CN112145976A - 基于红外气云成像的探测系统、方法及应用该系统的机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于红外气云成像的探测系统、方法及应用该系统的机器人，涉及一种基于红外光谱技术的气体跟踪定位系统，其包括探测机器人，探测机器人上安装有：红外气云成像模块接收环境中的红外辐射并生成成像信息后发出；视频采集模块采集环境中的视频信息并发出；图像处理模块接收成像信息和视频信息并进行融合处理，以形成实时监测视频并发出；中控模块接收实时监测视频，判断当前环境气体位置与浓度，形成判断结果并发出；导航模块接收判断结果并规划路线，发出行动指令；驱动模块接收行动指令并驱动探测机器人按照行动指令运行。本发明实现厂区全方位监测，对于厂区的精确监测至关重要，提高了效率的同时降低了生产成本。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于红外光谱技术的气体跟踪定位系统，尤其是涉及一种基于红外气云成像的探测系统、方法及应用该系统的机器人。
背景技术
石油化工的生产与运输过程中，管道老化或者其他原因导致的气体泄漏隐患严重威胁生产安全。如果没有及时发现泄漏并采取针对措施，将会导致爆炸，造成人员伤亡以及更加严重的后果。
现有的技术可参考授权公告号为CN208079221U的实用新型专利，该实用新型涉及一种气云成像设备，包括高光谱成像摄像机和与高光谱成像摄像机电连接的远程计算机，高光谱成像摄像机内部设有远程控制芯片，远程控制芯片与远程计算机电连接。
上述中的现有技术方案存在以下缺陷：上述气云成像设备由于只能安装于特定地点，对小范围内的管道设备进行监测。在面积较大的厂区内，常常需要多台设备同时监测，大大提高了人工监管成本和设备成本。由于设备安装于室外且全天候运行，设备的维修也是一项艰巨的任务。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的一是提供一种基于红外气云成像的探测系统，其实现厂区全方位监测，对于厂区的精确监测至关重要，提高了效率的同时降低了生产成本。
本发明的上述发明目的是通过以下技术方案得以实现的：
一种基于红外气云成像的探测系统，包括探测机器人和安装在探测机器人上的探测系统，探测系统包括以下模块：
红外气云成像模块，所述红外气云成像模块包括红外成像装置，所述红外成像装置接收环境中的红外辐射并根据红外辐射生成成像信息，所述红外气云成像模块(将成像信息发出；
视频采集模块，所述视频采集模块包括高清相机，所述高清相机采集环境中的视频信息并发出；
图像处理模块，所述图像处理模块接收红外气云成像模块发出的成像信息和视频采集模块发出的视频信息，并将成像信息和视频信息进行融合处理，以形成实时监测视频并发出；
中控模块，所述中控模块接收图像处理模块发出的实时监测视频，判断当前环境气体位置与浓度，形成判断结果并发出；
导航模块，所述导航模块接收中控模块传输的判断结果，并根据判断结果规划路线，发出行动指令；
驱动模块，所述驱动模块接收导航模块发出的行动指令并驱动探测机器人按照行动指令运行；
无线通讯模块，所述无线通讯模块接收中控模块发出的判断结果和图像处理模块发出的实时监测视频，并传送给远程计算机。
通过采用上述技术方案，在使用时，通过红外成像模块与视频采集模块采集环境信息，然后经过图像处理模块进行红外气体与可见光融合成像，视频信息经过中控模块分析处理，判断气体位置与浓度，最后通过无线通讯模块传输到远程计算机。同时机器人搭载的导航模块与驱动模块能实现机器人自主导航，提高了危险场所监测的智能性与灵活性。
本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述图像处理模块包括：
预处理单元，所述预处理单元接收红外气云成像模块发出的成像信息，对成像信息进行降噪、图像增强等提升成像信息质量的预处理并发出。
通过采用上述技术方案，通过预处理单元，对采集的成像信息进行降噪、图像增强等预处理，以解决图像因为天气或者拍摄角度等原因造成的图像模糊、歪斜或缺损的情况。
本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述图像处理模块还包括：
AI识别单元，所述AI识别单元接收经预处理单元预处理后的成像信息，对成像信息中的气体浓度、扩散速度进行定量化并发出。
