本發(fā)明屬于電子設備故障檢測技術領域，尤其涉及基于相似性度量因數(shù)的紅外溫升元件異常檢測方法，可應用于軍民融合故障檢測，民用軌道交通故障檢測、軍用電子設備檢修等。

背景技術：

隨著現(xiàn)代集成電路科技水平的進步，印制電路板上采用smt應用技術的普及率已超過75％，并進一步向以高密度組裝為代表的技術領域發(fā)展。電子設備向著小型化、智能化、高頻率、高可靠性方向的快速發(fā)展，電路模塊的密度高、可靠性要求高等特點，以及組裝難度大、產(chǎn)品合格率低、返修率高等一系列問題表現(xiàn)得更加突出。傳統(tǒng)接觸式電參數(shù)故障檢測方法已難以滿足日益復雜的電子設備檢修需要。

利用紅外檢測手段進行故障檢測具有快速、高效、非接觸、無損傷等優(yōu)點，因此在電子設備故障檢測中備受關注。但紅外檢測手段易受外界物體熱輻射污染的干擾；且電路板升溫快，無法用靜態(tài)圖像對故障進行判定。

技術實現(xiàn)要素：

針對上述現(xiàn)有技術的缺點，本發(fā)明的目的在于提供一種基于相似性度量因數(shù)的紅外溫升元件異常檢測方法，能夠提高電子設備電路板上元件故障檢測的實時性。

為達到上述目的，本發(fā)明采用如下技術方案予以實現(xiàn)。

一種基于相似性度量因數(shù)的紅外溫升元件異常檢測方法，所述方法包括如下步驟：

步驟1，獲取標準電子設備電路板的標準光學圖像和n組標準紅外視頻流，且獲取待測電子設備電路板的一組待測紅外視頻流，每組標準紅外視頻流包含多幀標準紅外圖像，一組待測紅外視頻流包含多幀待測紅外圖像；所述標準電子設備電路板與所述待測電子設備電路板為同一類型的電路板，所述標準電子設備電路板上的所有元件為標準元件，所述待測電子設備電路板上的所有元件為待檢測元件；

步驟2，將所述標準光學圖像進行標定，使其與每幀標準紅外圖像、待測紅外圖像相匹配，在所述標準光學圖像上確定每個標準元件的位置，其中，每個標準元件在標準光學圖像上的位置與其在標準紅外圖像上的位置一一對應，且每個標準元件在標準光學圖像上的位置與其在待測紅外圖像上的位置一一對應；

步驟3，確定待檢測元件，以及與所述待檢測元件對應的標準元件；根據(jù)每組標準紅外視頻流中的多幀標準紅外圖像，得到每組標準電子設備電路板上標準元件的標準溫升曲線，從而得到n組標準電子設備電路板上標準元件的標準溫升曲線；以及根據(jù)一組待測紅外視頻流中的多幀待測紅外圖像，得到一組待測電子設備電路板上待檢測元件的實際溫升曲線；

步驟4，對所述n組標準電子設備電路板上標準元件的標準溫升曲線依次進行起點校正、階躍校正，得到校正后的n組標準溫升曲線，對所述校正后的n組標準溫升曲線疊加后取平均，得到標準元件的標準參考溫升曲線；并對一組待測電子設備電路板上待檢測元件的實際溫升曲線依次進行起點校正、階躍校正，得到待檢測元件校正后的一組實際溫升曲線；

步驟5，分別計算校正后的n組標準溫升曲線與所述標準參考溫升曲線的相似性度量因數(shù)，得到n個相似性度量因數(shù)，并根據(jù)所述n個相似性度量因數(shù)確定熱像異常門限；再計算所述待檢測元件校正后的一組實際溫升曲線與所述標準參考溫升曲線的實際相似性度量因數(shù)，若所述實際相似性度量因數(shù)大于所述熱像異常門限，則所述待檢測元件正常，若所述相似性度量因數(shù)小于所述熱像異常門限，則所述待檢測元件異常。

