[发明专利]基于局部分形维的平面阵列电容成像缺陷检测定位方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种复合材料无损检测领域，具体涉及一种基于局部分形维的平面阵列电容成像缺陷检测定位方法。

背景技术

近年来，电容层析成像(electrical capacitance tomography，ECT) 技术因其非侵入性、响应快速、测量精度高等优势广泛应用于工业管道/多相流监测等领域，其电极布置主要是圆周式。由此发展而来的平面电极电容成像传感技术不仅具有传统ECT技术的特点，而且凭借自身的几何优势，在被测物场几何空间受限的情况下可从单一方向对被测物进行检测，在复合材料的无损检测等方面具有巨大的发展前景。

目前平面阵列电极电容成像技术主要存在以下不成熟问题：(1) 数据采集精度低，受噪声干扰严重；(2)“软场”效应和不适定性的逆问题；(3)平面阵列电极电容成像系统的高低标定在不同情况下的选取问题；(4)对物体微小缺陷检测、量化分析及实际应用。针对航空用多孔复合材料结构，采用平面阵列电极电容成像技术对其粘接层进行缺陷检测时，相应重建图像中微小缺陷的定位技术的研究，目前尚未见报道。

由于平面阵列电极电容成像系统重建图像边缘模糊现象比较严重，在很大程度上影响测量精度，若通过人为标记定位缺陷位置，则会致使定位误差较大。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中的不足，提供一种基于局部分形维的平面阵列电极电容成像缺陷检测定位方法,通过计算分块分形维维数，并将其与预设的阈值进行比较，将大于阈值的部分认定为存在缺陷，从而确定重建图像中缺陷的位置，并标记出缺陷的轮廓，实现缺陷的自动定位。

为实现上述目的，本发明公开了如下技术方案：

基于局部分形维的平面阵列电容成像缺陷检测定位方法，包括如下步骤：

S1将被测样件平行正对置于平面电极阵列传感器上，测量此时的电容值，作为测量物场电容值；

S2图像重建：利用LBP算法重建出介电常数分布图像；

S3图像处理：提取伪色图像中缺陷颜色所对应的颜色矩阵；

S4利用MATLAB将重建图形分块，并计算每块的分形维维数，根据重建图像的分块分形维维数直方图确定阈值；

S5标记出分形维维数大于阈值的方孔，得到最终标记结果。

进一步的，所述步骤S1具体步骤为，首先对传感器单元的1号电极施加交流激励，其它极板虚地，经多路选通快关轮流与激励电极构成电极对，依次测量得到1-2、1-3、……1-12电极对之间的电容值，之后，将激励电压加到2号电极上，依次测量得到2-3、2-4、……2-12 电极对之间的电容值，依次循环直至测量全部电极对之间的电容值。

进一步的，所述步骤S2图像重建时，将平面阵列传感器采集到的电容值，经过归一化后，利用LBP图像重建算法进行成像。

进一步的，所述步骤S2中图像重建时，需将采集到的电容值数据与仿真得到的灵敏度矩阵进行归一化处理，将处理后的电容值与灵敏度矩阵带入到线性化物理模型中进行计算，公式如下：

G＝S^T·C

其中，G为介电常数分布，C为电容值，S为灵敏度矩阵，T为矩阵转秩。

进一步的，所述步骤S3中，进行局部分形维维数计算时采用 Blanket法计算。

进一步的，采用Blanket法计算分形维的具体步骤如下：

假设有一个被测样件覆盖图像的灰度曲面g(i,j)，令被测样件的上下表面分别是μ_δ(i,j)，b_δ(i,j)；

其中g(i,j)＝μ₀(i,j)＝b₀(i,j)，令δ为被测样件个数，则灰度曲面的分形面面积为：

分形面积与维数的关系为：

A(δ)≈βδ^2-D

通过上述计算出维数D，其中β是常数，对等式两边同时取对数得到如下公式：

log(A(δ))≈(2-D)logδ+logβ

从上述公式中看出，log(A(δ))与logδ成近似的线性关系，δ取不同值时，会得到一组(logδ_i,logA(δ_i))，通过最小二乘法进行直线拟合上述求出维数D，维数的计算公式：