CN111537403B - 生物气溶胶成烟面积的多维观察系统及计算方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种生物气溶胶成烟面积的多维观察系统及计算方法，所述系统包括：可见光光源、红外光源、可见光摄像系统、红外热像仪系统、激光测距仪、生物气溶胶气团；所述可见光光源、红外光源、可见光摄像系统、红外热像仪系统、激光测距仪均设置在生物气溶胶气团的边缘或内部；可见光光源与可见光摄像系统、红外光源与所述红外热像仪系统分别对称设置在生物气溶胶气团的两侧；激光测距仪设置在可见光摄像系统、红外热像仪系统的坐标位置上。本发明从不同角度同时测试单个烟幕体系对不同波段的消光性能，多维观察并计算了生物气溶胶消光性能，在实际测试中减少材料的损耗，提高测试效率，降低测试误差。

Description

生物气溶胶成烟面积的多维观察系统及计算方法
技术领域
本发明属于光学技术领域，尤其涉及一种生物气溶胶成烟面积的多维观察系统及计算方法。
背景技术
随着科学技术的飞速发展，传统的消光材料存在着消光波段单一的不足，已经难以满足需求，目前，人工制备的生物消光材料已被证实在紫外、可见光与红外波段具有良好的消光能力，且对环境安全无污染作为一种新型消光材料，可弥补无机消光材料的不足。现阶段已完成人工制备的生物材料的静态与动态消光性能测试，在动态测试中，为更好的测试生物材料释放后形成的气溶胶体系对不同波段电磁的衰减性能，需计算该气溶胶体系对不同波段电磁波形成的有效消光面积。
现有技术中，若测试烟幕体系对可见光波段的有效消光面积，通常采用摄像机拍摄烟幕图像，利用激光测距仪测试摄像机与烟幕的距离，通过计算烟幕的像素占比计算其可见光消光面积；若测试烟幕体系对红外波段的有效消光面积，则采用红外热像仪拍摄烟幕释放所形成的红外图像，确定有效消光率，根据有效消光面积在整体烟幕面积中所占的像素之比计算烟幕的红外消光面积。
现有技术的测试方法通常只在单一方向测试烟幕体系的消光面积，且在一次烟幕释放中，只能进行烟幕对一个波段的消光面积的测试，无法同时测试生物材料释放后对不同波段的消光面积，在单个烟幕体系中无法计算得到宽波段这笔性能，存在着测试波段单一，测试误差较大的缺点。
因此，现有技术需要改进。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提出了一种生物气溶胶成烟面积的多维观察系统及计算方法。
基于本发明实施例的一个方面，公开一种生物气溶胶成烟面积的多维观察系统，包括：可见光光源、红外光源、可见光摄像系统、红外热像仪系统、激光测距仪、生物气溶胶气团；所述可见光光源、红外光源、可见光摄像系统、红外热像仪系统、激光测距仪均设置在所述生物气溶胶气团的边缘或内部；
所述可见光光源与所述可见光摄像系统对称设置在所述生物气溶胶气团的两侧，所述可见光摄像系统获取所述可见光光源的可见光消光图像信息，所述可见光摄像系统中包括多个可见光摄像机，所述可见光光源的数量与所述可见光摄像机的数量一致，且所述可见光光源与所述可见光摄像机一一对应设置；
所述红外光源与所述红外热像仪系统对称设置在所述生物气溶胶气团的两侧，所述红外热像仪系统获取所述红外光源的红外消光图像信息，所述红外热像仪系统中包括多个红外热像仪，所述红外光源的数量与所述红外热像仪的数量一致，且所述红外光源与所述红外热像仪一一对应设置；
所述激光测距仪设置在所述可见光摄像系统、红外热像仪系统的坐标位置上，用于测试所述可见光摄像系统与所述可见光光源的距离、以及所述红外热像仪系统与所述红外光源的距离；从不同角度同时测试单个烟幕体系对不同波段的消光性能，多维观察并计算了生物气溶胶消光性能，根据不同角度测试得到结果对总的消光面积影响程度不同赋予不同的权重值，进行加权平均，得到最终的生物气溶胶的可见光消光面积和红外消光面积。
基于本发明的生物气溶胶成烟面积的多维观察系统的另一个实施例中，所述可见光光源至少设置三处。
