红外热成像辅助面神经功能自动评估方法研究

面瘫是一种多发的面神经疾病,表现为患侧面神经功能失调,严重影响患者的正常生活和人际交往。面神经功能自动评估方法对于面瘫的诊治是至关重要的。面部神经功能受损导致体表温度分布发生改变,可以通过红外热成像采集患者的面部温度分布不对称特征,基于红外热成像提出一种面神经功能自动评估新方法,融合温度特异性和边缘检测自动将面部红外热像划分为左右对称的八个区域,提取面部温度不对称特征,包括温差、有效热面积比和温度分布不对称度,采用径向基神经网络作为面神经功能自动分类器。实验收录了390幅单侧患病的面瘫患者正面红外热像图,结果显示：采用径向基神经网络的红外热成像面神经功能自动分类器的平均分类准确率为94.10%,比采用K近邻分类器和支持向量机分类器分别提高了9.31%和4.87%,优于传统的House-Brackmann面神经功能评估方法,对面神经功能的分类精度完全符合临床应用标准,可以有效评估面瘫患者的面神经功能,有助于面瘫的临床诊断与治疗。     

轻中度单侧Bell面瘫红外热辐射强度异常分析

Bell 面瘫是一种多发的面神经疾病,首次发病以轻中度居多.应用红外热成像原理,探寻一种客观无创的Bell面瘫评估方法.人体面部穴位大都呈左右对称分布,取患者病变一侧的相关穴位为实验组,另一侧同一穴位为对照组,分别研究其红外热辐射特性,急性期内,同一穴位在健侧与患侧的红外热辐射强度差异显著,即存在明显的温差(大于0.3...     

红外热不对称分析用于面神经功能损伤的客观评估

健康人体的温度分布存在一种双侧对称性,当面神经功能受损时,将改变这种热分布的对称性。人体热量大多通过红外辐射的形式散发,因此利用红外热成像技术可以有效捕捉这种红外热辐射分布的改变。本文提出一种新的热不对称分析的方法——有效热面积比,即计算面部特定区域与对侧区域的温差乘以温度异常区面积与总面积之比。利用这种方法对面神经功能损伤的患者和健康人群作对照性试验,结果显示:此方法的特异性和敏感性平均为0.90和0.87,比常规方法提高了7%和26%,有效热面积比与面神经功能的损伤程度正相关,平均为0.664。因此,关于诊断和评估面神经功能,红外热成像是一种有力的工具,有效热面积比是一项高效的临床指标。     

MRTD高精度测试和校准技术研究

围绕红外热像仪成像参数MRTD（最小可分辨温差）测试问题开展研究，介绍了MRTD的测试方法以及MRTD测试装置—红外热像仪评估系统的工作原理，详细分析了MRTD测试过程中，红外热像仪测试位置、差分黑体温差、差分黑体发射率和光学系统几何像差等因素对测试结果的影响。针对这些问题，提出了采用红外扫描辐射计对红外热像仪评估系统温差进行校准的方法，利用该方法对某空间频率下热像仪MRTD进行测试，并给出了测试结果，为热像仪MRTD参数准确测试提供参考。     

高精度非致冷长波红外热像仪的辐射标定

为使非致冷长波红外热像仪在不同温度下保持较高的测温精度,建立了考虑探测器工作温度效应的非致冷长波红外热像仪的辐射标定模型。对非致冷长波红外热像仪进行辐射标定实验,在不同黑体温度和不同亮度增益值条件下,获得了16组图像灰度与探测器工作温度之间的函数关系,建立了目标温度的数学计算模型,并对定标结果进行了实验验证。结果表明：在25～40℃,探测器的工作温度效应可做线性化处理,且与目标温度无关。通过设定合适的亮度增益值可使红外热像仪的测温误差〈0.5℃,极大地提高了非致冷长波红外热像仪在不同温度环境下的测温精度。     

红外热像仪参数的双黑体测量装置

对红外热像仪参数双黑体测量装置的工作原理进行了介绍。装置采用双黑体及反射型靶标为温差辐射源，可实现黑体温度温差准直辐射的定期校准和红外热像仪参数测量量值的溯源，也可实现红外热像仪参数的可控性，以及对它进行稳定的、可复现的精确测量。推导出利用红外热像仪参数双黑体测量装置测量信号传递函数SiTF数学模型，分析了红外热像仪参数测量装置的客观因素——仪器常数，针对仪器常数对SiTF测量的影响进行了试验。试验结果表明，仪器常数对红外热像仪SiTF参数测量精度影响较大，并同时影响时域与空域NETD及3D噪声的准确测量。     

