[發明專利]基于局部分形維的平面陣列電容成像缺陷檢測定位方法

在審

• 申請號: 201710191853.1
• 申請日: 2017-03-28
• 公開（公告）號: CN107422002A
• 公開（公告）日: 2017-12-01
• 發明（設計）人: 溫銀堂;張振達;梁希;孫娜;孫東濤;張玉燕;潘釗
• 申請（專利權）人: 燕山大學
• 主分類號: G01N27/24
• 分類號: G01N27/24
• 代理公司: 北京世譽鑫誠專利代理事務所(普通合伙)11368
• 代理人: 魏秀枝

技術領域

本發明涉及一種復合材料無損檢測領域，具體涉及一種基于局部分形維的平面陣列電容成像缺陷檢測定位方法。

背景技術

近年來，電容層析成像(electrical capacitance tomography，ECT) 技術因其非侵入性、響應快速、測量精度高等優勢廣泛應用于工業管道/多相流監測等領域，其電極布置主要是圓周式。由此發展而來的平面電極電容成像傳感技術不僅具有傳統ECT技術的特點，而且憑借自身的幾何優勢，在被測物場幾何空間受限的情況下可從單一方向對被測物進行檢測，在復合材料的無損檢測等方面具有巨大的發展前景。

目前平面陣列電極電容成像技術主要存在以下不成熟問題：(1) 數據采集精度低，受噪聲干擾嚴重；(2)“軟場”效應和不適定性的逆問題；(3)平面陣列電極電容成像系統的高低標定在不同情況下的選取問題；(4)對物體微小缺陷檢測、量化分析及實際應用。針對航空用多孔復合材料結構，采用平面陣列電極電容成像技術對其粘接層進行缺陷檢測時，相應重建圖像中微小缺陷的定位技術的研究，目前尚未見報道。

由于平面陣列電極電容成像系統重建圖像邊緣模糊現象比較嚴重，在很大程度上影響測量精度，若通過人為標記定位缺陷位置，則會致使定位誤差較大。

發明內容

本發明的目的是針對現有技術中的不足，提供一種基于局部分形維的平面陣列電極電容成像缺陷檢測定位方法,通過計算分塊分形維維數，并將其與預設的閾值進行比較，將大于閾值的部分認定為存在缺陷，從而確定重建圖像中缺陷的位置，并標記出缺陷的輪廓，實現缺陷的自動定位。

為實現上述目的，本發明公開了如下技術方案：

基于局部分形維的平面陣列電容成像缺陷檢測定位方法，包括如下步驟：

S1將被測樣件平行正對置于平面電極陣列傳感器上，測量此時的電容值，作為測量物場電容值；

S2圖像重建：利用LBP算法重建出介電常數分布圖像；

S3圖像處理：提取偽色圖像中缺陷顏色所對應的顏色矩陣；

S4利用MATLAB將重建圖形分塊，并計算每塊的分形維維數，根據重建圖像的分塊分形維維數直方圖確定閾值；

S5標記出分形維維數大于閾值的方孔，得到最終標記結果。

進一步的，所述步驟S1具體步驟為，首先對傳感器單元的1號電極施加交流激勵，其它極板虛地，經多路選通快關輪流與激勵電極構成電極對，依次測量得到1-2、1-3、……1-12電極對之間的電容值，之后，將激勵電壓加到2號電極上，依次測量得到2-3、2-4、……2-12 電極對之間的電容值，依次循環直至測量全部電極對之間的電容值。

進一步的，所述步驟S2圖像重建時，將平面陣列傳感器采集到的電容值，經過歸一化后，利用LBP圖像重建算法進行成像。

進一步的，所述步驟S2中圖像重建時，需將采集到的電容值數據與仿真得到的靈敏度矩陣進行歸一化處理，將處理后的電容值與靈敏度矩陣帶入到線性化物理模型中進行計算，公式如下：

G＝S^T·C

其中，G為介電常數分布，C為電容值，S為靈敏度矩陣，T為矩陣轉秩。

進一步的，所述步驟S3中，進行局部分形維維數計算時采用 Blanket法計算。

進一步的，采用Blanket法計算分形維的具體步驟如下：

假設有一個被測樣件覆蓋圖像的灰度曲面g(i,j)，令被測樣件的上下表面分別是μ_δ(i,j)，b_δ(i,j)；

其中g(i,j)＝μ₀(i,j)＝b₀(i,j)，令δ為被測樣件個數，則灰度曲面的分形面面積為：

分形面積與維數的關系為：

A(δ)≈βδ^2-D

通過上述計算出維數D，其中β是常數，對等式兩邊同時取對數得到如下公式：

log(A(δ))≈(2-D)logδ+logβ

從上述公式中看出，log(A(δ))與logδ成近似的線性關系，δ取不同值時，會得到一組(logδ_i,logA(δ_i))，通過最小二乘法進行直線擬合上述求出維數D，維數的計算公式：