(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210732309.4 (22)申请日 2022.06.27 (71)申请人 兰州大学 地址 730000 甘肃省兰州市城关区天水南 路222号 申请人 西安元智系统技 术有限责任公司 (72)发明人 刘小伟　杨天祥　张旭栋　伏晓刚　 张景科　原鹏博　和法国　邓宏　 张小波　全定可　刘永波　李张翼　 (74)专利代理 机构 兰州智和专利代理事务所 (普通合伙) 62201 专利代理师 赵立权 (51)Int.Cl. G01B 11/02(2006.01) G01J 5/48(2006.01)G06T 7/73(2017.01) (54)发明名称 一种基于红外热成像与数字图像的石质文 物裂隙监测方法 (57)摘要 本发明公开了一种基于红外热成像与数字 图像的石质文物裂隙监测方法， 包括1） 粘贴特征 点图标； 2） 仪器架设； 3） 照片获取； 4） 图像处理； 5） 裂隙宽度获取； 6） 数据处理几个步骤。 将红外 热成像技术和数字图像结合， 实现了无损、 快速、 准确、 长期监测， 实现石质文物裂隙的定量识别； 通过获取得到的裂隙变形和岩体表面温度数据 建立方程， 研究石质文物裂隙与 岩体表面温度之 间的关系， 预测裂缝发展演化规律， 为石质文物 保护和修复提供理论依据。 权利要求书2页 说明书5页 附图3页 CN 114964006 A 2022.08.30 CN 114964006 A 1.一种基于红外热成像与数字图像的石质文物裂隙监测方法， 其特征在于， 包括以下 步骤： 1） 粘贴特征点图标： 选定需要监测的裂隙区域， 保持裂隙区域表面干燥， 在文物裂隙的 两侧粘贴特 征点图标， 便 于拍摄时标定裂隙区域； 2） 仪器架设： 固定红外热成像设备位置、 固定焦距、 确定图像尺寸、 架设照明设备、 确定 水平位置， 实现裂隙区域的定标操作， 确保裂隙区域和特征点图标均位于红外热成像设备 的视场范围内； 红外热成像设备 下方安装有温度计； 3） 照片获取： 确定图像开始采集的时间、 采集时间间隔和采集结束时间， 开启红外热成 像设备获取裂隙区域的红外热图片和光学图片， 并将获取的图片传送至服务器； 同时， 与红 外热成像设备采集图片时间和频率相同， 采集记录温度计检测的温度数据并上传到服务 器； 4） 图像处理： 将步骤3） 获取的热红外图片传入PC端， 使用FLIR  Tools软件调取热红外 图片， 获取温度参数： 640*480， 导出为Excel数据文件1， Excel数据文件1中不同行不同列的 数据为对应像素点的温度数据， 每个图片对应得到一个Excel数据文件1； 处理后得到检测 区域的温度等值线图； 识别光学图片裂隙所在区域的特征点图标， 确定特征点所在图像坐 标值， 通过比例换算得到特 征点间的实际尺寸； 5） 裂隙宽度获取： 读取步骤4） 红外热成像数据记录的岩体裂缝区域表面温度； 使用 FLIR Tools软件调取热红外图片， 选定裂隙所在区域， 获取温度参数： 640*480， 导出为 Excel数据文件2， Excel数据文件2中不同行不同列的数据为对应像素点的温度数据； 将选 定裂隙区域的热 红外图片在Mat lab软件中读取裂缝宽度， 将所获得的裂缝宽度和获取热 红 外图片的时间导入到Excel数据文件2； 再将获取的温度依据时间导入到裂缝宽度的Excel 数据文件2中， 得到一列为时间， 一列为温度， 一列为裂缝宽度的数据； 6） 数据处 理： ①根据步骤4） 获得的裂缝宽度和裂缝表面的温度 数据对文物裂隙变形进行对比、 评估 和实时监测； 将不同时间段获取 的热红外图片和光学照片分别进行叠加， 观测裂缝宽度的 变化； ②根据步骤5） 获得的岩体表面温度与裂隙宽度， 研究裂隙对于温度的响应， 建立温度 与裂隙变形之间的方程： 通过步骤4） 和5） 得到整个监测期内的温度 T和相对应裂隙宽度 b的 变形数据， 将获得的温度和变形数据进 行整理， 将数据按温度从低到高进 行排列； 将重复的 数据进行剔除， 绘制温度与变形的散点图； 根据散点图进行数据拟合得到经验公式， 研究石 质文物裂隙与岩体表面温度之间的关系： 式中： b为裂隙宽度； T为温度值； A、 B、 C均为拟合常数。 