一种多光谱腐蚀图像特征的自动提取与分类识别系统的制作方法

本发明涉及金属表面腐蚀检测，具体涉及一种多光谱腐蚀图像特征的自动提取与分类识别系统。

背景技术：

1、海上风电塔筒底部电缆穿舱法兰长期处于盐雾与凝露交替环境，密封压边内侧易形成宽度较小的环向丝状腐蚀。该腐蚀初期面积有限，但可沿密封面隐蔽扩展，造成密封失效、积水渗入及电缆绝缘下降。现有可见光检测方法易受镀锌层反光、润滑脂附着及锈水痕干扰，难以将早期腐蚀与非腐蚀污染区域准确区分。

2、因此，如何自动提取狭窄密封压边区域的多光谱腐蚀特征，并进行分类识别，成为亟待解决的技术问题。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种多光谱腐蚀图像特征的自动提取与分类识别系统，以解决背景技术中不足。

2、为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种多光谱腐蚀图像特征的自动提取与分类识别系统，包括：

3、多光谱图像采集模块，获取待测法兰密封压边区域对应的多光谱图像组、环形密封边界及正常压边参考区域；

4、反射差异计算模块，对所述多光谱图像组进行配准和反射率校正，根据所述正常压边参考区域，计算各像素对应的波段反射差向量，得到反射差异图；

5、分层特征提取模块，沿所述环形密封边界的法向方向对所述反射差异图进行分层采样，提取各层对应的反射差均值、纹理熵及周向连续长度，得到特征组列表；

6、干扰剔除模块，根据所述特征组列表中相邻层反射差均值的变化关系及周向连续长度，构建候选腐蚀连通区，并根据纹理熵剔除镀锌反光区域；

7、分类识别模块，根据各候选腐蚀连通区对应的层间反射差递增斜率、周向连续长度占比及面积占比进行分类识别，得到污染类别。

8、优选的，获取环形密封边界及正常压边参考区域，包括以下步骤：

9、从可见光波段图像中提取密封压边内缘曲线和密封压边外缘曲线，以法兰中心为极坐标原点，将密封压边内缘曲线与密封压边外缘曲线之间的环形区域展开为周向位置与法向位置对应的条带区域；

10、在条带区域中剔除高亮反光、阴影、紧固件遮挡、密封胶边缘、积水及油脂覆盖对应的位置，保留多个波段下响应保持稳定的候选子区域；

11、比较各候选子区域对应的平均反射值、方差及纹理熵，剔除反射值波动异常或纹理熵异常的候选子区域，并将剩余候选子区域的并集确定为正常压边参考区域。

12、优选的，对多光谱图像组进行配准，包括以下步骤：

13、在正常压边参考区域中设置多个局部窗口，分别计算各局部窗口内相邻列纵向平均灰度之间的差异，得到跨波段对应的环向微纹理序列；筛选在全部波段组合下均保持位置稳定、且纹理起伏位于正常压边参考区域中间分布范围内的环向微纹理，将筛选得到的环向微纹理对应位置确定为配准锚点；

14、以可见光波段图像为基准，先依据配准锚点校正各波段条带图像的周向错位，再依据密封压边内缘附近的法向灰度跃迁位置校正各波段条带图像的法向错位。

15、优选的，对多光谱图像组进行反射率校正，包括以下步骤：

16、将完成配准的各波段条带图像沿周向划分为多个周向区段，并分别提取各周向区段内属于正常压边参考区域的参考像素；

17、针对每一个波段，将各周向区段内参考像素按照初始反射率由小至大排序，删除排序前端和后端的异常像素，对剩余参考像素的初始反射率取中位数，得到局部反射率校正基准；

18、使每一个待校正像素调用其所属周向区段内对应波段的局部反射率校正基准完成校正。

19、优选的，沿环形密封边界的法向方向进行分层采样，包括以下步骤：

20、以密封压边内缘在条带坐标系中的法向位置作为分层起点，将反射差异图划分为多个沿周向完整延伸的采样层；

21、按照距离密封压边内缘由近至远的顺序，逐层增加采样层的法向宽度，使靠近密封压边内缘的采样层宽度小于远离密封压边内缘的采样层宽度；

22、将各采样层与反射差异图中的波段反射差向量建立对应关系，以保留丝状腐蚀在密封压边内缘附近呈现的细窄反射差异。

23、优选的，提取各采样层对应的反射差均值、纹理熵及周向连续长度，包括以下步骤：

24、针对每一个采样层，沿周向依次设置相互搭接的采样片段，并分别聚合各采样片段内按照波段顺序排列的波段反射差向量，得到采样片段反射差均值和纹理熵；将同一采样层中反射差均值变化方向一致且纹理熵变化连续的相邻采样片段依次连接，得到连续片段区间；

