CN109239002A - 一种尾气检测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种尾气检测装置，所述装置包括相互连接的红外探测器和信号处理组件；所述红外探测用于对器用于对尾气进行原始红外图像采集，以及在预设的各个波段上进行滤波的红外图像采集，并将采集的原始红外图像和滤波的红外图像传输给所述信号处理组件；所述信号处理组件用于将传输过来的原始红外图像和滤波的红外图像传输给尾气识别模块，以进行尾气的识别。本发明有效简化尾气检测技术的实现复杂度。
Description
技术领域
本发明涉及汽车技术领域，特别是涉及一种尾气检测装置。
背景技术
目前，常见的汽车尾气检测技术主要为主动检测方式，需要主动发出检测光源，并把尾气导到一个固定的密闭空间，因此现有尾气检测技术一般无法达到对汽车正常运行时尾气排放检测的要求，并且需要检测光源和密闭空间，因此实现复杂，成本较高。
发明内容
为了克服上述缺陷，本发明要解决的技术问题是提供一种尾气检测装置，用以至少简化现有尾气检测技术的实现复杂度。
为解决上述技术问题，本发明实施例中的一种尾气检测装置包括相互连接的红外探测器和信号处理组件；所述红外探测器用于对尾气进行原始红外图像采集，以及在预设的各个波段上进行滤波的红外图像采集，并将采集的原始红外图像和滤波的红外图像传输给所述信号处理组件；所述信号处理组件用于将传输过来的原始红外图像和滤波的红外图像传输给尾气识别模块，以进行尾气的识别。
本发明有益效果如下：
本发明实施例通过红外探测器采集的原始红外图像和滤波的红外图像，从而可以使显控分析系统根据原始红外图像和滤波的红外图像，对尾气进行定性和定量分析，进而不需要额外提供需要主动发出检测光源，也不需要把尾气导到一个固定的密闭空间即可进行尾气识别和定量检测，因此有效简化尾气检测技术的实现复杂度，并且能保证车辆的正常运行下实现对尾气的检测。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
图1是本发明实施例中一种尾气检测装置的结构示意图；
图2是本发明实施例中一种可选地尾气检测装置的结构示意图；
图3是本发明实施例中尾气检测装置的布设示意图；
图4是本发明实施例中尾气检测装置的工作原理示意图；
图5是本发明实施例中波段滤光切换装置的结构示意图；
图6是本发明实施例中波红外探测器及与制冷机连接结构的示意图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
在后续的描述中，使用用于表示元件的诸如“模块”、“部件”或“单元”的后缀仅为了有利于本发明的说明，其本身没有特定的意义。因此，“模块”、“部件”或“单元”可以混合地使用。
本发明实施例提供一种尾气检测装置，如图1所示，所述装置包括相互连接的红外探测器4和信号处理组件6；所述红外探测器4用于对尾气进行原始红外图像采集，以及在预设的各个波段上进行滤波的红外图像采集，并将采集的原始红外图像和滤波的红外图像传输给所述信号处理组件；所述信号处理组件6用于将传输过来的原始红外图像和滤波的红外图像传输给显控分析系统，以进行尾气的识别。其中，原始图像为未经过带红外滤光片滤波的图像。
当然本发明实施例中尾气检测装置还可以包括显控分析系统，其中显控分析系统可以是上位机或处理器，若是处理器，其中可以设置识别程序，若是上位机，则可以通过通信接口与信号处理组件连接。
本发明实施例通过红外探测器采集的原始红外图像和滤波的红外图像，从而可以使显控分析系统根据原始红外图像和滤波的红外图像，对尾气进行定性和定量分析，进而不需要额外提供需要主动发出检测光源，也不需要把尾气导到一个固定的密闭空间即可进行尾气识别和定量检测，因此有效简化尾气检测技术的实现复杂度，并且能保证车辆的正常运行下实现对尾气的检测。
