伤，实现了对焊接铆钉的可视化检测。为了优化磁光成像质量，提高检测精度，H.Ferrari团队针对“人”字型磁畴壁进行了成像研究。同时期，C.Holthaus团队，通过改进磁光成像装置，优化了磁光成像质量。该成果为磁光薄膜的改进提供了方向；针对磁光图像的成像的处理，电子科技大学程玉华团队田露露等人分别采用了主成分分析法对某幅磁光图像进行了裂纹提取取得了不错的效果。