CN109285118B - 一种添加附件层的红外热图像拼接方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种添加附件层的红外热图像拼接方法，首先在同一位置分别对附加层和被测试件进行加热，采集并记录热图像数据，直至整个被测试件采集完成；接着对附加层和被测试件对应的所有红外热图像进行直方图均衡化提高图像质量，再用中值滤波方法进行图像去噪，利用相位相关法对附加层的红外热图像进行处理，得到这两幅相邻附加层红外热图像间的水平位移和竖直位移，这个位移即为对应的相邻两幅被测试件红外热图像间的水平位移和竖直位移，最后利用这个位移量得到相邻两幅被测试件层红外热图像间的重叠区域，并采用渐出渐入法对重叠区域进行融合，最终得到一幅完整的红外热图像。

Description

一种添加附件层的红外热图像拼接方法

技术领域

本发明属于图像处理技术领域，更为具体地讲，涉及一种添加附件层的红外热图像拼接方法。

背景技术

目前，针对红外热成像缺陷检测进行的大量研究还是主要对单一加热点的热图像或热图像序列进行处理，获得缺陷有关信息。由于红外热像仪的视场角相对较小，上述方法只能通过特定加热点及其周围的热图像获得加热点及其周围的缺陷信息，不能够对整个试件进行全面检测，容易忽略多个缺陷之间的耦合情况，无法对多个缺陷之间的互相影响效应进行分析和判断。针对上述问题，在保证红外热图像分辨率不变的条件下，引入红外热图像拼接技术，将多个红外热图像拼接在一起，既可以保证热图像具备较高的分辨率，又能够实现将多个红外热图像进行拼接融合，获得大视场的全景红外热图像，便于对试件整体的热图像进行研究，从而提高缺陷检测的准确性。

目前常见的图像拼接技术对图像的要求比较高，需要参考图像和配准图像之间存在大量相互匹配的特征点才能够完成图像的精准匹配。但是热图像并不是真正的实物照片，而是用图像的形式展示了试件表面的温度信息，不同的颜色代表了不同的温度，由于试件表面绝大部分的温度没有明显差异，这导致热图像中绝大部分之间的颜色存在的差异非常小，采用传统图像拼接方法对热图像进行拼接时，由于特征点较少，导致热图像的拼接存在困难。因此，引入新的方法提高热图像拼接的准确度是非常重要的。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种添加附件层的红外热图像拼接方法，在保障红外热图像分辨率的前提下完成红外热图像的精准拼接。

为实现上述发明目的，本发明一种添加附件层的红外热图像拼接方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)、构建附加层

(1.1)、根据被测试件大小构建附加层，在附加层上设置若干个金属线圈，金属线圈按照一定规律排列，作为附加特征点；

(1.2)、将附加层放置到被测试件上表面，且保持一定的间隙；

(2)、采集热图像数据

(2.1)、对处于常温状态下的附加层的所有金属线圈施加激励，再利用红外热像仪从附加层最左端拍摄，记录下附加层的红外热图像R₁；

(2.2)、维持红外热像仪镜头不动，并停止对金属线圈施加激励，待附加层的温度恢复常温后，在红外热像仪镜头下适当位置对被测试件施加激励，且保证激励中心在红外热像仪镜头的中心，然后记录下被测试件的红外热图像T₁；最后将同一镜头下拍摄的红外热图像R₁和红外热图像T₁记为第1组热图像数据；

(2.3)、平移被测试件激励源和热像仪镜头的位置，使得以激励源为中心的红外热图像能够与前一幅红外热图像之间具有30％-40％的重合，然后重复步骤(2.1)和(2.2)的图像采集过程，将平移i-1次之后得到的同一镜头下的附加层热图像和被测试件层热图像分别记为R_i和T_i作为第i组，直到整个被试件检测完毕；

(3)、利用相位相关法求取位移量

(3.1)、对每一组热图像数据先进行直方图均衡化处理，再用中值滤波方法进行图像去噪；

(3.2)、将每相邻两组附加层的红外热图像转换为灰度图像，然后通过傅里叶变换到频率域，得到F_i和F_i+1；

设R_i+1相对R_i的水平平移距离为dxi，竖直平移距离为dyi，那么R_i+1和R_i之间的关系为：

f_i+1(x,y)＝f_i(x+dxi,y+dyi) (1)