本發(fā)明的有益效果為：1)本發(fā)明在有效判斷電子設備故障區(qū)域的同時提高了處理實時性；2)為了抑制電子設備上電后各個元器件發(fā)熱造成的紅外熱輻射污染和采集數(shù)據(jù)的系統(tǒng)誤差，本發(fā)明直接采用高精度溫度數(shù)據(jù)進行處理并用起點校正和階躍校正來消除系統(tǒng)誤差，從而提高電子設備故障檢測的可靠性。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術中的技術方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明實施例提供的基于相似性度量因數(shù)的紅外溫升元件異常檢測方法的流程示意圖；

圖2為某元件溫升曲線的起點校正示意圖；

圖3為某元件起點校正后溫升曲線的階躍校正示意圖；

圖4為本發(fā)明實施例提供的根據(jù)相似性度量因數(shù)判定故障示意圖；

圖5實測數(shù)據(jù)實驗中典型元器件有效溫升數(shù)據(jù)示意圖。

具體實施方式

下面將結合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

本發(fā)明實施例提供一種基于相似性度量因數(shù)的紅外溫升元件異常檢測方法，如圖1所示，所述方法包括如下步驟：

步驟1，獲取標準電子設備電路板的標準光學圖像和n組標準紅外視頻流，且獲取待測電子設備電路板的一組待測紅外視頻流，每組標準紅外視頻流包含多幀標準紅外圖像，一組待測紅外視頻流包含多幀待測紅外圖像；所述標準電子設備電路板與所述待測電子設備電路板為同一類型的電路板，所述標準電子設備電路板上的所有元件為標準元件，所述待測電子設備電路板上的所有元件為待檢測元件。

步驟2，將所述標準光學圖像進行標定，使其與每幀標準紅外圖像、待測紅外圖像相匹配，在所述標準光學圖像上確定每個標準元件的位置，其中，每個標準元件在標準光學圖像上的位置與其在標準紅外圖像上的位置一一對應，且每個標準元件在標準光學圖像上的位置與其在待測紅外圖像上的位置一一對應。

具體的，將所述標準光學圖像進行標定，使其與每幀標準紅外圖像、待測紅外圖像相匹配中，圖像匹配是指圖像的相同位置表示對同一對象的成像結果。

步驟3，確定待檢測元件，以及與所述待檢測元件對應的標準元件；根據(jù)每組標準紅外視頻流中的多幀標準紅外圖像，得到每組標準電子設備電路板上標準元件的標準溫升曲線，從而得到n組標準電子設備電路板上標準元件的標準溫升曲線；以及根據(jù)一組待測紅外視頻流中的多幀待測紅外圖像，得到一組待測電子設備電路板上待檢測元件的實際溫升曲線。

步驟4，對所述n組標準電子設備電路板上標準元件的標準溫升曲線依次進行起點校正、階躍校正，得到校正后的n組標準溫升曲線，對所述校正后的n組標準溫升曲線疊加后取平均，得到標準元件的標準參考溫升曲線；并對一組待測電子設備電路板上待檢測元件的實際溫升曲線依次進行起點校正、階躍校正，得到待檢測元件校正后的一組實際溫升曲線。

步驟4中，對每組標準溫升曲線進行起點校正，或者對實際溫升曲線進行起點校正，具體包括：

設定第1組標準電子設備電路板上標準元件的標準溫升曲線為參考曲線，對第2組至第n組標準溫升曲線、實際溫升曲線采用下式進行起點校正：

△n(i)＝tn(i,0)-t1(i,0)，n＝2,3,...,n+1

其中，tn(i,j)表示第n組電子設備電路板上第i個元件在第j幀的溫度值，△n(i)為第n組電子設備電路板上第i個元件的溫升曲線與參考曲線的起點誤差，表示第n組電子設備電路板上第i個元件的溫升曲線進行起點校正后的結果，其中，i＝1,2,...,i，i表示標準電子設備電路板或者待測電子設備電路板上元件的總個數(shù)；j＝1,2,...,j，j表示每組標準紅外視頻流或者待測紅外視頻流中紅外圖像的總幀數(shù)；n＝1,2,...,n+1，n+1表示n組標準電子設備電路板上標準元件的標準溫升曲線和一組待測電子設備電路板上待檢測元件的實際溫升曲線。

