CN113030244A - 输电线塔架腐蚀缺陷漏磁检测信号反演成像方法及系统 - Google Patents

输电线塔架腐蚀缺陷漏磁检测信号反演成像方法及系统 Download PDF

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Abstract

输电线塔架腐蚀缺陷漏磁检测信号反演成像方法及系统，通过对腐蚀缺陷处的漏磁检测信号水平分量矩阵进行显性处理、双阈值显性增强、边缘细化、轮廓闭合及收缩区域的漏磁三维合成信号值插值填充等操作，最终实现输电线塔架腐蚀缺陷漏磁检测信号反演成像；该反演成像系统包括漏磁信号检测模块、漏磁信号处理模块、漏磁信号反演成像模块。快速便捷地对输电线塔架腐蚀缺陷进行检测识别和反演成像，从而为用户提供清晰直观的缺陷信息，为输电线塔架的安全维护提供有效的指导依据。在腐蚀缺陷漏磁检测信号反演成像显示过程中，不需要进行闭环迭代，可以快速实现腐蚀缺陷的三维成像，具有计算操作简单、计算速度快、反演精度高等优点。

Description

输电线塔架腐蚀缺陷漏磁检测信号反演成像方法及系统
技术领域
本发明涉及无损检测技术领域，更具体地，涉及输电线塔架腐蚀缺陷漏磁检测信号反演成像方法及系统。
背景技术
输电线塔架是输电线路的重要支撑架空构件，输电线塔架多建在室外的山区、河流、荒漠等地，需要常年面对沙尘、雷电、大雨、暴风、冰雪和极端温度等恶劣环境，服役工况复杂，不可避免地会产生腐蚀缺陷损伤，若未及时检测修护，极易导致输电线塔架的弯曲、断裂甚至倒塌。因此，需要采用无损检测方法对输电线塔架的腐蚀缺陷进行检测，通过检测信号反演实现对腐蚀缺陷的成像显示，为输电线塔架的运行维护提供有效的指导依据。
漏磁检测是一种常用的无损检测技术，可应用于输电线塔架的腐蚀缺陷检测中，通过对漏磁检测信号分析实现腐蚀缺陷的评估。但在现有的相关技术中，多数漏磁检测信号的分析评估方法仅能实现对腐蚀缺陷的识别和量化，无法实现缺陷的成像显示，如发明专利(201710236188.3)“一种基于窗体特征的漏磁管道缺陷位置提取方法”，利用历史漏磁数据学习特征建立识别模型，实现对管道中缺陷位置的提取与识别；发明专利(201611168423.X)“一种轴向漏磁信号长度量化方法”，通过对轴向漏磁信号的关键特征提取，实现对缺陷长度的反演量化。目前，也有部分针对缺陷漏磁检测信号反演成像的方法，但这些方法多采用闭环迭代的方式实现，计算速度慢，缺陷反演效率低，如发明专利(201510368744.3)“三维漏磁检测缺陷神经网络迭代反演成像方法”，基于径向基神经网络模型对缺陷深度向量进行迭代计算，实现对缺陷的反演成像；发明专利(201510861890.X)“一种基于磁荷分布重构算法的漏磁检测缺陷三维成像方法”，基于磁荷分布重构算法，对缺陷深度进行迭代反演，实现对漏磁检测中任意缺陷的三维形状量化计算。
发明内容
为解决现有技术中存在的不足，本发明的目的在于，提出输电线塔架腐蚀缺陷漏磁检测信号反演成像方法及系统，通过对腐蚀缺陷处的漏磁检测信号水平分量矩阵进行显性处理、双阈值显性增强、边缘细化、轮廓闭合及收缩区域的漏磁三维合成信号值插值填充等操作，最终实现输电线塔架腐蚀缺陷漏磁检测信号反演成像。该方法在腐蚀缺陷漏磁检测信号反演成像显示过程中，不需要进行闭环迭代，可以快速实现腐蚀缺陷的三维成像，具有计算操作简单、计算速度快、反演精度高等优点。
本发明提出如下技术方案。
输电线塔架腐蚀缺陷漏磁检测信号反演成像方法的步骤如下：
步骤1，采集输电线塔架的三维漏磁检测信号，获取腐蚀缺陷处的漏磁检测信号水平分量矩阵BH；
步骤2，对腐蚀缺陷处的漏磁检测信号水平分量矩阵BH进行显性处理：将显性算子G与漏磁检测信号水平分量矩阵BH进行平面卷积运算，得到腐蚀缺陷处的漏磁检测信号显性矩阵D；
步骤3，对腐蚀缺陷处的漏磁检测信号显性矩阵D进行双阈值显性增强处理：从中提取出能够用于表征腐蚀缺陷显性边缘的信号数据，组成腐蚀缺陷处的显性边缘信号矩阵Dedge；
步骤4，对腐蚀缺陷显性边缘信号矩阵Dedge进行边缘信号细化处理，得到腐蚀缺陷显性边缘细化信号矩阵Dedge_refine；
步骤5，根据腐蚀缺陷显性边缘细化信号矩阵Dedge_refine中的数据，对腐蚀缺陷轮廓进行闭合处理，得到腐蚀缺陷区域Ad；
步骤6，以腐蚀缺陷区域Ad中心位置点(x0，y0)为基准，经过k倍收缩操作后得到收缩区域A′d，其中x0表示腐蚀缺陷区域Ad中心位置点的横坐标、y0表示腐蚀缺陷区域Ad中心位置点的纵坐标，按如下关系式计算收缩区域A’d中的三维漏磁合成信号值
Figure BDA0002986516710000021
Figure BDA0002986516710000022
式中，
x′表示收缩区域A′d中任意位置点的横坐标，y′表示收缩区域A′d中任意位置点的纵坐标，
Figure BDA0002986516710000023
表示收缩区域A′d中任意位置点的三维漏磁合成信号值，
BH(x′，y′)表示收缩区域A′d中任意位置点的三维漏磁信号的水平分量，
BV(x′，y′)表示收缩区域A′d中任意位置点的三维漏磁信号的垂直分量，
BF(x′，y′)表示收缩区域A′d中任意位置点的三维漏磁信号的法向分量；
步骤7，遍历腐蚀缺陷区域Ad中各位置点，各位置点的三维漏磁合成信号值
Figure BDA0002986516710000031
通过对收缩区域A′d中各位置点的三维漏磁合成信号值
Figure BDA0002986516710000032
的插值计算得到，从而得到最终的缺陷轮廓矩阵Dprofile，其中x表示腐蚀缺陷区域Ad中任意位置点的横坐标、y表示腐蚀缺陷区域Ad中任意位置点的纵坐标，信号值dprofile(x，y)满足如下关系式：
Figure BDA0002986516710000033
式中，
dprofile(x，y)表示缺陷轮廓矩阵Dprofile中任意位置点的轮廓显示值，
Figure BDA0002986516710000034
表示腐蚀缺陷区域Ad中任意位置点的三维漏磁合成信号值，
Figure BDA0002986516710000035
表示收缩区域A′d中所有三维漏磁合成信号值
Figure BDA0002986516710000036
的集合，
Figure BDA0002986516710000037
表示收缩区域A′d中所有三维漏磁合成信号值
Figure BDA0002986516710000038
中的最大值，
Figure BDA0002986516710000039
表示设定的正数；
步骤8，对缺陷轮廓矩阵Dprofile进行三维显示，得到输电线塔架腐蚀缺陷漏磁检测信号反演成像。
优选地，
在步骤1中，采集的输电线塔架的漏磁检测信号包含水平分量、垂直分量和法向分量，其中水平分量是指沿输电线塔架磁化方向的漏磁检测信号；
当采集的漏磁检测信号水平分量的幅值|BH(x，y)|满足下列三种条件之一时，则认为所采集的漏磁检测信号水平分量为腐蚀缺陷处的漏磁检测信号水平分量，三种条件分别如下：
第一条件：|BH(x，y)|≥BTH，
式中，
BH(x，y)表示腐蚀缺陷区域Ad中任意位置点的漏磁检测信号水平分量，其中：腐蚀缺陷区域Ad中任意位置点的横坐标x实际为漏磁检测信号采样的序列数、腐蚀缺陷区域Ad中任意位置点的纵坐标y实际为磁传感器通道的序列数，