不同非均匀性校正温度的红外测温技术

为使制冷型中波红外热像仪在不同环境温度下经过非均匀性校正后保持较高的测温精度,研究了考虑非均匀性校正温度效应的中波红外热像仪标定模型。利用不同温度的面源黑体对热像仪进行非均匀性校正,然后对黑体目标进行测温实验,获得了不同校正温度下热像灰度与黑体辐射亮度之间的变化关系,建立了目标的测温数学计算模型,最后对测温结果进行误差分析。结果表明:在不同校正温度下,热像灰度相对非均匀校正辐亮度的漂移可做线性化处理,且与目标温度变化无关。在非均匀性较低的测温范围内热像仪的测温误差小于±0.22℃,极大减小了制冷型中波红外热像仪在不同校正温度下非均匀性校正后的测温误差。     

锚杆与围岩加载过程红外特征研究

应用红外热像技术,对锚杆与围岩加载变化破坏过程中的红外辐射现象进行了实验研究,结果表明：应力峰值前,随着荷载的增加,红外辐射温度呈现整体、均匀性升温变化,应力峰值后,在锚杆周围形成一个由多条不同等温线组成的区域,其形状是以锚杆为中心的近似圆形区域, 由内向外, 温度逐步降低; 锚固体破坏时,存在红外辐射温度-时间曲线型和红外热像型2种形式的红外前兆特征,分别反映红外前兆的时间信息和空间信息; 红外辐射温度-时间曲线的破裂前兆为降温型,而红外热像特征包括高温条带和低温条带两种类型。     

孔隙直径对R134a管外沸腾换热影响研究

在工况温度分别为6℃和10℃,对R134a在光管和三根双侧强化管(F38,F46,F56)外进行池沸腾换热试验研究。结果表明:两种工况下,R134a在光管外沸腾表面传热系数与Cooper公式计算值相对偏差均在±15%以内,R134a在强化管外沸腾表面传热系数变化趋势与光管Cooper公式基本一致。受试验管外表面孔隙直径的影响,当热流密度小于50k W/m2(或壁面温差小于2K)时,孔隙直径越小,沸腾换热效果越好;反之,当热流密度大于50k W/m2(或壁面温差大于2K)时,孔隙直径大的强化表面沸腾换热效果要优于小孔隙直径表面。     

目标表面发射率对红外热像仪测温精度的影响

介绍了红外热像仪测温原理,分析了影响红外热像仪测温精度的因素,计算了不同表面发射率下红外热像仪的测温误差曲线。理论分析表明,目标表面发射率越高,红外热像仪测温精度越高。实验改变表面发射率的设置,计算了不同表面发射率对应的总辐射亮度,得到TP8型长波红外热像仪能够精确测温时,目标表面发射率必须大于0.5的结果。最后,对表面发射率分别为0.96、0.93和0.3的3种材料进行实际测温,结果表明,材料表面发射率较高时,红外热像仪具有较好的测温精度。     

Infrared Thermography and Image Analysis of Dynamic Processes around the Facial Area

This paper describes the principles of visualization and analysis of thermal fields generated by different physiological processes around the facial area and in the environment. The dynamics of these fields was studied and their possible application for quantitative evaluation of psychophysical parameters is analyzed using infrared thermography with high spatial and temporal resolution. A software module has been developed and tested for combining infrared and visible camera images. A technique was proposed for complex recording and analysis of central and peripheral nervous activities using a thermal camera that captures three types of temperature fields that vary with time around the facial area: exhaled gas flows, cutaneous blood circulation, and sweat gland activity.     

基于热红外成像的小麦条锈病早期检测

由条形柄锈菌引起的小麦条锈病是一种世界性范围内普遍流行的重大病害,实现其早期检测对病害的有效防控与小麦的安全生产具有重要意义。旨在实验室环境下分析小麦接种条锈病菌后16天的热红外图像与叶片温度变化,研究热红外成像技术用于小麦条锈病早期检测的可行性。实验发现,随着接种天数的增加,接种病害的小麦植株较健康小麦,叶片的平均温度会逐渐降低,叶片间的最大温差会不断加大。接种后第6天,热红外成像技术可观测到小麦条锈病病斑,较肉眼观察提前了4天。接种后第16天,接种叶片的平均温度比健康叶片低2.5 ℃,最大温差比健康叶片高2.28 ℃。同时,通过对健康、发病以及潜伏期的小麦叶片的显微结构分析,发现条锈病孢子入侵叶片,使细胞结构破环,气孔导度增大,蒸腾作用加剧,从而导致叶片表面温度降低。可见,热红外成像技术可以对小麦条锈病进行早期检测。     

Effect of perspiration on skin temperature measurements by infrared thermography and contact thermometry during aerobic cycling

The aim of the present study was to compare infrared thermography and thermal contact sensors for measuring skin temperature during cycling in a moderate environment. Fourteen cyclists performed a 45-min cycling test at 50% of peak power output. Skin temperatures were simultaneously recorded by infrared thermography and thermal contact sensors before and immediately after cycling activity as well as after 10 min cooling-down, representing different skin wetness and blood perfusion states. Additionally, surface temperature during well controlled dry and wet heat exchange (avoiding thermoregulatory responses) using a hot plate system was assessed by infrared thermography and thermal contact sensors. In human trials, the inter-method correlation coefficient was high when measured before cycling (r = 0.92) whereas it was reduced immediately after the cycling (r = 0.82) and after the cooling-down phase (r = 0.59). Immediately after cycling, infrared thermography provided lower temperature values than thermal contact sensors whereas it presented higher temperatures after the cooling-down phase. Comparable results as in human trials were observed for hot plate tests in dry and wet states. Results support the application of infrared thermography for measuring skin temperature in exercise scenarios where perspiration does not form a water film.     

