(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210823537.2 (22)申请日 2022.07.13 (71)申请人 哈尔滨工业大 学 地址 150001 黑龙江省哈尔滨市南岗区西 大直街92号 申请人 哈尔滨工业大 学芜湖机 器人产业 技 术研究院 (72)发明人 王飞　刘俊岩　岳卓言　孟祥林　 王永辉　宋鹏　强桂燕　陈明君　 岳洪浩　 (74)专利代理 机构 哈尔滨奥博专利代理事务所 (普通合伙) 23220 专利代理师 叶以方 (51)Int.Cl. G01N 21/88(2006.01)G01N 25/72(2006.01) G06T 5/50(2006.01) G06T 7/00(2017.01) G06T 7/246(2017.01) G06T 7/33(2017.01) G06T 7/73(2017.01) (54)发明名称 一种基于热流扩散跟踪的缺陷精准检测光 热融合成像装置及方法 (57)摘要 本发明提出一种基于热流扩散跟踪的缺陷 精准检测光热融合成像装置及方法。 以解决目前 红外热波成像检测过程中热流横向热扩散作用 造成的缺陷检测精度低的问题， 本发 明提出基于 热波时频特征的离散余弦 ‑卢卡斯卡纳德方法， 该方法通过对热波特征的时频域变化过程的准 确跟踪， 并采用逆向重构的方法构建缺陷的平面 平面尺寸。 最终可以实现复合材料及金属材料等 缺陷尺寸检测误差＜2.5％。 权利要求书3页 说明书10页 附图2页 CN 115290655 A 2022.11.04 CN 115290655 A 1.一种基于热流扩散跟踪的缺陷精准检测光热融合成像装置， 其特征在于， 所述成像 装置包括红外热像仪、 第一BNC控制线、 第二BNC控制线、 第一以太网线、 传导光纤、 风冷制冷 器、 半导体制冷器、 激光器、 控制线、 激光器电源、 第三BNC控制线、 函数发生器、 第一USB通讯 线、 第四BNC控制线、 锁相放大器、 第五BNC控制线、 数据采集卡、 第二以太网线、 光学相机、 计 算机、 第二USB通讯线、 运动控制器、 运动控制 线、 二维移动台、 柱透镜、 第一偏振片、 工程漫 射体、 套筒、 准直镜、 夹具、 试件和第二偏振片； 所述的计算机设有四个信号端， 计算机的其中一个信号输入端通过第 一以太网线与红 外热像仪的信号输出端连接， 计算机的第二个信号输入端通过第二以太网线与光学相机的 信号输出端连接， 计算机的第三个信号输出端通过第一USB通讯线与函数发生器输入端相 连接， 计算机的第四个信号输出端通过第二USB通讯线与运动控制器输入端 连接， 红外热像 仪的其中一个信号输入端通过第一BNC控制线与函数发生器输出端连接， 红外热像仪的第 二信号输出端通过第二BNC控制线与数据采集卡输入端连接， 风冷制冷器、 半导体制冷器以 及激光器通过螺栓机械连接， 激光器输出端通过传导光纤与准直镜相连接， 柱透镜、 第一偏 振片、 工程漫射体、 套筒和准直镜通过螺纹连接在套筒 上， 激光器电源的信号输出端通过控 制线与激光器输入端相连接， 激光器电源的信号输入端通过第三BNC控制线与函数发生器 信号输出端相连接， 函数发生器信号输出端通过第四BNC控制线与锁相放大器信号输入端 相连接， 数据采集卡输出端通过第五BNC控制线与 锁相放大器信号输入端相连接， 运动控制 器输出端通过运动控制线与二维移动台信号输入端相连接， 夹具通过螺纹连接固定于二 维 移动台之上， 夹具用于装夹试件， 第二偏振片通过螺纹连接与红外热像仪相连接 。 2.