BTH为设定的高阈值；
第二条件：|BH(x，y)|≤BTL，
式中，
BTL为设定的低阈值；
第三条件：BH(x，y)采样序列向前或向后各K个信号数据或BH(x，y)相邻磁传感器通道数据中，有满足第一条件或第二条件的信号数据，
其中，
BH(x，y)采样序列向前或向后各K个信号数据是：BH(x-K，y)，BH(x-K+1，y)，……，BH(x+K-1，y)，BH(x+K，y)；
BH(x，y)相邻磁传感器通道数据是：BH(x，y+1)，BH(x，y-1)；
K为设定的步长，且K为正整数；
高阈值BTH取值范围的上限是漏磁检测信号水平分量平均值的1.20倍，下限是漏磁检测信号水平分量平均值的1.05倍；
低阈值BTL取值范围的上限是漏磁检测信号水平分量平均值的0.95倍，下限是漏磁检测信号水平分量平均值的0.80倍；
将能够包含所有满足第一条件、第二条件和第三条件中的任意一个条件，且坐标位置相邻的漏磁检测信号水平分量BH(x，y)的最小矩阵单元，作为腐蚀缺陷处的漏磁检测信号水平分量矩阵BH。
优选地，
在步骤2中，显性算子G满足如下关系式：
Figure BDA0002986516710000041
显性算子G是5×5的矩阵算子。
优选地，
在步骤3中双阈值显性增强处理包括：
步骤3.1，分别设置第一高阈值TH1、第二高阈值TH2、第一低阈值TL1和第二低阈值TL2，并且满足如下关系式：
TH1＞TL1＞0＞TL2＞TH2
第一高阈值TH1、第二高阈值TH2取值范围的上限是漏磁检测信号水平分量平均值的1.20倍，下限是漏磁检测信号水平分量平均值的1.05倍，
第一低阈值TL1和第二低阈值TL2取值范围的上限是漏磁检测信号水平分量平均值的0.95倍，下限是漏磁检测信号水平分量平均值的0.80倍；
步骤3.2，按照如下规则对腐蚀缺陷处的漏磁检测信号显性矩阵D中的元素D(x，y)进行标记：
(1)若D(x，y)＞TH1或D(x，y)＜TH2，则标记元素D(x，y)为边界点，
(2)若TL2＜D(x，y)＜TL1，则标记元素D(x，y)为非边界点，
(3)若TL1≤D(x，y)≤TH1或TH2≤D(i，j)≤TL2，则考察该元素D(x，y)的八连通区域内是否存在满足条件(1)的元素，若存在则将元素D(x，y)标记为边界点，若不存在，则将元素D(x，y)标记为非边界点；
步骤3.3，腐蚀缺陷处的漏磁检测信号显性矩阵D中被标记为边界点的元素数值保持不变，将腐蚀缺陷处的漏磁检测信号显性矩阵D中被标记为非边界点的元素的数值均设置为0，形成腐蚀缺陷显性边缘信号矩阵Dedge。
优选地，
在步骤4中边缘信号细化处理包括：
步骤4.1，将腐蚀缺陷显性边缘信号矩阵Dedge分解为M个大小为1×N的行矩阵
Figure BDA0002986516710000051
其中M为腐蚀缺陷显性边缘信号矩阵Dedge的行数、N为腐蚀缺陷显性边缘信号矩阵Dedge的列数，
Figure BDA0002986516710000052
表示第p个腐蚀缺陷显性边缘信号行矩阵，上标p＝1，2，…，M；
步骤4.2，遍历所有腐蚀缺陷显性边缘信号行矩阵，对于任意一个腐蚀缺陷显性边缘信号行矩阵
Figure BDA0002986516710000053
先确定其中的正极大值元素
Figure BDA0002986516710000054
和负极小值元素
Figure BDA0002986516710000055
再将正极大值元素
Figure BDA0002986516710000056
左侧和右侧各L个元素值均设置为1、将负极大值元素
Figure BDA0002986516710000057
左侧和右侧各L个元素值均设置为-1，最后将其余元素均设置为0，得到腐蚀缺陷显性边缘细化信号行矩阵
Figure BDA0002986516710000058
步骤4.3，按照腐蚀缺陷显性边缘信号矩阵Dedge的行顺序对腐蚀缺陷显性边缘细化信号行矩阵
Figure BDA0002986516710000059
进行组合，得到腐蚀缺陷显性边缘细化信号矩阵Dedge_refine，满足如下关系式：
Figure BDA00029865167100000510
式中，
Figure BDA0002986516710000061
表示第p个腐蚀缺陷显性边缘细化信号行矩阵；
优选地，
在步骤4.2中，L是一个与实际检测点的间距有关的正整数，满足如下关系式：
Figure BDA0002986516710000062
式中，
s表示输电线塔架漏磁检测中漏磁信号的实际检测点的间距，单位为mm，
Figure BDA0002986516710000063
运算符号表示向上取整。
优选地，
在步骤5中，腐蚀缺陷轮廓的闭合处理是指，遍历所有腐蚀缺陷显性边缘细化信号行矩阵，对于任意一个腐蚀缺陷显性边缘细化信号行矩阵
Figure BDA0002986516710000064
将所有处于值为1的元素和值为-1的元素之间位置、并且值为0的元素的值修改为1；
闭合处理完成后，腐蚀缺陷显性边缘细化信号矩阵Dedge_refine中所有的值不为0的元素所组成的区域即为腐蚀缺陷区域Ad。
优选地，
在步骤6中，对腐蚀缺陷区域Ad进行k倍收缩操作以获得收缩区域A′d，是指以腐蚀缺陷区域Ad的中心位置点(x0，y0)为基准，对腐蚀缺陷区域Ad中的任意位置点P(x，y)按如下关系式计算得到收缩区域A′d中的位置点P′(x′，y′)：
x′＝(x-x0)/k+x0，y′＝(y-y0)/k+y0
式中，
k表示收缩系数，是大于等于1的正数。
优选地，
在步骤7中，腐蚀缺陷区域Ad中各位置点的三维漏磁合成信号值
Figure BDA0002986516710000065
通过对收缩区域A′d中各位置点的三维漏磁合成信号值
Figure BDA0002986516710000066
的插值计算得到，满足如下关系式：
Figure BDA0002986516710000067
式中，
当x′和y′均为整数时，三维漏磁合成信号值
Figure BDA0002986516710000068
等于三维漏磁合成信号值
Figure BDA0002986516710000071
当x′或′为非整数时，采用该位置点附近最近的四个三维漏磁合成信号值
Figure BDA0002986516710000072
和
Figure BDA0002986516710000073
通过插值计算得到，其中
Figure BDA0002986516710000074
运算符号表示向上取整、
Figure BDA0002986516710000075
运算符号表示向下取整。
输电线塔架腐蚀缺陷漏磁检测信号反演成像系统包括漏磁信号检测模块、漏磁信号处理模块、漏磁信号反演成像模块；
漏磁信号检测模块，用于获取输电线塔架的三维漏磁检测信号以及腐蚀缺陷处的漏磁检测信号水平分量矩阵；
漏磁信号处理模块，用于对腐蚀缺陷处的漏磁检测信号水平分量矩阵进行显性处理、双阈值显性增强处理、边缘信号细化处理、轮廓闭合处理及收缩区域的漏磁三维合成信号值插值计算操作，最终获得缺陷轮廓矩阵；漏磁信号处理模块包括：显性处理单元、显性增强单元、边缘细化单元、轮廓闭合单元、三位漏磁信号合成单元；
