基于傍晚降温热传导阻滞阶跃的安置房隐蔽微裂缝无损检测方法

本发明涉及红外无损检测，具体涉及一种基于傍晚降温热传导阻滞阶跃的安置房隐蔽微裂缝无损检测方法。

背景技术：

1、安置房通常以较短工期、较大批量集中建造，其墙体在荷载、温度收缩与地基不均匀沉降的共同作用下，容易在抹灰层与基层之间产生宽度不足0.3 毫米的隐蔽微裂缝。这类微裂缝初期不渗不漏、肉眼难辨，却是后续渗水、饰面剥落乃至结构耐久性下降的起点，因此交付前的普查尤为重要。传统的人工敲击与肉眼观察只能发现已显露的明缝，对尚在抹灰层内部、未贯通至表面的隐蔽微裂缝几乎无能为力。

2、为实现非接触、大面积的快速普查，红外热成像被引入墙体检测。其基本做法是：对墙面施加热激励，使存在缺陷处与完好处因导热差异而在表面形成温度差，再由红外热像仪拍摄热像图，通过温度对比度识别缺陷。按热激励来源不同分为主动式与被动式两类：主动式用闪光灯、卤素灯或热风等外部热源主动加热，被动式则利用日间太阳辐射这一自然热源对墙面加热。例如，公开号为cn110967344a的专利文献公开了一种基于红外探测的判定方法，以红外热像识别结构表面温度分布，据以判定浅层剥落、剥离一类成片缺陷；此类做法以某一时刻的温度对比度为依据，适于面状缺陷，却难以定位线状的细微裂缝。另一类思路则借助接触式或预埋式传感元件，例如公开号为cn105403161b的专利文献公开了一种利用光纤传感器检测混凝土结构裂缝宽度的方法，但其须在结构上预先布设传感元件，对既有安置房的批量普查并不适用。

3、现有技术中存在如下问题：对安置房隐蔽微裂缝而言，上述主流做法均不理想。主动式需要为整栋楼逐面布置外部热源并保证加热均匀，对大面积外墙普查既不经济也不现实。被动式虽免去热源，但日间太阳照射在墙面上是高度不均匀的：楼层遮挡、空调外机、雨痕、不同朝向的入射角差异，都会在墙面留下远大于微裂缝信号的伪温差。更棘手的是，安置房外墙多为廉价饰面，涂料分块、接缝、积灰使表面发射率高低错落；微裂缝本身又是一条至多一两个像素宽的细线，其引起的表面温差被淹没在这些发射率杂波与不均匀日照之中。虽有部分方法尝试在日间选取最佳拍摄时刻、或用主成分等时序分解抑制发射率影响，但它们针对的是空鼓、脱粘这类成片缺陷，对一两个像素宽的线状微裂缝仍无法可靠定位。

4、现有红外检测仅关注某一时刻墙面温度在空间上的高低对比，未关注同一表面点在一段降温过程中温度下降快慢的差异。从传热学看，空气的导热系数仅约为混凝土的六十分之一，一条裂缝实为一道阻滞横向热传导的薄气隙；它对静态的绝对温度影响甚微，却会在动态降温过程中使裂缝两侧以不同速率冷却，在裂缝处形成降温速率的突变。绝对温度对比度会被发射率、积灰、入射角等静态因素同等地改变，而降温速率的空间突变只由内部热阻这一动态因素产生。

5、因此，本发明所要解决的技术问题是：在不施加任何外部热源、且墙面存在密集发射率杂波与不均匀日照残余的条件下，如何从墙面降温过程中可靠地识别并定位至多一两个像素宽的隐蔽微裂缝，既不漏检又不被发射率边界、积灰等伪特征误导。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，本发明提供一种基于傍晚降温热传导阻滞阶跃的安置房隐蔽微裂缝无损检测方法。其核心构思在于：放弃对绝对温度对比度的依赖，转而捕捉墙面在傍晚自然降温过程中、因裂缝阻滞横向热传导而在降温速率场上形成的空间阶跃，并以阶跃随降温时序单调发育的相干性把真实裂缝与发射率杂波区分开来。

