CN111272687B - 一种基于红外多光谱成像的危险气体实时检测装置 - Google Patents
一种基于红外多光谱成像的危险气体实时检测装置 Download PDFInfo
- Publication number
- CN111272687B CN111272687B CN202010229634.XA CN202010229634A CN111272687B CN 111272687 B CN111272687 B CN 111272687B CN 202010229634 A CN202010229634 A CN 202010229634A CN 111272687 B CN111272687 B CN 111272687B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- band
- image
- infrared
- focal plane
- module
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 238000000701 chemical imaging Methods 0.000 title claims abstract description 33
- 238000011897 real-time detection Methods 0.000 title claims abstract description 12
- 231100001261 hazardous Toxicity 0.000 title description 17
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 76
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims abstract description 46
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims abstract description 32
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims description 50
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 claims description 31
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 29
- 238000004891 communication Methods 0.000 claims description 15
- 238000013500 data storage Methods 0.000 claims description 15
- 238000005070 sampling Methods 0.000 claims description 6
- 230000004927 fusion Effects 0.000 claims description 5
- 238000003672 processing method Methods 0.000 claims description 4
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims description 3
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 64
- 238000004611 spectroscopical analysis Methods 0.000 description 9
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 9
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 6
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 4
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 description 4
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 3
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 2
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 2
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 2
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 2
- 239000004593 Epoxy Substances 0.000 description 1
- VGGSQFUCUMXWEO-UHFFFAOYSA-N Ethene Chemical compound C=C VGGSQFUCUMXWEO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000005977 Ethylene Substances 0.000 description 1