漏磁信号反演成像模块，实现缺陷轮廓矩阵的三维显示，即获得腐蚀缺陷漏磁检测信号反演成像。
显性处理单元是平面卷积运算单元，用于对漏磁检测信号水平分量矩阵进行显性处理；
显性增强单元采用双阈值显性增强处理算法，用于提取能够用于表征腐蚀缺陷显性边缘的信号数据组成腐蚀缺陷显性边缘信号矩阵；
边缘细化单元，用于对腐蚀缺陷显性边缘信号矩阵进行边缘信号细化处理；
轮廓闭合单元，对细化处理后的腐蚀缺陷显性边缘信号矩阵，沿着输电线塔架磁化方向进行连接与填充，实现轮廓闭合处理，以获得腐蚀缺陷区域及对其k倍收缩操作后的收缩区域；
三位漏磁信号合成单元，先采用分量合成算法计算收缩区域中各位置点的三维漏磁合成信号值，然后采用插值算法得到腐蚀缺陷区域的三维漏磁合成信号值，即获得最终的缺陷轮廓矩阵。
本发明的有益效果在于，与现有技术相比，该方法可以快速便捷地对输电线塔架腐蚀缺陷进行检测识别和反演成像，从而为用户提供清晰直观的缺陷信息，可为输电线塔架的安全维护提供了有效的指导依据。在腐蚀缺陷漏磁检测信号反演成像显示过程中，不需要进行闭环迭代，可以快速实现腐蚀缺陷的三维成像，具有计算操作简单、计算速度快、反演精度高等优点。
附图说明
图1是本发明的输电线塔架腐蚀缺陷漏磁检测信号反演成像方法的流程图；
图2是本发明实施例1的漏磁检测信号水平分量矩阵的二维图像；
图3是本发明实施例1的漏磁检测信号显性矩阵的二维图像；
图4是本发明实施例1的腐蚀缺陷显性边缘信号矩阵的二维图像；
图5是本发明实施例1的腐蚀缺陷显性边缘细化信号矩阵的二维图像；
图6是本发明实施例1的进行轮廓闭合处理后得到的腐蚀缺陷区域的二值化图像；
图7是本发明实施例1中收缩区域的三维漏磁合成信号的三维图像；
图8是本发明实施例1最终得到的输电线塔架的矩形槽腐蚀缺陷漏磁检测信号的反演成像；
图9是本发明实施例2最终得到的输电线塔架的坑状腐蚀缺陷漏磁检测信号的反演成像；
图10是本发明的输电线塔架腐蚀缺陷漏磁检测信号反演成像系统的框架图。
具体实施方式
下面结合附图对本申请作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本申请的保护范围。
实施例1。
本优选实施例，实施一次输电线塔架漏磁检测，对检测到的一个矩形槽缺陷的漏磁检测信号进行反演成像显示。
图1是本发明的输电线塔架腐蚀缺陷漏磁检测信号反演成像方法的流程图，该方法包括以下步骤：
步骤1，采集输电线塔架的三维漏磁检测信号，获取腐蚀缺陷处的漏磁检测信号水平分量矩阵BH。
具体地，
采集的输电线塔架的漏磁检测信号包含水平分量、垂直分量和法向分量，其中水平分量是指沿输电线塔架磁化方向的漏磁检测信号；
本优选实施例中，获取的漏磁检测信号水平分量矩阵的二维图像如图2所示。
在步骤1中，
当采集的漏磁检测信号水平分量的幅值|BH(x，y)|满足下列三种条件之一时，则认为所采集的漏磁检测信号水平分量为腐蚀缺陷处的漏磁检测信号水平分量，三种条件分别如下：
第一条件：|BH(x，y)|≥BTH，
式中，
BH(x，y)表示腐蚀缺陷区域Ad中任意位置点的漏磁检测信号水平分量，其中：腐蚀缺陷区域Ad中任意位置点的横坐标x实际为漏磁检测信号采样的序列数、腐蚀缺陷区域Ad中任意位置点的纵坐标y实际为磁传感器通道的序列数；
BTH为设定的高阈值，其取值范围的上限是漏磁检测信号水平分量平均值的1.20倍，下限是漏磁检测信号水平分量平均值的1.05倍；本优选实施例中，设定高阈值BTH＝40Gs；
第二条件：|BH(x，y)|≤BTL
式中，
BTL为设定的低阈值，其取值范围的上限是漏磁检测信号水平分量平均值的0.95倍，下限是漏磁检测信号水平分量平均值的0.80倍；本优选实施例中，设定低阈值BTL＝-20Gs；
第三条件：BH(x，y)采样序列向前或向后各K个信号数据或BH(x，y)相邻磁传感器通道数据中，有满足第一条件或第二条件的信号数据，
其中，
K为设定的步长，且K为正整数，本优选实施例中，步长K＝10；
BH(x，y)采样序列向前或向后各K个信号数据是：BH(x-K，y)，BH(x-K+1，y)，……，BH(x+K-1，y)，BH(x+K，y)；
BH(x，y)相邻磁传感器通道数据是：BH(x，y+1)，BH(x，y-1)；
将能够包含所有满足第一条件、第二条件和第三条件中的任意一个条件，且坐标位置相邻的漏磁检测信号水平分量BH(x，y)的最小矩阵单元，作为腐蚀缺陷处的漏磁检测信号水平分量矩阵BH；本发明优选实施例中，共有1个满足条件的漏磁检测信号水平分量矩阵Bx，即说明被检测的输电线塔架中存在腐蚀缺陷。
步骤2，对腐蚀缺陷处的漏磁检测信号水平分量矩阵BH进行显性处理：将显性算子G与漏磁检测信号水平分量矩阵BH进行平面卷积运算，得到腐蚀缺陷处的漏磁检测信号显性矩阵D。
具体地，
在步骤2中，腐蚀缺陷处的漏磁检测信号显性矩阵D满足如下关系式：
D＝G*BH
式中，
D表示腐蚀缺陷处的漏磁检测信号显性矩阵，
G表示显性算子，是5×5的矩阵算子，并满足如下关系式：
Figure BDA0002986516710000101
因此，显性矩阵D的任意元素D(x，y)表示如下：
D(x，y)＝(-1)×BH(x-2，y)+(-2)×BH(x-1，y)+2×BH(x+1，y)+1×BH(x+2，y)
本优选实施例中，经过显性处理后得到的漏磁检测信号显性矩阵的二维图像如图3所示。
步骤3，对腐蚀缺陷处的漏磁检测信号显性矩阵D进行双阈值显性增强处理：从中提取出能够用于表征腐蚀缺陷显性边缘的信号数据，组成腐蚀缺陷处的显性边缘信号矩阵Dedge。
具体地，
在步骤3中，双阈值显性增强处理的具体步骤如下：
步骤3.1，分别设置第一高阈值TH1、第二高阈值TH2、第一低阈值TL1和第二低阈值TL2，并且满足如下关系式：
TH1＞TL1＞0＞TL2＞TH2
第一高阈值TH1、第二高阈值TH2取值范围的上限是漏磁检测信号水平分量平均值的1.20倍，下限是漏磁检测信号水平分量平均值的1.05倍，
第一低阈值TL1和第二低阈值TL2取值范围的上限是漏磁检测信号水平分量平均值的0.95倍，下限是漏磁检测信号水平分量平均值的0.80倍；
本发明优选实施例中，设定第一高阈值TH1＝30、第二高阈值TH2＝-15、第一低阈值TL1＝20、第二低阈值TL2＝-10。
步骤3.2，按照如下规则对腐蚀缺陷处的漏磁检测信号显性矩阵D中的元素D(x，y)进行标记：
(1)若D(x，y)＞TH1或D(x，y)＜TH2，则标记元素D(x，y)为边界点，
(2)若TL2＜D(x，y)＜TL1，则标记元素D(x，y)为非边界点，
(3)若TL1≤D(x，y)≤TH1或TH2≤D(i，j)≤TL2，则考察该元素D(x，y)的八连通区域内是否存在满足条件(1)的元素，若存在则将元素D(x，y)标记为边界点，若不存在，则将元素D(x，y)标记为非边界点。
步骤3.3，腐蚀缺陷处的漏磁检测信号显性矩阵D中被标记为边界点的元素数值保持不变，将腐蚀缺陷处的漏磁检测信号显性矩阵D中被标记为非边界点的元素的数值均设置为0，形成腐蚀缺陷显性边缘信号矩阵Dedge；本优选实施例中，腐蚀缺陷显性边缘信号矩阵Dedge的大小为10×60。
本优选实施例中，经过双阈值显性增强处理后得到的腐蚀缺陷显性边缘信号矩阵的二维图像如图4所示。
