CN115406602A - 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 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种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，其中，装置包括红外光学镜头、运动执行机构、红外焦平面探测器、红外图像机芯成像处理电路模块以及对外视频接口，运动执行机构用于与红外光学镜头连接，运动执行机构包括执行机构源及多个子波段窄带光学滤光片，执行机构源用于驱使多个子波段窄带光学滤光片切入或切出；红外焦平面探测器一面用于与红外光学镜头或子波段窄带光学滤光片连接；红外图像机芯成像处理电路模块用于与红外焦平面探测器连接；对外视频接口与红外图像机芯成像处理电路模块连接，且用于向外传输数据。在使用时，不需要与石油接触的情况下，通过红外监测的方式对存储或运输过程中的石油进行监测。
Description
技术领域
本申请涉及石油检测技术领域，尤其涉及一种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。
背景技术
石化行业作为国民经济的能源支柱产业，为社会发展提供必要的石油能源和化工产品，石油是重要的能源和工业原料，对其进行安全生产、存储和存储或运输关系到社会发展和经济提升。然而，石油产品中包含多种易燃、润滑物质，与电力、煤炭等其他能源相比，这些油品的存储或存储或运输往往采用油轮、管道、铁路及公路等方式，涉及的危险因素多，过程复杂，非常容易出现安全事故，例如，在采用铁路及公路的存储或运输方式过程中，若发生石油(或称原油)泄漏，低落到存储或运输车辆的轮毂上，由于润滑剂的效应将极大地降低车辆的刹车性能，进而造成车祸；由于易燃效应的存在，紧急制动时容易产生电弧，进而造成火灾。因此迫切需要在石油发生微量泄漏的早期及时进行探测和维修，可有效排除事故隐患，并将损失降低到最小。
近年来，几次重大的石油泄漏事故造成了严重的人力、物力和财力的损失。传统的石油行业普遍使用基于接触式探测原理的定点在线式或手持式泄漏点探测仪，虽然灵敏度较高，但对于无法到达或无法接触的监测条件下以及存储或运输过程的动态监测尚无法快速准确完成。
发明内容
本申请的目的在于提供一种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，该装置和方法不需要与石油接触的情况下，通过红外监测的方式对存储或运输过程中的石油进行监测。
为此，第一方面，本申请实施例提供了一种检测石油泄漏的红外配准差分成像监测装置，包括：红外光学镜头；运动执行机构，用于与所述红外光学镜头连接，所述运动执行机构包括执行机构源及多个子波段窄带光学滤光片，所述执行机构源用于驱使多个所述子波段窄带光学滤光片切入或切出；红外焦平面探测器，一面用于与所述红外光学镜头或子波段窄带光学滤光片连接；红外图像机芯成像处理电路模块，用于与所述红外焦平面探测器连接；对外视频接口，与所述红外图像机芯成像处理电路模块连接，且用于向外传输数据。
在一种可能的实现方式中，还包括结构组件，所述结构组件用于连接所述红外光学镜头、所述运动执行机构、所述红外焦平面探测器、所述红外图像机芯成像处理电路模块以及所述对外视频接口。
在一种可能的实现方式中，所述子波段窄带光学滤光片的波长范围包括3.3、3.5、4.3、4.7、10.6以及10.9μm多个子波段。
在一种可能的实现方式中，所述红外焦平面探测器为制冷型或非制冷型红外焦平面探测器。
在一种可能的实现方式中，所述红外目标光谱特性匹配的带通波段的滤光片的波段包括3.7μm～4.8μm以及7.7μm～9.5μm中波、长波波段。