步驟4中，對起點校正后的每組標準溫升曲線進行階躍校正，或者對起點校正后的實際溫升曲線進行階躍校正，具體包括：

獲取每組溫升曲線的階躍點所在幀數(shù)jjump，溫升曲線的階躍點具有的特性為：在階躍點處溫度值減小，且從階躍點開始往后的所有溫度值整體下降；

采用下式對每組溫升曲線進行階躍校正：

其中，εn表示第n組溫升曲線的階躍誤差，即第n組電子設備電路板上第i個元件的溫升曲線進行起點校正后在階躍點所在幀數(shù)jjump處的溫度值與第n組電子設備電路板上第i個元件的溫升曲線進行起點校正后在階躍點前一幀jjump-1處的溫度值的差值；

表示階躍校正后的溫升曲線，階躍校正后的溫升曲線為在階躍點所在幀數(shù)jjump前的溫度值保持不變，將階躍點所在幀數(shù)jjump的溫度值及其后續(xù)所有幀數(shù)的溫度值加上階躍誤差。

步驟5，分別計算校正后的n組標準溫升曲線與所述標準參考溫升曲線的相似性度量因數(shù)，得到n個相似性度量因數(shù)，并根據(jù)所述n個相似性度量因數(shù)確定熱像異常門限；再計算所述待檢測元件校正后的一組實際溫升曲線與所述標準參考溫升曲線的實際相似性度量因數(shù)，若所述實際相似性度量因數(shù)大于所述熱像異常門限，則所述待檢測元件正常，若所述相似性度量因數(shù)小于所述熱像異常門限，則所述待檢測元件異常。

步驟5具體包括：

獲取所述校正后的n組標準溫升曲線與所述標準參考溫升曲線的相似性度量因數(shù)，得到n個相似性度量因數(shù)fn；

計算所述n個相似性度量因數(shù)fn的均值μ和方差δ：

并根據(jù)所述n個相似性度量因數(shù)的均值μ和方差δ確定熱像異常門限th＝μ-3δ。

步驟5中，相似性度量因數(shù)的計算公式為：

其中，tn表示校正后的n組標準溫升曲線或者待檢測元件校正后的一組實際溫升曲線，tstd表示標準參考溫升曲線。

需要說明的是，將相似性度量函數(shù)作為評估待測電子設備元器件是否存在故障的指標。相似性度量函數(shù)的大小表示了待測數(shù)據(jù)與標準數(shù)據(jù)的相似性匹配程度，匹配程度越大，表明兩組數(shù)據(jù)相似度越大，即電子設備的元器件存在故障的可能性越小。

相似性度量因數(shù)的計算公式，為待測數(shù)據(jù)矢量與標準數(shù)據(jù)矢量的方差，反映出待測數(shù)據(jù)較標準數(shù)據(jù)的波動程度，波動程度的大小表征了待測數(shù)據(jù)與標準數(shù)據(jù)之間的絕對差值，；將方差值加1，保證其值大于1，進而確保后續(xù)對數(shù)計算的真數(shù)大于0，

保證整個數(shù)學公式的有效性；將上述的方差計算結果進行平方處理，旨在增強待測數(shù)據(jù)和標準數(shù)據(jù)絕對差值的影響程度，以防忽視微弱差距引起的誤判；