步骤4，对腐蚀缺陷显性边缘信号矩阵Dedge进行边缘信号细化处理，得到腐蚀缺陷显性边缘细化信号矩阵Dedge_refine。
具体地，
在步骤4中，边缘信号细化处理的具体步骤如下：
步骤4.1，将腐蚀缺陷显性边缘信号矩阵Dedge分解为M个大小为1×N的行矩阵
Figure BDA0002986516710000111
其中M为腐蚀缺陷显性边缘信号矩阵Dedge的行数、N为腐蚀缺陷显性边缘信号矩阵Dedge的列数，
Figure BDA0002986516710000112
表示第p个腐蚀缺陷显性边缘信号行矩阵，上标p＝1，2，…，M；本优选实施例中，将腐蚀缺陷显性边缘信号矩阵Dedge分解为10个大小为1×60的行矩阵
Figure BDA0002986516710000113
上标p＝1，2，…，10；
步骤4.2，遍历所有腐蚀缺陷显性边缘信号行矩阵，对于任意一个腐蚀缺陷显性边缘信号行矩阵
Figure BDA0002986516710000114
先确定其中的正极大值元素
Figure BDA0002986516710000115
和负极小值元素
Figure BDA0002986516710000116
再将正极大值元素
Figure BDA0002986516710000117
左侧和右侧各L个元素值均设置为1、将负极大值元素
Figure BDA0002986516710000118
左侧和右侧各L个元素值均设置为-1，最后将其余元素均设置为0，得到腐蚀缺陷显性边缘细化信号行矩阵
Figure BDA0002986516710000119
L是一个与实际检测点的间距有关的正整数，满足如下关系式：
Figure BDA00029865167100001110
式中，
s表示输电线塔架漏磁检测中漏磁信号的实际检测点的间距，单位为mm，本优选实施例中，漏磁检测信号的实际检测点间距s＝1mm；
Figure BDA0002986516710000121
运算符号表示向上取整；
因此，本优选实施例中，正极大值元素
Figure BDA0002986516710000122
左侧和右侧各2个元素值均设置为1、将负极大值元素
Figure BDA0002986516710000123
左侧和右侧各2个元素值均设置为-1。
步骤4.3，按照腐蚀缺陷显性边缘信号矩阵Dedge的行顺序对行矩阵
Figure BDA0002986516710000124
进行组合，得到腐蚀缺陷显性边缘细化信号矩阵Dedge_refine，满足如下关系式：
Figure BDA0002986516710000125
式中，
Figure BDA0002986516710000126
表示第p个腐蚀缺陷显性边缘细化信号行矩阵。
本优选实施例中，经过细化处理后的腐蚀缺陷显性边缘细化信号矩阵的二维图像如图5所示。
步骤5，根据腐蚀缺陷显性边缘细化信号矩阵Dedge_refine中的数据，对腐蚀缺陷轮廓进行闭合处理，得到腐蚀缺陷区域Ad。
具体地，
在步骤5中，腐蚀缺陷轮廓的闭合处理是指，遍历所有腐蚀缺陷显性边缘细化信号行矩阵，对于任意一个腐蚀缺陷显性边缘细化信号行矩阵
Figure BDA0002986516710000127
将所有处于值为1的元素和值为-1的元素之间位置、并且值为0的元素的值修改为1；
闭合处理完成后，腐蚀缺陷显性边缘细化信号矩阵Dedge_refine中所有的值不为0的元素所组成的区域即为腐蚀缺陷区域Ad。
本优选实施例中，经过轮廓闭合处理后得到的腐蚀缺陷区域的二值化图像如图6所示。
步骤6，以腐蚀缺陷区域Ad中心位置点(x0，y0)为基准，经过k倍收缩操作后得到收缩区域A′d，其中x0表示腐蚀缺陷区域Ad中心位置点的横坐标、y0表示腐蚀缺陷区域Ad中心位置点的纵坐标，按如下关系式计算收缩区域A’d中的三维漏磁合成信号值
Figure BDA0002986516710000128
Figure BDA0002986516710000129
式中，
x′表示收缩区域A′d中任意位置点的横坐标，y′表示收缩区域A′d中任意位置点的纵坐标，
Figure BDA0002986516710000131
表示收缩区域A′d中任意位置点的三维漏磁合成信号值，
BH(x′，y′)表示收缩区域A′d中任意位置点的三维漏磁信号的水平分量，
BV(x′，y′)表示收缩区域A′d中任意位置点的三维漏磁信号的垂直分量，
BF(x′，y′)表示收缩区域A′d中任意位置点的三维漏磁信号的法向分量。
本优选实施例中，收缩区域的三维漏磁合成信号的三维图像如图7所示。
具体地，
在步骤6中，
在步骤6中，对腐蚀缺陷区域Ad进行k倍收缩操作以获得收缩区域A′d，是指以腐蚀缺陷区域Ad的中心位置点(x0，y0)为基准，对腐蚀缺陷区域Ad中的任意位置点P(x，y)按如下关系式计算得到收缩区域A′d中的位置点P′(x′，y′)：
x′＝(x-x0)/k+x0，y′＝(y-y0)/k+y0
式中，
k表示收缩系数，是大于等于1的正数，本优选实施例中，k＝1.5。
步骤7，遍历腐蚀缺陷区域Ad中各位置点，各位置点的三维漏磁合成信号值
Figure BDA0002986516710000132
通过对收缩区域A′d中各位置点的三维漏磁合成信号值
Figure BDA0002986516710000133
的插值计算得到，从而得到最终的缺陷轮廓矩阵Dprofile，其中x表示腐蚀缺陷区域Ad中任意位置点的横坐标、y表示腐蚀缺陷区域Ad中任意位置点的纵坐标，信号值dprofile(x，y)满足如下关系式：
Figure BDA0002986516710000134
式中，
dprofile(x，y)表示缺陷轮廓矩阵Dprofile中任意位置点的轮廓显示值，
Figure BDA0002986516710000135
表示腐蚀缺陷区域Ad中任意位置点的三维漏磁合成信号值，
Figure BDA0002986516710000136
表示收缩区域A′d中所有三维漏磁合成信号值
Figure BDA0002986516710000137
的集合，
Figure BDA0002986516710000138
表示收缩区域A′d中所有三维漏磁合成信号值
Figure BDA0002986516710000139
中的最大值，
Figure BDA00029865167100001310
表示设定的正数。
具体地
在步骤7中，
腐蚀缺陷区域Ad中各位置点的三维漏磁合成信号值
Figure BDA0002986516710000141
通过对收缩区域A′d中各位置点的三维漏磁合成信号值
Figure BDA0002986516710000142
的插值索引计算得到，满足如下关系式：
Figure BDA0002986516710000143
式中，
当x′和y′均为整数时，三维漏磁合成信号值
Figure BDA0002986516710000144
等于三维漏磁合成信号值
Figure BDA0002986516710000145
当x′或y′为非整数时，采用该位置点附近最近的四个三维漏磁合成信号值
Figure BDA0002986516710000146
和
Figure BDA0002986516710000147
通过插值计算得到，插值计算关系式如下：
Figure BDA0002986516710000148
式中，
