CN112001879B - 气体检测装置和气体检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明的气体成像装置和气体成像方法，涉及气体检测的应用领域。现有技术的问题是，图像抖动严重，人眼观察十分不适。本发明提供一种气体成像装置和气体成像方法，其能解决现有技术问题。

Description

气体检测装置和气体检测方法

技术领域

本发明的气体检测装置和气体检测方法，涉及热像检测的应用领域。

背景技术

采用红外热像仪，对气体泄漏的检测，通常需要对不同时间获得的IR图像进行例如差分处理等，获得差分图像。通过将差分图像中的变化像素与IR图像进行融合处理，来获得显示图像；

在实际显示图像的观察效果中，气体的泄漏形态、及泄漏点的具体部位的显示，对于效果观察十分重要；在走动检测中，由于背景的变化，因此，物体在图像中可分辨；在架设在三角架，由于设备为静止，因此设备背景在差分图像中往往不可见，即便有些许振动，对于差分图像中处理间隔的选择是一个难点，也不明显，影响了对设备具体泄漏部位的观察；目前采用的方法，可以将整图画面进行偏离或部分块进行偏移，而后差分来获得设备的观察；但产生的问题是，图像抖动严重，人眼观察十分不适。

因此，所理解需要一种气体泄漏检测装置，其能解决现有技术问题。

发明内容

针对现有技术存在的缺陷,本发明提供一种气体泄漏检测装置和气体泄漏检测方法，其能解决现有技术问题。

为此，本发明采用以下技术方案，气体泄漏检测装置，包括：

获取部，用于连续获取探测器获得的图像数据；

图像处理部，用于将图像数据进行第一处理，获得第一图像；用于将设定区域中的图像数据进行第二处理，获得第二图像；根据第一图像、第二图像，获得第三图像。

轮廓获取部，根据获取的图像数据，获取轮廓和或纹理的图像；

将处理部和获取部获取的图像进行融合处理，来获得显示用的图像。

气体泄漏检测方法，包括：

获取步骤，用于获取被测体的图像数据；

分析步骤，用于根据所述图像数据，基于第一辐射率，分析获得被测体的第一分析数据；

辐射率确定步骤，用于根据第一分析数据和辐射率的对应关系，来确定所述被测体的第二辐射率。

本发明的其他方面和优点将通过下面的说明书进行阐述。

附图说明：

图1是实施例1的气体泄漏检测装置13的电气结构的框图。

图2是实施例1的气体泄漏检测装置13的外型图。

图3是实施例1显示图像构成的示例。

图4是实施例2显示图像构成的示例。

图5是实施例3显示图像构成的示例。

图6是实施例4的气体泄漏检测装置100的电气结构的框图。

图7是实施例4的气体泄漏检测装置100的示意图。

具体实施方式

以下要说明的实施例用于更好地理解本发明，并可改变成本发明范围内的各种形式而不限制本发明的范围。其中，所谓图像数据，例如可以包含热像AD值数据，可以包含红外热像的图像数据，可以包含温度值阵列数据等有关的数据等。可以是拍摄获得的，也可以是外部接收获得的，也可以从存储的热像录像文件中获得。

实施例1

实施例1以带有拍摄功能的便携式热像装置13作为气体泄漏检测装置的实例。参考图1 来说明热像装置13的结构。热像装置13具有拍摄部1、图像处理部2、显控部3、显示部4、通信I/F5、临时存储部6、存储卡I/F7、存储卡8、闪存9、操作部10、控制部11，控制部 11通过控制与数据总线12与上述相应部分进行连接，负责热像装置13的总体控制。

拍摄部1由未图示的光学部件、镜头驱动部件、红外探测器、信号预处理电路等构成。光学部件由红外光学透镜组成，用于将接收的红外辐射聚焦到红外探测器。镜头驱动部件根据控制部11的控制信号驱动透镜来执行聚焦或变焦，或也可为手动调节的光学部件。红外探测器如制冷或非制冷类型的红外焦平面探测器，把通过光学部件的红外辐射转换为电信号。信号预处理电路包括采样电路、AD转换电路、定时触发电路等，将从红外探测器输出的电信号在规定的周期内进行取样等信号处理，经AD转换电路转换为数字的图像数据，该图像数据例如为14位或16位的二进制数据(又称为热像AD值数据)。在实施例1中，拍摄部1 作为获取部用于获取图像数据；优选的，所述图像数据为红外图像数据。根据不同的气体检测需要，可以采用特定红外波段的探测器件。

