利用红外温升多特征矢量提升 电子装备热像异常检测性能

孙卓(哈尔滨海关技术中心大庆-漠河实验室，黑龙江 大庆 163311)

0 引言

在具体的发展中，利用红外温升多特征矢量提升电子装备热像异常检测性能的方法，其是在红外以及光学异源配准的前提下，精准的对电子装备的各个元件的位置进行精准的确定，然后对红外观测图像进行精准的应用，保证可以获得更加准确的温升均值曲线。同时，对这些曲线进行全帧程分段，分段结束以后，对温升统计矢量进行准确的读取，从而构建相对健全以及完善的温升多特征矢量。最后，依照矢量，结合分段表及异常量化来实现电子装备热像异常的状况和目的地感知。

1 试验系统

1.1 试验结构

通过对系统结构图[1]的进一步研究和分析，在整个系统中，其具体是由电气控制单元以及机械结构单元等共同组成。其中，针对机械结构单元而言，主要涵盖了恒温控制箱体以及红外传感器固定支架等。红外传感器固定支架除可以进行有效的支撑，科学的对传感器进行锁定外，还可以结合具体情况，有针对性的对支架的高度进行调节。因此，这一设备可以应用在不同尺寸的电路板中，具有较强的观测能力，并且还具备完整性及可靠性的特点[1]。而实际上电气控制单元包含两部分：DSP恒温控制电路和DSP 恒温控制制作软件。在对这一部分进行具体的应用过程中，其可达到对环境温度等进行恒温控制的效果和目的，能够驱动恒温控制组件。同时，这一单元也可以对恒温控制箱体的内部温度进行合理把控，让其在10±1℃范围内，保证可以最大程度的降低环境温度的波动情况，有效的减少其对红外观测温度数据的影响和干扰。

1.2 工作原理

针对红外图像来说[2]，其在视觉层面具有较强的不清晰性，且分辨率也比较低，所以在一定程度上为元器件的辨识造成了非常大的困难，影响了辨识的精准性及效率。因此，在这种情况下，本文对光学以及红外图像进行了配准，从基础上对电路板的辐射及背景信息进行有效的获取，保证后续维修人员对故障元器件进行更好地辨识，从而提升维修的效果。本次研究的系统中对机械结构单元进行了应用，在一定程度上对被测装备的位置进行固定，以便每一次的检测都可以处于同一位置。此外，依照光学和红外图像位置之间的映射关系，可在光学图像中预先标注功能，对元器件的位置准确标注，确保电路板的热图像信息与每一个元器件都保持较强的一致性。

在实际测试中，相关人员可以借助PC 端的人机交互界面，快速实现对保温箱体的温度设定，亦可对恒温的时间进行设定，还可对数据的实际采集时间进行设置。通常情况下，在系统的实际运行过程中，其运行的流程可以体现在4 个层面[2]。

第一，通过DSP 恒温控制单元，有效的对箱体内部的温度进行控制，让其可以处于10±1℃范围内。

第二，当恒温的温度已经达到规定及标准之后，需要结合实际情况，对箱体的内部温度进行保温。保温的具体时间，依照具体设定的恒温时间来进行科学的设置。

第三，使装备的电路板实现自动上电的效果，再对电路板上的每个元器件中心区域温度进行精确采集，了解及掌握其平均值。针对采集的时间，根据具体设定数据采集时间而定。

第四，对每个元器件其升温数据要进行多特点的提取，再将这些数据与标准特征库进行合理且科学的对比，保证在最短的时间内完成异常分析及异常元器件的定位[3]。当上述工作结束，需要进行表格以及曲线等制作，以多种形式来进行展示，最终利用人机交互界面，对结果进行展示，保证用户更加清晰且直观的了解设备的整体运行情[3]。

2 检测方法

2.1 检测过程标准化以及元器件温度特点

在本次的研究过程中，主要对恒温控制装置保持测试温环进行了应用，有效的将温度对电子装备红外数据采集的影响降到最低。在对电子装备上电时刻及元器件中心区域温度的采集，应用PC 机进行，科学的对其进行严格的控制，以便每一次的检测都可以实现标准化的效果。所以，可以利用红外传感器，对各项数据进行采集，并对这些数据进行科学的对比，最后准确的判断元件是否出现了故障问题。

2.2 温升多特征矢量的具体构建分析

在对温升多特征矢量进行实际的构建过程中，可以假设电路板上有M 个等待检测的元器件，而对于每一个元器件来说，其标准数据以及待测数据都可以分为多个N 段，结合实际情况，将每一个分段的最大值以及最小值、均值精准的提取出来，然后构建其温升多特征矢量。

通过其特征矢量分析利用标准温升统计矢量中涵盖的元素，对温升差异矢量中的每一个元素进行统一的处理，最后构建温升多特征矢量。

3 试验结果

本研究中，采用上海巨哥电子有限公司的MAG32 型红外传感器，分辨率为384×288(宽×高)，对多块功能正常的装备电路板进行多次的通电试验，且保证同一块装备电路板在相邻通电期间，能够处于完全冷却的状态。当测试结束之后，对获得的温度数据进行平均处理，根据实际情况，构建各个元器件标准温升信息数据库。

实验中，人为设置编号D12、D15 元器件故障，D12 芯片的电源引脚翘起，致使不能正常工作，导致D15 芯片电流输入过大。

在建立各个元器件的标准温升数据库后，给待测装备电路板通电。随即获得每块芯片的温升数据并对此进行全帧程分段。本文选取每秒钟所采集的温升数据作为一个子段，并把采集时间设为30s，故存在30 个子段。

D12 芯 片 温 升 数 据 测 得 值 为：4 ℃/5min、5 ℃/10min、6℃/15min、5℃/20min、4℃/25min，其标准温升数据为：15℃/5min、16.5℃/10min、17.3℃/15min、17.8℃/20min、18℃/25min。由此可见，因没有正常工作，D12 芯片的温升数据远远低于标准温升数据，而D15 芯片的升温数据测得值：25℃/5min、28℃/10min、26 ℃/15min、27 ℃/20min、28 ℃/25min，其 标 准 温 升 数 据 为：20℃/5min、22.5℃/10min、23℃/15min、23.8℃/20min、24℃/25min，由于D15 芯片输入电流过大，致使其温升数据高于标准温升数据。

4 结语

现阶段，对于传统电子装备热像异常检测性能的方法来说，其具有很多优势的同时，也存在了很多的不足及问题，基于此背景下，相关人员也加大了研究力度，提出了利用红外温升多特征矢量提升电子装备热像异常检测性能的方法，其所构建的温升多特征矢量，具有较强的精细化，且稳定性也十分良好。同时，通过对分段表决等的应用，也可以进一步达到升温全程表征的目的和效果，最终获得的态势分辨与电路故障之间有着非常紧密的联系，对后续智能故障的推理具有很大的促进意义和作用。