f1的计算关系式为
Figure BDA0002986516710000149
f1的计算关系式为
Figure BDA00029865167100001410
f的计算关系式为
Figure BDA00029865167100001411
其中
Figure BDA00029865167100001412
运算符号表示向上取整、
Figure BDA00029865167100001413
运算符号表示向下取整。
步骤8，对缺陷轮廓矩阵Dprofile进行三维显示，得到输电线塔架腐蚀缺陷漏磁检测信号反演成像。
本优选实施例中，最终得到的输电线塔架的矩形槽腐蚀缺陷漏磁检测信号的反演成像如图8所示。该实施例中，缺陷开口轮廓的反演平均相对误差为4.18％，总计算时间为10.5秒，反演误差小，计算速度快。
实施例2。
本优选实施例，实施一次输电线塔架漏磁检测，对检测到的一个坑状缺陷的漏磁检测信号进行反演成像显示。
图1是本发明的输电线塔架腐蚀缺陷漏磁检测信号反演成像方法的流程图，该方法包括以下步骤：
步骤1，采集输电线塔架的三维漏磁检测信号，获取腐蚀缺陷处的漏磁检测信号水平分量矩阵BH。
具体地，
采集的输电线塔架的漏磁检测信号包含水平分量、垂直分量和法向分量，其中水平分量是指沿输电线塔架磁化方向的漏磁检测信号；
在步骤1中，
当采集的漏磁检测信号水平分量的幅值|BH(x，y)|满足下列三种条件之一时，则认为所采集的漏磁检测信号水平分量为腐蚀缺陷处的漏磁检测信号水平分量，三种条件分别如下：
第一条件：|BH(x，y)|≥BTH，
式中，
BH(x，y)表示腐蚀缺陷区域Ad中任意位置点的漏磁检测信号水平分量，其中：腐蚀缺陷区域Ad中任意位置点的横坐标x实际为漏磁检测信号采样的序列数、腐蚀缺陷区域Ad中任意位置点的纵坐标y实际为磁传感器通道的序列数；
BTH为设定的高阈值，其取值范围的上限是漏磁检测信号水平分量平均值的1.20倍，下限是漏磁检测信号水平分量平均值的1.05倍；本优选实施例中，设定高阈值BTH＝30Gs；
第二条件：|BH(x，y)|≤BTL
式中，
BTL为设定的低阈值，其取值范围的上限是漏磁检测信号水平分量平均值的0.95倍，下限是漏磁检测信号水平分量平均值的0.80倍；本优选实施例中，设定低阈值BTL＝-15Gs；
第三条件：BH(x，y)采样序列向前或向后各K个信号数据或BH(x，y)相邻磁传感器通道数据中，有满足第一条件或第二条件的信号数据，
其中，
K为设定的步长，且K为正整数，本优选实施例中，步长K＝5；
BH(x，y)采样序列向前或向后各K个信号数据是：BH(x-K，y)，BH(x-K+1，y)，……，BH(x+K-1，y)，BH(x+K，y)；
BH(x，y)相邻磁传感器通道数据是：BH(x，y+1)，BH(x，y-1)；
将能够包含所有满足第一条件、第二条件和第三条件中的任意一个条件，且坐标位置相邻的漏磁检测信号水平分量BH(x，y)的最小矩阵单元，作为腐蚀缺陷处的漏磁检测信号水平分量矩阵BH；本发明优选实施例中，共有1个满足条件的漏磁检测信号水平分量矩阵Bx，即说明被检测的输电线塔架中存在腐蚀缺陷。
步骤2，对腐蚀缺陷处的漏磁检测信号水平分量矩阵BH进行显性处理：将显性算子G与漏磁检测信号水平分量矩阵BH进行平面卷积运算，得到腐蚀缺陷处的漏磁检测信号显性矩阵D。
具体地，
在步骤2中，腐蚀缺陷处的漏磁检测信号显性矩阵D满足如下关系式：
D＝G*BH
式中，
D表示腐蚀缺陷处的漏磁检测信号显性矩阵，
G表示显性算子，是5×5的矩阵算子，并满足如下关系式：
Figure BDA0002986516710000161
因此，显性矩阵D的任意元素D(x，y)表示如下：
D(x，y)＝(-1)×BH(x-2，y)+(-2)×BH(x-1，y)+2×BH(x+1，y)+1×BH(x+2，y)
步骤3，对腐蚀缺陷处的漏磁检测信号显性矩阵D进行双阈值显性增强处理：从中提取出能够用于表征腐蚀缺陷显性边缘的信号数据，组成腐蚀缺陷处的显性边缘信号矩阵Dedge。
具体地，
在步骤3中，双阈值显性增强处理的具体步骤如下：
步骤3.1，分别设置第一高阈值TH1、第二高阈值TH2、第一低阈值TL1和第二低阈值TL2，并且满足如下关系式：
TH1＞TL1＞0＞TL2＞TH2
第一高阈值TH1、第二高阈值TH2取值范围的上限是漏磁检测信号水平分量平均值的1.20倍，下限是漏磁检测信号水平分量平均值的1.05倍，
第一低阈值TL1和第二低阈值TL2取值范围的上限是漏磁检测信号水平分量平均值的0.95倍，下限是漏磁检测信号水平分量平均值的0.80倍；
本发明优选实施例中，设定第一高阈值TH1＝20、第二高阈值TH2＝-10、第一低阈值TL1＝15、第二低阈值TL2＝-5。
步骤3.2，按照如下规则对腐蚀缺陷处的漏磁检测信号显性矩阵D中的元素D(x，y)进行标记：
(1)若D(x，y)＞TH1或D(x，y)＜TH2，则标记元素D(x，y)为边界点，
(2)若TL2＜D(x，y)＜TL1，则标记元素D(x，y)为非边界点，
(3)若TL1≤D(x，y)≤TH1或TH2≤D(i，j)≤TL2，则考察该元素D(x，y)的八连通区域内是否存在满足条件(1)的元素，若存在则将元素D(x，y)标记为边界点，若不存在，则将元素D(x，y)标记为非边界点。
步骤3.3，腐蚀缺陷处的漏磁检测信号显性矩阵D中被标记为边界点的元素数值保持不变，将腐蚀缺陷处的漏磁检测信号显性矩阵D中被标记为非边界点的元素的数值均设置为0，形成腐蚀缺陷显性边缘信号矩阵Dedge；本优选实施例中，腐蚀缺陷显性边缘信号矩阵Dedge的大小为15×80。
步骤4，对腐蚀缺陷显性边缘信号矩阵Dedge进行边缘信号细化处理，得到腐蚀缺陷显性边缘细化信号矩阵Dedge_refine。
具体地，
在步骤4中，边缘信号细化处理的具体步骤如下：
步骤4.1，将腐蚀缺陷显性边缘信号矩阵Dedge分解为M个大小为1×N的行矩阵
Figure BDA0002986516710000171
其中M为腐蚀缺陷显性边缘信号矩阵Dedge的行数、N为腐蚀缺陷显性边缘信号矩阵Dedge的列数，
Figure BDA0002986516710000172
表示第p个腐蚀缺陷显性边缘信号行矩阵，上标p＝1，2，…，M；本优选实施例中，将腐蚀缺陷显性边缘信号矩阵Dedge分解为15个大小为1×80的行矩阵
Figure BDA0002986516710000173
上标p＝1，2，…，15；
步骤4.2，遍历所有腐蚀缺陷显性边缘信号行矩阵，对于任意一个腐蚀缺陷显性边缘信号行矩阵
Figure BDA0002986516710000174
先确定其中的正极大值元素
Figure BDA0002986516710000175
和负极小值元素
Figure BDA0002986516710000176
再将正极大值元素
Figure BDA0002986516710000177
左侧和右侧各L个元素值均设置为1、将负极大值元素
Figure BDA0002986516710000178
左侧和右侧各L个元素值均设置为-1，最后将其余元素均设置为0，得到腐蚀缺陷显性边缘细化信号行矩阵
Figure BDA0002986516710000179
L是一个与实际检测点的间距有关的正整数，满足如下关系式：