- 238000004566 IR spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 238000000862 absorption spectrum Methods 0.000 description 1
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 1
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000003912 environmental pollution Methods 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 239000003949 liquefied natural gas Substances 0.000 description 1
- 239000004973 liquid crystal related substance Substances 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 1
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 1
- 229920000728 polyester Polymers 0.000 description 1
- 229920002635 polyurethane Polymers 0.000 description 1
- 239000004814 polyurethane Substances 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 238000009877 rendering Methods 0.000 description 1
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 1
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
- 238000012800 visualization Methods 0.000 description 1
- 238000007794 visualization technique Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
- G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
- G01N21/31—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
- G01N21/35—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light
- G01N21/3504—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light for analysing gases, e.g. multi-gas analysis
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/01—Arrangements or apparatus for facilitating the optical investigation
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
- G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
- G01N21/255—Details, e.g. use of specially adapted sources, lighting or optical systems
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
- G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
- G01N21/31—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/01—Arrangements or apparatus for facilitating the optical investigation
- G01N2021/0106—General arrangement of respective parts
- G01N2021/0112—Apparatus in one mechanical, optical or electronic block
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
- G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
- G01N21/31—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
- G01N2021/3129—Determining multicomponents by multiwavelength light
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
Abstract
Description
技术领域
本发明涉及红外多光谱气体检测技术领域,特别是涉及一种基于红外多光谱成像的危险气体实时检测装置。
背景技术