基于本发明的生物气溶胶成烟面积的多维观察系统的另一个实施例中，所述红外光源设置三处，所述红外光源至少设置三处。
基于本发明的生物气溶胶成烟面积的多维观察系统的另一个实施例中，所述两处可见光光源的距离大于100米。
基于本发明的生物气溶胶成烟面积的多维观察系统的另一个实施例中，所述两处红外光源的距离大于100米。
基于本发明实施例的另一个方面，公开了一种生物气溶胶成烟面积的计算方法，包括获取某时刻生物气溶胶成烟面积的多维观察系统中所述可见光摄像系统获取的可见光消光图像信息、红外热像仪系统的红外消光图像信息、激光测距仪的激光测距信息；
对可见光摄像系统中的多个可见光摄像机的权重进行赋值，计算生物气溶胶的可见光消光面积；
对红外热像仪系统中的多个红外热像仪的权重进行赋值，计算生物气溶胶的红外消光面积；根据不同生物气溶胶的光波段属性，对可见光消光面积和红外消光面积权重进行赋值，获取生物气溶胶成烟面积。
基于本发明的生物气溶胶成烟面积的计算方法的另一个实施例中，所述可见光摄像系统的可见光消光图像信息至少包括三组，通过对每一组的可见光消光图像信息计算可见光消光面积，进行加权平均，得到最终的生物气溶胶的可见光消光面积。
基于本发明的生物气溶胶成烟面积的计算方法的另一个实施例中，所述红外热像仪系统的红外消光图像信息至少包括三组，通过对每一组的红外消光图像信息计算红外消光面积，进行加权平均，得到最终的生物气溶胶的红外消光面积。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
采用本发明的生物气溶胶成烟面积的多维观察系统及计算方法,从不同角度同时测试单个烟幕体系对不同波段的消光性能，多维观察并计算了生物气溶胶消光性能，该方法在实际测试中减少材料的损耗，大大提高了测试效率，有效降低了测试误差，本发明可以针对不同的人工制备生物材料，不同的实际作用环境，计算出其实际应用中的环境适应性消光效能，计算结果可以为实际应用中确保良好消光效果。
附图说明
图1为本发明提出的生物气溶胶成烟面积的多维观察系统的一个实施例的结构示意图；图2为本发明提出的生物气溶胶成烟面积的计算方法的另一个实施例的流程图。
图中，1可见光光源、2红外光源、3可见光摄像系统、4红外热像仪系统、5激光测距仪、6生物气溶胶气团。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例只是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下面结合附图和实施例对本发明提供的一种生物气溶胶成烟面积的多维观察系统及计算方法进行更详细地说明。
图1为本发明提出的生物气溶胶成烟面积的多维观察系统的一个实施例的结构示意图，如图1所示，所述生物气溶胶成烟面积的多维观察系统包括：
可见光光源1、红外光源2、可见光摄像系统3、红外热像仪系统4、激光测距仪5、生物气溶胶气团6；
所述可见光光源1、红外光源2、可见光摄像系统3、红外热像仪系统4、激光测距仪5均设置在所述生物气溶胶气团6的边缘或内部；
所述可见光光源1与所述可见光摄像系统3对称设置在所述生物气溶胶气团6的两侧，所述可见光摄像系统3获取所述可见光光源1的可见光消光图像信息，所述可见光摄像系统3中包括多个可见光摄像机，所述可见光光源1的数量与所述可见光摄像机的数量一致，且所述可见光光源1与所述可见光摄像机一一对应设置，可见光摄像机与可见光光源1处于同一光轴上；
所述红外光源2与所述红外热像仪系统4对称设置在所述生物气溶胶气团6的两侧，所述红外热像仪系统4获取所述红外光源2的红外消光图像信息，所述红外热像仪系统4中包括多个红外热像仪，所述红外光源2的数量与所述红外热像仪的数量一致，且所述红外光源2与所述红外热像仪一一对应设置，红外热像仪与红外光源2处于同一光轴上；
所述激光测距仪5设置在所述可见光摄像系统3、红外热像仪系统4的坐标位置上，用于测试所述可见光摄像系统3与所述可见光光源1的距离和所述红外热像仪系统4与所述红外光源2的距离。
