引言

紅外熱像（infrared thermography）是目前運用非常廣泛的一種快速高效的無損檢測技術，通過外部施加的熱或冷激勵使被測物體內的異性結構以表面溫度場變化的差異形式表現出來，從而達到缺陷部位的定性和定量分析。其成像原理是利用紅外探測儀將接受到的被測物體的紅外輻射映射成灰度值，再轉化為可視溫度分布圖（紅外熱像圖）。最早在二戰末期應用于軍事偵察領域，因其本身具有快速高效、無需停運、無需取樣、可進行無污染、非接觸、大面積檢測、以及其直觀成像等優點，而被作為復合材料的無損檢測技術應用于工業領域，如航空航天、機械、油氣、建筑等領域。

1 、紅外熱像技術的發展現狀

自20世紀以來，紅外熱像技術得到快速發展。20世紀90年代，美國無損檢測協會和材料試驗協會針對紅外熱成像技術指定了相應標準，并在無損檢測手冊紅外與熱檢測分冊中描述了基于紅外熱像的無損檢測技術在各個領域的運用。目前美國、俄羅斯、法國、德國、加拿大、澳大利亞等國已將紅外熱像技術廣泛運用于航空航天復合材料構件內部缺陷及膠接質量的檢測、蒙皮鉚接質量檢測等。近年來，紅外熱像技術與智能手機、無人機等設備充分結合，并在各個領域廣泛使用，如美國的Fluke和FLIR、德國Testo、國內武漢高德、浙江大立等企業。

國內的紅外熱像檢測技術比歐美、俄羅斯等發達國家起步較晚，但經過十幾年的發展，目前也取得較為顯著的成果。中國特種設備研究院和武漢工程大學將紅外熱像技術運用于壓力設備缺陷檢驗，取得了一系列顯著的成果。西南交通大學、昆明物理研究所、北京航空材料研究院、北京理工大學、西北工業大學等將紅外熱像技術運用于航空航天夾層結構件的缺陷檢測，取得了有效進展。在石油化工領域，各位學者將紅外熱像技術用于高溫高壓容器和管道的缺陷、保溫層破損、以及內部液體流動情況的檢測，也取得了許多成果。

2 、紅外圖像預處理

紅外技術應用的核心工作在于圖像的處理及利用，不僅在無損檢測領域，在軍事監測、人臉識別等領域的應用更加重要。紅外圖像的處理主要分為圖像預處理和圖像識別，預處理是開展后續工作的基礎，其主要分為圖像的非均勻性校正和圖像增強兩個方面。

2.1 圖像的非均勻性校正

由于材料、生產工藝等因素，紅外設備探測元存在響應不一致的問題，因此導致紅外圖像的非均勻性，其嚴重影響了成像的質量。目前非均勻性校正算法主要分為兩大類：一類基于標定的校正算法，如兩點校正算法、多點校正算法、多項式擬合算法，具有算法簡單、精度高等優點，所以被廣泛使用。另一類基于場景的校正算法，如時域高通濾波算法、神經網絡算法、統計恒定法在克服紅外焦平面器件響應偏移誤差方面存在優勢，但相關硬件要求較高，且算法復雜耗時。

兩點校正法是開展最早、且最為成熟的算法之一，其原理簡單，計算量小，目前仍被廣泛使用。該校正算法是建立在兩個假設條件下：一是每個探測單元的響應是線性的；二是探測單元的響應具有時不變性，其原理如圖1所示。

圖1 兩點校正示意圖

但兩點校正法是假設探測單元的響應是線性的，但實際情況卻更為復雜，因此在兩點校正法的基礎上提出了多點溫度校正算法。多點校正的實質是在圖像上選取多個溫度點，就相鄰兩點之間進行兩點校正，所適用的溫度范圍也就更廣。中國科學院沈陽自動化研究所、中國科學院長春光學精密機械與物理研究所、中國科學院大學等驗證了多點溫度校正法實時性的優點，且有效提高非均勻性校正的精度。