[发明专利]一种基于激光扫描法检测物体表面裂纹缺陷的图像合成方法

说明书

本发明涉及一种采用激光扫描热成像无损检测技术检测具有表面复杂形貌的结构件时的图像合成方法。在本发明中，采用线激光扫描对结构件表面进行均匀热激励，并通过热像仪实时记录激光扫描过程中结构件表面变化温度。针对因物体表面形貌变化而导致的图像中激光曲线的渐变变化、台阶突变和激光曲线外出现过温点的现象，通过设定距离盘踞、峰值判断方法将三个现象区分开来，并采用分段拟合方法获取正确激光曲线位置。按照所需的激励后降温时间，提取并插值得到与激光曲线固定间距曲线的灰度值，而后按顺序拼接为新的图像。本发明不仅可补偿热像仪所采集单帧图像中物体表面各位置的激励时延差，而且实现了物体表面具有复杂形貌情况下的图像正确合成。

技术领域

本发明涉及一种激光扫描热成像检测过程中的图像处理方法，用于复杂形貌工件表面裂纹缺陷检测图像的合成，属于红外无损检测技术领域。

背景技术

以线激光扫描检测为例，通常检测流程为线激光从物体表面一端扫描至另一端，扫描过程中热像仪持续采集物体表面温度，扫描结束后热像仪采集到相应的序列图像。如图2所示，若激光扫描速度恒定，因此逐帧浏览所采集图像，可看到激光线以固定间隔从物体表面一端逐步移动到另一端，每次在空间上移动的间隔Δx为热像仪采集一帧图像的时间Δt和激光扫描速度Δv的乘积。从序列图像中任取一帧图像，设激光线所在的位置为x，则图像中位置x所对应物体表面区域正处于激光线的激励中，假定当前时刻为t₀。那么由上述分析可知，在下一帧图像中激光线移动了Δx的距离，即t₀+Δt时刻激光线所处位置应为x+Δx。这就代表t₀+Δt时刻x+Δx位置所对应的物体表面区域正处于激光激励中，而此刻x位置所对应区域应为激光激励后冷却了Δt的时间。所以在单一图像中，物体表面不同位置具有不同的激光扫描时延时间，不能同时表示表面各位置在激光扫描同一时延的状态。若想单帧图像中物体表面各个位置具有同一激光扫描时延时间，如同采用整幅面激励的情况，需要针对序列图像每帧图像中的像素根据激光扫描的时延差进行重组，以达到重组后图像中的每个像素点都具有相同的激光扫描时延。通常做法为，逐帧在每帧图像中提取具有同一时延的像素点列，再按顺序重新组合为新的图像，重组后该图像中各点具备同一激光扫描时延。

若物体表面平整且激光与热像仪平行，则热像仪采集到的图像中激光线为一条垂直的直线(假设激光线垂直于热像仪)。但在实际检测过程中，通常物体表面具有复杂形貌，则热像仪所采集图像可能会出现激光曲线倾斜和弯曲形式的渐变变化、台阶跳变形式的突变变化，以及激光曲线外物体表面过温点现象。其中台阶跳变形式变化和过温点现象在遍历寻最大灰度值时均表现为位置突变。图3为物体表面不同形貌下激光曲线变化示意图，其中(a)表示激光垂直热像仪视场、(b)表示激光曲线倾斜和弯曲(c)表示激光曲线台阶跳变(d)表示物体表面存在过温点。

热像仪作为焦平面探测器其结构为大量探测单元组成的二维面阵，其输出为以像素点为单元的平面图像，所以热像仪的最小分辨率为单个像素点对应区域的大小。当激光曲线出现上述变化时，其在热像仪所采集图像中就会出现横跨两个像素点的情况，而图像提取只能以像素点为最小单位从而无法提取到两像素点中间位置的灰度值。此时所提取像素点的灰度值很可能不是真实的最大值，以此合成的图像亦会出现横向条纹。

如图4所示，针对激光线垂直以及渐变变化的情况，通常采用拟合和插值方法取得实际激光曲线位置及其灰度值。其具体步骤如下：

1.取出序列图像中单帧图像，在图像中逐行遍历分别取出该行最大灰度值位置点，遍历完成后可取出对应图像列数的最大灰度值位置点列。以其为参数进行拟合，所得曲线可表示为实际激光曲线。

2.提取图像中与激光线位置距离x的位置点列，利用插值算法计算曲线位置的实际灰度值，即可表示激光激励后t＝x/Δv时刻的灰度值。

3.以相同步骤逐帧提取距离激光线x的像素点列，将像素点列顺序排列拼接成一幅图像，该图像可表示物体表面各位置具有同一时延t的温度分布图像。