基于建筑外墙保温层空鼓缺陷的红外热像检测定位方法及装置与流程

本发明属于建筑外墙缺陷检测，具体是基于建筑外墙保温层空鼓缺陷的红外热像检测定位方法及装置。

背景技术：

1、建筑外墙保温层在长期使用过程中，受温度循环、风荷载和材料老化等因素影响，保温板与基层墙体之间容易出现脱粘形成空鼓缺陷，若不及时检测和修复，可能引发保温层脱落甚至伤人事故。当前工程上普遍采用红外热像法进行外墙空鼓检测，其基本原理是利用空鼓区域内部空气夹层导致的热阻差异，在墙面表面形成可被红外热像仪捕捉的温度异常，通过人工判读或简单温差阈值比对来定位疑似空鼓区域。

2、然而，现有技术仅依赖单一时刻的表面温差进行判定，无法有效区分空鼓缺陷与热桥效应、含水率异常等同样会在墙面产生温度异常的非空鼓因素，误判率较高；同时缺乏对热异常区域在升降温过程中面积动态变化行为的定量分析，导致检测结果准确性有限；基于此，提出基于建筑外墙保温层空鼓缺陷的红外热像检测定位方法及装置。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供基于建筑外墙保温层空鼓缺陷的红外热像检测定位方法及装置，以解决上述背景技术中提到的问题。

2、基于建筑外墙保温层空鼓缺陷的红外热像检测定位方法，包括：

3、步骤一：将待检测外墙立面按照楼层高度和水平跨度划分为多个矩形检测单元，在包含完整升温段和完整降温段的连续检测周期内，按预设时间间隔采集红外热像图并同步记录环境温度和近墙面风速，获得各检测单元在各采集时刻的表面温度场数据；

4、步骤二：对每个检测单元内每帧热像图计算局部温差场，识别热异常像素并通过连通域分析提取热异常区域，基于几何中心偏移和面积变化率约束跨帧追踪同一热异常区域，获得每个热异常区域的面积时间序列；

5、步骤三：从面积时间序列中分离升温段面积序列和降温段面积序列，分别计算面积膨胀速率和面积收缩速率，将面积膨胀速率与面积收缩速率的比值作为热斑呼吸不对称系数，同时计算中心温度衰减滞后时间；

6、步骤四：提取各热异常区域边界像素点与相邻非异常像素的温差均值作为边界温度梯度，构建边界温度梯度时间序列，计算边界梯度峰值时刻与面积峰值时刻的时间差作为边界梯度超前量；

7、步骤五：以热斑呼吸不对称系数和面积膨胀速率作为第一层判定条件验证空鼓真实性，以边界梯度超前量和中心温度衰减滞后时间作为第二层判定条件细分空鼓深度等级，输出空鼓缺陷定位分布图及风险等级表。

8、作为本发明进一步的方案：计算局部温差场并识别热异常像素的具体方式为：

9、计算该帧热像图中检测单元内所有像素点表面温度值的全局温度中位数作为局部背景温度，将每个像素点的表面温度值与局部背景温度之差作为该像素点的局部温差值；统计所有像素点局部温差值绝对值的均值和标准差，将均值加上预设倍数标准差作为热异常判定阈值，将局部温差值绝对值大于热异常判定阈值的像素点标记为热异常像素；对热异常像素执行八邻域连通域分析，剔除面积小于预设面积阈值的连通域，输出有效热异常区域。

10、作为本发明进一步的方案：跨帧追踪同一热异常区域的具体方式为：

11、记录前一帧中每个热异常区域的几何中心坐标，在下一帧中搜索几何中心坐标距离最近的连通域，当最近连通域的几何中心偏移距离小于预设偏移阈值且面积变化率小于预设变化率阈值时，确认为同一热异常区域的延续并将该帧面积值追加至面积时间序列中；当某帧中未找到匹配连通域时，将该帧面积记为零并继续向后追踪。

12、作为本发明进一步的方案：计算面积膨胀速率和面积收缩速率的具体方式为：

13、在升温段面积序列中，将面积首次大于预设面积阈值的帧作为膨胀起始帧，将面积达到最大值的帧作为膨胀终止帧，以膨胀终止帧面积与膨胀起始帧面积之差除以两帧之间的时间间隔获得面积膨胀速率；在降温段面积序列中，将面积从最大值开始持续下降的帧作为收缩起始帧，将面积回落至最大值预设比例以下的帧作为收缩终止帧，以收缩起始帧面积与收缩终止帧面积之差除以两帧之间的时间间隔获得面积收缩速率。