在很多的工业现场,需要用到或产生危险气体(诸如甲烷、液化天然气、乙烯等对生物体和生态环境有害的工业气体及其液化体),而危险气体的泄漏不仅关系到环境污染,而且直接关系到人民安全和社会稳定,所以一套能够快速检测、定位、成像和定量危险气体种类和危险气体浓度的可视化帧检装备显得十分重要。
红外吸收光谱技术是检测危险气体的关键技术之一,该技术利用气体分子对红外光的吸收作用实施探测,具有灵敏度高、精度高、调校周期长、寿命长选择性好等优点。常用的红外吸收光谱技术是多光谱成像、高光谱成像和超光谱成像。目前,多光谱成像或高光谱成像大体来讲有两种方法,一种为分光法,一种为滤光片法。其中,分光法,从实现技术上又分为光栅分光、棱镜分光、干涉分光等;而滤光片从技术上有镀膜滤光片、声光可调滤光片、液晶可调滤光片等。两种技术方法的差别在于:滤光片法通常是扫光谱维,在不同的时间点得到不同中心波长的单光谱图像,其生成的图像在时间上是断续的;分光法通常是扫空间维,一次性同时得到待测环境的多张单光谱图像以生成目标视频,主要有二维光栅分光成像技术和多CCD成像(CCD前加不同波长滤光片,然后做成同轴光路)。总的来说,影像加光谱是三维信息,而CCD是个二维器件,用一个二维器件采集三维信息,要么如同分光法一样牺牲分辨率,要么如同滤光片法一样做扫描牺牲时间。
如图1所示,为现有技术中基于滤光片法的危险气体检测装置的结构示意图。其中,即使滤片轮的旋转速度再快,设备也无法同时获得八张照片,使设备的实时性降低,同时对于气体快速变换的场景,将会出现采集到的图像数据本身与实际气体分布不符的问题。该种装置存在明显的缺陷和不足:(1)利用机械装置切换滤光片,使得装置无法同时获得某场景各红外子波段的单光谱图像,使得利用多光谱成像检测气体的精确度降低,尤其是在极端条件下,气体的分布快速变化,将使得装置采集到的红外场景辐射数据失去意义,使得输出的视频缺乏实时性和准确性;(2)利用滤光片进行波段截取,需要用到宽波制的红外传感器,相较于特定波段的红外传感器,其精度上存在不足。
如图2所示,为现有技术中基于分光法的危险气体检测装置的结构示意图。其中,常红外分束器主要有三种:(1)由两个三角形玻璃棱镜制成,使用聚酯、环氧树脂或聚氨酯类粘合剂在基体上胶合在一起。调整树脂层的厚度,使得通过一个“端口”(即,立方体的面)入射的光的(一定波长)的一半被反射,另一半由于全部内反射而被继续传输。(2)使用半镀银镜,在一片玻璃或塑料上,涂上透明且薄的金属涂层,现在通常为铝蒸气沉积铝。控制沉积物的厚度,使得以45度角入射并且不被涂层吸收的光的部分(通常为一半)被透射,其余部分被反射。(3)二向色镜像棱镜组件,其使用二向色光学涂层将入射光束分成多个光谱不同的输出光束。应用红外分束器的方法进行多光谱成像,虽然可以同时得到某一个场景不同红外子波段的单光谱图像,但此方法也有明显的缺点:(1)分光法利用红外分束器将全光谱图像分为多个单光谱图像,使得采集到的单光谱图像失真,相应的,最终输出的视频流精度将会大幅度降低;(2)利用分光法进行多光谱成像,需要快速处理多张单光谱图像进行成像,这对图像处理单元的处理能力有较高的要求。
可见,现有的危险气体检测装置采用二维器件采集三维信息,要么如同分光法一样牺牲分辨率,要么如同滤光片法一样扫描牺牲时间。迫切需要一种能够在控制成本合理的条件下,解决该两种方法之间的矛盾,以实时高精度检测危险气体的装置。
发明内容
针对现有技术存在的问题,本发明提供一种基于红外多光谱成像的危险气体实时检测装置,能够实时输出目标场景红外辐射的高精度的视频流,提高危险气体检测的精度和效率。
本发明的技术方案为:
一种基于红外多光谱成像的危险气体实时检测装置,其特征在于:包括位于通道1的第一检测装置、位于通道2的第二检测装置、图像处理模块、控制模块、显示模块,所述通道1与通道2平行;
所述第一检测装置包括沿通道1的入射光光路方向依次排列的第一宽波段红外光学镜头、窄波段滤光片切换装置、宽波段非制冷焦平面探测器;
所述第二检测装置包括沿通道2的入射光光路方向依次排列的第二宽波段红外光学镜头、红外分束器、n个特定波段非制冷焦平面探测器;
所述第一宽波段红外光学镜头、第二宽波段红外光学镜头均对波长为0.75~15微米的红外辐射具有透过性;
所述窄波段滤光片切换装置包括滤片轮,所述滤片轮上沿周向均匀设置有n个窄波段滤光片,所述n个窄波段滤光片的中心波长互不相同且处于0.75~15微米之间,所述滤片轮的中心处连接有步进电机;所述控制模块与所述步进电机相连,所述控制模块用于控制所述步进电机带动所述滤片轮旋转,每次旋转使一个窄波段滤光片位于第一宽波段红外光学镜头透过的目标场景红外辐射的出射光路上;
所述红外分束器用于将第二宽波段红外光学镜头透过的目标场景红外辐射分束为n束窄波段的红外辐射;
所述宽波段非制冷焦平面探测器、每个特定波段非制冷焦平面探测器均与所述图像处理模块相连,所述图像处理模块与所述显示模块相连;
所述宽波段非制冷焦平面探测器对波长为0.75~15微米的红外辐射具有响应,所述宽波段非制冷焦平面探测器用于对位于第一宽波段红外光学镜头透过的目标场景红外辐射的出射光路上的窄波段滤光片透过的目标场景红外辐射进行成像,并将所成图像传输给所述图像处理模块;
第i个特定波段非制冷焦平面探测器位于第i束窄波段的红外辐射的出射光路上,第i束窄波段的红外辐射的波长在第i个特定波段非制冷焦平面探测器的工作波段内,第i个特定波段非制冷焦平面探测器用于对第i束窄波段的红外辐射进行成像,并将所成图像传输给所述图像处理模块;
