基于红外序列独立成分分析的复合材料冲击损伤缺陷表征

摘要

采用独立成分分析方法研究了基于脉冲红外图像的复合材料冲击损伤的缺陷表征问题。首先依据试块脉冲红外试验的先验知识和缺陷与非缺陷之间的温差特性为红外序列图像选取合适的区间段;然后对构建的数据矩阵进行中心化与白化预处理,采用梯度下降法进行独立成分分析,由重构矩阵可得到独立成分特征图像;最后,选择合适的图像分割方法可以获得最大损伤长径和损伤短径的缺陷表征量。以两块不同厚度的碳纤维增强型复合层合板分别在30 J和40 J的冲击能量下的损伤缺陷为例,成功提取了冲击损伤的最大损伤长径和损伤短径,并与超声F扫描的结果进行对比,误差在可接受的范围内,尤其是厚度为2 mm的层合板,误差在5%以内。研究结果表明,独立成分分析能够有效区分噪声与缺陷,并且获得的特征图像比原始图像的信噪比更高、对比度更大以及图像质量更好,有利于缺陷的提取和表征。