基于激光联动扫描的单目动态三维主动热成像研究

作     者：邓堡元 何赟泽 王洪金 邓群 王耀南 DENG Baoyuan;HE Yunze;WANG Hongjin;DENG Qun;WANG Yaonan

作者机构：湖南大学电气与信息工程学院湖南长沙410082 浙江工业大学信息工程学院浙江杭州310023 

出 版 物：《红外与激光工程》 (Infrared and Laser Engineering)

年 卷 期：2024年第53卷第6期

页      面：50-60页

核心收录：

学科分类：080901[工学-物理电子学] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学] 080401[工学-精密仪器及机械] 0804[工学-仪器科学与技术] 0803[工学-光学工程] 

基　　金：国家自然科学基金项目(52377009) 湖南省自然科学基金面上项目(2023JJ30166,2023JJ70004) 湖南省自然科学基金杰出青年基金项目(2022JJ10017) 

主　　题：红外无损检测 缺陷检测 激光联动扫描热成像 三维热成像 图像配准 

摘      要：为了满足对非平面碳纤维复合材料无损检测的需求,文中提出了一种仅使用一台热像仪对运动试件进行主动三维热成像的系统,称为单目动态三维主动热成像。该系统融合了检测对象的三维轮廓与和主动热成像检测,能够对具有复杂几何形状的复合材料试件进行检测,并给出直观的热成像缺陷检查结果。不同于传统的三维主动热成像检测方法需要额外的三维相机获取检测对象表面轮廓信息;该系统不需要独立的三维传感器,而热像仪同时作为三维传感器与温度传感器。为了实现这一功能,在线激光联动扫描热成像的基础上,文中提出了一个统一联动扫描模型和针孔相机投影模型的数学模型,将线激光作为主动热成像的热激励和三维重建的空间编码。在算法中,该模型实现了对重构热图序列和三维形状点云的无特征配准,该配准方法工作快速、稳健,不需要关键点。标准高度试件标定实验结果表明:在1~150mm的高度测量范围,平均误差0.16mm,最大误差不超过0.25 mm。碳纤维进气管实验表明,该方法具有大尺寸碳纤维复合材料三维温度场重建与检测检测能力。文中提出的单目三维动态热成像系统结构简单、工作稳定,可用于在生产线的三维测量、缺陷检测和质量控制。