通过采用上述技术方案，基于AI的气体识别，将气体浓度、扩散速度定量化，以提升采集信息的标准化和精确化，使结果比较严谨客观。
本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述图像处理模块还包括：
伪彩处理单元，所述伪彩处理单元接收经AI识别单元定量化的成像信息，对成像信息中的泄露区域进行不同浓度伪彩化并发出。
通过采用上述技术方案，通过伪彩处理单元，将图像转换为彩色后，便可从主观上增加了显示信号的动态范围，增强图像边界的可识别程度。
本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述图像处理模块还包括：
视频融合单元，所述视频融合单元接受经伪彩处理单元伪彩化的成像信息和视频采集模块发出的视频信息，对成像信息和视频信息进行融合处理并发出。
通过采用上述技术方案，通过视频融合单元，将视频采集信息与伪彩处理后的信息进行融合，以增加虚拟场景与现实的互动性，从而减小采集信息不确定因素。
本发明的目的二是提供一种应用基于红外气云成像探测系统的探测方法，其实现厂区全方位监测，对于厂区的精确监测至关重要，提高了效率的同时降低了生产成本。
本发明的上述发明目的是通过以下技术方案得以实现的：
一种基于红外气云成像的探测方法：设置一探测机器人，包括以下步骤：
探测机器人先对环境中泄漏气体的信息进行采集，探测到泄漏气体的源位置，并形成成像信息；
之后探测机器人对采集到的气体成像信息进行降噪、图像增强等预处理；
然后基于AI的气体识别，将成像信息的浓度、扩散速度定量化；
之后将泄露区域的成像信息进行不同浓度伪彩化；
探测机器人通过高清相机拍摄环境中的视频信息并与伪彩化后的成像信息进行融合形成实时监测视频；
通过实时监测视频，判断气体泄漏的具体位置和周边态势，并识别气体的种类，可视化泄漏气体，立即采取措施。
通过采用上述技术方案，探测机器人在工作时，其先采集环境信息，然后对采集的气体信息进行检测，之后将采集的环境信息进行红外气体与可见光融合成像处理；然后对视频信息分析处理并判断气体泄漏的具体位置和周边态势，同时识别气体的种类，立即采取措施，便可完成探测。
本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：还包括：
探测机器人在判断气体泄漏的具体位置和周边态势后，半定量分析气体浓度、标记爆炸极限区域、立即进行报警。
通过采用上述技术方案，对泄漏气体的浓度实现快速分析，并使爆炸极限区域具体化。
本发明的目的三是提供一种应用基于红外气云成像探测系统的探测机器人，其实现厂区全方位监测，对于厂区的精确监测至关重要，提高了效率的同时降低了生产成本。
本发明的上述发明目的是通过以下技术方案得以实现的：
一种应用基于红外气云成像探测系统的探测机器人，包括车体，所述车体上安装有红外成像装置、高清相机及驱动装置，所述红外成像装置与高清相机结合以可视化泄漏气体，所述驱动装置安装在车体底盘以驱动车体移动。
通过采用上述技术方案，高清相机与红外成像装置结合，可得到实时气体影像和气体浓度分析，可视化泄漏气体，立即采取措施；驱动装置提升车体的机动性，以实现对厂区每个区域的探测。
本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述红外成像装置采用非制冷型红外焦面探测器。
通过采用上述技术方案，红外成像装置采用非制冷型红外焦面探测器，适用于大范围、远距离探测，由于滤光片、红外焦面采用非制冷的方式，大大增加了探测器的使用寿命，降低生产成本。
本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述车体上安装有导航装置，所述导航装置与驱动装置连接。
通过采用上述技术方案，导航装置根据指令规划路线并将行动指令传送给驱动装置，以实现车体的自主移动。
综上所述，本发明包括以下至少一种有益技术效果：
1.本发明加入了独特的导航系统以及驱动系统，增加了气云成像系统的机动性，适用于多种复杂的环境中，实现全天候、各种天气状况下的精确监测；
2.本发明采用非制冷型红外焦面探测器，适用于大范围、远距离探测，由于滤光片、红外焦面采用非制冷的方式，大大增加了探测器的使用寿命，降低生产成本；
3.采用高清相机与红外探测器相结合，可得到实时气体影像和气体浓度分析，可视化泄漏气体，立即采取措施；
