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2023年  第45卷  第10期

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专栏 红外无损检测新技术
前言
2023, 45(10): 1007-1007.
摘要 HTML阅读量 (74) PDF免费下载(29)
摘要:
红外热成像技术在FRP复合材料/热障涂层无损检测应用中的研究现状与进展
郑凯, 罗志涛, 张辉
2023, 45(10): 1008-1019.
摘要 HTML阅读量 (89) PDF免费下载(116)
摘要:
红外热成像是具有非接触、检测面积大、检测结果直观等突出优势的新兴无损检测技术，近年来被广泛应用于金属、非金属、纤维增强复合材料（Fiber reinforced polymer，FRP）以及热障涂层等的无损检测与评价。本文首先简要介绍了红外热成像技术的基本原理和检测系统构成，特别是对光学、超声以及电磁等主要热激励形式的特点和优劣势进行了对比。然后，根据热激励形式的发展历程，详细介绍了光激励红外热成像技术在FRP复合材料和热障涂层无损检测与评价方面的研究现状与进展，重点关注了FRP复合材料/热障涂层热成像无损检测中的热难点问题。最后总结并展望了FRP复合材料/热障涂层红外热成像无损检测技术的未来发展趋势。
超声红外热成像技术国内研究现状与进展
江海军, 盛涛, 郑金华, 向苹
2023, 45(10): 1020-1028.
摘要 HTML阅读量 (95) PDF免费下载(106)
摘要:
超声红外热成像技术具有选择性加热、可检测复杂工件裂纹缺陷的优点，是一种具有很大研究价值的无损检测方法。本文介绍了超声红外热成像技术原理与系统组成，并对国内的发展历程、发展现状进行了回顾和总结。重点针对仿真研究、复合材料损伤、疲劳裂纹、金属构件裂纹、混凝土零件裂纹应用领域的研究现状进行了详细论述，最后展望了超声红外热成像技术的未来发展趋势。
基于YOLO v5的带涂层钢结构亚表面缺陷脉冲涡流热成像智能检测
张玉彬, 刘鹏谦, 陈丽娜, 韩雅鸽, 刘蕊, 谢静, 徐长航
2023, 45(10): 1029-1037.
摘要 HTML阅读量 (56) PDF免费下载(33)
摘要:
带涂层钢结构亚表面缺陷的存在例如腐蚀、钢基体裂纹及涂层脱粘等，会对整体结构的性能产生影响，并加速涂层系统退化过程。因此，提出一种基于YOLO v5的带涂层钢结构亚表面缺陷脉冲涡流热成像智能检测方法。这一方法可以在不移除涂层的情况下自动检测带涂层钢结构亚表面缺陷，具有重要的工程应用价值。通过所提方法，在保留涂层的情况下，对带涂层钢结构中的腐蚀、裂纹、脱粘等亚表面缺陷进行智能检测。检测结果表明，本文所提方法能够精确地识别和分类带涂层钢结构的4种亚表面缺陷类型：钢基体裂纹、脱粘、严重质量损失（如腐蚀凹坑、腐蚀磨损）以及轻微质量损失（如腐蚀薄层）。4种缺陷类型的检测精度分别高达96%、97%、95%和93%，同时满足实时性检测需求。
线激光扫描热成像无损检测参数仿真
王禄祥, 张志杰, 陈昊泽, 谭丹
2023, 45(10): 1038-1044.
摘要 HTML阅读量 (44) PDF免费下载(23)
摘要:
线激光扫描热成像无损检测技术使用线形激光作为热激励源，采取扫描加热方式，在碳纤维复合材料无损检测方面具有独特优势。在分析线激光扫描红外热成像检测原理以及复合材料特点的基础上，提出了扫描方向、扫描速度、激光功率等3个可能影响检测效果的参数。建立线激光扫描检测复合材料的仿真模型，选取缺陷表面中心点和无缺陷处表面温度的最大温差作为检测效果的特征量，分析了上述参数对检测效果的影响，并对激光功率、扫描速度与检测效果之间关系进行了拟合，总结了实验时兼顾检测效率和检测效果的参数选取原则。
滚动轴承红外热成像故障诊断与状态监测
王建鑫, 郭佑民, 杨君
2023, 45(10): 1045-1051.
摘要 HTML阅读量 (88) PDF免费下载(27)
摘要:
红外热成像技术根据物体对外辐射强度进行具体成像，所得热图像不仅包括物体轮廓而且对于物体表面温度场分布可进行直观表征，利用该技术进行滚动轴承状态判别可结合热图像特征丰富以及图像处理技术将滚动轴承状态判别转换到一个全新的技术视角。本文首先对红外热成像技术基本原理进行简单介绍；其次，主要对国内外利用红外热成像技术进行滚动轴承状态监测与故障诊断的各个环节所采用的多种技术方法进行总结论述，最后对各技术环节所采用的多种方法的优、缺点、以及局限性进行对比性的总结分析，对滚动轴承红外热成像故障诊断与状态监测发展前景进行展望。
基于脉冲红外热成像技术的锂电池端盖焊接质量检测
洪颖, 安伟, 江海军, 张凯, 陈飞
2023, 45(10): 1052-1058.