以相邻两个成像时间点之间的时间间隔为采样周期,对{xi|i=1,2,…,n}进行采样,得到离散图像其中,为宽波段非制冷焦平面探测器在第k个周期内的第t个成像时间点对第t个窄波段滤光片透过的目标场景红外辐射进行成像得到的数字图像,滤片轮旋转一周为一个周期,成像时间点为窄波段滤光片位于第一宽波段红外光学镜头透过的目标场景红外辐射的出射光路上时的时间点,xi为第i个特定波段非制冷焦平面探测器输出的连续图像,为第i个特定波段非制冷焦平面探测器在第k个周期内的第t个成像时间点对第i束窄波段的红外辐射进行成像得到的数字图像;
进一步的,所述基于红外多光谱成像的危险气体实时检测装置,还包括数据存储模块、声光报警模块、无线通讯模块;
所述宽波段非制冷焦平面探测器、每个特定波段非制冷焦平面探测器均与所述数据存储模块相连,所述图像处理模块与数据存储模块、控制模块相连,所述控制模块与声光报警模块、无线通讯模块相连;
所述图像处理模块还用于对图像进行危险气体泄漏与否的识别,并在识别出危险气体泄漏时计算危险气体泄漏源点的位置、危险气体的浓度与分布,并将危险气体泄漏与否的识别结果、危险气体泄漏源点的位置、危险气体的浓度与分布传输给数据存储模块、控制模块;
所述控制模块还用于在危险气体泄漏时输出报警信号给所述声光报警模块、无线通讯模块,并同时将危险气体泄漏源点的位置、危险气体的浓度与分布传输给无线通讯模块;
所述声光报警模块用于在接收到报警信号时进行声光报警;
所述无线通讯模块用于在接收到报警信号时将从控制模块接收到的数据发送给现场操作人员;
所述数据存储模块用于对从宽波段非制冷焦平面探测器、每个特定波段非制冷焦平面探测器接收到的图像、从图像处理模块接收到的数据进行存储。
本发明的有益效果为:
本发明通过在两个通道上分别设置滤光片切换装置、红外分束器,利用图像处理模块先用滤光片法得到的高分辨率图像替换部分由分光法得到的数字图像并对替换后的图像进行多光谱成像得到图像然后对一个周期内滤光片法得到的图像进行多光谱成像得到高分辨视频图像Bk,并通过对图像Bk进行图像融合,实时输出目标场景红外辐射的高精度的视频流,减小了分光法存在的图像分辨率低对危险气体检测精度的影响,提高了危险气体检测的精度和效率,兼顾了基于滤光片法和基于分光法的危险气体检测装置的优点。
本发明还能够对不同中心波长的红外光进行探测,实现对快速变化的多种危险气体的实时高精度检测,并发出警报和保存气体泄漏事故数据,有利于快速进行消防应急处理和后续的事故原因分析。
附图说明
图1为现有技术中基于滤光片法的危险气体检测装置的结构示意图。
图2为现有技术中基于分光法的危险气体检测装置的结构示意图。
图3为本发明的基于红外多光谱成像的危险气体实时检测装置的结构示意图。
图4为具体实施方式中本发明的图像处理模块的图像处理过程示意图。
具体实施方式
下面将结合附图和具体实施方式,对本发明作进一步描述。
如图3所示,本发明的基于红外多光谱成像的危险气体实时检测装置,包括位于通道1的第一检测装置、位于通道2的第二检测装置、图像处理模块、控制模块、显示模块,所述通道1与通道2平行。
所述第一检测装置包括沿通道1的入射光光路方向依次排列的第一宽波段红外光学镜头、窄波段滤光片切换装置、宽波段非制冷焦平面探测器;
所述第二检测装置包括沿通道2的入射光光路方向依次排列的第二宽波段红外光学镜头、红外分束器、n个特定波段非制冷焦平面探测器。
所述第一宽波段红外光学镜头、第二宽波段红外光学镜头均对波长为0.75~15微米的红外辐射具有透过性。
所述窄波段滤光片切换装置包括滤片轮,所述滤片轮上沿周向均匀设置有n个窄波段滤光片,所述n个窄波段滤光片的中心波长互不相同且处于0.75~15微米之间,所述滤片轮的中心处连接有步进电机;所述控制模块与所述步进电机相连,所述控制模块用于控制所述步进电机带动所述滤片轮旋转,每次旋转使一个窄波段滤光片位于第一宽波段红外光学镜头透过的目标场景红外辐射的出射光路上。
所述红外分束器用于将第二宽波段红外光学镜头透过的目标场景红外辐射分束为n束窄波段的红外辐射。
所述宽波段非制冷焦平面探测器、每个特定波段非制冷焦平面探测器均与所述图像处理模块相连,所述图像处理模块与所述显示模块相连。
所述宽波段非制冷焦平面探测器对波长为0.75~15微米的红外辐射具有响应,所述宽波段非制冷焦平面探测器用于对位于第一宽波段红外光学镜头透过的目标场景红外辐射的出射光路上的窄波段滤光片透过的目标场景红外辐射进行成像,并将所成图像传输给所述图像处理模块。
第i个特定波段非制冷焦平面探测器位于第i束窄波段的红外辐射的出射光路上,第i束窄波段的红外辐射的波长在第i个特定波段非制冷焦平面探测器的工作波段内,第i个特定波段非制冷焦平面探测器用于对第i束窄波段的红外辐射进行成像,并将所成图像传输给所述图像处理模块。
本实施例中,n=4。将宽波段红外光学镜头采集到的目标场景红外辐射利用两个通道采取不同的方法获取单光谱图像,再对其进行综合处理。其中,通道1为单轴通道,以滤光片组旋转一周为一个周期,一个周期内,滤光片切换装置每切换一次,相应滤光片位于第一宽波段红外光学镜头透过的目标场景红外辐射的出射光路上,该滤光片透过的红外辐射入射到宽波段非制冷焦平面探测器,生成该滤光片通过波段的单光谱图像。红外分束器将第二宽波段红外光学镜头透过的目标场景红外辐射分束为4束窄波段的红外辐射,将每束窄波段的红外辐射同时分别入射至对应的特定波段非制冷焦平面探测器,同时生成多个不同波段的实时高位宽数字图像。
以相邻两个成像时间点之间的时间间隔为采样周期,对{xi|i=1,2,…,n}进行采样,得到离散图像其中,为宽波段非制冷焦平面探测器在第k个周期内的第t个成像时间点对第t个窄波段滤光片透过的目标场景红外辐射进行成像得到的数字图像,滤片轮旋转一周为一个周期,成像时间点为窄波段滤光片位于第一宽波段红外光学镜头透过的目标场景红外辐射的出射光路上时的时间点,xi为第i个特定波段非制冷焦平面探测器输出的连续图像,为第i个特定波段非制冷焦平面探测器在第k个周期内的第t个成像时间点对第i束窄波段的红外辐射进行成像得到的数字图像;