4.采用中控系统，根据得到的信息分析不同的气体，发出不同的警报以便于进行快速判断。
附图说明
图1是实施例的系统示意图；
图2是实施例中突显车体的结构示意图。
图中，1、红外气云成像模块；2、视频采集模块；3、图像处理模块；31、预处理单元；32、AI识别单元；33、伪彩处理单元；34、视频融合单元；4、中控模块；5、导航模块；6、驱动模块；7、无线通讯模块；8、车体；81、驱动装置；82、红外成像装置；83、高清相机；84、导航装置。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
实施例1：
参照图1，本发明公开一种基于红外气云成像的探测系统，包括探测机器人和安装在探测机器人上的以下模块：
红外气云成像模块1，红外气云成像模块1包括红外成像装置82，红外成像装置82接收环境中的红外辐射并根据红外辐射生成成像信息，红外气云成像模块1将成像信息发出。红外气云成像模块1，基于红外光谱技术，采取红外镜头的针对性设计，被动式接受环境中的红外信息，对于不同气体呈现出独特的吸收曲线；通过几个不同滤光镜的组合运用，可以得到不同气体的光谱差异。
红外气云成像模块1探测气体是对系统响应范围内的辐射积分，整个成像过程通过两个不同的情况来实现：在没有气体泄漏的情况下，探测器呈现的是环境中发出的红外线；在气体发生泄漏时，泄漏气体云团会对环境中的红外光线进行反射以及散射、再加上自身的反射，在一定的波段范围内呈现出较大的变化，如果这个变化大于探测器的灵敏度，就能检测到气体的泄漏。
视频采集模块2，所述视频采集模块2包括高清相机83，所述高清相机83采集环境中的视频信息并发出。
图像处理模块3，所述图像处理模块3接收红外气云成像模块1发出的成像信息和视频采集模块2发出的视频信息，并将成像信息和视频信息进行融合处理，以形成实时监测视频并发出。
图像处理模块3包括，预处理单元31，预处理单元31接收红外气云成像模块1发出的成像信息，对成像信息进行降噪、图像增强等提升成像信息质量的预处理并发出；AI识别单元32，AI识别单元32接收经预处理单元31预处理后的成像信息，对成像信息中的气体浓度、扩散速度进行定量化并发出；伪彩处理单元33，伪彩处理单元33接收经AI识别单元32定量化的成像信息，对成像信息中的泄露区域进行不同浓度伪彩化并发出；视频融合单元34，视频融合单元34接受经伪彩处理单元33伪彩化的成像信息和视频采集模块2发出的视频信息，对成像信息和视频信息进行融合处理并发出。
中控模块4，中控模块4接收图像处理模块3发出的实时监测视频，判断当前环境气体位置与浓度，形成判断结果并发出；
导航模块5，导航模块5接收中控模块4传输的判断结果，并根据判断结果规划路线，发出行动指令；
驱动模块6，驱动模块6接收导航模块5发出的行动指令并驱动探测机器人按照行动指令运行；
无线通讯模块7，无线通讯模块7接收中控模块4发出的判断结果和图像处理模块3发出的实时监测视频，并通过WLAN传送给远程计算机。
使用时，通过红外成像模块与视频采集模块2采集环境信息，然后经过图像处理模块3进行红外气体与可见光融合成像，视频信息经过中控模块4分析处理，判断气体位置与浓度，最后通过无线通讯模块7传输到场站控制系统。同时机器人搭载的导航模块5与驱动模块6能实现机器人自主导航，提高了危险场所监测的智能性与灵活性。
实施例2：
本发明公开了一种基于红外气云成像的探测方法,设置一探测机器人，包括以下步骤：
探测机器人先对环境中泄漏气体的信息进行采集，探测到泄漏气体的源位置，并形成成像信息；
之后探测机器人对采集到的气体成像信息进行降噪、图像增强等预处理；
然后基于AI的气体识别，将成像信息的浓度、扩散速度定量化；
之后将泄露区域的成像信息进行不同浓度伪彩化；
探测机器人通过高清相机拍摄环境中的视频信息并与伪彩化后的成像信息进行融合形成实时监测视频；
通过实时监测视频，判断气体泄漏的具体位置和周边态势，并识别气体的种类，可视化泄漏气体，立即采取措施。
实施例3：
参照图2，本发明公开了一种应用基于红外气云成像探测系统的探测机器人，包括车体8，车体8上安装有红外成像装置82、高清相机83及驱动装置81。红外成像装置82与高清相机83结合以可视化泄漏气体，红外成像装置82采用非制冷型红外焦面探测器，适用于大范围、远距离探测，由于滤光片、红外焦面采用非制冷的方式，大大增加了探测器的使用寿命，降低生产成本。