摘要 HTML阅读量 (47) PDF免费下载(23)
摘要:
锂电池端盖作为保障锂电池安全的关键部件，端盖是一种铝制的薄片，采用激光焊接工艺，焊接过程中容易造成焊穿孔、断焊、虚焊的现象，目前主要依靠目视检测、可见光图像检测，但上述检测方式不能检测出虚焊问题。本文使用脉冲红外热成像技术对激光焊接进行检测，制作了焊接率为100%、50%、33%、25%共4个试件，采用信号重建方法可以消除试件表面不匀的影响，一阶导图像可以看到焊接区域，焊接率越大，焊接区域亮斑越大；对图像进行二值分割，结果表明激光焊接率和检测面积成正相关线性关系，验证了脉冲红外热成像技术对锂电池端盖焊接质量检测的有效性，为锂电池端盖焊接质量检测提供了一种新方法。
基于红外锁相法缺陷深度检测的仿真
牛奕, 吴锡, 甘玲童, 周德闯
2023, 45(10): 1059-1065.
摘要 HTML阅读量 (53) PDF免费下载(24)
摘要:
隐藏在工件内部的粘贴结构缺陷具有隐蔽性和危险性，成为影响生产质量和运行安全的致命因素，运用红外无损检测技术可以对其缺陷进行检测和评估。本文通过仿真模拟，测得粘贴结构在不同缺陷深度以及涂层热扩散系数下的盲频率，研究了缺陷深度和涂层热扩散系数对盲频率的影响，同时利用拟合定量研究了盲频率与缺陷深度和涂层热扩散系数的关系。仿真结果表明，可以通过盲频率求得热扩散长度，进而求得缺陷深度的定量检测方法。
综述与评论
水下光电成像技术研究进展
石峰, 程宏昌, 闫磊, 郭欣, 李世龙, 邱洪金, 丁习文
2023, 45(10): 1066-1083.
摘要 HTML阅读量 (523) PDF免费下载(143)
摘要:
随着我国海洋、江河和地下水资源勘探、开发和利用的日益深入，以及领海主权防卫的军事需求日趋迫切，在水下获取远距离条件下高质量的目标图像已成为水下环境勘测、目标探测与敌我对抗等许多领域迫切需要解决的问题。目前，水下成像探测技术主要有声探测和光电探测两种途径。本文研究了目前主要水下高分辨力光电探测成像技术现状，分析了不同技术途径的优缺点，对比了各种水下探测/成像系统中采用的光电探测器的情况，结合自身技术背景，提出了应加快发展高灵敏度、低噪声、高增益、快响应、宽动态范围、良好线性度的GaAsP光阴极双微通道板像增强器，从而简化光电系统中因探测器性能不佳带来的灵敏度低、噪声大、增益低、处理时间长等不足，加速各种新技术向产品、实用化设备的转化。本文成果对水下光电成像技术发展将有一定支撑作用。
系统与设计
离轴四反光学系统的多物理场耦合仿真
董树林, 金宁, 李晶, 杨开宇, 杨丹, 普龙
2023, 45(10): 1084-1089.
摘要 HTML阅读量 (43) PDF免费下载(28)
摘要:
光机热仿真分析是预测光学系统光学性能及结构优化的有效手段，本文提出了一种基于有限元仿真分析软件COMSOL Multiphysics，耦合固体传热学、固体力学以及几何光学的多物理场耦合建模方法，实现了离轴四反光学系统的光机热一体化仿真，避免了传统的光机热仿真分析在不同软件间信息传递和转换的过程，提高了仿真的集成性。本文针对离轴四反光学系统构建其多物理场耦合仿真分析模型，分析了光学系统在不同温度条件下的结构变形和光学镜面变形，并通过光线追迹和点列图判断光学性能变化，为后续开展光学系统的优化提供了一种有效手段。
一种高精度船只目标光电定位系统设计与实现
李英杰, 李绍军, 蒋鹏, 卢嘉成, 陈力, 梁冬冬, 周磊
2023, 45(10): 1090-1095.
摘要 HTML阅读量 (39) PDF免费下载(30)
摘要:
针对跨海桥梁或沿海机场等场所需要实时测算获取移动船只目标绝对位置和高程的现实需要，文中介绍一种高精度光电船只目标定位系统设计与实现方案。通过将高清高精度光学探测组件集成于高精度云台设备内部，可实时解算出目标点的绝对位置信息和高程信息并上报监控系统。结合雷达系统引导可实现无人值守情况下自动测算过往船只经纬度坐标及高程功能。经实际运行测试，该系统展现出良好的可靠性，具有较好的测量精度和应用前景。
图像处理与仿真
基于空洞全局注意力机制的近红外图像彩色化方法
高美玲, 段锦, 赵伟强, 胡奇
2023, 45(10): 1096-1105.