可见光摄像系统3、红外热像仪系统4、激光测距仪5均可设置在三脚架上，通过调节三脚架的高度以及观测角度，方便可见光摄像系统3、红外热像仪系统4测量可见光波段和红外波段的消光面积。
在实际的使用过程中，为了提高测量效果，可见光光源1，所述红外光源2，两处可见光光源1的距离大于100米，两处红外光源2的距离大于100米。
图2为本发明提出的生物气溶胶成烟面积的计算方法的另一个实施例的流程图，如图2所示，所述生物气溶胶成烟面积的计算方法包括：
步骤10，获取某时刻生物气溶胶成烟面积的多维观察系统中可见光摄像系统3获取的可见光消光图像信息、红外热像仪系统4的红外消光图像信息、激光测距仪5的激光测距信息；步骤20，对可见光摄像系统3中的多个可见光摄像机的权重进行赋值，计算生物气溶胶的可见光消光面积；
在一个具体的实施例中，假设可见光摄像系统3包含三个可见光摄像机，三个可见光摄像机所采集到的可见光消光面积分别为S1,S2,S3，对于这三个面积赋予不同的权重ω1,ω2,ω3，根据不同角度测试得到结果对总的消光面积影响程度不同赋予不同的权重值，对于正对气溶胶释放方向的可见光消光面积测试值赋予较大的权重，而偏离正对方向较大角度的可见光消光面积测试值赋予较小的权重，则最后的总的可见光消光面积可表示为：
Sv＝ω1·S1+ω2·S2+ω3·S3；
步骤30，对红外热像仪系统4中的多个红外热像仪的权重进行赋值，计算生物气溶胶的红外消光面积；
在一个具体的实施例中，假设红外热像仪系统4中包括三个红外热像仪，三个红外热像仪所采集到的红外消光面积分别为S4,S5,S6，对于这三个面积赋予不同的权重ω4,ω5,ω6，根据不同角度测试得到结果对总的消光面积影响程度不同赋予不同的权重值，对于正对气溶胶释放方向的红外消光面积测试值赋予较大的权重，而偏离正对方向较大角度的红外消光面积测试值赋予较小的权重，则最后的总的红外消光面积可表示为：
Si＝ω4·S4+ω5·S5+ω6·S6；
步骤40，根据不同生物气溶胶的光波段属性，对可见光消光面积和红外消光面积权重进行赋值，获取生物气溶胶成烟面积。
在一个具体的实施例中，若某种材料主要针对消光波段为可见光波段，则对可见光消光面积Sv赋予的权重ωv比较大，对红外消光面积Si赋予的权重ωi比较小；若该材料主要针对消光波段为红外波段，则对红外消光面积Si赋予的权重ωi比较大，对可见光消光面积Sv赋予的权重ωv比较小；最后得到总的消光面积：
S＝ωv·Sv+ωi·Si；
在一个优选的实施例中，所述可见光摄像系统3的可见光消光图像信息至少包括三组，通过对每一组的可见光消光图像信息计算可见光消光面积，进行加权平均，得到最终的生物气溶胶的可见光消光面积，在实际实施中，所述可见光摄像系统3的可见光消光图像信息采集的组数越多，其计算的精度越高。
所述红外热像仪系统4的红外消光图像信息至少包括三组，通过对每一组的红外消光图像信息计算红外消光面积，进行加权平均，得到最终的生物气溶胶的红外消光面积，在实际实施中，所述红外热像仪系统4的红外消光图像信息采集的组数越多，其计算的精度越高。
对于本领域技术人员而言，显然本发明实施例不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明实施例的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明实施例。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明实施例的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化涵括在本发明实施例内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。此外，显然“包括”一词不排除其他单元或步骤，单数不排除复数。系统、装置或终端权利要求中陈述的多个单元、模块或装置也可以由同一个单元、模块或装置通过软件或者硬件来实现。第一，第二等词语用来表示名称，而并不表示任何特定的顺序。