2.根据权利要求1所述的基于红外热成像与数字图像的石质文物裂隙监测方法， 其特 征在于， 所述 步骤4） 中温度等 值线图的步骤如下： 使用Matlab打开自编温度等值线作图程序， 调用温度数据， 重新制作监测的裂 隙区域权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114964006 A 2温度等值线图， 具体步骤如下： 将所述Excel数据文件保存至指定文件夹， 并记录Excel数据文件的个数， 将命令程序 调运到Matlab计算软件， 对数据参数进行后处 理； a.根据Excel数据文件的个数， 设定调用数目 （for  i=1:x ； x为文件个数） ； b.根据红外热成像设备提取像素信息矩阵大小， 设置温度数据区域； c.根据Excel数据文件所在文件夹位置， 使用srcname语句调用Excel数据文件， 设置导 入温度数据路径 （srcname=st rcat(文件路径);） ； d.根据数据文件路径与名称， 命名输出图片名称 （dstname=strcat('E:\1\',f,' ‑ 1.tif');） ； e.根据打开数据文件， 使用srcn ame语句， 根据数据在Excel文件位置， 设置调用温度参 数 （z=xlsread(srcname, '1','B11:XQ490');） ； f.使用meshgrid语句， 创造网格空间， 制作温度二维散点图([X,Y]=meshgrid(x,y);)； g.使用griddata语句， 进行温度参数插值 （[X,Y,Z]=griddata(x,y,z,linspace(1, 640,640)' ,linspace(1,480,480), 'nearest');） ； h.使用contourf语句， 绘制等值线图， 根据所需等值线密度， 设定温度等差值参数 （contourf(X,Y,Z,n);  %等值线图， 其中n 为温度等差值 参数） ； i.绘制填充颜色的二维温度等 值线图 （co lormap('jet');） ； j.设置colorbar显示的颜色 （c =colorbar;） ； k.根据温度数据， 选取温度最大值和最小值， 设定对应的温度上下限 （set(gca,' Clim',[TminTmax]);） ； l.设置图像的位置： 起始坐标、 图宽度、 高度 （set(gcf,'Position',[0,0,1200, 900]);） ； m.创建显示图形输出的窗口 （M =figure;） ； n.使用shading  interp语句， 对Matlab绘制图形对象的颜色着色进行色彩的插值处 理， 使色彩平 滑过渡(shadi ng interp;)； o.使用saveas语句， 保存图片 （%saveas(M,dstname);  saveas(c,dstname);%print (gcf,'‑dtiff',dstname); %saveas(gcf,dstname);  ） 。 3.根据权利要求1所述的基于红外热成像与数字图像的石质文物裂隙监测方法， 其特 征在于， 所述特 征点图标为 二维码图标。 4.根据权利要求1所述的基于红外热成像与数字图像的石质文物裂隙监测方法， 其特 征在于， 所述红外热成像设备为FL IR T660红外热成像仪 。 5.根据权利要求1所述的基于红外热成像与数字图像的石质文物裂隙监测方法， 其特 征在于， 所述红外热成像设备和温度计分别与服 务器有线信号连接、 或无线信号连接 。 6.根据权利要求1所述的基于红外热成像与数字图像的石质文物裂隙监测方法， 其特 征在于， 所述步骤3） 中红外热成像设备拍摄时， 先拍摄红外热图片， 再拍摄光学图片； 如此 往复进行拍摄。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114964006 A 3