图像处理部2用于对通过拍摄部1获得的图像数据进行规定的处理，图像处理部2的处理如修正、插值、伪彩、合成、压缩、解压等,进行转换为适合于显示用、记录用等数据的处理。例如图像处理部2对拍摄部1拍摄获得的图像数据实施规定的处理如伪彩处理来获得红外热像的图像数据。图像处理部2例如可以采用DSP或其他微处理器或可编程的FPGA等来实现。

显控部3根据控制部11进行的控制，执行将临时存储部6所存储的显示用的图像数据产生视频信号输出，该视频信号可显示在显示部4。可以选用屏幕纵横比为4：3的液晶显示屏；优选的，为了清楚明了的同时显示红外热像和标识等信息，可以选用屏幕纵横比为16：9的液晶显示屏，分成二个显示区域，一个用于显示红外热像，另一个用于显示标识等信息；但标识也可重叠显示在红外热像。

通信I/F5是例如按照USB、1394、网络等通信规范，将热像装置13与个人计算机、服务器、PDA(个人数字助理装置)、其他热像装置、可见光拍摄装置等外部装置进行连接并数据交换的接口。

临时存储部6如RAM、DRAM等易失性存储器，作为对拍摄部1输出的图像数据进行临时存储的缓冲存储器，同时，作为图像处理部2和控制部11的工作存储器起作用，暂时存储由图像处理部2和控制部11进行处理的数据。

存储卡I/F7，作为存储卡8的接口，在存储卡I/F7上，连接有作为可改写的非易失性存储器的存储卡8，可自由拆装地安装在热像装置13主体的卡槽内，根据控制部11的控制记录图像数据等数据。

闪存9，存储有用于控制的程序，以及各部分控制中使用的各种数据。例如，可预先存储各种材料的温度-辐射率表，如图3所示，在表中，可见多种材料的温度与辐射率之间的关系；注意，图3表中的对应数据仅为示例，对于各种材料的温度与辐射率之间的实际对应关系，可结合其他试验手段，例如热电偶的效验方式，进而获得。

下文中的存储介质，可以是气体泄漏检测装置(热像装置13)中的存储介质，如闪存9、存储卡8等非易失性存储介质，临时存储部6等易失性存储介质；还可以是与气体泄漏检测装置(热像装置13)有线或无线连接的其他存储介质，如通过与通信I/F5有线或无线连接的其他装置如其他存储装置、热像装置、电脑等中的存储介质或网络目的地的存储介质。

操作部10：用于使用者进行各种操作，控制部11根据操作部10的操作信号，执行相应的程序。参考图2来说明操作部10，提供使用者操作的按键有记录键1、分析键2等；不限于此，也可采用触摸屏3或语音识别部件(未图示)等来实现相关的操作。

控制部11控制热像装置13的整体动作，在存储介质如闪存9中存储有用于控制的程序，以及各部分控制中使用的各种数据。控制部11例如由CPU、MPU、SOC、可编程的FPGA 等来实现；图像处理部2、显控部3也可与控制部11为一体的处理器。

下面来详细介绍实施例1的具体操作和控制流程。

如图3所示，获取部，用于连续获取探测器获得的图像数据；显示部中显示第三图像的例子；显示的第三图像至少包括2个不同区域代表的2种不同处理获得的图像的合成图像，在图3中，第三图像包括第一设定区域的图像IR1，在本例中，IR1配置为显示的完整图像，在其他的例子中，第一设定区域也可以是完整图像中的局部区域的图像；在IR1中包括第二设定区域的图像IR2。

显示的第三图像至少包括2个不同区域代表的2种不同处理获得的图像的合成图像，便于使用者调整拍摄的角度来获得不同效果的气体图像，并且在气体形态的轨迹出现在不同区域IR1和IR2的交界处，其形态变化更为明显。优选的，所述第一图像IR1和第二图像IR2，其中之一，用于产生稳定的图像效果；另一用于产生气体灵敏度更高的图像效果。达到既能避免人眼观察闪烁图像的疲劳，又能增强气体图像效果的灵敏度。

图像处理部，用于将第一设定区域中的图像数据进行第一处理，获得第一图像；用于将第二设定区域中的图像数据进行第二处理，获得第二图像；所述第二设定区域，为第一设定区域中的局部区域，所述第二设定区域小于完整图像像素。根据第一图像、第二图像，或者，根据第一图像、第二图像、即时获取的图像数据、提取的轮廓边缘图像，来合成获得第三图像；