摘要 HTML阅读量 (28) PDF免费下载(35)
摘要:
针对目前卷积神经网络未能充分提取图像的浅层特征信息导致近红外图像彩色化算法存在结果图像局部区域误着色及网络训练不稳定导致结果出现模糊问题，提出了一种新的生成对抗网络方法用于彩色化任务。首先，在生成器残差块中引入自行设计的空洞全局注意力模块，对近红外图像的每个位置理解更加充分，改善局部区域误着色问题；其次，在判别网络中，将批量归一化层替换成梯度归一化层，提升网络判别性能，改善彩色化图像生成过程带来的模糊问题；最后，将本文算法在RGB_NIR数据集上进行定性和定量对比。实验表明，本文算法与其他经典算法相比能充分提取近红外图像的浅层信息特征，在指标方面，结构相似性提高了0.044，峰值信噪比提高了0.835，感知相似度降低了0.021。
红外应用
基于梯度图像融合的接触网绝缘子故障检测
石杰, 张靖, 钟汉华
2023, 45(10): 1106-1117.
摘要 HTML阅读量 (50) PDF免费下载(25)
摘要:
针对单一红外图像或可见光图像不能够实现全天候检测的问题，提出了一种梯度图像融合模型将红外和可见光图像进行融合。先采用加速稳健特征算法（speeded-up robust features，SURF）将两幅图像的特征点进行匹配。接着采样剪切波变换（non-subsampled shearlet transform, NSST）算法将待融合图像进行分解，形成具有高频分量信息和低频分量信息的图，再分别对绝缘子的高频分量图和低频分量图进行融合，实现局部融合。利用NSST的逆变换对高频分量图和低频分量图进行逆变换，得到最终融合图，实现全局融合。对融合图像进行质量评价。采用最小二乘法直线拟合算法在二值图像的基础上来实现绝缘子的自爆检测；采用像素积分投影法来检测绝缘子片裂纹情况；采用颜色特征来检测绝缘子表面是否存在污秽的情况。通过实验对比单张图像和融合图像的检测结果的准确率。实验结果表明，采用基于融合图像的绝缘子自爆、绝缘子片裂纹、绝缘子表面污秽3个故障的识别率分别达到了95%、91%、90%，均高于单一的红外图像或可见光图像的识别率。
基于三直方图均衡的SF6红外图像对比度增强方法
刘赫, 赵天成, 李嘉帅, 杨代勇, 袁小翠, 许志浩
2023, 45(10): 1118-1125.
摘要 HTML阅读量 (46) PDF免费下载(33)
摘要:
电力设备SF6泄漏气体红外图像容易淹没在背景中，肉眼难以辨识低对比度图像中泄漏气体情况，给电力设备检修带来了困扰。提出了基于三直方图均衡的SF6红外图像对比度增强方法。首先，利用三样条插值拟合图像直方图得到二阶连续曲线，计算每个灰度级对应的一阶导数绝对值。其次，根据一阶导数绝对值和直方图分布划分直方图为两个波峰和一个相对平坦的波谷区域；最后，根据波峰和波谷将直方图分为3个子图，对3个子图分别进行直方图均衡后合并为增强图像。为了验证算法有效性，对现场拍摄的电力设备SF6泄漏低对比度红外视频流进行增强，并与CLAHE和双直方图均衡算法进行对比。实验结果表明：本文方法在提升图像的整体对比度同时增强了泄漏气体与周围图像的对比度，提升泄漏气体红外图像视觉效果，相比于CLAHE和双直方图均衡方法，本文获得的峰值信噪比和均方根对比度值更高，增强后的图像质量更好。
微光技术
自动门控像增强器温度补偿技术研究
李亚情, 左加宁, 李晓露, 周盛涛, 褚祝军, 杜培德, 王光凡
2023, 45(10): 1126-1131.
摘要 HTML阅读量 (62) PDF免费下载(37)
摘要:
针对匹配自动门控电源的超二代像增强器高低温条件下亮度增益和最大输出亮度产生漂移的问题，分析了温度补偿原理，设计了温度补偿方案，通过实验确定了温度补偿系数，验证了该温度补偿方案的合理性。实验结果表明，低照条件（输入照度低于5×10－4 lx），通过将MCP电压降低14.7 V能够将低温（－45℃）亮度增益从121%降低到105%以内，通过将MCP电压增加16.5 V能够将高温（55℃）亮度增益从77%提高到99%以上；高照条件（输入照度高于5×10－4 lx），通过将阳极电流设定值降低14%能够将低温最大输出亮度从114%降低到104%以内，通过将阳极电流设定值增加12.6%能够将高温最大输出亮度从87%提高到91%以上。因此，采用本文所述温度补偿技术能够有效提高自动门控像增强器高低温条件下亮度增益和最大输出亮度的一致性。

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