在一种可能的实现方式中，所述子波段窄带光学滤光片大于或等于所述红外焦平面探测器的镜头尺寸；和/或，所述子波段窄带光学滤光片大于或等于红外光学镜头的镜头尺寸。
在一种可能的实现方式中，所述红外图像机芯成像处理电路模块包括光电转换的图像采集模块、图像处理模块、数字与模拟图像的成像输出模块。
在一种可能的实现方式中，所述图像处理模块包括非均匀校正模块、盲闪元处理模块以及图像配准差分处理模块。
第二方面，本申请实施例提供了一种检测石油泄漏的红外配准差分成像监测的使用方法，包括以下步骤：执行机构源对多个子波段窄带光学滤光片进行切入，得到多幅切入图像；运执行机构源对多个子波段窄带光学滤光片进行切出，得到一幅切出图像；红外图像机芯成像处理电路模块对多幅切入图像和一幅切出图像进行非均匀校正、盲闪元填充、增强、对比度等处理，得到多幅子波段窄带光学滤光片切入光路红外图像和一幅子波段窄带光学滤光片切出光路红外图像；红外图像机芯成像处理电路模块对多幅子波段窄带光学滤光片切入光路红外图像与一幅子波段窄带光学滤光片切出光路红外图像进行图像的配准，进行差分处理得到配准后的图像，对配准后的图像中仅含有石油物质，进而标注出石油是否泄漏及其泄漏的准确位置；红外图像机芯成像处理电路模块传输到对外视频接口进行显示。
在一种可能的实现方式中，多幅所述切入图像包括3.3μm子波段窄带光学滤光片的图像、3.5μm子波段窄带光学滤光片的图像、4.3μm子波段窄带光学滤光片的图像、4.7μm子波段窄带光学滤光片的图像、10.6μm子波段窄带光学滤光片的图像以及10.9μm子波段窄带光学滤光片的图像。
在一种可能的实现方式中，所述切出图像为3μm～12μm波段的图像。
根据本申请实施例提供的一种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，装置包括红外光学镜头、运动执行机构、红外焦平面探测器、红外图像机芯成像处理电路模块以及对外视频接口，运动执行机构用于与红外光学镜头连接，运动执行机构包括执行机构源及多个子波段窄带光学滤光片，执行机构源用于驱使多个子波段窄带光学滤光片切入或切出；红外焦平面探测器一面用于与红外光学镜头或子波段窄带光学滤光片连接；红外图像机芯成像处理电路模块用于与红外焦平面探测器连接；对外视频接口与红外图像机芯成像处理电路模块连接，且用于向外传输数据。在使用时，不需要与石油接触的情况下，通过红外监测的方式对存储或运输过程中的石油进行监测。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。另外，在附图中，相同的部件使用相同的附图标记，且附图并未按照实际的比例绘制。
图1示出本申请实施例提供的一种的检测石油泄漏的红外配准差分成像监测装置结构示意图；
图2示出本申请实施例提供的一种的检测石油泄漏的红外配准差分成像监测方法流程图一；
图3示出本申请实施例提供的一种的检测石油泄漏的红外配准差分成像监测方法流程图二。
附图标记说明：
1、红外光学镜头；2、运动执行机构；21、执行机构源；22、子波段窄带光学滤光片；3、红外焦平面探测器；4、红外图像机芯成像处理电路模块；5、对外视频接口；6、结构组件。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通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，都属于本申请保护的范围。
