基于主动红外热成像的新能源轮胎成型质量缺陷检测方法与流程

本发明涉及轮胎成型检测。更具体地，本发明涉及一种基于主动红外热成像的新能源轮胎成型质量缺陷检测方法。

背景技术：

1、脉冲相位热成像法是一种将脉冲热激励与频域分析相结合的主动红外无损检测方法，通过对激励结束后采集的热成像序列逐像素执行离散傅里叶变换，以各频率分量对应的相位图作为缺陷判据，目前已在航空复合材料、电子封装等领域得到应用。随着新能源汽车的快速普及，对轮胎的结构强度与行驶安全提出了更高要求，而新能源轮胎在成型过程中由帘布层、钢丝层、胎体胶、胎面胶等多种异质材料复合而成，胶料流动不均、局部压力偏差等因素易在层间界面引入气泡、分层、夹杂等内部缺陷。将脉冲相位热成像法引入新能源轮胎成型质量的出厂检测，正是为了在轮胎装车前以无损方式排查这类隐藏于多层结构内部的缺陷，避免其在高速交变载荷下逐步扩展最终诱发爆胎。

2、相关技术中，例如公开号为cn114219765a的中国专利申请文件，提供了一种基于相位特征自适应提取红外热图像缺陷的方法，首先实时在线采集加热阶段的红外热图像序列，然后对红外热图像序列进行预处理，再选取合适的帧数的红外热图像进行空域高通滤波，对滤波后的图像序列进行特定相位信息提取，得到特定频率下的相位图，最后将相位图转化为灰度图像并进行中值滤波，在滤波之后的图像便清晰的反映了缺陷的大小与位置。

3、然而在轮胎这一多层复合结构的实际检测中，热波在帘布层、钢丝层、胎体胶等各层界面均会发生反射，同一位置的时域温度曲线实际叠加了来自不同深度界面的多次反射分量，使得各频率相位图中既包含浅层连续界面的背景相位，又混入深层缺陷的相位响应。由于浅层界面在整周检测区域内连续分布且反射强烈，其相位分量在频域中占据主导，会对位于钢丝层附近及胎体胶内部的深层缺陷相位形成遮蔽，这就导致在对真实轮胎逐区段巡检时，那些埋藏较深的气泡、分层缺陷在相位图上几乎无法显现，对比度被严重压低，质检环节常常将其判为合格而放行；这些带有深层隐患的轮胎流入整车装配并上路后，缺陷在长期行驶中持续扩展，成为安全事故的隐患，使出厂检测难以真正保障质量安全，无法满足新能源轮胎成型质量检测的实际需求。

技术实现思路

1、本发明提供一种基于主动红外热成像的新能源轮胎成型质量缺陷检测方法，旨在解决相关技术中轮胎多层复合结构中浅层界面的强背景相位对深层缺陷信号产生严重遮蔽，导致检测对比度低、漏检率高，难以实现对胎体内部隐蔽缺陷的精准识别的问题。

2、在第一方面中，本发明提供了基于主动红外热成像的新能源轮胎成型质量缺陷检测方法，包括：s1、获取待检新能源轮胎施加脉冲热激励后采集的热成像序列；s2、对热成像序列逐像素执行离散傅里叶变换得到各频率的相位图，以滑动窗口计算各相位图的局部相位标准差，并据其构建反映各频率的相位图空间一致性程度的相位空间平稳指数；s3、基于相位空间平稳指数对所有频率划分为浅层主导频率集合和深层主导频率集合，逐像素提取浅层主导频率集合内相位值的浅层背景相位基准值，并以局部空间稳定性加权修正，得到各像素的浅层相位遮蔽强度；s4、以浅层相位遮蔽强度为权重对深层主导频率集合中各频率相位图执行逐像素剥离，得到剥离后相位图，再以各频率在各像素位置的缺陷响应强度为融合权重对剥离后相位图加权融合，得到深层频率自适应融合指数；s5、对深层频率自适应融合指数执行自适应阈值分割与连通域分析，输出缺陷区域的空间位置与缺陷置信度。

3、通过构建相位空间平稳指数将复杂频域自适应划分为浅层主导与深层主导两大集合，精准提取浅层背景相位基准并结合局部空间稳定性量化为逐像素的遮蔽强度，进而以此为权重在深层相位图中逐像素剥离浅层干扰分量，彻底消除了浅层结构强反射对深层特征的掩盖；最后再依据各频率在各位置的缺陷响应强度对剥离后的深层特征进行自适应加权融合，使原本深埋于钢丝层或胎体胶内部、对比度极微弱的隐蔽缺陷能够在最终的融合指数图中高亮显现，相较于传统静态输出单一相位图的方案，显著提升了全深度范围内缺陷的检出对比度与识别可靠性，从根本上保障了新能源轮胎出厂前对深部结构隐患的有效拦截。