可见,本发明通过在两个通道上分别设置滤光片切换装置、红外分束器,利用图像处理模块先用滤光片法得到的高分辨率图像替换部分由分光法得到的数字图像并对替换后的图像进行多光谱成像得到图像然后对一个周期内滤光片法得到的图像进行多光谱成像得到高分辨视频图像Bk,并通过对图像Bk进行图像融合,实时输出目标场景红外辐射的高精度的视频流,减小了分光法存在的图像分辨率低对危险气体检测精度的影响,提高了危险气体检测的精度和效率,兼顾了基于滤光片法和基于分光法的危险气体检测装置的优点。
本实施例中,本发明的基于红外多光谱成像的危险气体实时检测装置,还包括数据存储模块、声光报警模块、无线通讯模块;
所述宽波段非制冷焦平面探测器、每个特定波段非制冷焦平面探测器均与所述数据存储模块相连,所述图像处理模块与数据存储模块、控制模块相连,所述控制模块与声光报警模块、无线通讯模块相连;
所述图像处理模块还用于对图像进行危险气体泄漏与否的识别,并在识别出危险气体泄漏时计算危险气体泄漏源点的位置、危险气体的浓度与分布,并将危险气体泄漏与否的识别结果、危险气体泄漏源点的位置、危险气体的浓度与分布传输给数据存储模块、控制模块;
所述控制模块还用于在危险气体泄漏时输出报警信号给所述声光报警模块、无线通讯模块,并同时将危险气体泄漏源点的位置、危险气体的浓度与分布传输给无线通讯模块;
所述声光报警模块用于在接收到报警信号时进行声光报警;
所述无线通讯模块用于在接收到报警信号时将从控制模块接收到的数据发送给现场操作人员;
所述数据存储模块用于对从宽波段非制冷焦平面探测器、每个特定波段非制冷焦平面探测器接收到的图像、从图像处理模块接收到的数据进行存储。
可见,本发明还能够对不同中心波长的红外光进行探测,实现对快速变化的多种危险气体的实时高精度检测,并发出警报和保存气体泄漏事故数据,有利于快速进行消防应急处理和后续的事故原因分析。
本实施例中,图像处理模块、控制模块集成在以ARM11为核心的高速数字处理系统中。此外,图像处理模块还可以集成在以FPGA为核心的高速数字处理系统中,根据实际需求进行选择。
图像处理模块对图像Dt k进行危险气体泄漏与否的识别,主要完成三个方面的功能:(1)采用热图像数字细节增强算法,以放大热图像中气体泄漏的微弱迹象,等效提高系统检测灵敏度。(2)泄漏气体可视化,采用适宜的气体泄漏痕迹视觉可视化方法(如对气体区域进行彩色化渲染等),以产生利于人眼判断的气体泄漏图像。(3)根据不同环境下场景成像质量、气体泄漏程度等情况,适当调节探测器的积分时间,更好地实现对场景和目标气体的成像。
显然,上述实施例仅仅是本发明的一部分实施例,而不是全部的实施例。上述实施例仅用于解释本发明,并不构成对本发明保护范围的限定。基于上述实施例,本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例,也即凡在本申请的精神和原理之内所作的所有修改、等同替换和改进等,均落在本发明要求的保护范围内。
Claims (1)
1.一种基于红外多光谱成像的危险气体实时检测装置,其特征在于:包括位于通道1的第一检测装置、位于通道2的第二检测装置、图像处理模块、控制模块、显示模块,所述通道1与通道2平行;
所述第一检测装置包括沿通道1的入射光光路方向依次排列的第一宽波段红外光学镜头、窄波段滤光片切换装置、宽波段非制冷焦平面探测器;
所述第二检测装置包括沿通道2的入射光光路方向依次排列的第二宽波段红外光学镜头、红外分束器、n个特定波段非制冷焦平面探测器;
所述第一宽波段红外光学镜头、第二宽波段红外光学镜头均对波长为0.75~15微米的红外辐射具有透过性;
所述窄波段滤光片切换装置包括滤片轮,所述滤片轮上沿周向均匀设置有n个窄波段滤光片,所述n个窄波段滤光片的中心波长互不相同且处于0.75~15微米之间,所述滤片轮的中心处连接有步进电机;所述控制模块与所述步进电机相连,所述控制模块用于控制所述步进电机带动所述滤片轮旋转,每次旋转使一个窄波段滤光片位于第一宽波段红外光学镜头透过的目标场景红外辐射的出射光路上;
所述红外分束器用于将第二宽波段红外光学镜头透过的目标场景红外辐射分束为n束窄波段的红外辐射;
所述宽波段非制冷焦平面探测器、每个特定波段非制冷焦平面探测器均与所述图像处理模块相连,所述图像处理模块与所述显示模块相连;
所述宽波段非制冷焦平面探测器对波长为0.75~15微米的红外辐射具有响应,所述宽波段非制冷焦平面探测器用于对位于第一宽波段红外光学镜头透过的目标场景红外辐射的出射光路上的窄波段滤光片透过的目标场景红外辐射进行成像,并将所成图像传输给所述图像处理模块;
第i个特定波段非制冷焦平面探测器位于第i束窄波段的红外辐射的出射光路上,第i束窄波段的红外辐射的波长在第i个特定波段非制冷焦平面探测器的工作波段内,第i个特定波段非制冷焦平面探测器用于对第i束窄波段的红外辐射进行成像,并将所成图像传输给所述图像处理模块;
以相邻两个成像时间点之间的时间间隔为采样周期,对{xi|i=1,2,…,n}进行采样,得到离散图像其中,为宽波段非制冷焦平面探测器在第k个周期内的第t个成像时间点对第t个窄波段滤光片透过的目标场景红外辐射进行成像得到的数字图像,滤片轮旋转一周为一个周期,成像时间点为窄波段滤光片位于第一宽波段红外光学镜头透过的目标场景红外辐射的出射光路上时的时间点,xi为第i个特定波段非制冷焦平面探测器输出的连续图像,为第i个特定波段非制冷焦平面探测器在第k个周期内的第t个成像时间点对第i束窄波段的红外辐射进行成像得到的数字图像;
所述基于红外多光谱成像的危险气体实时检测装置还包括数据存储模块、声光报警模块、无线通讯模块;