石油主要由碳、氢、硫、氮和氧五种元素组成，其中，碳元素的含量为83.0％～87.0％，氢元素的含量为10.0％～14.0％。原油中主要含有烷烃、环烷烃、芳香烃，一般不含烯烃。汽油、煤油、柴油等石油产品则还有一定量的烯烃。根据美国国家研究院的光谱数据处理得到常见烷烃、环烷烃、烯烃和芳香烃的光谱透过率曲线，可以发现，各物质虽然在原子数、结构、化学键上存在差异，但红外透过率曲线在一定程度上很相似，尤其是在波长分别为3.3、3.5、4.3、4.7、10.6、10.9μm的子波段实现对甲烷、甲醛、二氧化碳、一氧化碳、氨气和乙烯等典型石油挥发气体的监测。因此，石油主要泄漏成分能够强烈吸收宽波段3μm～12μm范围的红外辐射。
如图1至图3所示，图1示出本申请实施例提供的一种的检测石油泄漏的红外配准差分成像监测装置结构示意图，图2示出本申请实施例提供的一种的检测石油泄漏的红外配准差分成像监测方法流程图一，图3示出本申请实施例提供的一种的检测石油泄漏的红外配准差分成像监测方法流程图二。
一种检测石油泄漏的红外配准差分成像监测装置，包括红外光学镜头1、运动执行机构2、红外焦平面探测器3、红外图像机芯成像处理电路模块4、以及对外视频接口5。运动执行机构2用于与红外光学镜头1连接，运动执行机构2包括执行机构源21及多个子波段窄带光学滤光片22，执行机构源21用于驱使多个子波段窄带光学滤光片22切入或切出；红外焦平面探测器3一面用于与红外光学镜头1或子波段窄带光学滤光片22连接；红外图像机芯成像处理电路模块4用于与红外焦平面探测器3连接；对外视频接口5与红外图像机芯成像处理电路模块4连接且用于向外传输数据。
需要解释的是，红外光学镜头1主要是通过红外辐射滤光片进行作用，在自身的优势下可在白天与夜晚进行使用。目标的红外辐射进入镜头进行聚焦成像。红外光学镜头对入射的激光光斑和/或其他红外目标进行聚焦。
运动执行机构2包括执行机构源21以及多个子波段窄带光学滤光片22，多个子波段窄带光学滤光片22与红外光学镜头1连接，执行机构源21可驱使子波段窄带光学滤光片22切入或切出，子波段窄带光学滤光片22切入或切出两种状态相互独立且互不干涉。
红外焦平面探测器3一面用于与红外光学镜头1或子波段窄带光学滤光片22连接，即石油红外辐射目标先通过红外光学镜头1或子波段窄带光学滤光片22后再进入红外焦平面探测器3。在一个示例中，多个子波段窄带光学滤光片22位于红外光学镜头1与红外焦平面探测器3之间。在另一个示例中，红外光学镜头1位于多个子波段窄带光学滤光片22与红外焦平面探测器3之间
红外图像机芯成像处理电路模块4与红外焦平面探测器3连接，从而接收到红外焦平面探测器3给出的信息，然后进行处理，处理后经过对外视频接口5进行传输。
利用红外光学镜头1对入射的石油红外辐射目标进行聚焦，利用执行机构源21带动子子波段窄带光学滤光片22的切入切出光路，利用红外焦平面探测器3实时获取红外图像，通过红外图像机芯成像处理电路模块4完成图像配准差分的实时处理及输出显示，通过对外视频接口5进行传输，进而实现石油存储或运输过程泄漏的有效监测。本发明公开的石油泄漏的监测装置具有结构紧凑、非接触、实时性、快速定位、高动态范围的优点。
进一步的，还包括结构组件6，结构组件6用于连接红外光学镜头1、运动执行机构2、红外焦平面探测器3、红外图像机芯成像处理电路模块4以及对外视频接口5。
结构组件6为结构架体，将红外光学镜头1、运动执行机构2、红外焦平面探测器3、红外图像机芯成像处理电路模块4以及对外视频接口5进行连接，管于连接方式，本申请不做具体限制。
在一些可选的实施例中，子波段窄带光学滤光片的波长范围包括3.3、3.5、4.3、4.7、10.6以及10.9μm多个子波段。
石油包含甲烷、甲醛、二氧化碳、一氧化碳、氨气和乙烯物质，甲烷、甲醛、二氧化碳、一氧化碳、氨气和乙烯所产生的红外辐射分别为3.3、3.5、4.3、4.7、10.6以及10.9μm，当子波段窄带光学滤光片的波长范围包括3.3、3.5、4.3、4.7、10.6以及10.9μm时，即可对石油中的物质进行清晰的捕捉，从而提高检测石油泄漏的红外配准差分成像监测装置的检测精准度。
