兰州交通大学机电技术研究所，甘肃兰州 730070
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。
滚动轴承 红外热图像 故障诊断 状态监测 rolling bearing, infrared thermal imaging technolo
1 烟台大学建筑学院, 山东烟台 264005
2 中铁建工集团第二建设有限公司, 山东青岛 266112
3 烟台市建筑设计研究股份有限公司, 山东烟台 264005
将红外热成像与图像处理技术结合应用于建筑外窗缺陷的检测, 提出一种外窗缺陷检测和面积计算方法。通过外窗缺陷检测实验, 利用压差法进行外窗空气渗透检测, 求出渗透的缺陷面积。将红外热成像仪采集的外窗红外图像进行图像的预处理、外窗缺陷的检测以及检测后的面积计算, 并建立外窗缺陷红外图像检测模型。结果表明: 利用加权平均法进行灰度化处理, 中值滤波进行降噪处理、图像锐化和直方图均衡化进行图像增强处理, 处理效果明显, 可作为外窗红外图像的预处理方式； Roberts算法对预处理后外窗红外图像的检测与实验值差异最小, 检测信息更接近实际缺陷位置；将处理方法和检测模型与建筑整体气密性检测结合, 能够在现场对外窗气密性能等级进行初步判定。
外窗缺陷 面积计算 红外热成像 图像处理 Exterior window defects area calculation infrared thermal imaging image processing
中北大学仪器科学与动态测试教育部重点实验室, 山西太原 038507
红外热成像技术常被用来检测碳纤维增强复合材料的内部缺陷, 但常用的光学热源加热效率低, 需要近距离加热试件。激光具有能量集中、衰减小的优点, 其作为加热源有助于实现远距离检测。本文介绍了线激光扫描红外热成像无损检测技术, 并对加热过程中材料内部热传导进行了分析。其次, 针对红外图像均匀性差、对比度弱, 不利于缺陷特征提取的问题, 本文引入基于直觉模糊 C均值聚类算法的图像分割方法来提取缺陷边缘, 与 K-Means聚类方法相比, 该方法可以提升缺陷模糊边缘的识别和检测能力, 保留更多图像的细节信息, 有助于准确提取缺陷边缘特征。
碳纤维增强复合材料 红外热成像 无损检测 直觉模糊 C均值聚类 carbon fiber reinforced polymer infrared thermal imaging NDT, IFCM
1 东南大学 微电子学院，江苏 南京 210096
2 东南大学 电子科学与工程学院，江苏 南京 210096
主/被动成像系统具备多种成像模式，集成度高、成本低、系统运行效率高，应用前景良好。设计了一种64×64规模的多功能红外焦平面阵列读出电路，在30 μm像元中心距的限制下实现了日光标准成像、微光成像、异步激光脉冲检测和二维激光测距四种成像功能。基于TSMC 0.35 μm工艺，完成了多功能读出电路的芯片设计与流片验证。电路复用设计和像素共享架构显著降低了版图面积。CTIA的T型开关有效减小漏电流，改善了红外被动成像电路的动态范围，高增益模式下动态范围达60 dB，低增益模式下动态范围达68 dB。并且满阱电荷容量分别为203 ke−和1.63 Me−。三级push-pull运放和MOS反馈电阻使RTIA兼具高增益和小尺寸。芯片测试结果表明，电路具备主/被动成像功能，性能良好，可应用于红外焦平面激光雷达成像系统。
读出电路 红外热成像 激光主动成像 主被动成像 ROIC infrared thermal imaging laser active imaging active and passive imaging 红外与激光工程
2022, 51(12): 20220139
南方电网深圳数字电网研究院有限公司，广东深圳 518000
电缆终端局部放电缺陷特征短暂，缺陷范围与外部环境纠缠，很难准确定位，需要结合温度特征和模式识别特征共同检测，本文利用超声红外热成像的优势，提出基于超声红外热像的电缆终端局部放电缺陷检测方法，方法利用图像梯度化、灰度化处理采集到的电缆终端局部放电缺陷特征超声红外热成像图，并通过智能模式识别处理方法抑制采集图像的复杂背景，删除包含在电缆终端局部放电缺陷特征红外图像中的大面积地物及地面；根据 K-means聚类算法，圈定疑似局部放电缺陷特征范围，构建局部放电缺陷范围模板，经匹配参考范围后，得出疑似局部放电缺陷范围的温度特性信息，诊断电缆终端是否存在局部放电缺陷。实验结果表明，该方法可有效获取电缆终端局部放电缺陷部位，检测不同类型的电缆终端局部放电缺陷的平均精准率高达 98%，平均漏检率为 1%。
超声红外热像 电缆终端 图像灰度化 局部放电 缺陷检测 背景抑制 ultrasonic infrared thermal imaging, cable termina