车体8上还安装有驱动装置81和与驱动装置81连接的导航装置84，增加了车体8的机动性，适用于多种复杂的环境中，实现全天候、各种天气状况下的精确监测。
车体8、红外成像装置82、高清相机83、驱动装置81及导航装置84均采用防爆罩。
本具体实施方式的实施例均为本发明的较佳实施例，并非依此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种基于红外气云成像的探测系统，其特征在于：包括探测机器人和安装在探测机器人上的探测系统，所述探测系统包括以下模块：
红外气云成像模块(1)，所述红外气云成像模块(1)包括红外成像装置(82)，所述红外成像装置(82)接收环境中的红外辐射并根据红外辐射生成成像信息，所述红外气云成像模块(1)将成像信息发出；
视频采集模块(2)，所述视频采集模块(2)包括高清相机(83)，所述高清相机(83)采集环境中的视频信息并发出；
图像处理模块(3)，所述图像处理模块(3)接收红外气云成像模块(1)发出的成像信息和视频采集模块(2)发出的视频信息，并将成像信息和视频信息进行融合处理，以形成实时监测视频并发出；
中控模块(4)，所述中控模块(4)接收图像处理模块(3)发出的实时监测视频，判断当前环境气体位置与浓度，形成判断结果并发出；
导航模块(5)，所述导航模块(5)接收中控模块(4)传输的判断结果，并根据判断结果规划路线，发出行动指令；
驱动模块(6)，所述驱动模块(6)接收导航模块(5)发出的行动指令并驱动探测机器人按照行动指令运行；
无线通讯模块(7)，所述无线通讯模块(7)接收中控模块(4)发出的判断结果和图像处理模块(3)发出的实时监测视频，并传送给远程计算机。
2.根据权利要求1所述的基于红外气云成像的探测系统，其特征在于：所述图像处理模块(3)包括：
预处理单元(31)，所述预处理单元(31)接收红外气云成像模块(1)发出的成像信息，对成像信息进行降噪、图像增强等提升成像信息质量的预处理并发出。
3.根据权利要求2所述的基于红外气云成像的探测系统，其特征在于：所述图像处理模块(3)还包括：
AI识别单元(32)，所述AI识别单元(32)接收经预处理单元(31)预处理后的成像信息，对成像信息中的气体浓度、扩散速度进行定量化并发出。
4.根据权利要求3所述的基于红外气云成像的探测系统，其特征在于：所述图像处理模块(3)还包括：
伪彩处理单元(33)，所述伪彩处理单元(33)接收经AI识别单元(32)定量化的成像信息，对成像信息中的泄露区域进行不同浓度伪彩化并发出。
5.根据权利要求4所述的基于红外气云成像的探测系统，其特征在于：所述图像处理模块(3)还包括：
视频融合单元(34)，所述视频融合单元(34)接受经伪彩处理单元(33)伪彩化的成像信息和视频采集模块(2)发出的视频信息，对成像信息和视频信息进行融合处理并发出。
6.一种基于红外气云成像的探测方法，其特征在于：设置一探测机器人，包括以下步骤：
探测机器人先对环境中泄漏气体的信息进行采集，探测到泄漏气体的源位置，并形成成像信息；
之后探测机器人对采集到的气体成像信息进行降噪、图像增强等预处理；
然后基于AI的气体识别，将成像信息的浓度、扩散速度定量化；
之后将泄露区域的成像信息进行不同浓度伪彩化；
探测机器人通过高清相机拍摄环境中的视频信息并与伪彩化后的成像信息进行融合形成实时监测视频；
通过实时监测视频，判断气体泄漏的具体位置和周边态势，并识别气体的种类，可视化泄漏气体，立即采取措施。
7.根据权利要求6所述的一种基于红外气云成像的探测方法，其特征在于：还包括：
探测机器人在判断气体泄漏的具体位置和周边态势后，半定量分析气体浓度、标记爆炸极限区域、立即进行报警。
8.一种应用于权利要求1至5任一所述基于红外气云成像探测系统的探测机器人，其特征在于：包括车体(8)，所述车体(8)上安装有红外成像装置(82)、高清相机(83)及驱动装置(81)，所述红外成像装置(82)与高清相机(83)结合以可视化泄漏气体，所述驱动装置(81)安装在车体(8)底盘以驱动车体(8)移动。
9.根据权利要求8所述的一种机器人，其特征在于：所述红外成像装置(82)采用非制冷型红外焦面探测器。
10.根据权利要求8所述的一种机器人，其特征在于：所述车体(8)上安装有导航装置(84)，所述导航装置(84)与驱动装置(81)连接。
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