石油还包括其他物质，其他物质中所对应产生的红外辐射不相同，即子波段窄带光学滤光片的波长范围不仅只是包括3.3、3.5、4.3、4.7、10.6以及10.9μm，可针对其他物质的红外辐射进行调整设置。
在一些可选的示例中，红外焦平面探测器3为制冷型或非制冷型红外焦平面探测器。
在一些可选的示例中，子波段窄带光学滤光片22大于或等于红外焦平面探测器3的镜头尺寸；和/或，子波段窄带光学滤光片22大于或等于红外光学镜头1的镜头尺寸。从而确保石油红外辐射目标到达红外焦平面探测器3焦面之前均通过子波段窄带光学滤光片22。
在一些可选的示例中，红外图像机芯成像处理电路模块4包括光电转换的图像采集模块、图像处理模块、数字与模拟图像的成像输出模块。
光电转换的图像采集模块对经过多个子波段窄带光学滤光片22以及红外光学镜头1的石油红外辐射目标进行采集捕捉，图像处理模块对经过光电转换的图像采集模块的图像进行处理，最后通过数字与模拟图像的成像输出模块进行成像输出，从而对石油是否泄露进行监测判断。
在一些可选的示例中，图像处理模块包括非均匀校正模块、盲闪元处理模块以及图像配准差分处理模块。
即，光电转换的图像采集模块捕捉得到的图像需要经过非均匀校正、盲闪元填充、增强、对比度等处理。同时还需图像配准差分处理模块对切入图像与切出的图像进行图像配准差分处理。图像配准差分公式为：IO＝f(k)Ii-Ij其中i为自然数例如1，2……n，j＝1、f(k)为增益函数。
一种检测石油泄漏的红外配准差分成像监测的使用方法，包括以下步骤：
步骤1，执行机构源21对多个子波段窄带光学滤光片22进行切入，得到多幅切入图像；
步骤2，运执行机构源21对多个子波段窄带光学滤光片22进行切出，得到一幅切出图像；
步骤3，红外图像机芯成像处理电路模块4对多幅切入图像和一幅切出图像进行非均匀校正、盲闪元填充、增强、对比度等处理，得到多幅子波段窄带光学滤光片切入光路红外图像和一幅子波段窄带光学滤光片切出光路红外图像；
步骤4，红外图像机芯成像处理电路模块4对多幅子波段窄带光学滤光片切入光路红外图像与一幅子波段窄带光学滤光片切出光路红外图像进行图像的配准，进行差分处理得到配准后的图像，
步骤5，对配准后的图像中仅含有石油物质，进而标注出石油是否泄漏及其泄漏的准确位置；
步骤6，红外图像机芯成像处理电路模块4传输到对外视频接口5进行显示。
其中，多幅切入图像包括3.3μm子波段窄带光学滤光片的图像、3.5μm子波段窄带光学滤光片的图像、4.3μm子波段窄带光学滤光片的图像、4.7μm子波段窄带光学滤光片的图像、10.6μm子波段窄带光学滤光片的图像以及10.9μm子波段窄带光学滤光片的图像。切出图像为3μm～12μm波段的图像。
具体的，检测石油泄漏的红外配准差分成像监测的使用方法，包括以下步骤：
步骤1，同一场景下，执行机构源21带动子波段窄带光学滤光片22切入光路后得到一幅通过3.3μm子波段窄带光学滤光片的图像，对应石油中甲烷气体的监测；
(2)同一场景下，执行机构源21带动子波段窄带光学滤光片22切入光路后得到一幅通过3.5μm子波段窄带光学滤光片22的图像，对应石油中甲醛气体的监测；
(3)同一场景下，执行机构源21带动子波段窄带光学滤光片22切入光路后得到一幅通过4.3μm子波段窄带光学滤光片22的图像，对应石油中二氧化碳气体的监测；
(4)同一场景下，执行机构源21带动子波段窄带光学滤光片22切入光路后得到一幅通过4.7μm子波段窄带光学滤光片22的图像，对应石油中一氧化碳的监测；
(5)同一场景下，执行机构源21带动子波段窄带光学滤光片22切入光路后得到一幅通过10.6μm子波段窄带光学滤光片22的图像，对应石油中氨气气体的监测；