Figure BDA0002986516710000181
式中，
s表示输电线塔架漏磁检测中漏磁信号的实际检测点的间距，单位为mm，本优选实施例中，漏磁检测信号的实际检测点间距s＝1mm；
Figure BDA0002986516710000182
运算符号表示向上取整；
因此，本优选实施例中，正极大值元素
Figure BDA0002986516710000183
左侧和右侧各2个元素值均设置为1、将负极大值元素
Figure BDA0002986516710000184
左侧和右侧各2个元素值均设置为-1。
步骤4.3，按照腐蚀缺陷显性边缘信号矩阵Dedge的行顺序对行矩阵
Figure BDA0002986516710000185
进行组合，得到腐蚀缺陷显性边缘细化信号矩阵Dedge_refine，满足如下关系式：
Figure BDA0002986516710000186
式中，
Figure BDA0002986516710000187
表示第p个腐蚀缺陷显性边缘细化信号行矩阵。
步骤5，根据腐蚀缺陷显性边缘细化信号矩阵Dedge_refine中的数据，对腐蚀缺陷轮廓进行闭合处理，得到腐蚀缺陷区域Ad。
具体地，
在步骤5中，腐蚀缺陷轮廓的闭合处理是指，遍历所有腐蚀缺陷显性边缘细化信号行矩阵，对于任意一个腐蚀缺陷显性边缘细化信号行矩阵
Figure BDA0002986516710000188
将所有处于值为1的元素和值为-1的元素之间位置、并且值为0的元素的值修改为1；
闭合处理完成后，腐蚀缺陷显性边缘细化信号矩阵Dedge_refine中所有的值不为0的元素所组成的区域即为腐蚀缺陷区域Ad。
本优选实施例中，经过轮廓闭合处理后得到的腐蚀缺陷区域的二值化图像如图6所示。
步骤6，以腐蚀缺陷区域Ad中心位置点(x0，y0)为基准，经过k倍收缩操作后得到收缩区域A′d，其中x0表示腐蚀缺陷区域Ad中心位置点的横坐标、y0表示腐蚀缺陷区域Ad中心位置点的纵坐标，按如下关系式计算收缩区域A’d中的三维漏磁合成信号值
Figure BDA0002986516710000189
Figure BDA00029865167100001810
式中，
x′表示收缩区域A′d中任意位置点的横坐标，y′表示收缩区域A′d中任意位置点的纵坐标，
Figure BDA0002986516710000191
表示收缩区域A′d中任意位置点的三维漏磁合成信号值，
BH(x′，y′)表示收缩区域A′d中任意位置点的三维漏磁信号的水平分量，
BV(x′，y′)表示收缩区域A′d中任意位置点的三维漏磁信号的垂直分量，
BF(x′，y′)表示收缩区域A′d中任意位置点的三维漏磁信号的法向分量。
本优选实施例中，收缩区域的三维漏磁合成信号的三维图像如图7所示。
具体地，
在步骤6中，
在步骤6中，对腐蚀缺陷区域Ad进行k倍收缩操作以获得收缩区域A′d，是指以腐蚀缺陷区域Ad的中心位置点(x0，y0)为基准，对腐蚀缺陷区域Ad中的任意位置点P(x，y)按如下关系式计算得到收缩区域A′d中的位置点P′(x′，y′)：
x′＝(x-x0)/k+x0，y′＝(y-y0)/k+y0
式中，
k表示收缩系数，是大于等于1的正数，本优选实施例中，k＝1.8。
步骤7，遍历腐蚀缺陷区域Ad中各位置点，各位置点的三维漏磁合成信号值
Figure BDA0002986516710000192
通过对收缩区域A′d中各位置点的三维漏磁合成信号值
Figure BDA0002986516710000193
的插值计算得到，从而得到最终的缺陷轮廓矩阵Dprofile，其中x表示腐蚀缺陷区域Ad中任意位置点的横坐标、y表示腐蚀缺陷区域Ad中任意位置点的纵坐标，信号值dprofile(x，y)满足如下关系式：
Figure BDA0002986516710000194
式中，
dprofile(x，y)表示缺陷轮廓矩阵Dprofile中任意位置点的轮廓显示值，
Figure BDA0002986516710000195
表示腐蚀缺陷区域Ad中任意位置点的三维漏磁合成信号值，
Figure BDA0002986516710000196
表示收缩区域A′d中所有三维漏磁合成信号值
Figure BDA0002986516710000197
的集合，
Figure BDA0002986516710000198
表示收缩区域A′d中所有三维漏磁合成信号值
Figure BDA0002986516710000199
中的最大值，
Figure BDA0002986516710000201
表示设定的正数。
具体地
在步骤7中，
腐蚀缺陷区域Ad中各位置点的三维漏磁合成信号值
Figure BDA0002986516710000202
通过对收缩区域A′d中各位置点的三维漏磁合成信号值
Figure BDA0002986516710000203
的插值索引计算得到，满足如下关系式：
Figure BDA0002986516710000204
式中，
当x′和y′均为整数时，三维漏磁合成信号值
Figure BDA0002986516710000205
等于三维漏磁合成信号值
Figure BDA0002986516710000206
当x′或y′为非整数时，采用该位置点附近最近的四个三维漏磁合成信号值
Figure BDA0002986516710000207
和
Figure BDA0002986516710000208
通过插值计算得到，插值计算关系式如下：
Figure BDA0002986516710000209
式中，
f1的计算关系式为
Figure BDA00029865167100002010
f1的计算关系式为
Figure BDA00029865167100002011
f的计算关系式为
Figure BDA00029865167100002012
其中
Figure BDA00029865167100002013
运算符号表示向上取整、
Figure BDA00029865167100002014
运算符号表示向下取整。
步骤8，对缺陷轮廓矩阵Dprofile进行三维显示，得到输电线塔架腐蚀缺陷漏磁检测信号反演成像。
本优选实施例中，最终得到的输电线塔架的坑状腐蚀缺陷漏磁检测信号的反演成像如图9所示。该实施例中，缺陷开口轮廓的反演平均相对误差为4.62％，总计算时间为11.9秒，反演误差小，计算速度快。
输电线塔架腐蚀缺陷漏磁检测信号反演成像系统，如图10所示，反演成像系统包括漏磁信号检测模块、漏磁信号处理模块、漏磁信号反演成像模块。
漏磁信号检测模块，用于获取输电线塔架的三维漏磁检测信号以及腐蚀缺陷处的漏磁检测信号水平分量矩阵。
漏磁信号处理模块，用于对腐蚀缺陷处的漏磁检测信号水平分量矩阵进行显性处理、双阈值显性增强处理、边缘信号细化处理、轮廓闭合处理及收缩区域的漏磁三维合成信号值插值计算等操作，最终获得缺陷轮廓矩阵；漏磁信号处理模块包括：显性处理单元、显性增强单元、边缘细化单元、轮廓闭合单元、三位漏磁信号合成单元。
漏磁信号反演成像模块，实现缺陷轮廓矩阵的三维显示，即获得腐蚀缺陷漏磁检测信号反演成像。
显性处理单元是平面卷积运算单元，用于对漏磁检测信号水平分量矩阵进行显性处理。
显性增强单元采用双阈值显性增强处理算法，用于提取能够用于表征腐蚀缺陷显性边缘的信号数据组成腐蚀缺陷显性边缘信号矩阵。