其中，函数f_i+1(x,y)与f_i(x,y)分别表示第i+1幅与第i幅附加层红外热图像的灰度图，dxi与dyi分别表示第i+1幅相对第i幅附加层红外热图像的水平位移和竖直位移；

F_i和F_i+1之间的关系为：

F_i+1(u,v)＝F_i(u,v)*e^{i*2π*(u*dui+v*dvi)} (2)

其中，F_i(u,v)和F_i+1(u,v)分别表示f_i+1(x,y)与f_i(x,y)的傅里叶变换。

将(2)式的左边除以右边，再进行归一化，得到互功率谱H_i(u,v)；

其中F_i+1 ^*表示F_i+1(u,v)的共轭，|A_i|与|A_i+1 ^*|分别表示F_i与F_i+1 ^*的模；

(3.3)、对互功率谱H_i(u,v)进行傅里叶反变换，得到一个满足以下条件的脉冲函数δ(x,y)；

取脉冲函数的峰值对应的横纵坐标(dxi,dyi)就是R_i+1相对R_i的水平平移距离和竖直平移距离；

(4)、利用附加层的平移距离进行被测试件红外热图像拼接

(4.1)、根据相邻两组附加层的红外热图像之间的水平位移距离和竖直位移距离dxi、dyi，计算出第i组被测试件层的红外热图像与第i+1组被测试件层的红外热图像之间的重合部分；

(4.2)、利用渐出渐入的融合算法将重合部分融合在一起；

其中，

与分别表示第i次拼接和第i+1次拼接后的图像，I_i+1(x,y)表示第i+1幅被测试件层红外热图像，α为渐出渐入法拼接系数，随着待融合像素点与重叠区域左边界之间的距离变化而改变；

(4.3)、重复上述步骤，按照上述方法继续拼接其余相邻组被试件层的红外热图像，直到完成所有红外热图像的拼接融合。

本发明的发明目的是这样实现的：

本发明一种添加附件层的红外热图像拼接方法，首先在同一位置分别对附加层和被测试件进行加热，采集并记录热图像数据，直至整个被测试件采集完成；接着对附加层和被测试件对应的所有红外热图像进行直方图均衡化提高图像质量，再用中值滤波方法进行图像去噪，利用相位相关法对附加层的红外热图像进行处理，得到这两幅相邻附加层红外热图像间的水平位移和竖直位移，这个位移即为对应的相邻两幅被测试件红外热图像间的水平位移和竖直位移，最后利用这个位移量得到相邻两幅被测试件层红外热图像间的重叠区域，并采用渐出渐入法对重叠区域进行融合，最终得到一幅完整的红外热图像。

同时，本发明一种添加附件层的红外热图像拼接方法还具有以下有益效果：

(1)、本发明能够在不对被测试件红外热图像进行任何其他处理的情况下，间接地得到相邻两幅热图像之间的水平位移距离和竖直位移距离，并通过这个位移距离得到两幅热图像之间的重合部分，完成对热图像的融合拼接；

(2)、本发明添加附件层的热图像拼接方法通过对附加层的热图像进行处理，得到对应的热图像之间的平移距离，不以热图像中的响应变化作为配准依据，从而可以消除拼接误差；

(3)、本发明可以获得被测试件的大视场的红外热图像，便于后续的缺陷检测和定位。

附图说明

图1是本发明一种添加附件层的红外热图像拼接方法流程图；

图2是构建附加层示意图；

图3是附加层和被测试件加热示意图；

图4是渐出渐入的融合算法原理图；

图5是被测试件红外热图像拼接过程示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式进行描述，以便本领域的技术人员更好地理解本发明。需要特别提醒注意的是，在以下的描述中，当已知功能和设计的详细描述也许会淡化本发明的主要内容时，这些描述在这里将被忽略。