1 西安建筑科技大学信息与控制工程学院，陕西 西安 710055
2 西部绿色建筑国家重点实验室，陕西 西安 710055
建筑外墙外保温层作为一种建筑节能材料被广泛应用。为了有效检测外保温层出现的质量问题，提出一种基于外保温层表面裂缝三维传热模型的红外热成像检测方法。首先，借助红外热成像技术，搭建了建筑外墙外保温层表面裂缝检测实验平台，对外保温层的表面裂缝进行检测。之后，通过ANSYS软件建立了建筑外墙外保温层表面裂缝的红外热成像检测三维模型，验证了该模型的可行性，并模拟计算了裂缝尺寸和环境温度对检测效果的影响。结果表明：外保温层裂缝和非裂缝区域的温差主要受到实验环境温度、裂缝尺寸的影响。当环境温度一定时，裂缝宽度和厚度增大，温差随之增加。伴随着环境温度升高，温差也逐渐增大，当实验的环境温度在10 ℃以下时，温差变化较为平缓；当环境温度大于10 ℃，温差增长的速率随着温度的增加逐渐增大。
红外热成像 保温层 表面裂缝 无损检测 有限元模拟 激光与光电子学进展
2022, 59(22): 2204001
1 长沙理工大学 物理与电子科学学院, 湖南 长沙 410114
2 近地空间电磁环境监测与建模湖南省普通高校重点实验室, 湖南 长沙 410114
针对屋面渗漏源难以检测的问题, 研究了基于渗漏区域红外图像特征的灰度分段映射图像增强 方法, 提出了一种基于样板矩阵的图像快速识别技术, 设计了一个屋面全自动渗漏源检测系统。在5 mX3 m屋面设置渗漏源形成多个渗漏区域, 采用Mecanum轮小车搭载该系统对渗漏源进行检测, 结 果表明, 该系统可以在 89 s 之内完成检测工作, 总测试 150个次渗漏点, 漏测 12个次渗漏点, 识别 准确率大于 90%。该技术检测效率高、操作简单, 配合相应载体可用于各类不明渗水源检测。
红外热成像 渗漏源检测 图像识别 灰度分段 infrared thermal imaging, leakage source detection
南京工业大学 机械与动力工程学院, 江苏 南京 211816
对起重机械金属结构裂纹缺陷的识别是红外热成像检测技术的新方向。介绍了脉冲红外热成像 技术检测原理, 设计了脉冲红外热成像检测系统, 并根据脉冲红外热成像检测系统搭建了脉冲红外热 成像检测系统实验平台。采用中值滤波和巴特沃斯低通滤波对实验中采集到的红外图像进行图像处 理, 并针对以上算法处理后缺陷轮廓边缘模糊的问题, 提出了巴特沃斯带通滤波算法。对图像进行阈 值分割、边缘检测后提取出缺陷轮廓特征, 根据平板试件的实际尺寸和轮廓特征图像像素之间的换算 关系, 最终得到裂纹缺陷的识别精度。经过对比验证, 脉冲红外热成像技术可以满足对起重机械金属 结构裂纹缺陷检测的检测需求。
起重机械 脉冲红外热成像 金属裂纹检测 缺陷轮廓 定量识别 lifting machinery, pulse infrared thermal imaging,
江苏师范大学物理与电子工程学院，江苏徐州 221116
钢轨安全状态的监测对保证列车的安全运行至关重要，针对钢轨裂纹的检测，本文阐述了几种不同的裂纹检测技术。重点分析了红外热成像检测技术在钢轨裂纹检测中的应用，该检测技术包括外激励加热、红外图像采集以及图像处理三部分。本文将常用激励方式进行了介绍和对比，详细阐述了卤素灯作为激励在裂纹检测中的应用; 其次，搭建了基于卤素灯激励的红外热成像检测实验平台; 然后，对采集到的红外图像进行增强处理，并提出改进图像处理算法; 最后，本文对该技术未来的应用前景做出展望。
钢轨裂纹 红外热成像 激励 图像处理 rail crack, infrared thermal imaging, excitation,
1 中国民航大学航空工程学院，天津 300300
2 中国民航大学工程技术训练中心，天津 300300
3 贡比涅技术大学，贡比涅60200，法国
针对红外热成像无损检测系统存在温度误差较大和精度较差等问题，提出一种基于无损检测仿真模型的检测方法。选取相同实验环境下激励点处和缺陷中心处等多个表面温度值作为参考量，用来对仿真模型进行修改和校正。首先改变激光激励时间来分析激励点两侧区域的温度变化趋势，揭示缺陷对试件温度场的影响规律；然后对比激励点两侧区域的温度值，分析缺陷的温阻效应；最后采用数据拟合的方法得到激励时间与测温点最大温差值的拟合曲线及函数关系，定量分析激励时间与测温点最大温差值的数量关系。结果表明，基于无损检测仿真模型的检测方法对零件缺陷的检测效果显著，可以解决测温误差较大和精度较差的问题，对零件缺陷具有良好的检测能力。
激光光学 红外热成像 激光 无损检测 仿真模型 激励时间 温阻效应 激光与光电子学进展
2021, 58(23): 2314010