边缘细化单元，用于对腐蚀缺陷显性边缘信号矩阵进行边缘信号细化处理。
轮廓闭合单元，对细化处理后的腐蚀缺陷显性边缘信号矩阵，沿着输电线塔架磁化方向进行连接与填充，实现轮廓闭合处理，以获得腐蚀缺陷区域及对其k倍收缩操作后的收缩区域。
三位漏磁信号合成单元，先采用分量合成算法计算收缩区域中各位置点的三维漏磁合成信号值，然后采用插值算法得到腐蚀缺陷区域的三维漏磁合成信号值，即获得最终的缺陷轮廓矩阵。
本发明的有益效果在于，与现有技术相比，该方法可以快速便捷地对输电线塔架腐蚀缺陷进行检测识别和反演成像，从而为用户提供清晰直观的缺陷信息，可为输电线塔架的安全维护提供了有效的指导依据。在腐蚀缺陷漏磁检测信号反演成像显示过程中，不需要进行闭环迭代，可以快速实现腐蚀缺陷的三维成像，具有计算操作简单、计算速度快、反演精度高等优点。
本发明申请人结合说明书附图对本发明的实施示例做了详细的说明与描述，但是本领域技术人员应该理解，以上实施示例仅为本发明的优选实施方案，详尽的说明只是为了帮助读者更好地理解本发明精神，而并非对本发明保护范围的限制，相反，任何基于本发明的发明精神所作的任何改进或修饰都应当落在本发明的保护范围之内。

Claims (14)

1.输电线塔架腐蚀缺陷漏磁检测信号反演成像方法，其特征在于，
所述方法的步骤如下：
步骤1，采集输电线塔架的三维漏磁检测信号，获取腐蚀缺陷处的漏磁检测信号水平分量矩阵BH；
步骤2，对腐蚀缺陷处的漏磁检测信号水平分量矩阵BH进行显性处理：将显性算子G与漏磁检测信号水平分量矩阵BH进行平面卷积运算，得到腐蚀缺陷处的漏磁检测信号显性矩阵D；
步骤3，对腐蚀缺陷处的漏磁检测信号显性矩阵D进行双阈值显性增强处理：从中提取出能够用于表征腐蚀缺陷显性边缘的信号数据，组成腐蚀缺陷处的显性边缘信号矩阵Dedge；
步骤4，对腐蚀缺陷显性边缘信号矩阵Dedge进行边缘信号细化处理，得到腐蚀缺陷显性边缘细化信号矩阵Dedge_refine；
步骤5，根据腐蚀缺陷显性边缘细化信号矩阵Dedge_refine中的数据，对腐蚀缺陷轮廓进行闭合处理，得到腐蚀缺陷区域Ad；
步骤6，以腐蚀缺陷区域Ad中心位置点(x0，y0)为基准，经过k倍收缩操作后得到收缩区域A′d，其中x0表示腐蚀缺陷区域Ad中心位置点的横坐标、y0表示腐蚀缺陷区域Ad中心位置点的纵坐标，按如下关系式计算收缩区域A’d中的三维漏磁合成信号值
Figure FDA0002986516700000011
Figure FDA0002986516700000012
式中，
x′表示收缩区域A′d中任意位置点的横坐标，y′表示收缩区域A′d中任意位置点的纵坐标，
Figure FDA0002986516700000013
表示收缩区域A′d中任意位置点的三维漏磁合成信号值，
BH(x′，y′)表示收缩区域A′d中任意位置点的三维漏磁信号的水平分量，
BV(x′，y′)表示收缩区域A′d中任意位置点的三维漏磁信号的垂直分量，
BF(x′，y′)表示收缩区域A′d中任意位置点的三维漏磁信号的法向分量；
步骤7，遍历腐蚀缺陷区域Ad中各位置点，各位置点的三维漏磁合成信号值
Figure FDA0002986516700000021
通过对收缩区域A′d中各位置点的三维漏磁合成信号值
Figure FDA0002986516700000022
的插值计算得到，从而得到最终的缺陷轮廓矩阵Dprofile，其中x表示腐蚀缺陷区域Ad中任意位置点的横坐标、y表示腐蚀缺陷区域Ad中任意位置点的纵坐标，信号值dprofile(x，y)满足如下关系式：
Figure FDA0002986516700000023
式中，
dprofile(x，y)表示缺陷轮廓矩阵Dprofile中任意位置点的轮廓显示值，
Figure FDA0002986516700000024
表示腐蚀缺陷区域Ad中任意位置点的三维漏磁合成信号值，
Figure FDA0002986516700000025
表示收缩区域A′d中所有三维漏磁合成信号值
Figure FDA0002986516700000026
的集合，
Figure FDA0002986516700000027
表示收缩区域A′d中所有三维漏磁合成信号值
Figure FDA0002986516700000028
中的最大值，
Figure FDA0002986516700000029
表示设定的正数；
步骤8，对缺陷轮廓矩阵Dprofile进行三维显示，得到输电线塔架腐蚀缺陷漏磁检测信号反演成像。
2.根据权利要求1所述的输电线塔架腐蚀缺陷漏磁检测信号反演成像方法，其特征在于，
在步骤1中，采集的输电线塔架的漏磁检测信号包含水平分量、垂直分量和法向分量，其中水平分量是指沿输电线塔架磁化方向的漏磁检测信号。
3.根据权利要求1所述的输电线塔架腐蚀缺陷漏磁检测信号反演成像方法，其特征在于，
当采集的漏磁检测信号水平分量的幅值|BH(x，y)|满足下列三种条件之一时，则认为所采集的漏磁检测信号水平分量为腐蚀缺陷处的漏磁检测信号水平分量，三种条件分别如下：
第一条件：|BH(x，y)|≥BTH，
式中，
BH(x，y)表示腐蚀缺陷区域Ad中任意位置点的漏磁检测信号水平分量，其中：腐蚀缺陷区域Ad中任意位置点的横坐标x实际为漏磁检测信号采样的序列数、腐蚀缺陷区域Ad中任意位置点的纵坐标y实际为磁传感器通道的序列数，
BTH为设定的高阈值；
第二条件：|BH(x，y)|≤BTL，
式中，
BTL为设定的低阈值；
第三条件：BH(x，y)采样序列向前或向后各K个信号数据或BH(x，y)相邻磁传感器通道数据中，有满足第一条件或第二条件的信号数据，
其中，
BH(x，y)采样序列向前或向后各K个信号数据是：BH(x-K，y)，BH(x-K+1，y)，……，BH(x+K-1，y)，BH(x+K，y)；
BH(x，y)相邻磁传感器通道数据是：BH(x，y+1)，BH(x，y-1)；
K为设定的步长，且K为正整数。
4.根据权利要求3所述的输电线塔架腐蚀缺陷漏磁检测信号反演成像方法，其特征在于，
所述高阈值BTH取值范围的上限是漏磁检测信号水平分量平均值的1.20倍，下限是漏磁检测信号水平分量平均值的1.05倍；
所述低阈值BTL取值范围的上限是漏磁检测信号水平分量平均值的0.95倍，下限是漏磁检测信号水平分量平均值的0.80倍。
5.根据权利要求3所述的输电线塔架腐蚀缺陷漏磁检测信号反演成像方法，其特征在于，
将能够包含所有满足第一条件、第二条件和第三条件中的任意一个条件，且坐标位置相邻的漏磁检测信号水平分量BH(x，y)的最小矩阵单元，作为腐蚀缺陷处的漏磁检测信号水平分量矩阵BH。
6.根据权利要求1所述的输电线塔架腐蚀缺陷漏磁检测信号反演成像方法，其特征在于，
在步骤2中，显性算子G满足如下关系式：
Figure FDA0002986516700000031
显性算子G是5×5的矩阵算子。
7.根据权利要求1所述的输电线塔架腐蚀缺陷漏磁检测信号反演成像方法，其特征在于，
步骤3中双阈值显性增强处理包括：
步骤3.1，分别设置第一高阈值TH1、第二高阈值TH2、第一低阈值TL1和第二低阈值TL2，并且满足如下关系式：
TH1＞TL1＞0＞TL2＞TH2