在本发明实施例的一些实施方式中，所述装置还可以包括连接有多个可切换的窄带红外滤光片的光学成像镜头，所述光学成像镜头与所述红外探测器连接；其中，每个窄带红外滤光片可滤除的波段与一个预设的波段对应；所述红外探测器通过所述光学成像镜头和各个窄带红外滤光片在预设的各个波段上进行滤波的红外图像采集。也就是说，光学成像镜头、波段滤光切换装置、伺服控制组件构成光学系统，光学系统用于对汽车尾气的热辐射能力接收到红外探测器，并通过波段转换装置对相应波段的辐射能量进行抑制，从而通过可切换的窄带红外滤光片即可使红外探测器探测到不同波段的红外图像，从而进一步简化尾气检测技术的实现复杂度。
在本发明实施例的一些实施方式中，所述信号处理组件还用于对所述滤波的红外热成像与一个预设的波段建立关联；所述关联的波段用于确定尾气中的污染物；所述原始红外热成像和所述滤波的红外热成像之间的区别用于确定所述污染物的含量。也就是说，在一些方式中通过关联的波段，通过原始红外热成像和所述滤波的红外热成像之间区别，就可以确定出尾气中的污染物以及确定出污染物的含量，从而不需要对尾气进行采集等，进一步简化尾气检测技术的实现复杂度。所述显控分析系统用于根据滤波的红外热成像关联的波段识别尾气中的污染物，根据原始红外热成像和所述滤波的红外热成像之间灰度差值，确定污染物的含量。
在本发明实施例的一些实施方式中，所述装置还包括波段滤光切换装置和与所述波段滤光切换装置连接的伺服控制组件；所述多个可切换的窄带红外滤光片设置在所述波段滤光切换装置上；所述伺服控制组件用于驱动所述波段滤光切换装置进行所述窄带红外滤光片的切换。该实施方式中波段滤光切换装置可以使用带反馈装置的光电码盘，从而可以快速精确的切换窄带滤光片。
在本发明实施例的一些实施方式中，所述信号处理组件具体用于对传输过来的原始红外图像和滤波的红外图像进行中值滤波、自适应直方图、图像差分处理、边缘检测、二值化等预处理，将处理后的原始红外图像和滤波的红外图像传输给显控分析系统。基于处理后的原始红外图像和滤波的红外图像提高了各个图像的清晰度，并且处理后的原始红外图像和滤波的红外图像只包括污染物中心位置，从而降低图像的大小，从而可以有效提高尾气识别的效率和精度。
在本发明实施例的一些实施方式中，所述装置还包括用于对所述红外探测器进行制冷的斯特林制冷器。该方式有效保证了装置的使用寿命，减小了装置体积。
在本发明实施例的一些实施方式中，所述装置还包括用于标定环境参数数据的环境传感器；所述信号处理组件还用于环境传感器标定的环境参数数据传输给所述显控分析系统，以使所述显控分析系统确定环境温湿度对尾气识别的影响。该方式进一步有效提高了尾气识别的精度。
在本发明实施例的一些实施方式中，所述光学成像镜头还设置有偏振光片。该方式进一步有效提高了尾气识别的精度。
在本发明实施例的一些实施方式中，所述装置还包括光学成像镜头，所述光学成像镜头与所述红外探测器连接；所述光学镜头设置有用于滤波的分光棱镜或者基于微纳光学结构的滤光成像。也就是说，所述光学成像装置将波段滤光切换装置更改为分光滤波棱镜，增加多个中波红外探测器接收尾气热辐射信号，从而所述光学成像系统通过波段滤光切换装置，不需要额为的主动光源即对不同波段的汽车尾气进行红外热辐射成像，不需要主动光源的波段被动采集方式还可以采用分光棱镜进行波段滤光或者基于微纳光学结构的滤光成像。该方式使图像在同一时刻成像，能使进一步有效提高了尾气识别的精度。
在本发明实施例的一些实施方式中，所述红外探测器将中波红外探测器替换为超低噪声数字化红外探测器。
在本发明实施例的一些实施方式中，所述中波红外探测器的工作波段在3-5μm，像元间距30μm，分辨率为320×256，在一些实施方式中探测器分辨可为640×512或者更高的分辨率。
在此需要说明的是，在具体实现过程中，在一个具体的尾气检测装置中可以包括上述的所有实施方式，也可以包括部分实施方式，基于上述各个实施方式，以下通过中波红外探测器为例，简述本发明实施例中尾气检测装置的原理。