最后应说明的是，以上实施方式仅用以说明本发明实施例的技术方案而非限制，尽管参照以上较佳实施方式对本发明实施例进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明实施例的技术方案进行修改或等同替换都不应脱离本发明实施例的技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种生物气溶胶成烟面积的多维观察系统，其特征在于，包括：
可见光光源、红外光源、可见光摄像系统、红外热像仪系统、激光测距仪、生物气溶胶气团；所述可见光光源、红外光源、可见光摄像系统、红外热像仪系统、激光测距仪均设置在所述生物气溶胶气团的边缘或内部；
所述可见光光源与所述可见光摄像系统对称设置在所述生物气溶胶气团的两侧，所述可见光摄像系统获取所述可见光光源的可见光消光图像信息，所述可见光摄像系统中包括多个可见光摄像机，所述可见光光源的数量与所述可见光摄像机的数量一致，且所述可见光光源与所述可见光摄像机一一对应设置；
所述红外光源与所述红外热像仪系统对称设置在所述生物气溶胶气团的两侧，所述红外热像仪系统获取所述红外光源的红外消光图像信息，所述红外热像仪系统中包括多个红外热像仪，所述红外光源的数量与所述红外热像仪的数量一致，且所述红外光源与所述红外热像仪一一对应设置；
所述激光测距仪设置在所述可见光摄像系统、红外热像仪系统的坐标位置上，用于测试所述可见光摄像系统与所述可见光光源之间的距离、以及所述红外热像仪系统与所述红外光源之间的距离；
从不同角度同时测试单个烟幕体系对不同波段的消光性能，多维观察并计算了生物气溶胶消光性能，根据不同角度测试得到结果对总的消光面积影响程度不同赋予不同的权重值，进行加权平均，得到最终的生物气溶胶的可见光消光面积和红外消光面积。
2.根据权利要求1所述的生物气溶胶成烟面积的多维观察系统，其特征在于，所述可见光光源至少设置三处。
3.根据权利要求1所述的生物气溶胶成烟面积的多维观察系统，其特征在于，所述红外光源至少设置三处。
4.根据权利要求2所述的生物气溶胶成烟面积的多维观察系统，其特征在于，所述红外光源设置三处，所述三处可见光光源之间的距离大于100米。
5.根据权利要求3所述的生物气溶胶成烟面积的多维观察系统，其特征在于，所述三处红外光源之间的距离大于100米。
6.一种生物气溶胶成烟面积的计算方法，其特征在于，获取权利要求1至5任一项所述的多维观察系统中所述可见光摄像系统获取的可见光消光图像信息、红外热像仪系统的红外消光图像信息和激光测距仪的激光测距信息；
对可见光摄像系统中的多个可见光摄像机的权重进行赋值，根据拍摄到的可见光图像中气溶胶烟幕的像素占整个图像的比重结合拍摄系统与气溶胶之间的距离计算生物气溶胶的可见光消光面积；
对红外热像仪系统中的多个红外热像仪的权重进行赋值，根据拍摄到的红外图像中有效消光气溶胶烟幕的像素占整个图像的比重结合拍摄系统与气溶胶之间的距离计算生物气溶胶的红外消光面积；
根据不同生物气溶胶的光波段属性，对可见光消光面积和红外消光面积权重进行赋值，获取生物气溶胶成烟面积。
7.根据权利要求6所述的生物气溶胶成烟面积的计算方法，其特征在于，所述可见光摄像系统的可见光消光图像信息至少包括三组，通过对每一组的可见光消光图像信息计算可见光消光面积，进行加权平均，得到最终的生物气溶胶的可见光消光面积。
8.根据权利要求6所述的生物气溶胶成烟面积的计算方法，其特征在于，所述红外热像仪系统的红外消光图像信息至少包括三组，通过对每一组的红外消光图像信息计算红外消光面积，进行加权平均，得到最终的生物气溶胶的红外消光面积。
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