所述第一高阈值TH1、第二高阈值TH2取值范围的上限是漏磁检测信号水平分量平均值的1.20倍，下限是漏磁检测信号水平分量平均值的1.05倍，
所述第一低阈值TL1和第二低阈值TL2取值范围的上限是漏磁检测信号水平分量平均值的0.95倍，下限是漏磁检测信号水平分量平均值的0.80倍；
步骤3.2，按照如下规则对腐蚀缺陷处的漏磁检测信号显性矩阵D中的元素D(x，y)进行标记：
(1)若D(x，y)＞TH1或D(x，y)＜TH2，则标记元素D(x，y)为边界点，
(2)若TL2＜D(x，y)＜TL1，则标记元素D(x，y)为非边界点，
(3)若TL1≤D(x，y)≤TH1或TH2≤D(i，j)≤TL2，则考察该元素D(x，y)的八连通区域内是否存在满足条件(1)的元素，若存在则将元素D(x，y)标记为边界点，若不存在，则将元素D(x，y)标记为非边界点；
步骤3.3，腐蚀缺陷处的漏磁检测信号显性矩阵D中被标记为边界点的元素数值保持不变，将腐蚀缺陷处的漏磁检测信号显性矩阵D中被标记为非边界点的元素的数值均设置为0，形成腐蚀缺陷显性边缘信号矩阵Dedge。
8.根据权利要求1所述的输电线塔架腐蚀缺陷漏磁检测信号反演成像方法，其特征在于，
步骤4中边缘信号细化处理包括：
步骤4.1，将腐蚀缺陷显性边缘信号矩阵Dedge分解为M个大小为1×N的行矩阵
Figure FDA0002986516700000041
其中M为腐蚀缺陷显性边缘信号矩阵Dedge的行数、N为腐蚀缺陷显性边缘信号矩阵Dedge的列数，
Figure FDA0002986516700000042
表示第p个腐蚀缺陷显性边缘信号行矩阵，上标p＝1，2，…，M；
步骤4.2，遍历所有腐蚀缺陷显性边缘信号行矩阵，对于任意一个腐蚀缺陷显性边缘信号行矩阵
Figure FDA0002986516700000043
先确定其中的正极大值元素
Figure FDA0002986516700000044
和负极小值元素
Figure FDA0002986516700000045
再将正极大值元素
Figure FDA0002986516700000046
左侧和右侧各L个元素值均设置为1、将负极大值元素
Figure FDA0002986516700000047
左侧和右侧各L个元素值均设置为-1，最后将其余元素均设置为0，得到腐蚀缺陷显性边缘细化信号行矩阵
Figure FDA0002986516700000051
步骤4.3，按照腐蚀缺陷显性边缘信号矩阵Dedge的行顺序对腐蚀缺陷显性边缘细化信号行矩阵
Figure FDA0002986516700000052
进行组合，得到腐蚀缺陷显性边缘细化信号矩阵Dedge_refine，满足如下关系式：
Figure FDA0002986516700000053
式中，
Figure FDA0002986516700000054
表示第p个腐蚀缺陷显性边缘细化信号行矩阵。
9.根据权利要求8所述的输电线塔架腐蚀缺陷漏磁检测信号反演成像方法，其特征在于，
步骤4.2中，L是一个与实际检测点的间距有关的正整数，满足如下关系式：
Figure FDA0002986516700000055
式中，
s表示输电线塔架漏磁检测中漏磁信号的实际检测点的间距，单位为mm，
Figure FDA0002986516700000057
运算符号表示向上取整。
10.根据权利要求1所述的输电线塔架腐蚀缺陷漏磁检测信号反演成像方法，其特征在于，
在步骤5中，腐蚀缺陷轮廓的闭合处理是指，遍历所有腐蚀缺陷显性边缘细化信号行矩阵，对于任意一个腐蚀缺陷显性边缘细化信号行矩阵
Figure FDA0002986516700000056
将所有处于值为1的元素和值为-1的元素之间位置、并且值为0的元素的值修改为1；
闭合处理完成后，腐蚀缺陷显性边缘细化信号矩阵Dedge_refine中所有的值不为0的元素所组成的区域即为腐蚀缺陷区域Ad。
11.根据权利要求1所述的输电线塔架腐蚀缺陷漏磁检测信号反演成像方法，其特征在于，
在步骤6中，对腐蚀缺陷区域Ad进行k倍收缩操作以获得收缩区域A′d，是指以腐蚀缺陷区域Ad的中心位置点(x0，y0)为基准，对腐蚀缺陷区域Ad中的任意位置点P(x，y)按如下关系式计算得到收缩区域A′d中的位置点P′(x′，y′)：
x′＝(x-x0)/k+x0，y′＝(y-y0)/k+y0
式中，
k表示收缩系数，是大于等于1的正数。
12.根据权利要求1所述的输电线塔架腐蚀缺陷漏磁检测信号反演成像方法，其特征在于，
在步骤7中，腐蚀缺陷区域Ad中各位置点的三维漏磁合成信号值
Figure FDA0002986516700000061
通过对收缩区域A′d中各位置点的三维漏磁合成信号值
Figure FDA0002986516700000062
的插值计算得到，满足如下关系式：
Figure FDA0002986516700000063
式中，
当x′和y′均为整数时，三维漏磁合成信号值
Figure FDA0002986516700000064
等于三维漏磁合成信号值
Figure FDA0002986516700000065
当x′或y′为非整数时，采用该位置点附近最近的四个三维漏磁合成信号值
Figure FDA0002986516700000066
和
Figure FDA0002986516700000067
通过插值计算得到，其中
Figure FDA0002986516700000068
运算符号表示向上取整、
Figure FDA0002986516700000069
运算符号表示向下取整。
13.基于权利要求1所述的输电线塔架腐蚀缺陷漏磁检测信号反演成像方法的输电线塔架腐蚀缺陷漏磁检测信号反演成像系统，其特征在于，
所述反演成像系统包括漏磁信号检测模块、漏磁信号处理模块、漏磁信号反演成像模块；
漏磁信号检测模块，用于获取输电线塔架的三维漏磁检测信号以及腐蚀缺陷处的漏磁检测信号水平分量矩阵；
漏磁信号处理模块，用于对腐蚀缺陷处的漏磁检测信号水平分量矩阵进行显性处理、双阈值显性增强处理、边缘信号细化处理、轮廓闭合处理及收缩区域的漏磁三维合成信号值插值计算操作，最终获得缺陷轮廓矩阵；漏磁信号处理模块包括：显性处理单元、显性增强单元、边缘细化单元、轮廓闭合单元、三位漏磁信号合成单元；
漏磁信号反演成像模块，实现缺陷轮廓矩阵的三维显示，即获得腐蚀缺陷漏磁检测信号反演成像。
14.根据权利要求12所述的输电线塔架腐蚀缺陷漏磁检测信号反演成像系统，其特征在于，
所述显性处理单元是平面卷积运算单元，用于对漏磁检测信号水平分量矩阵进行显性处理；
所述显性增强单元采用双阈值显性增强处理算法，用于提取能够用于表征腐蚀缺陷显性边缘的信号数据组成腐蚀缺陷显性边缘信号矩阵；
所述边缘细化单元，用于对腐蚀缺陷显性边缘信号矩阵进行边缘信号细化处理；
所述轮廓闭合单元，对细化处理后的腐蚀缺陷显性边缘信号矩阵，沿着输电线塔架磁化方向进行连接与填充，实现轮廓闭合处理，以获得腐蚀缺陷区域及对其k倍收缩操作后的收缩区域；
所述三位漏磁信号合成单元，先采用分量合成算法计算收缩区域中各位置点的三维漏磁合成信号值，然后采用插值算法得到腐蚀缺陷区域的三维漏磁合成信号值，即获得最终的缺陷轮廓矩阵。
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