如图2所示，本实例中一种尾气检测装置主要包括光学成像镜头1、波段滤光切换装置2、伺服控制组件3、中波红外探测器4、斯特林制冷器5、具有通信接口的信号处理组件6、环境传感器和电源等。其中，光学成像镜头1与波段滤光切换装置2连接，伺服控制组件3与波段滤光切换装置2连接，中波红外探测器4与斯特林制冷器5固连，环境传感器、中波红外探测器4与信号处理组件6连接，信号处理组件与通信接口集成将图像和数据打包成以太网或者USB接口数据输出给显控分析系统。其中通信接口包括但不限于以太网接口、WIFI无线接口、CameralLink、光纤等中远距离传输接口。
如图3和图5所示，检测原理如下：波段滤光切换装置在伺服控制组件的控制下对多个窄带红外滤光片7进行切换，其中，窄带红外滤光片7可以是窄带红外滤光片光谱轮，通过不同的窄带红外滤光片对不同尾气透过率的不同，可以定性定量的被中波红外探测器接收到；伺服控制组件同时还起到光学镜头调焦的作用；中波红外探测器对接收到气体红外热辐射进行光电转换，为了达到更低的噪声、更高的分辨率和精度这里采用制冷性红外探测器；斯特林制冷器通过冷屏和冷指等部件对中波红外探测器进行制冷；冷屏和冷指构成波红外探测器及与制冷机连接结构8；信号处理组件及通信接口对红外探测器进行信号预处理，相关算法有盲元剔除、非均匀性矫正、中值滤波、图像差分、图像二值化等操作，最后通过通信接口对图像进行输出；环境传感器对中波红外探测器的环境进行检测和特定温度标定，电源模块提供装置必要的能量。
本实例中尾气检测装置通过对汽车尾气中的尾气红外辐射图像进行采集，主要是对不同波段下的汽车尾气(尾气中的污染物包括但不限于CO、THC、CO2、NOx、HC和PM)进行检测，因为不同气体的红外波段吸收光谱不同，从而可以选取合适参数的红外探测器对不同波段下的图像进行采集就能区分出尾气中的污染物。考虑到尾气检测需要对不同气体成分含量进行解析，在保证车辆的正常运行下，从朗伯贝尔公式出发，可以根据对车辆排出的尾气进行多幅不同波段图像的采集并输出给显控分析组件进行数据分析。为此，如图4所示，可以把本实例中装置安装在道路上现有的支架(如交通指挥灯支架)上，在距离地面3-5米的位置对汽车尾气进行图像和数据采集。
工作时，可以对汽车尾气在不同波段内的红外辐射图像进行采集，通过伺服控制组件进行光学波段滤光切换。本实例的工作流程可以包括：
步骤1，当关注汽车尾气污染物含量和成份时，伺服控制组件控制波段滤光切换装置切换到相应的光谱轮中，例如选取CO的峰值波长为4.65um，CO2峰值波长为4.25um的窄带滤光片，中波红外探测器可以接收到滤除相应波段的红外热成像；
步骤2，在光学成像镜头的配合下，中波红外探测器采集到原始红外图像和滤除掉特定波段的红外图像；
步骤3，信号处理组件对步骤2中采集到的多幅不同波段下的红外图像进行中值滤波和图像差分等预处理，同时，红外图像、标定传感器采集数据、预处理后的数据通过通信接口输出供后端上位机进行尾气识别和定量检测。当需要对识别气体进行更精确的识别和定量时，可以采取滤光片的基础上增加偏振光片，更换中波红外探测器为超低噪声数字化红外探测器。
根据使用环境，本实例中采用工作波段在3-5μm、像元间距30μm、分辨率为320×256的中波红外探测器，并采用K508斯特林制冷机对探测器进行制冷。因为不同温湿度、气压、地区的大气吸收曲线不同，本实例采用了相应传感器对环境进行采集方便显控分析系统进行数据标定。信号处理组件对采集到的图像数据，环境数据进行预处理并通过统一通信接口进行传输。