一种基于权利要求1所述的基于热流扩散跟踪的缺陷精准检测光热融合成像装置的 成像方法， 其特 征在于， 所述成像方法具体包括： 步骤一： 明确待检测试件， 将试件放置 于二维移动台上； 步骤二： 开启基于热流扩散跟踪的缺陷精准检测光热融合成像装置； 步骤三： 开启激光器电源若干分钟后， 激光器、 风冷制冷器以及 半导体制冷器已将激光 器温度控制于预设温度， 此时打开激光器； 步骤四： 开启红外热像仪和光学相机并对试验样件进行实时成像， 并采用激光器照射 试件， 计算机控制运动控制 器， 进而调整二维移动台 以确保激光束照射位置全部处于红外 热像仪和光学相机 视野； 步骤五： 计算机控制函数发生器产生脉冲触发信号， 该脉冲触发信号一路控制激光器 产生固定功率的常脉冲激光， 另一路控制红外热像仪按照固定频率采集试件热辐 射图像， 与此同时， 计算机控制二维移动台及光学相 机工作， 其中二维移动台移动方向垂直于线激 光方向， 红外热像仪、 激光器以及光学相机位置是相对静止的， 试件随着二 维移动台的某 一 方向匀速运动， 线扫描激光作用于试场的位置固定， 扫描完成后进行图像序列重构； 步骤六： 重构后的图像序列等同于受到脉冲热源激励后的热图像响应， 将重构的图像 利用离散余弦变化获得其特 征响应图像序列； 步骤七： 经过离散余弦变换可以得到不同频率分量的特征图像序列， 此时选取试件缺 陷位置与无缺陷位置相位特 征差异与不同频率对应关系曲线； 步骤八： 基于两张特征图像， 采用卢卡斯卡纳德方法获取图像沿x,y方向 的运动速度vx, vy；权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115290655 A 2步骤九： 获取最终的特 征图像； 步骤十： 将获取的特征图像与光学相机获取的图像进行配准融合， 采用拟合方法获取 原红外特 征图像像素间隙之间的特 征值； 步骤十一： 基于获取的光热融合成像检测结果进行二值化阈值分割与连通域标记， 实 现缺陷的精准检测； 步骤十二： 试验结束后， 间隔5分钟后， 关闭激光器电源、 激光器、 函数发生器、 数据采集 卡、 锁相放大器、 光学相机以及红外热像仪设备。 3.根据权利要求2所述的成像方法， 其特征在于， 在步骤二中， 对计算机、 激光器电源、 数据采集 卡、 函数发生器和锁相放大器进行开启。 4.根据权利要求2所述的成像方法， 其特征在于， 在步骤三中， 开启激光器电源2分钟， 激光器温度控制于15℃。 5.根据权利要求2所述的成像方法， 其特征在于， 在步骤四中， 激光器前端安置的偏振 片与红外热像仪前 的偏振片偏振方向一致， 以此实现信号的有效滤波， 激光器前端安置的 工程漫射体将高斯 光源转为均匀光， 同时柱透 镜将均匀光源转 化为线激光 光源。 6.根据权利要求2所述的成像方法， 其特征在于， 在步骤五中， 取视场中线激光热源与 其运动方向垂直的ΔPixel_x列像素， 定义为用于重构的采集像素数， 在扫描过程中Δ Pixel_x列像素会跟随热源扫过被检测物体的表面并按照一定频率采集记录， 要想使Δ Pixel_x列像素能够记录 到扫过的全部范围的热波信号， 则需要满足下列关系式： 式中， v为二维移动台移动速度， PL为单个像素对应的实际物理位置， f为红外热像仪采 集频率； 当线激光完全扫描完被 检测试件后， 利用如下公式进行图像序列重构， 式中， Tseqi为红外热像仪采集到的第i帧图像， Tseq11为重构后的第一张图像。 7.根据权利要求6所述的成像方法， 其特征在于， 在步骤六中， 所述重构图像后的离散 余弦变换 具体为： 式中， Cu[Tseq(tn)]为重构图像后的离散余弦变换， a(u)为正交变换系数， N为重构图像 帧数。 8.根据权利要求7所述的成像方法， 其特征在于， 在步骤七中， 所述相位特征差异定义 为，权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115290655 A 3