实施例

图1是本发明一种添加附件层的红外热图像拼接方法流程图。

在本实施例中，如图1所示，本发明一种添加附件层的红外热图像拼接方法，包括以下步骤：

S1、构建附加层

S1.1、如图2所示，根据被测试件大小构建附加层，在附加层上设置若干个金属线圈，金属线圈按照一定规律排列，作为附加特征点；

S1.2、如图3所示，将附加层放置到被测试件上表面，且保持一定的间隙，目的在于防止通电产生涡流时两者接触使试件表面产生较大的温度变化，影响图像拼接效果。

S2、采集热图像数据

S2.1、对处于常温状态下的附加层的所有金属线圈施加激励，再利用红外热像仪从附加层最左端拍摄，记录下附加层的红外热图像R₁；

S2.2、维持红外热像仪镜头不动，并停止对金属线圈施加激励，待附加层的温度恢复常温后，在红外热像仪镜头下适当位置对被测试件施加激励，且保证激励中心在红外热像仪镜头的中心，然后记录下被测试件的红外热图像T₁；最后将同一镜头下拍摄的红外热图像R₁和红外热图像T₁记为第1组热图像数据；

S2.3、平移被测试件激励源和热像仪镜头的位置，使得以激励源为中心的红外热图像能够与前一幅红外热图像之间具有30％-40％的重合，然后重复步骤S2.1和S2.2的图像采集过程，将平移i-1次之后得到的同一镜头下的附加层热图像和被测试件层热图像分别记为R_i和T_i作为第i组，直到整个被试件检测完毕；

在本实施例中，当加热点的位置不同，同一个位置对来自不同位置的加热点产生的响应是不同的，在采集到的热图像中显示的颜色也是不同的，若是对热图像采用直接拼接方法，会将这两个颜色不同的区域误认为不是同一个点，从而导致热图像的拼接出现错误。

S3、利用相位相关法求取位移量

S3.1、对每一组热图像数据先进行直方图均衡化处理，再用中值滤波方法进行图像去噪；

S3.2、将每相邻两组附加层的红外热图像转换为灰度图像，然后通过傅里叶变换到频率域，得到F_i和F_i+1；

由于两幅热图像之间只存在平移关系，因此可以设R_i+1相对R_i的水平平移距离为dxi，竖直平移距离为dyi，那么R_i+1和R_i之间的关系为：

f_i+1(x,y)＝f_i(x+dxi,y+dyi) (1)

其中，函数f_i+1(x,y)与f_i(x,y)分别表示第i+1幅与第i幅附加层红外热图像的灰度图，dxi与dyi分别表示第i+1幅相对第i幅附加层红外热图像的水平位移和竖直位移；

F_i和F_i+1之间的关系为：

F_i+1(u,v)＝F_i(u,v)*e^{i*2π*(u*dui+v*dvi)} (2)

其中，F_i(u,v)和F_i+1(u,v)分别表示f_i+1(x,y)与f_i(x,y)的傅里叶变换。

将(2)式的左边除以右边，再进行归一化，得到互功率谱H_i(u,v)；

其中F_i+1 ^*表示F_i+1(u,v)的共轭，|A_i|与|A_i+1 ^*|分别表示F_i与F_i+1 ^*的模；

S3.3、对互功率谱H_i(u,v)进行傅里叶反变换，得到一个满足以下条件的脉冲函数δ(x,y)；

取脉冲函数的峰值对应的横纵坐标(dxi,dyi)就是R_i+1相对R_i的水平平移距离和竖直平移距离；

S4、利用附加层的平移距离进行被测试件红外热图像拼接

S4.1、根据相邻两组附加层的红外热图像之间的水平位移距离和竖直位移距离dxi、dyi，计算出第i组被测试件层的红外热图像与第i+1组被测试件层的红外热图像之间的重合部分；

S4.2、对重合部分采用渐出渐入的融合算法将重合部分融合在一起。如图4所示，渐出渐入融合算法指的是在某方向上，融合过程的权值随着距离的变化而变化，这可以使融合结果更加平滑。本发明主要是在x方向上的拼接，此时，随着x的增大，左侧图像的权值渐渐减小，而右侧图像的权值渐渐增大。即越靠近加热源中心的区域的融合系数越大，利用渐出渐入法进行重合部分的图像融合，使融合处的图像变化平缓，获得更平滑自然的拼接效果，拼接过程如图5所示。