將這個公式取對數(shù)，壓縮了變量尺度，削弱了數(shù)據(jù)的共線性。同時此操作也保證了以下數(shù)據(jù)變化規(guī)律：

當待測數(shù)據(jù)和標準數(shù)據(jù)方差為0時，所求得的相似性度量因數(shù)為100，代表了兩組數(shù)據(jù)相似性匹配度為100％即兩組數(shù)據(jù)完全相同；

所求得的相似性度量因數(shù)的大小隨著相似性匹配度的降低而減小即兩組數(shù)據(jù)相差越大，相似性度量因數(shù)越小。

用上述方法得到相似性度量因數(shù)f之后，需要找到一個合理的門限來判定元件故障：大于門限值，則認為分析的這兩組數(shù)據(jù)相似性匹配程度高，則待測板中的該元器件沒有故障；小于門限值，則認為分析的這兩組數(shù)據(jù)相似性匹配程度低，則待測板中的該元器件存在故障。

本發(fā)明的效果通過以下實測數(shù)據(jù)實驗進一步說明：

參照圖2，為實測數(shù)據(jù)實驗中紅外溫升數(shù)據(jù)預處理起點校正示意圖；

參照圖3(a)，采集數(shù)據(jù)的紅外相機會進行自動校準，故而采集的數(shù)據(jù)會出現(xiàn)階躍，增加了誤判率。為避免采集數(shù)據(jù)的階躍對電子設備故障判斷的影響且保證采集數(shù)據(jù)的連續(xù)性，發(fā)明將起點校正后的數(shù)據(jù)再進行階躍校正。圖3(b)為實測實驗數(shù)據(jù)起點校正后進行階躍校正的示意圖；

參照圖4，為實測數(shù)據(jù)實驗中根據(jù)相似性度量因數(shù)判定故障示意圖。數(shù)據(jù)來源是采用上海巨哥電子有限公司生產(chǎn)mag32型號的紅外傳感器采集的，分辨率為384×288(寬×高)，測溫范圍為-10℃～+50℃，測溫數(shù)據(jù)精度為±2℃(或2％)，采集幀率為25幀/s。在實測過程中，箱體內(nèi)部溫度設置為10℃，保溫時間設置為10min，采集時間設置為10min。本發(fā)明選取采集10min的前14000幀的溫升數(shù)據(jù)作為評定元器件故障的有效數(shù)據(jù)段。(待測電路板采用人工設置故障，來檢測算法的魯棒性和實時性。其中d1和d14為正常元器件，d4和d12為設置故障的元器件)。

參照表1，d1、d4、d12、d14元器件的待測溫升數(shù)據(jù)和標準溫升數(shù)據(jù)的對比圖，可以看出，d1(圖5(c)d1元器件待測和標準有效溫升數(shù)據(jù)曲線)和d14(圖5(d)d14元器件待測和標準有效溫升數(shù)據(jù)曲線)為正常元器件，待測和標準溫升數(shù)據(jù)相似度高。而d4(圖5(a)d4元器件待測和標準有效溫升數(shù)據(jù)曲線)、d12(圖5(b)d12元器件待測和標準有效溫升數(shù)據(jù)曲線)由于未正常工作，溫升數(shù)據(jù)與標準溫升數(shù)據(jù)曲線有較大差異。通過計算相似性度量參數(shù)因子(如表1結果所示)，根據(jù)設定門限值判定可以得到d4、d12是故障元器件，所得結果與設置故障結果一致。

本領域普通技術人員可以理解：實現(xiàn)上述方法實施例的全部或部分步驟可以通過程序指令相關的硬件來完成，前述的程序可以存儲于計算機可讀取存儲介質中，該程序在執(zhí)行時，執(zhí)行包括上述方法實施例的步驟；而前述的存儲介質包括：rom、ram、磁碟或者光盤等各種可以存儲程序代碼的介質。

以上所述，僅為本發(fā)明的具體實施方式，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發(fā)明揭露的技術范圍內(nèi)，可輕易想到變化或替換，都應涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護范圍應以所述權利要求的保護范圍為準。