本实例中的检测装置具备在不影响车辆运行的环境条件下使用；通过滤光片的切换，不需要额为的主动光源即对不同波段的汽车尾气进行红外热辐射成像，任何其他不需要主动光源的波段被动采集方式，包括但不限于滤光片切换，分光镜，微纳光学的成像方式在汽车尾气检测领域的使用。可以实现的尾气检测包括但不限于对气压、湿度、温度等环境参数进行采集和分析标定。其采用斯特林制冷器对红外探测器进行制冷，其中，斯特林制冷器还可以替换成以下之一：固体制冷器、液体制冷器、辐射制冷器、闭式循环制冷器、固态制冷器。本实例中尾气检测装置在维修更换时，可以手动插拔数据接口和电源线即可，无需特殊工具。本实例的尾气检测装置至少可以实现对CO、THC、NO1、NO2和PM等汽车排放污染物的检测。
需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。
上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。
Claims (10)
1.一种尾气检测装置，其特征在于，所述装置包括相互连接的红外探测器和信号处理组件；所述红外探测器用于对尾气进行原始红外图像采集，以及在预设的各个波段上进行滤波的红外图像采集，并将采集的原始红外图像和滤波的红外图像传输给所述信号处理组件；所述信号处理组件用于将传输过来的原始红外图像和滤波的红外图像传输给尾气识别模块，以进行尾气的识别。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括连接有多个可切换的窄带红外滤光片的光学成像镜头，所述光学成像镜头与所述红外探测器连接；其中，每个窄带红外滤光片可滤除的波段与一个预设的波段对应；所述红外探测器通过所述光学成像镜头和各个窄带红外滤光片在预设的各个波段上进行滤波的红外图像采集。
3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述信号处理组件还用于对所述滤波的红外热成像与一个预设的波段建立关联；所述关联的波段用于确定尾气中的污染物；所述原始红外热成像和所述滤波的红外热成像之间的区别用于确定所述污染物的含量。
4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括波段滤光切换装置和与所述波段滤光切换装置连接的伺服控制组件；所述多个可切换的窄带红外滤光片设置在所述波段滤光切换装置上；所述伺服控制组件用于驱动所述波段滤光切换装置进行所述窄带红外滤光片的切换。
5.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述信号处理组件具体用于对传输过来的原始红外图像和滤波的红外图像进行处理，将处理后的原始红外图像和滤波的红外图像传输给尾气识别模块；所述处理包括以下一种或多种：盲元剔除、非均匀性矫正、中值滤波、自适应直方图、图像差分处理、边缘检测、二值化。
6.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括用于对所述红外探测器进行制冷的制冷器。
7.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括用于标定环境参数数据的环境传感器；所述信号处理组件还用于环境传感器标定的环境参数数据传输给所述尾气识别模块，以使所述尾气识别模块确定环境温湿度对尾气识别的影响。
8.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还设置有偏振光片。
9.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括光学成像镜头，所述光学成像镜头与所述红外探测器连接；所述光学镜头设置有用于滤波的分光棱镜或者基于微纳光学结构的滤光成像。
10.如权利要求1-9中任意一项所述的装置，其特征在于，所述红外探测器包括中波红外探测器和超低噪声数字化红外探测器；所述中波红外探测器的工作波段在3-5μm，像元间距30μm，最小分辨率为320×256。
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