优选的，第一设定区域为获取的图像数据位于显示屏显示区的区域，一般而言，为获取的完全像素获得的图像，图像处理部，用于将图像数据进行第一处理，获得第一图像；

所述第一处理，包括根据连续获得的图像数据进行第一差分处理而获得；

所述第二处理，包括根据连续获得的图像数据进行第二差分处理而获得；

第一差分处理与第二差分处理，为不同处理。

其中，所述第一处理，可以为根据不同时间获得的图像数据进行第一差分处理而获得；所述第二处理，为根据不同时间获得的图像数据进行第二差分处理而获得；不同时间获得的图像，至少包括2个不同时间点所获取的图像数据。

第一差分处理、第二差分处理，为基于以下之一或同时多项的不同处理：

1)参与处理的图像数据的采集帧频数不同，或其中之一采用固定帧频，另一采用变频；

在本实施例中，可以按照固定的频率来选择参与第一差分处理的图像数据；例如选择0.5 秒一帧来选择第一差分处理的图像数据；而第二差分处理选择0.1秒一帧来选择第二差分处理的图像数据；

2)参与处理的图像数据的积分时间不同；

3)处理算法不同；例如像素值调整的算法不同、边缘检测的算法不同等。

4)差分时的偏离量不同，或其中之一采用固定偏离量，另一采用变化的偏离量；

第一差分处理按照1个像素的偏离量，进行差分处理；如差分处理取2帧，则后一帧相对前一帧偏移1个像素偏离量进行差分处理。偏离量小，则差分后图像的稳定性好。

第二差分处理按照1个、5个像素的循环偏离量，进行差分处理；如0.5秒的一帧与1秒的一帧按照1个像素偏离量进行差分处理，而如1秒的一帧与1.5秒的一帧按照5个像素偏离量进行差分处理，而如1.5秒的一帧与2秒的一帧按照1个像素偏离量进行差分处理，如此往复。

5)不同时刻获得的图像，或其中之一采用固定时间间隔，另一采用变化的时间间隔。

参考图3进行说明；图3中，IR1为第一图像，根据第一差分处理获得，优选的，宜具有浮雕效果，且稳定的图像为佳，达到既能观察到气体，又能确保人眼不至于太疲劳，例如可以采用偏离量小的差分算法来实现。；IR2为第二图像，以达到尽量强的气体图像效果为佳, 例如可以采用偏离量大，差分频率高或变频的算法来实现。优选的，第二图像的设定区域，可由使用者设置，以便于根据需要移动、缩放，类似于图像中的滤镜效果。反之，第一图像、第二图像的算法对换也可。

其中，第一图像和第二图像的处理，可以根据逐个像素来获得，从而生成第三图像进行显示；也可以生成第一图像、第二图像，从而合成第三图像，进行显示。

优选的，还可根据第一图像、第二图像、即时获取的图像数据、提取的轮廓边缘图像，来合成获得第三图像。

实施例2

优选的方式，气体检测装置，包括：

获取部，用于连续获取探测器获得的图像数据；

图像处理部，用于将至少二个不同时间获得图像数据进行第一处理，获得第一图像；用于将规定时间期间所获取的至少一个图像数据进行第二处理，获得第二图像，所述第二图像代表场景中的目标轮廓和纹理；根据第一图像、第二图像，获得第三图像。

参考图4，进行说明，在图4中，IR1代表第一图像；IR2代表第二图像，

由于第一图像，在某些差分处理的情况下，导致背景中的场景丢失或模糊，采用第二图像中获得的轮廓和纹理，与第二图像进行合成，将确保看到背景和气体图像。

实施例3

实施例3结合了实施例1和实施例2的优点；获取部，用于连续获取探测器获得的图像

数据；

图像处理部，用于将至少二个不同时间获得图像数据进行第一处理，获得第一图像；

用于将规定时间期间所获取的至少一个图像数据进行第二处理，获得第二图像，所述第二图像代表场景中的目标轮廓和纹理；

用于将设定区域中的图像数据进行第三处理，获得第三图像；

根据第一图像、第二图像、第三图像，获得第四图像。

参考图5进行说明

其中，IR1代表第一图像，如根据较小偏离量、固定低频差分处理获取的气体场景图像；

其中，IR2代表第二图像，如根据变化偏离量、变化处理频率差分处理获取的气体场景图像；

其中，IR3代表第三图像，如从规定时间场景图像中提取的轮廓和纹理；

将3者进行合成，可以达到图像稳定、背景清晰、设定区域的气体图像明显的优点。

优选的，合成时，可以将IR2或IR3，呈现在图像的最上层。

所述气体检测装置，为便携式；所述获取部，获取红外图像，和/或，红外图像和可见光图像。

实施例4

本发明的实施方式并不限定于便携式的热像拍摄装置，也可应用于各种在线的热像拍摄装置；并且对于本发明拍摄获得图像数据的功能不是必不可少的，本发明还可应用于从外部接收和处理图像数据的热像处理装置等。