4、进一步地，相位空间平稳指数的计算公式，包括：；其中，为频率对应的相位空间平稳指数，为频率对应的局部相位标准差图在全图所有像素上的均值，为所有频率对应的局部相位标准差图中的最大值。

5、通过将全图局部相位标准差均值与全局最大标准差进行归一化并取反，构建了统一量纲的相位空间平稳指数，相较于凭人工经验主观挑选频率区间的常规操作，该指数能够客观、定量地映射出各频率相位图在全局空间上的平滑与一致性程度，为后续准确剥离浅层背景主导的频率区间提供了坚实的数据判别基础。

6、进一步地，频率对应的局部相位标准差图的获取方法，包括：对于频率对应的相位图，以边长为个像素的滑动窗口遍历整张相位图，在每个窗口内计算窗口内所有像素相位值的标准差，得到该窗口中心像素对应的局部相位标准差，遍历所有窗口后得到频率对应的局部相位标准差图。

7、通过局部邻域扫描能够精细捕捉到深层缺陷引起的微弱相位突变与浅层连续界面造成的平滑背景之间的空间波动差异，从而精准定位并量化相位图的局部一致性，为后续精确计算全图的平稳指数排除了孤立噪声的干扰。

8、进一步地，浅层背景相位基准值的获取方法，包括：将相位空间平稳指数大于等于一致性阈值的频率归入浅层主导频率集合；并在每个像素位置上，对浅层主导频率集合内所有频率的相位值沿频率轴计算均值，得到该像素的浅层背景相位基准值。

9、通过设定一致性阈值自动框定浅层主导频率集合，并在像素级尺度上对该集合内所有频率的相位值求取均值，相较于直接使用单一低频相位代表浅层背景的做法，这种跨频率的均值计算能够更稳定、真实地还原每个空间位置固有的浅层结构本底相位特征，避免了特定频率下偶发热扰动造成的基准失真。

10、进一步地，浅层相位遮蔽强度的构建需要满足以下关系式：；其中，为像素处的浅层相位遮蔽强度，为像素处的浅层背景相位基准值，为以像素为中心的窗口内所有像素浅层背景相位基准值的归一化标准差。

11、在浅层背景相位基准值的基础上，巧妙引入局部空间归一化标准差进行负向衰减修正，使得在结构均匀、反射强烈的区域赋予高遮蔽权重以加大后续剥离力度，而在相位波动大、可能蕴含缺陷信息的区域自动压低遮蔽权重，相较于采用固定全局系数的做法，实现了逐像素级别的自适应剥离力度控制，有效防止了将深层缺陷误判为强背景而导致的过度剥离。

12、进一步地，得到剥离后相位图，包括：对深层主导频率集合中每个频率，将其原始的相位图在各像素处的相位值减去剥离系数与浅层相位遮蔽强度之积，得到该频率对应的剥离后相位图；剥离系数通过在已知无缺陷参考区域内使剥离后相位图的空间标准差最小的方式自适应确定。

13、该方法以数学解析的方式精准剥离掉残余渗透在深层频率图中的浅层强反射分量，确保剥离后的深层相位图只保留纯净的缺陷异常响应，最大程度维持了原有深层特征的完整性。

14、进一步地，缺陷响应强度的获取方法，包括：对剥离后相位图集合中各频率，以各像素为中心、边长为的窗口内剥离后相位值的最大值与均值之差，作为该频率在该像素位置的缺陷响应强度。

15、该方法相较于直接使用原始像素绝对值，能够有效滤除残余低频背景漂移的影响，敏锐且动态地凸显出缺陷核心区相对于周边正常区域的相位突变幅度，为后续多频融合提供了极具代表性的差异化权重指标。

16、进一步地，以各频率在各像素位置的缺陷响应强度为融合权重，包括：基于缺陷响应强度，对深层主导频率集合中所有频率在各像素处的缺陷响应强度求和后归一化，得到各频率在各像素位置的融合权重。

17、进一步地，还包括对热成像序列进行预处理：预处理具体包括：对热成像序列中每帧图像执行坏点修复、对热成像序列沿时间轴执行均值滤波以及对热成像序列中每帧图像执行空间对齐校正。

18、进一步地，施加脉冲热激励的操作方法，包括：由对称布置的卤素灯阵列施加；且将待检轮胎沿周向等分为若干检测区段，每个检测区段独立完成脉冲热激励与热成像序列采集，再将各区段的采集结果拼合得到覆盖轮胎整周的全周热成像数据。

19、有益效果：通过构建相位空间平稳指数客观划分浅层与深层主导频率；量化逐像素的浅层空间稳定性以提取自适应遮蔽强度，进而在深层相位图中定量剥离浅层渗透干扰；最后基于各频率缺陷响应强度动态加权融合深层特征。该发明彻底打破了固定频率相位分析的局限，极大增强了深层微弱缺陷的检出对比度，为新能源轮胎出厂质量与行驶安全提供了可靠保障。