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专利号: 2021104702075
申请人: 浙江工业大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-07-29
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于生成热成像的复合材料缺陷无损检测方法,其特征在于:包括以下步骤:(1)获取聚合物试样的红外热图像数据集:通过发射热脉冲作为辐射热源加热待检试样,在样品冷却阶段,使用红外摄像机捕获待检试样表面温度分布,在获得nt张原始热图像后,取图像的感兴趣区域nx×ny作为后续模型的红外热成像IRT数据集,数据集的三维表示为(nx×ny)×nt;

(2)建立谱归一化生成对抗网络模型并训练:建立谱归一化生成对抗网络SNGAN,将步骤(1)中获取的原始热图像作为训练数据对谱归一化生成对抗网络SNGAN进行训练,最后,利用谱归一化生成对抗网络SNGAN生成ng张假的热图像;

(3)热图像预处理:

将原始热图像与步骤(2)中生成的热图像合并为三维的综合数据集nx×ny×(nt+ng);随后将三维的数据集转换为二维矩阵X用于流形学习降维,此外,为了加快模型的训练速度,对X矩阵做归一化处理,

其中,nx表示坐标轴x方向上热图像的像素点数,即热图像的长度,ny表示坐标轴y方向上热图像的像素点数,即热图像的宽度,nt表示步骤(1)中t时间内获得的原始热图像数量;

ng表示步骤(2)中生成的假的热图像数量;

(4)等度量映射ISOMAP降维:将热图像二维矩阵X作为输入,采用等度量映射ISOMAP算法对其进行降维:通过构造邻域图,近邻样本点采用欧氏距离来代替,非近邻的样本点通过最短路径算出距离,所述近邻样本点为k个最近点之一,k为人为设置的近邻点数,最终热图像数据的固有流形结构被保留,降维完成后,获得热成像数据在低维空间中的嵌入表示及Y矩阵;

(5)缺陷可视化:

采用偏最小二乘回归PLSR来拟合降维过程中的映射关系,将偏最小二乘回归PLSR中求解得到的转换矩阵的每列重构成尺寸为nx×ny的二维矩阵,可视化为热图像后从中能够发现缺陷的形态;

(6)模型表现评估:

采用信噪比SNR指标评价方法定量缺陷检测效果,信噪比SNR值越大,表示缺陷识别能力越强。

2.根据权利要求1所述的一种基于生成热成像的复合材料缺陷无损检测方法,其特征在于,所述谱归一化生成对抗网络SNGAN包括生成器和判别器,所述生成器、判别器均由输入层、隐含层和输出层组成,所述步骤(2)的具体过程为:步骤2.1:生成器的目标是产生假的热图像来欺骗判别器,判别器的目标是将生成器生成的图像与真实的图像分离,谱归一化生成对抗网络谱归一化生成对抗网络SNGAN中判别器的每一层权值矩阵进行了谱归一化处理:假设判别器有m层神经网络,W和其谱范数σ(W)可以表示为:对判别器各层的权矩阵Wi进行光谱归一化:其中,m表示SNGAN的判别器结构中神经网络的参数;

i表示在m层神经网络中的第i层,1≤i≤m;

D表示对角矩阵,Di表示第i层神经网络对应的对角矩阵 为各层光谱归一化后的权值矩阵,此时判别器的所有层都满足1‑Lipshcitz限制;

步骤2.2:谱归一化生成对抗网络SNGAN模型训练收敛后,作为数据增强策略,谱归一化生成对抗网络SNGAN被嵌入复合材料缺陷检测GMLT框架用于产生ng张假的热图像生成,以扩充原始数据集。

3.根据权利要求1或2所述的一种基于生成热成像的复合材料缺陷无损检测方法,其特征在于,所述步骤(3)的过程为:步骤3.1:为进行图像分析,将原始的热图像数据(nx×ny)×nt与生成的热图像数据(nx×ny)×ng合并为三维的综合数据集nx×ny×(nt+ng);

步骤3.2:将三维的综合数据集转换为维度为nxny×(nt+ng)的二维矩阵X,其中矩阵X的行向量表示热图像中每个像素点处的温度变化,矩阵X的列向量为每张热像图的展开,步骤3.3:为了减少计算量,更有效地提取特征,对矩阵X的列向量进行最大‑最小归一化处理,归一化后的矩阵仍用X表示,归一化的具体公式如下:式中:x′表示归一化后得到的图像样本数据;x表示通过红外摄像机采集到的原始图像,xmin表示图像中的最小值,xmax表示图像中的最大值。

4.根据权利要求1所述的一种基于生成热成像的复合材料缺陷无损检测方法,其特征在于,所述步骤(4)的过程为:步骤4.1:将矩阵X作为输入,矩阵X的每一列作为一个样本点,每一行都是一个维度,等度量映射ISOMAP的目标函数表示为:式中:i、j分别表示n个样本中的第i个与第j个样本点,其中,1≤i≤n,1≤j≤n,n是样本的数量;G表示邻域图;dG(i,j)是样本点xi和xj之间的最短路径;yi和yj是样本点xi和xj在低维欧式空间的嵌入坐标,

通过将坐标向量y设为距离矩阵D的前d个特征值对应的特征向量,可以得到上述公式的全局最优解,由此计算获得热图像数据矩阵X在低维空间的表示Y矩阵。

5.根据权利要求1所述的一种基于生成热成像的复合材料缺陷无损检测方法,其特征在于,所述步骤(5)的过程为:T T T T

步骤5.1:采用偏最小二乘回归PLSR方法求解矩阵X 与Y之间的转换矩阵B,将X和Y 矩阵的行向量定义为样本,列向量定义为变量,两个矩阵均按行进行归一化,根据主成分回归T T

思想,对X和Y的主成分进行回归建模:T

X=VP+E

T

Y=UQ+F

T T T T T T

式中:V、U分别为X、Y的得分矩阵;P、Q分别为X、Y的载荷矩阵;E、F分别为X、Y的残差矩阵;

然后,利用列向量的相关性对得分矩阵V和U进行回归分析,得到转换矩阵B:U=VB

T ‑1 T

式中:转换矩阵B是关联矩阵,B=(VV )VU;

步骤5.2:将转换矩阵B的每一列向量重构为大小为nx×ny的二维矩阵,每一列向量记作指示向量IV,将指示向量IV重构的二维矩阵可视化后,从热图像中可以检测到缺陷。

6.根据权利要求1所述的一种基于生成热成像的复合材料缺陷无损检测方法,其特征在于,所述步骤(6)的过程为:采用信噪比SNR指标评价方法定量缺陷检测效果,其计算公式如下:式中:Mdef是缺陷区域像素值的平均值,Min是非缺陷区域像素值的平均值,σin是非缺陷区域像素值的标准偏差,SNR值越大,表明方法的缺陷识别能力越强。