如图6-图7所示，热像处理装置如计算机、个人数字助理、与拍摄功能的热像拍摄装置配套使用的显示装置等，作为气体泄漏检测装置的实例；

参考图6为气体泄漏检测装置100(热像处理装置100)和热像拍摄装置101连接构成的热像处理系统的一种实施的电气结构的框图。

热像处理装置100具有通信接口1、辅助存储部2、显示部3、RAM4、硬盘5、操作部6、通过总线与上述部件连接并进行整体控制的CPU7。作为热像处理装置100，可以例举个人计算机、个人数字助理、与热像控制装置配套使用的显示装置等作为例子。热像处理装置100，基于CPU7的控制，通过通信接口1接收与热像处理装置100连接的热像拍摄装置101输出的热像传输数据。

通信接口1，用于连续接收热像拍摄装置101输出的热像传输数据；其中，包括接收通过中继装置来发送的(由热像拍摄装置101输出的图像数据通过中继装置来发送的)热像传输数据；同时，还可作为对热像拍摄装置101进行控制的通信接口。在此，通信接口1包括热像处理装置100上的各种有线或无线通信接口，如网络接口、USB接口、1394接口、视频接口等。

辅助存储部2，例如CD-ROM、存储卡等存储介质及相关的接口。

显示部3如液晶显示器，显示部3还可以是与热像处理装置100连接的其他显示器，而热像处理装置100自身的电气结构中可以没有显示器。

RAM4作为对通信接口1接收的热像传输数据进行临时存储的缓冲存储器。同时，作为CPU7 的工作存储器起作用，暂时存储由CPU7进行处理的数据。

硬盘5中存储有用于控制的程序，以及控制中使用的各种数据。

操作部6用于使用者进行各种指示操作，或者输入设定信息等各种操作，CPU7根据操作部6的操作信号，执行相应的程序。

CPU7还执行了图像处理部的功能，用于对接收的热像传输数据实施规定的处理而获得红外热像的图像数据，规定的处理如修正、插值、伪彩、合成、压缩、解压等,进行转换为适合于显示用、记录用等数据的处理。其中，CPU7根据热像传输数据的不同格式，一种实施方式，例如，当接收的热像传输数据为压缩的图像数据，规定的处理如CPU7对获取部接收的热像传输数据进行解压并进行相应的规定处理；一种实施方式，对压缩图像数据(热像传输数据) 解压后相应的规定处理如伪彩处理，来获得红外热像的图像数据，此外，规定的处理还如在解压后的热像传输数据进行校正、插值等规定的各种处理。另一种实施方式，例如，当接收的热像传输数据本身已是压缩的红外热像的图像数据，则解压来获得红外热像的图像数据。又一种实施方式，例如，当通信接口1接收的是模拟的红外热像时，控制将经相关AD转换电路AD转换后获得数字的红外热像的图像数据，传送到临时存储部6。

从气体泄漏检测装置13中除去拍摄部1以外的结构与热像处理装置100大致相同，显然，热像处理装置100，通过获取热像传输数据，同样适用上述实施例。因此省略了实施方式的说明。

热像拍摄装置101可以是各种类型的热像拍摄装置，其用于对被测体进行拍摄，并输出热像传输数据。见图6中热像拍摄装置101的电气框图，由通信接口10、拍摄部20、闪存30、图像处理部40、RAM50、CPU60等构成。其中，CPU60控制了热像拍摄装置101的整体的动作，闪存30中存储了控制程序以及各部分控制中使用的各种数据。拍摄部20包括未图示的光学部件、驱动部件、热像传感器、信号预处理电路，用于拍摄获得图像数据。该图像数据暂时存储在RAM50中，而后经图像处理部40(如DSP)经过规定处理(如压缩处理等)后获得热像传输数据，经通信接口10输出。根据设计和使用目的的不同，例如，热像拍摄装置 101输出的可以是图像数据，也可以是红外热像的图像数据，图像数据或红外热像的图像数据经规定格式压缩后的数据等之一或多种，统称热像传输数据。在此，热像拍摄装置101用于拍摄并输出的热像传输数据，其作用类似热像控制装置13中的拍摄部1。

图7为热像处理装置100和热像拍摄装置101连接构成的热像处理系统的一种实施的示意图。

热像拍摄装置101可采用三角架(或云台等架设在检测车辆)，经由专用电缆等通信线、或有线和无线的方式构成的局域网等方式与热像处理装置100进行连接。使用者通过热像处理装置100进行观看和监测被测体热像。热像拍摄装置101，与热像处理装置100连接构成实施方式中的热像处理系统，用于对被测体进行拍摄获得图像数据。