渐出渐入融合法的计算公式为：

其中，

与分别表示第i次拼接和第i+1次拼接后的图像，I_i+1(x,y)表示第i+1幅被测试件层红外热图像，α为渐出渐入法拼接系数，随着待融合像素点与重叠区域左边界之间的距离变化而改变；

S4.3、重复上述步骤，按照上述方法继续拼接其余相邻组被试件层的红外热图像，直到完成所有红外热图像的拼接融合。

尽管上面对本发明说明性的具体实施方式进行了描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

Claims (1)

1.一种添加附件层的红外热图像拼接方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)、构建附加层

(1.1)、根据被测试件大小构建附加层，在附加层上设置若干个金属线圈，金属线圈按照一定规律排列，作为附加特征点；

(1.2)、将附加层放置到被测试件上表面，且保持一定的间隙；

(2)、采集热图像数据

(2.1)、对处于常温状态下的附加层的所有金属线圈施加激励，再利用红外热像仪从附加层最左端拍摄，记录下附加层的红外热图像R₁；

(2.2)、维持红外热像仪镜头不动，并停止对金属线圈施加激励，待附加层的温度恢复常温后，在红外热像仪镜头下适当位置对被测试件施加激励，且保证激励中心在红外热像仪镜头的中心，然后记录下被测试件的红外热图像T₁；最后将同一镜头下拍摄的红外热图像R₁和红外热图像T₁记为第1组热图像数据；

(2.3)、平移被测试件激励源和热像仪镜头的位置，使得以激励源为中心的红外热图像能够与前一幅红外热图像之间具有30％-40％的重合，然后重复步骤(2.1)和(2.2)的图像采集过程，将平移i-1次之后得到的同一镜头下的附加层热图像和被测试件层热图像分别记为R_i和T_i作为第i组，直到整个被试件检测完毕；

(3)、利用相位相关法求取位移量

(3.1)、对每一组热图像数据先进行直方图均衡化处理，再用中值滤波方法进行图像去噪；

(3.2)、将每相邻两组附加层的红外热图像转换为灰度图像，然后通过傅里叶变换到频率域，得到F_i和F_i+1；

设R_i+1相对R_i的水平平移距离为dxi，竖直平移距离为dyi，那么R_i+1和R_i之间的关系为：

f_i+1(x,y)＝f_i(x+dxi,y+dyi) (1)

其中，函数f_i+1(x,y)与f_i(x,y)分别表示第i+1幅与第i幅附加层红外热图像的灰度图，dxi与dyi分别表示第i+1幅相对第i幅附加层红外热图像的水平位移和竖直位移；

F_i和F_i+1之间的关系为：

F_i+1(u,v)＝F_i(u,v)*e^{i*2π*(u*dui+v*dvi)} (2)

其中，F_i(u,v)和F_i+1(u,v)分别表示f_i(x,y)与f_i+1(x,y)的傅里叶变换；

将(2)式的左边除以右边，再进行归一化，得到互功率谱H_i(u,v)；

其中F_i+1 ^*表示F_i+1(u,v)的共轭，|A_i|与|A_i+1 ^*|分别表示F_i与F_i+1 ^*的模；

(3.3)、对互功率谱H_i(u,v)进行傅里叶反变换，得到一个满足以下条件的脉冲函数δ(x,y)；

取脉冲函数的峰值对应的横纵坐标(dxi,dyi)就是R_i+1相对R_i的水平平移距离和竖直平移距离；

(4)、利用附加层的平移距离进行被测试件红外热图像拼接

(4.1)、根据相邻两组附加层的红外热图像之间的水平位移距离和竖直位移距离dxi、dyi，计算出第i组被测试件层的红外热图像与第i+1组被测试件层的红外热图像之间的重合部分；

(4.2)、利用渐出渐入的融合算法将重合部分融合在一起；

其中，

与分别表示第i次拼接和第i+1次拼接后的图像，I_i+1(x,y)表示第i+1幅被测试件层红外热图像，α为渐出渐入法拼接系数，随着待融合像素点与重叠区域左边界之间的距离变化而改变；

(4.3)、重复上述步骤，按照上述方法继续拼接其余相邻组被试件层的红外热图像，直到完成所有红外热图像的拼接融合。

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