太赫兹激励的红外热波检测技术

本文的目的在于探索一种新的适用于红外热波检测技术的热激励方式——太赫兹(THz)热激励. 文中介绍了THz波周期性热激励的热传导理论模型; 尝试利用返波振荡器(返波管backward wave oscillator, BWO)太赫兹源对一块碳纤维基底吸波涂层板进行周期性THz热激励, 红外热像仪连续观测和记录试件表面温场变化, Canny边缘算法处理热图像显示缺陷; 检测结果与闪光灯脉冲激励的结果进行比较, 讨论了太赫兹波激励红外热波检测技术可能的优势. 实现了THz技术与红外热波无损检测技术的结合.     

Application of infrared lock-in thermography for the quantitative evaluation of bruises on pears

An infrared lock-in thermography technique was adjusted for the detection of early bruises on pears. This mechanical damage is usually difficult to detect in the early stage after harvested using conventional visual sorting or CCD sensor-based imaging processing methods. We measured the thermal emission signals from pears using a highly sensitive mid-infrared thermal camera. These images were post-processed using a lock-in method that utilized the periodic thermal energy input to the pear. By applying the lock-in method to infrared thermography, the detection sensitivity and signal to noise ratio were enhanced because of the phase-sensitive narrow-band filtering effect. It was also found that the phase information of thermal emission from pears provides good metrics with which to identify quantitative information about both damage size and damage depth for pears. Additionally, a photothermal model was implemented to investigate the behavior of thermal waves on pears under convective conditions. Theoretical results were compared to experimental results. These results suggested that the proposed lock-in thermography technique and resultant phase information can be used to detect mechanical damage to fruit, especially in the early stage of bruising.     

Inspection on SiC coated carbon–carbon composite with subsurface defects using pulsed thermography

An investigation on SiC coated carbon–carbon (C/C) composite plates has been undertaken by pulsed thermography. The heat transfer model has been built and the finite element method (FEM) is applied to solve the thermal model. The simulation results show that defects with DA/DP smaller than one can hardly be detected by an infrared camera with the sensitivity of 0.02 °C. Certificated experiments were performed on the built pulsed thermography system. The thermal wave signals have been processed by subtracting background image method (SBIM), pulsed phase thermography (PPT), and temperature–time logarithm fitting method (TtLFM). The limit DA/DP of defects in SiC coated C/C composite plates with the thickness of 6 mm that can be detected by pulsed thermography with the presented signal analysis algorithms has been obtained.     

基于热红外图像处理技术的农作物冠层识别方法研究

为解决农作物冠层热红外图像边缘灰度级分布不均且噪声较大,而传统图像分割方法难以实现其目标区域有效识别的难题,以苗期红小豆冠层热红外图像为研究对象,将模糊神经网络和仿射变换有机结合,提出了基于热红外图像处理技术的农作物冠层识别模型。首先利用五层线性归一化模糊神经网络的自适应特性,选取高斯隶属度函数,自动计算冠层可见光图像识别的推理规则,有效地分割了可见光图像中的冠层区域。通过分析3种分割指标和熵,定量评价可见光图像冠层分割质量。网络迭代38次时,误差精度为0.000 952,该算法平均有效识别率为96.13%,获取可见光冠层图像的像元信息熵值范围为2.454 4~5.198 7,与标准算法所得冠层图像的像元信息熵仅相差0.245 9。然后以取得可见光图像的冠层有效区域为参考图像,采用仿射变换算法,调整优选平移、旋转、缩放等图像变换因子,配准原始热红外图像,提出了基于仿射变换的冠层热红外图像识别方法。对于初始温度范围值在16.35~19.92 ℃的农作物热红外图像,计算选取旋转幅度为1.0和缩放因子为0.9时,作为异源图像的最优配准参数,获取目标图像的最大温差为3.17 ℃,相对于原图像的平均温度值由18.711 ℃下降至17.790 ℃,进而实现了基于热红外图像处理技术的农作物冠层识别。最后以熵的互信息作为监督指标,对农作物冠层热红外图像识别方法进行评价。提出的冠层热红外图像识别方法,所获取的目标图像与初始热红外图像的平均互信息为4.368 7,标准目标图像和初始热红外图像的平均互信息为3.981 8,二者仅相差0.486 9。同时,两种冠层热红外图像的平均温度差值为0.25 ℃,高效消除了原始热红外图像的背景噪声。结果表明本研究方法的有效性和实用性,能够为应用热红外图像反映农作物生理生态信息特征指标参数提供技术借鉴。