其他实施方式

气体泄漏检测装置也可作为带有热像获取部的热像拍摄装置或热像处理装置中的一个构成部件或功能模块，这时，也构成本发明的例子。

虽然，可以通过硬件、软件或其结合来实现附图中的功能块，但通常不需要设置以一对一的对应方式来实现功能块的结构；例如可通过一个软件或硬件单元来实现多个功能的块，或也可通过多个软件或硬件单元来实现一个功能的块。此外，也可以用专用电路或通用处理器或可编程的FPGA实现本发明的例子中的部分或全部部位的处理和控制功能。

此外，实施例中以加热试验应用作为场景例举，也适用在红外检测的各行业广泛运用。

上述所描述的仅为发明的具体例子，各种例举说明不对发明的实质内容构成限定；上述实施例为较典型的实施方式，当然，实施本发明的实施方式的任一产品并不一定需要同时达到以上实施例之一或多个的所有优点。所属领域的技术人员在阅读了说明书后可对具体实施方式进行其他的修改和变化，而不背离发明的实质和范围。

Claims (6)

1.气体检测装置，包括：

获取部，用于连续获取探测器获得的图像数据；

图像处理部，用于将第一设定区域中的图像数据进行第一处理，获得第一图像；用于将第二设定区域中的图像数据进行第二处理，获得第二图像；根据第一图像、第二图像，或者，根据第一图像、第二图像、基于获取部即时获取的图像数据、基于获取部获取的图像数据提取的轮廓边缘图像，来合成获得第三图像；

所述第二设定区域，为第一设定区域中的局部区域；

所述第一处理，包括根据连续获得的图像数据进行第一差分处理而获得；

所述第二处理，包括根据连续获得的图像数据进行第二差分处理而获得；

第一差分处理与第二差分处理，为不同处理；

第一差分处理、第二差分处理，为基于以下之一或同时多项的不同处理：

1）参与处理的图像数据的采集帧频数不同，或其中之一采用固定帧频，另一采用变频；

2）参与处理的图像数据的积分时间不同；

3）像素值调整的算法不同或边缘检测的算法不同；

4）差分时的偏离量不同，或其中之一采用固定偏离量，另一采用变化的偏离量；

5）不同时刻获得的图像，或其中之一采用固定时间间隔，另一采用变化的时间间隔。

2.如权利要求1所述的气体检测装置，其特征在于，

所述第一图像和第二图像，其中之一，用于产生稳定的图像效果；另一用于产生气体灵敏度更高的图像效果。

3.如权利要求1所述的气体检测装置，其特征在于，

所述第一设定区域等同于显示屏的图像显示区，第二设定区域由使用者设置，以便于根据需要移动或缩放。

4.如权利要求1所述的气体检测装置，其特征在于，

所述第三图像，用于显示。

5.如权利要求1-4任意一项所述的气体检测装置，其特征在于，

所述气体检测装置，为便携式；所述获取部，获取红外图像，和/或，红外图像和可见光图像。

6.气体检测方法，其特征在于，包括如下步骤：

获取步骤，用于连续获取探测器获得的图像数据；

图像处理步骤，用于将第一设定区域中的图像数据进行第一处理，获得第一图像；用于将第二设定区域中的图像数据进行第二处理，获得第二图像；根据第一图像、第二图像，或者，根据第一图像、第二图像、基于获取部即时获取的图像数据、基于获取部获取的图像数据提取的轮廓边缘图像，来合成获得第三图像；

所述第二设定区域，为第一设定区域中的局部区域；

所述第一处理，包括根据连续获得的图像数据进行第一差分处理而获得；

所述第二处理，包括根据连续获得的图像数据进行第二差分处理而获得；

第一差分处理与第二差分处理，为不同处理；

所述第一处理，包括根据连续获得的图像数据进行第一差分处理而获得；

所述第二处理，包括根据连续获得的图像数据进行第二差分处理而获得；

第一差分处理与第二差分处理，为不同处理；

第一差分处理、第二差分处理，为基于以下之一或同时多项的不同处理：

1）参与处理的图像数据的采集帧频数不同，或其中之一采用固定帧频，另一采用变频；

3）像素值调整的算法不同或边缘检测的算法不同；

4）差分时的偏离量不同，或其中之一采用固定偏离量，另一采用变化的偏离量；

5）不同时刻获得的图像，或其中之一采用固定时间间隔，另一采用变化的时间间隔。

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