所述宽波段非制冷焦平面探测器、每个特定波段非制冷焦平面探测器均与所述数据存储模块相连,所述图像处理模块与数据存储模块、控制模块相连,所述控制模块与声光报警模块、无线通讯模块相连;
所述图像处理模块还用于对图像进行危险气体泄漏与否的识别,并在识别出危险气体泄漏时计算危险气体泄漏源点的位置、危险气体的浓度与分布,并将危险气体泄漏与否的识别结果、危险气体泄漏源点的位置、危险气体的浓度与分布传输给数据存储模块、控制模块;
所述控制模块还用于在危险气体泄漏时输出报警信号给所述声光报警模块、无线通讯模块,并同时将危险气体泄漏源点的位置、危险气体的浓度与分布传输给无线通讯模块;
所述声光报警模块用于在接收到报警信号时进行声光报警;
所述无线通讯模块用于在接收到报警信号时将从控制模块接收到的数据发送给现场操作人员;
所述数据存储模块用于对从宽波段非制冷焦平面探测器、每个特定波段非制冷焦平面探测器接收到的图像、从图像处理模块接收到的数据进行存储。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202010229634.XA CN111272687B (zh) | 2020-03-27 | 2020-03-27 | 一种基于红外多光谱成像的危险气体实时检测装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202010229634.XA CN111272687B (zh) | 2020-03-27 | 2020-03-27 | 一种基于红外多光谱成像的危险气体实时检测装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN111272687A CN111272687A (zh) | 2020-06-12 |
CN111272687B true CN111272687B (zh) | 2021-04-20 |
Family
ID=70998057
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN202010229634.XA Expired - Fee Related CN111272687B (zh) | 2020-03-27 | 2020-03-27 | 一种基于红外多光谱成像的危险气体实时检测装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN111272687B (zh) |
Families Citing this family (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN113008368A (zh) * | 2020-05-25 | 2021-06-22 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 多光谱信息获取装置及获取方法 |
CN112304434A (zh) * | 2020-09-25 | 2021-02-02 | 西北工业大学 | 非制冷型中长波双波段红外成像装置及方法 |
CN112532832B (zh) * | 2020-11-23 | 2022-04-12 | Oppo(重庆)智能科技有限公司 | 成像装置与电子设备 |
CN113237559B (zh) * | 2021-04-25 | 2022-06-21 | 哈尔滨工业大学 | 多光谱辐射测温装置及使用方法 |
CN115406602A (zh) * | 2022-08-10 | 2022-11-29 | 中国电子科技集团公司第十一研究所 | 检测石油泄漏的宽波段红外配准差分成像监测装置及方法 |
Family Cites Families (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4549080A (en) * | 1983-06-17 | 1985-10-22 | Infrared Industries, Inc. | Double-pass flue gas analyzer |
WO2008074019A2 (en) * | 2006-12-13 | 2008-06-19 | Georgia Tech Research Corporation | Systems and methods for real time multispectral imaging |
CN101832941B (zh) * | 2010-03-19 | 2013-03-13 | 天津大学 | 一种基于多光谱图像的水果品质评价装置 |
CN102798503B (zh) * | 2012-08-02 | 2014-12-24 | 北京理工大学 | 基于宽波段非制冷焦平面探测器的气体泄露成像检测系统 |
CN103308466B (zh) * | 2013-06-04 | 2016-01-06 | 沈阳仪表科学研究院有限公司 | 便携式滤光片色轮型多光谱成像系统及其光谱图像处理方法 |
CN103344333A (zh) * | 2013-06-18 | 2013-10-09 | 中国计量学院 | 一种快速准连续多光谱成像系统及其成像方法 |
CN204330595U (zh) * | 2014-07-15 | 2015-05-13 | 闽浪仪器科技(厦门)有限公司 | 一种实时多通道荧光检测系统 |
US10234383B2 (en) * | 2017-06-20 | 2019-03-19 | Konica Minolta Laboratory U.S.A., Inc. | Terahertz spectral imaging system and security surveillance system employing the same |