25、比较相邻采样层中的连续片段区间，仅保留沿法向方向向密封压边内缘收敛且周向位置保持重叠的连接关系，并根据保留的连续片段区间计算各采样层对应的周向连续长度。

26、优选的，构建候选腐蚀连通区，包括以下步骤：

27、按照采样层距离密封压边内缘由近至远的顺序，比较相邻采样层对应的反射差均值及周向连续长度，将反射差均值保持同向变化且周向连续长度逐层减小的采样片段确定为内缘收敛片段；

28、以靠近密封压边内缘的内缘收敛片段作为起始片段，向远离密封压边内缘的方向逐层回溯与其周向位置重叠的内缘收敛片段，将持续保持重叠关系的内缘收敛片段连接为候选腐蚀轨迹；

29、将周向相邻且覆盖采样层发生交叠的候选腐蚀轨迹进行合并，并恢复至反射差异图中的对应像素范围，得到候选腐蚀连通区。

30、优选的，根据纹理熵剔除镀锌反光区域，包括以下步骤：

31、针对每一个候选腐蚀连通区，按照采样层距离密封压边内缘由近至远的顺序，计算候选腐蚀连通区跨越各采样层后的平均纹理熵；

32、比较候选腐蚀连通区在相邻采样层中的周向连续长度，当平均纹理熵持续处于低位，且远离密封压边内缘一侧的采样层对应周向连续长度相对于相邻内侧采样层出现突增时，将候选腐蚀连通区确定为镀锌反光区域；

33、从候选腐蚀连通区中删除镀锌反光区域，并保留跨层纹理熵高或周向连续长度未出现外侧突增的候选腐蚀连通区。

34、优选的，根据候选腐蚀连通区对应的层间反射差递增斜率、周向连续长度占比及面积占比进行分类识别，包括以下步骤：

35、按照采样层距离密封压边内缘由近至远的顺序，组合各候选腐蚀连通区在不同波段下的反射差均值，并统计相邻采样层之间的反射差增量；

36、将连续出现同向反射差增量的采样层依次连接为递增区段，分别计算各递增区段对应的层间反射差递增斜率、周向连续长度占比及面积占比；

37、按照递增区段距离密封压边内缘由近至远的顺序，将层间反射差递增斜率、周向连续长度占比及面积占比关联排列，得到区段特征序列。

38、优选的，根据区段特征序列识别污染类别，包括以下步骤：

39、在区段特征序列中识别由反射差持续递增转为平缓扩展的转折位置，并比较转折位置内侧和外侧对应的层间反射差递增斜率、周向连续长度占比及面积占比；

40、当转折位置不存在且靠近密封压边内缘的递增区段呈现斜率大、周向连续长度占比逐层减小及面积集中分布时，将候选腐蚀连通区识别为丝状腐蚀；

41、当递增区段跨越多个采样层且呈现平缓延展时，将候选腐蚀连通区识别为锈水痕污染；

42、当转折位置外侧呈现周向连续长度占比增大及面积集中分布时，将候选腐蚀连通区识别为润滑脂污染；

43、当转折位置内侧符合丝状腐蚀特征且外侧符合平缓扩展特征时，将候选腐蚀连通区识别为复合污染。

44、在上述技术方案中，本发明提供的技术效果和优点：

45、本发明不直接对法兰环形区域进行整体颜色判断，而是将环形密封边界展开为周向位置与法向位置对应的条带区域，并利用正常压边参考区域中的跨波段稳定环向微纹理完成周向校正，再结合密封压边内缘附近的法向灰度跃迁完成法向校正。与此同时，各像素调用同一周向区段内的正常压边参考像素进行局部反射率校正。由此，能够削弱曲面反光、环形补光衰减及波段错位造成的误差，使早期丝状腐蚀在650nm和850nm下形成的差异被稳定保留。

46、进一步地，本发明并非仅依据腐蚀区域面积或单一纹理值进行分类，而是沿密封压边内缘向外设置非等宽采样层，连接周向重叠且向内缘收敛的采样片段，形成候选腐蚀轨迹；再结合跨层纹理熵及外侧周向连续长度突增关系，剔除镀锌反光区域。对于保留区域，继续依据层间反射差递增斜率、周向连续长度占比、面积占比及转折位置完成分类。该组合手段能够区分丝状腐蚀、锈水痕污染、润滑脂污染及复合污染，避免外侧污染遮挡内缘腐蚀而造成漏检。