2、本发明所述方法包括以下步骤。s1，在目标安置房墙体由日间受晒转入傍晚自然降温的傍晚降温窗内，以固定测站的红外热像仪按预设采样间隔对同一墙面区域连续采集热红外图像序列，得到该墙面区域中各表面点的温度时间序列；其中傍晚降温窗指自该墙面区域的面平均温度由升转为单调下降之时刻起、至该墙面区域的面平均温度的降温速率低于预设终止阈值或经过预设最大持续时间为止的时间区间。s2，对每一所述表面点在所述傍晚降温窗内对其温度时间序列拟合温度随时间的下降斜率得到降温速率，并按各表面点的位置排布构建降温速率场。s3，沿一组预设方向（包括但不限于水平、垂直及两条对角线方向）的扫描线，在所述降温速率场中逐点计算降温速率的空间变化，将在窄于预设过渡宽度的空间跨度内降温速率变化量不小于预设阶跃幅度阈值、且阶跃锐度不小于预设锐度阈值的位置，标记为热传导阻滞阶跃候选点，并将垂直于使所述阶跃锐度达到最大值的扫描线的方向确定为该候选点处的裂缝局部走向；其中阶跃锐度为该降温速率变化量与其空间过渡宽度之比，所述空间过渡宽度按所述降温速率沿扫描线的一阶空间差分的局部峰值所跨越的相邻像素数确定。s4，将傍晚降温窗划分为按时序排列的若干子窗，对每一候选点在各子窗内得到其阶跃幅度，当该候选点的阶跃幅度在预设回落容差范围内呈非严格递增（即允许噪声引起的小幅回落），且满足非严格递增的子窗数目与总子窗数之比不小于预设相干度阈值， 且阶跃幅度对子窗序号的线性回归斜率不小于预设递增速率下限时，确认其为有效阻滞阶跃点。s5，将相邻的有效阻滞阶跃点按其连续走向聚合为裂缝，输出该墙面区域中隐蔽微裂缝的位置、走向与长度。

3、本发明利用傍晚降温作为天然且空间均匀的被动热激励。日落后太阳输入趋于零，墙面转入向夜空与冷空气的自由散热，整个墙面承受近乎一致的散热边界条件，从而消除了日间不均匀日照这一最大的伪温差来源，且无须任何外部热源，适合整栋安置房的逐面普查。

4、本发明以降温速率沿扫描线的空间阶跃及其阶跃锐度作为定位线状微裂缝的判据。由于裂缝是一道阻滞横向热传导的薄气隙，其两侧在降温过程中以不同速率冷却，在裂缝处的降温速率呈现幅度大、过渡窄的陡峭阶跃；而不均匀日照残余、墙体热质差异等只引起平缓的渐变。以阶跃锐度即变化量与过渡宽度之比为尺，即可把至多一两个像素宽、不形成任何热斑的线状微裂缝从平缓背景中挑出，这是现有面状缺陷热斑检测与全场分解方法所无法做到的。

5、本发明进一步以阶跃幅度随降温时序在容差范围内非严格递增的相干性，剔除发射率与积灰等静态杂波。真实裂缝阻滞热传导，随着自由降温进行、裂缝两侧温差逐步发育，其降温速率阶跃幅度随各子窗时序增长；而涂料分块、接缝等发射率边界引起的视在阶跃源于辐射特性差异，是一种近乎恒定的测量伪迹，不随热瞬态发育而增长。据此可把单凭一帧或一个时窗难以区分的发射率边界与真实裂缝可靠分开，从根本上减少误判。

6、由此，本发明在不施加外部热源、且墙面存在密集发射率杂波与不均匀日照残余的条件下，实现了对至多一两个像素宽隐蔽微裂缝的可靠识别与定位，既不漏检又不被发射率边界、积灰等伪特征误导，解决了背景技术指出的技术问题。

7、本发明还提供实现上述方法的检测系统、计算机可读存储介质与电子设备，二者与所述方法具有相同的有益效果。

1.一种基于傍晚降温热传导阻滞阶跃的安置房隐蔽微裂缝无损检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述傍晚降温窗的起始时刻按如下方式确定：对所述面平均温度求其随时间的导数，将该导数由正转负、且连续保持为负的持续时间不小于预设稳定持续时间的最早时刻，确定为所述傍晚降温窗的起始时刻。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤s2中拟合所述降温速率之前，先对每一所述表面点的温度时间序列减去该表面点在所述傍晚降温窗起始时刻的温度，得到该表面点的降温增量序列，再对所述降温增量序列以线性回归拟合其随时间的下降斜率作为所述降温速率；

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤s4中：所述预设子窗数为不少于5个；所述预设相干度阈值为0.75～0.9；所述预设回落容差为该候选点在各子窗中阶跃幅度最大值的0.05～0.2倍；所述预设递增速率下限为0.005℃/min/子窗～0.02℃/min/子窗。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤s5中将位置相邻且局部走向之差不超过预设走向容差的有效阻滞阶跃点按八连通聚合为一条裂缝，以线性回归对聚合所得各有效阻滞阶跃点拟合直线作为该裂缝的走向，以拟合所得各端点之间的距离作为该裂缝的长度，并剔除长度低于预设裂缝长度下限的孤立有效阻滞阶跃点。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预设采样间隔不大于1 分钟。

7.一种基于傍晚降温热传导阻滞阶跃的安置房隐蔽微裂缝无损检测系统，其特征在于，包括：图像采集模块，用于在目标安置房墙体由日间受晒转入傍晚自然降温的傍晚降温窗内，以固定测站的红外热像仪、以预设采样间隔连续拍摄同一墙面区域的热红外图像序列，得到各表面点的温度时间序列；

8.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1 至 6中任一项所述方法的步骤。

9.一种电子设备，其特征在于，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1 至 6中任一项所述的方法。