CN107727610B (zh) * | 2017-10-13 | 2020-04-07 | 中国科学院上海技术物理研究所 | 一种用于含水透明组织的透射光谱成像仪 |
CN109655434B (zh) * | 2019-02-22 | 2024-01-26 | 东北大学 | 一种多参数测量的光纤lmr传感器 |
-
2020
- 2020-03-27 CN CN202010229634.XA patent/CN111272687B/zh not_active Expired - Fee Related
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
基于多通道窄带滤光片和彩色图像传感器的实时多光谱成像系统;廖乘胜 等;《光子学报》;20171231;第46卷(第04期);第100-108页 * |
用于图像融合的双通道视频采集系统设计;李鑫 等;《激光与红外》;20030430;第33卷(第2期);第138-141页 * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN111272687A (zh) | 2020-06-12 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN111272687B (zh) | 一种基于红外多光谱成像的危险气体实时检测装置 | |
US5926283A (en) | Multi-spectral two dimensional imaging spectrometer | |
EP1356334B1 (en) | Hyperspectral thermal imaging camera with telecentric optical system | |
US9239263B2 (en) | Image mapped spectropolarimetry | |
CN110017897B (zh) | 一种紧凑型单目多通道可组合式多光谱成像系统 | |
Farlow et al. | Imaging polarimeter development and applications | |
CN109856058B (zh) | 一种高分辨率实时偏振光谱分析装置及方法 | |
US11573428B2 (en) | Imaging method and apparatus using circularly polarized light | |
CN215263105U (zh) | 一种机载推扫式光谱偏振一体化海面溢油探测系统 | |
CN107356333B (zh) | 一种红外光谱偏振成像系统及其参数优化配置方法 | |
US20080043232A1 (en) | Multi-angle and multi-channel inspecting device | |
Meng et al. | High throughput full Stokes Fourier transform imaging spectropolarimetry | |
CN109186763B (zh) | 一种基于浸入式光栅的偏振超光谱成像装置 | |
GB2501818A (en) | Zoom objective and camera system | |
CN104535190A (zh) | 角剪切型空间频率调制全偏振成像探测装置 | |
CN101782433A (zh) | 静态全光干涉成像光谱全偏振探测方法 | |
CN214374364U (zh) | 一种基于光学成像的缺陷检测装置 | |
CN110702612B (zh) | Offner式偏振光谱一体式空间目标观测装置及空间目标观测方法 | |
Ren et al. | Optical design and investigation of a dual-interference channels and bispectrum static fourier-transform imaging spectrometer based on stepped micro-mirror | |
CN103900693A (zh) | 一种差分快照式成像光谱仪与成像方法 | |
CN109477758A (zh) | 傅里叶变换多路光谱成像装置 | |
CN108871572B (zh) | 双折射傅里叶变换成像光谱波段扩展方法及其成像装置 | |
Wong et al. | A novel snapshot polarimetric imager | |
Zhou et al. | Multispectral single pixel imaging based on spatial and spectral dimension decoupling | |
Bai et al. | Dual-shearing interferometer for multi-modal hyperspectral imaging |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant | ||
CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20210420 |
|
CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |