一种飞机蒙皮表面状态物理特征的测量方法技术

本发明专利技术提供了一种飞机蒙皮表面状态物理特征的测量方法，包括以下步骤:首先采用图像采集系统来采集监测对象表面裂纹图像；图像灰度化，运用矩阵表示数字图像；采用空间域滤波器、锐化滤波器或者中值滤波器中一种或多种对裂纹图像进行滤波处理以增强图像；基于获得的增强图像采用改进区域生成方法进行图像二值化；采用多次膨胀和腐蚀运算来对二值化图像的裂纹区域、轮廓边缘进行修正；采用细化操作方法来寻找图像的骨架，用所述骨架来取代原有图像，以及采用裂纹边界提取来提取裂纹的边界轮廓；最后基于所述提取裂纹骨架计算裂纹的长度以及基于所述提取裂纹轮廓计算裂纹宽度。本发明专利技术提供了一种精度更高的裂纹长度和宽度识别和检测方法。

A measurement method of physical characteristics of aircraft skin surface

【技术实现步骤摘要】
一种飞机蒙皮表面状态物理特征的测量方法
本专利技术提供一种飞机蒙皮表面状态物理特征测量的方法，尤其涉及一种利用裂纹骨架计算裂纹长度，利用裂纹轮廓计算裂纹宽度的裂纹识别和检测技术。
技术介绍
因交变载荷引起的疲劳破坏事故占机械结构失效总数的95％。疲劳成为了导致设施失效的主要原因，而疲劳破坏又主要是由疲劳裂纹引起的。所谓疲劳裂纹破坏，是指在反复变应力作用下，裂纹的表面周期性地压紧和分开，使裂纹扩展，当裂纹发展到一定程度后，余下的截面不能满足静强度要求而发生的突然性失效。对设施表面的疲劳裂纹开展监测与识别，是设施维护管理中很重要的一个内容。飞机蒙皮随着使用时间的增加，表面会逐渐产生微观的疲劳裂纹，若此时未能及时维护，这些微观裂纹就可能扩展为宏观裂纹，而当宏观裂纹扩展到一定阈值时，设施就会突然性失稳，造成不可想象的破坏性后果。即便在设施最终被破坏之前，飞机蒙皮的性能也会随着裂纹的不断扩展而逐渐退化，设施的效率及工作能力也会受其影响而降低。所以，加强对飞机蒙皮表面裂纹的监测和识别，开展疲劳裂纹扩展规律的研究，可以帮助降低飞机蒙皮的疲劳破坏。开展对设施表面疲劳裂纹的精确测量，是准确获得表面裂纹扩展速率的基础，也是对设施进行剩余寿命评估和开展维护管理的关键问题。所以，对疲劳裂纹监测与识别的研究一直是一个热点问题，各类专家学者提出了众多裂纹测量方法。最初，由于实验设施和技术水平较低，只能采取最简单的离位监测方法，即疲劳试验和裂纹检测是在分离状态下进行的。每循环一定周期,将试样从试验机上卸下，再利用测量工具对裂纹进行读数。此方法需要停机中断试验，频繁装卸试样，费时且劳动强度大；卸载后裂纹闭合，使得裂纹尖端在显微镜下不易准确测量。由于离位检测方法有众多弊端，研究人员开始把研究重点转向在位检测，即疲劳试验与裂纹监测在同一系统内同步进行。这类裂纹检测方法近几十年来发展迅速，电位法、超声法、磁粉法、渗透法、声发射法等在工程实践中被经常运用。表面疲劳裂纹严重影响了飞机蒙皮的性能，给设施带来了危害。裂纹的特征值在一定程度上能反应出被监测设施的某些特征。及时监测疲劳裂纹状态，识别设施表面疲劳裂纹的特征值，能够帮助评估设施的可靠性，为预测设施剩余寿命打下基础，以此需要一种能够更准确的识别设施表面疲劳裂纹的特征值的方法。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提出一种飞机蒙皮表面状态物理特征测量的方法，更准确的识别设施表面疲劳裂纹的长度特征值和宽度特征值。基于上述目的，本专利技术提供的一种飞机蒙皮表面状态物理特征测量的方法，包括以下步骤：步骤S1，采用图像采集系统来采集监测对象表面裂纹图像；步骤S2，图像灰度化，将所述监测对象表面裂纹图像从光信号向数字信号的转换，运用矩阵表示数字图像，以二维数组的形式来存储图像数据，二维图像的行坐标取值对应图像的高值，二维数组的列坐标取值对应图像的宽值，数组中元素则与图像中的像素值对应，其取值就是像素的灰度；步骤S3，采用空间域滤波器、锐化滤波器或者中值滤波器中一种或多种对裂纹图像进行滤波处理以增强图像；步骤S4，采用改进区域生成方法进行图像二值化；步骤S5，采用多次膨胀和腐蚀运算来对裂纹区域、轮廓边缘进行修正，其中膨胀算法用于改善二值化后裂纹区域的连通性，腐蚀算法用于抑制二值化后裂纹区域噪声；步骤S6，提取疲劳裂纹骨架，采用细化操作方法来寻找图像的主轴箱，用主轴线来取代原有图像；以及采用裂纹边界提取来提取裂纹的边界轮廓步骤S7，基于所述提取裂纹骨架计算裂纹的长度包括如下步骤：将裂纹骨架抽象为二叉树结构，基于构造的裂纹骨架的二叉树结构进行修枝以提取裂纹主干；基于所述提取裂纹主干计算裂纹长度；步骤S8，基于所述提取裂纹轮廓计算裂纹宽度。优选地，所述步骤S1的具体过程为，所述图像采集系统主要包括CCD摄像机、LED灯、固定装置、视频采集卡和计算机，其中CCD摄像机是一种能进行光电转换，并输出视频信号的器件，裂纹图像采集系统中LED灯主要用来照明，使得设施能被清晰监测，固定装置主要用来固定CCD摄像机以及LED灯的位置，通过调整其位置来寻找拍摄裂纹图像的最佳位置，以采集高质量的裂纹图像，视频采集卡也叫视频卡，是将摄像机输出的视频数据输入计算机，并转换成可辨别的数字数据，存储在计算中，成为可编辑处理的视频数据文件。优选地，所述改进区域生成方法主要步骤如下：(1)采用鼠标点取的方式，获得裂纹区域中若干点的灰度值g1,g2,…,gn，算得该组灰度值的平均值gmean，并标记选出的第一个点(x,y)为生长种子；(2)以(x,y)为起始点进行8邻域生长，当邻域内像素点(x′,y′)的灰度值g′满足|g′-gmean|＜T时，T为预设值，把(x′,y′)标记为种子区域，并更新灰度平均值gmean，否则不操作；(3)重复步骤2，直到种子区域不能再生长获得满足条件的像素点；(4)把种子区域的像素点置为0，其余置1。优选地，所述将裂纹骨架抽象为二叉树结构的过程为，将八邻域内只有两个前景点的像素枝干点与二叉树中枝干对应，将八邻域内只有三个前景点像素分支点与二叉树中分支点对应，将八邻域内只有三个前景点像素端点与二叉树的树根或树叶对应，并利用先根遍历获取各像素点的信息；优选地，所述基于构造的裂纹骨架的二叉树结构来提取裂纹主干的过程为：(1)任选裂纹骨架上一点A(x,y)，作为二叉树的根开始遍历，遍历的同时计算各点距离根A(x,y)的距离，坐标相邻的两点，其像素距离记为1个像素；坐标成45度的两点，其像素距离记为个像素；(2)遍历后找到离A(x,y)距离最远的点，记为S；(3)以S为起点，按照(1)中描述，再次遍历；(4)遍历后找到离S距离最远的点，记为D；(5)找到除S和D点外的其余端点；从这些端点出发，沿其枝干找到主干上的分枝点，将沿途点都置为背景。优选地，所述基于所述提取裂纹主干计算裂纹长度的过程为：以所述裂纹主干提取方法中找到的S点为起点进行遍历，遍历的同时计算枝干上像素点的长度L(单位：像素)，其中坐标相邻的两点，其像素距离记为1个像素；坐标成45度的两点，其像素距离记为个像素。优选地，计算裂纹宽度的具体步骤如下：找到裂纹主干的两个端点，以裂纹主干为中线，将裂纹轮廓分为P1和P2两边，将P1上的点置1，记为目标点，其余点均置0，记为背景点；对更新图像进行欧式距离变换；提取出变换后图像在P2位置上的值，即为裂纹主干上各点的裂纹宽度。优选地，所述欧式距离变换为，在二维平面上定义两点(x1,y1)和(x2,y2)，它们之间的欧氏距离表示为：二值图像A可用二维数组Amn表示，其中Aij＝1对应图中目标点，Aij＝0则对应图中背景点；设B＝{(x,y)|Aij＝1}为目标点集合，则欧氏距离变换就是对A中所有像素点求：Dij＝min{Distance[(i,j),(x,y)],(x,y)∈B}其中从而得到二值图像A的欧氏距离变换图。本专利技术的有益效果本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种飞机蒙皮表面状态物理特征的测量方法，其特征在于，包括以下步骤:/n步骤S1，采用图像采集系统来采集监测对象表面裂纹图像；/n步骤S2，图像灰度化，将所述监测对象表面裂纹图像从光信号向数字信号的转换，运用矩阵表示数字图像，以二维数组的形式来存储图像数据，二维图像的行坐标取值对应图像的高值，二维数组的列坐标取值对应图像的宽值，数组中元素则与图像中的像素值对应，其取值就是像素的灰度；/n步骤S3，采用空间域滤波器、锐化滤波器或者中值滤波器中一种或多种对裂纹图像进行滤波处理以增强图像；/n步骤S4，采用改进区域生成方法进行图像二值化；/n步骤S5，采用多次膨胀和腐蚀运算来对裂纹区域、轮廓边缘进行修正，其中膨胀算法用于改善二值化后裂纹区域的连通性，腐蚀算法用于抑制二值化后裂纹区域噪声；/n步骤S6，提取图像裂纹骨架，采用细化操作方法来寻找图像的骨架，用所述骨架来取代原有图像，以及采用裂纹边界提取来提取裂纹的边界轮廓；/n步骤S7，基于所述提取裂纹骨架计算裂纹的长度包括如下步骤：将裂纹骨架抽象为二叉树结构，基于构造的裂纹骨架的二叉树结构进行修枝以提取裂纹主干，并基于所述提取裂纹主干计算裂纹长度；/n步骤S8，基于所述提取裂纹轮廓计算裂纹宽度。/n...

【技术特征摘要】
1.一种飞机蒙皮表面状态物理特征的测量方法，其特征在于，包括以下步骤:
步骤S1，采用图像采集系统来采集监测对象表面裂纹图像；
步骤S2，图像灰度化，将所述监测对象表面裂纹图像从光信号向数字信号的转换，运用矩阵表示数字图像，以二维数组的形式来存储图像数据，二维图像的行坐标取值对应图像的高值，二维数组的列坐标取值对应图像的宽值，数组中元素则与图像中的像素值对应，其取值就是像素的灰度；
步骤S3，采用空间域滤波器、锐化滤波器或者中值滤波器中一种或多种对裂纹图像进行滤波处理以增强图像；
步骤S4，采用改进区域生成方法进行图像二值化；
步骤S5，采用多次膨胀和腐蚀运算来对裂纹区域、轮廓边缘进行修正，其中膨胀算法用于改善二值化后裂纹区域的连通性，腐蚀算法用于抑制二值化后裂纹区域噪声；
步骤S6，提取图像裂纹骨架，采用细化操作方法来寻找图像的骨架，用所述骨架来取代原有图像，以及采用裂纹边界提取来提取裂纹的边界轮廓；
步骤S7，基于所述提取裂纹骨架计算裂纹的长度包括如下步骤：将裂纹骨架抽象为二叉树结构，基于构造的裂纹骨架的二叉树结构进行修枝以提取裂纹主干，并基于所述提取裂纹主干计算裂纹长度；
步骤S8，基于所述提取裂纹轮廓计算裂纹宽度。


2.如权利要求1所述的测量方法，其特征在于，所述步骤S1的具体过程为，所述图像采集系统主要包括CCD摄像机、LED灯、固定装置、视频采集卡和计算机，其中CCD摄像机是一种能进行光电转换，并输出视频信号的器件，裂纹图像采集系统中LED灯主要用来照明，使得设施能被清晰监测，固定装置主要用来固定CCD摄像机以及LED灯的位置，通过调整其位置来寻找拍摄裂纹图像的最佳位置，以采集高质量的裂纹图像，视频采集卡也叫视频卡，是将摄像机输出的视频数据输入计算机，并转换成可辨别的数字数据，存储在计算中，成为可编辑处理的视频数据文件。


3.如权利要求1所述的测量方法，其特征在于，所述改进区域生成方法步骤如下：(1)采用鼠标点取的方式，获得裂纹区域中若干点的灰度值g1,g2,...,gn，算得该组灰度值的平均值gmean，并标记选出的第一个点(x,y)为生长种子；(2)以(x,y)为起始点进行八邻域生长，当邻域内像素点(x′,y′)的灰度值g′满足|g′-gmean|＜T时，T为预设值，把(x′,y′)标记为种子区域，并更新灰度平均值gmean，否则不操作；(3)重复(2...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾向荣，刘衍，龙鑫，周典乐，孙博良，钟志伟，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科技大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43