14、作为本发明进一步的方案：计算中心温度衰减滞后时间的具体方式为：

15、提取热异常区域几何中心位置像素点在整个检测周期内的温度时间序列，找到升温段温度达到峰值的时刻记为峰值时刻，在降温段中找到该像素点温度回落至峰值温度与降温段终点温度之差值的预设比例所对应的时刻记为半衰时刻，将半衰时刻与峰值时刻的时间差作为中心温度衰减滞后时间。

16、作为本发明进一步的方案：提取边界温度梯度的具体方式为：

17、在每帧热像图中，将属于热异常区域且至少有一个八邻域像素不属于该热异常区域的像素点作为边界像素点，计算每个边界像素点温度值与相邻非热异常像素温度值之差的绝对值，取所有边界像素点温差绝对值的均值作为该帧的边界温度梯度；将所有帧的边界温度梯度按时间排列获得边界温度梯度时间序列，找到该序列最大值对应的时刻作为边界梯度峰值时刻。

18、作为本发明进一步的方案：分层决策规则的具体方式为：

19、第一层真实性验证：当热斑呼吸不对称系数大于预设呼吸阈值且面积膨胀速率大于预设膨胀阈值时，判定为真实空鼓缺陷进入第二层判定，否则判定为非空鼓温度异常并标记排除；第二层深度等级细分：当边界梯度超前量大于预设超前阈值且中心温度衰减滞后时间小于预设滞后阈值时判定为浅层空鼓；当边界梯度超前量小于等于预设超前阈值且中心温度衰减滞后时间大于等于预设滞后阈值时判定为深层空鼓；当边界梯度超前量大于预设超前阈值且中心温度衰减滞后时间大于等于预设滞后阈值时判定为复合型空鼓。

20、作为本发明进一步的方案：输出风险等级表的具体方式为：

21、对每个真实空鼓缺陷区域计算面积风险因子、深度风险因子和高度风险因子，其中面积风险因子由空鼓面积占所在检测单元面积的比例确定，深度风险因子根据空鼓深度等级赋值且深层空鼓赋值高于浅层空鼓，高度风险因子由空鼓所在楼层占建筑总楼层的比例确定；将三个风险因子按预设权重加权求和获得综合风险指标，依据综合风险指标将空鼓缺陷划分为高风险、中风险和低风险三个等级，并在空鼓缺陷定位分布图中以不同颜色标注各风险等级区域。

22、基于建筑外墙保温层空鼓缺陷的红外热像检测定位装置，该装置内配置有计算机程序，所述计算机程序进行运行时，使得该装置对前述公开的基于建筑外墙保温层空鼓缺陷的红外热像检测定位方法进行执行，使得该装置执行以下操作：

23、热像序列采集模块，用于将待检测外墙立面按照楼层高度和水平跨度划分为多个矩形检测单元，在包含完整升温段和完整降温段的连续检测周期内，按预设时间间隔采集红外热像图并同步记录环境温度和近墙面风速，获得各检测单元在各采集时刻的表面温度场数据；

24、热异常区域追踪模块，用于对每个检测单元内每帧热像图计算局部温差场，识别热异常像素并通过连通域分析提取热异常区域，基于几何中心偏移和面积变化率约束跨帧追踪同一热异常区域，获得每个热异常区域的面积时间序列；

25、特征提取模块，用于从面积时间序列中分离升温段面积序列和降温段面积序列，分别计算面积膨胀速率和面积收缩速率，将面积膨胀速率与面积收缩速率的比值作为热斑呼吸不对称系数，同时计算中心温度衰减滞后时间；

26、边界梯度分析模块，用于提取各热异常区域边界像素点与相邻非异常像素的温差均值作为边界温度梯度，构建边界温度梯度时间序列，计算边界梯度峰值时刻与面积峰值时刻的时间差作为边界梯度超前量；

27、空鼓判定与定位模块，用于以热斑呼吸不对称系数和面积膨胀速率作为第一层判定条件验证空鼓真实性，以边界梯度超前量和中心温度衰减滞后时间作为第二层判定条件细分空鼓深度等级，输出空鼓缺陷定位分布图及风险等级表。

28、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

29、本发明，通过先在完整升降温周期内持续采集外墙红外热像序列，然后逐帧提取热异常区域并追踪其面积随时间的动态变化，接着从面积变化中提炼出空鼓区域独有的快胀慢缩呼吸不对称特征和中心温度衰减滞后特征，再结合边界温度梯度的时间演化规律判断空鼓深度，最后综合面积、深度和高度三个维度给出风险分级和定位分布图，通过用热斑呼吸不对称系数这个全新特征量从本质上把空鼓和热桥、含水率异常区分开，提升了检测结果的准确性。