(6)同一场景下，执行机构源21带动子波段窄带光学滤光片22切入光路后得到一幅通过10.9μm子波段窄带光学滤光片22的图像，对应石油中乙烯气体的监测；
(7)同一场景下，当执行机构源21切出光路后得到一幅通过3μm～12μm波段的图像；
(6)非均匀校正模块、盲闪元处理模块对多幅切入图像和一幅切出图像进行非均匀校正、盲闪元填充、增强、对比度等处理，得到多幅子波段窄带光学滤光片切入光路红外图像和一幅子波段窄带光学滤光片切出光路红外图像；
(7)图像配准差分处理模块对多幅切入图像和一幅切出图像进行图像的配准，根据图像配准差分公式，对多幅图像进行差分处理得到配准后的图像；
(8)图像中仅含有石油物质，进而标注出石油是否泄漏及其泄漏的准确位置；
(9)数字与模拟图像的成像输出模块将数据通过对外视频接口5进行传输。
实现同一场景下，在红外焦平面探测器3或红外光学镜头1前通过运动执行机构2将与石油光谱特性3μm～12μm内匹配的不同物质特性波段的子波段窄带光学滤光片22切入、切出光路。
当执行机构源21带动子波段窄带光学滤光片22切入光路后得到一幅通过3.3μm子波段窄带光学滤光片的图像，当执行机构源21带动子波段窄带光学滤光片22切入光路后得到一幅通过3.5μm子波段窄带光学滤光片的图像，…当执行机构源21带动子波段窄带光学滤光片22切入光路后得到一幅通过10.9μm子波段窄带光学滤光片的图像(包含，但不限于以上子波段)；当执行机构源21切出光路后得到一幅通过3μm～12μm波段的图像。对多幅图像、进行配准差分处理进而得到仅含有与石油(或称原油)物质的红外图像；使得整体结构紧凑，同时减少切入子波段窄带光学滤光片22后进入子波段窄带光学滤光片22本身而带来能量的损失或其他干扰等因素的影响，快速、准确有效地实现石油存储或运输过程的泄漏监测。
应当指出，在说明书中提到的“一个实施例”、“实施例”、“示例性实施例”、“一些实施例”等表示所述的实施例可以包括特定特征、结构或特性，但未必每个实施例都包括该特定特征、结构或特性。此外，这样的短语未必是指同一实施例。此外，在结合实施例描述特定特征、结构或特性时，结合明确或未明确描述的其他实施例实现这样的特征、结构或特性处于本领域技术人员的知识范围之内。
应当容易地理解，应当按照最宽的方式解释本公开中的“在……上”、“在……以上”和“在……之上”，以使得“在……上”不仅意味着“直接处于某物上”，还包括“在某物上”且其间具有中间特征或层的含义，并且“在……以上”或者“在……之上”不仅包括“在某物以上”或“之上”的含义，还可以包括“在某物以上”或“之上”且其间没有中间特征或层(即，直接处于某物上)的含义。
此外，文中为了便于说明可以使用空间相对术语，例如，“下面”、“以下”、“下方”、“以上”、“上方”等，以描述一个元件或特征相对于其他元件或特征的如图所示的关系。空间相对术语意在包含除了附图所示的取向之外的处于使用或操作中的器件的不同取向。装置可以具有其他取向(旋转90度或者处于其他取向上)，并且文中使用的空间相对描述词可以同样被相应地解释。
需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，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、物品或者设备不仅包括那些要素，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、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的范围。
Claims (10)
1.一种检测石油泄漏的红外配准差分成像监测装置，其特征在于，包括：
红外光学镜头；
运动执行机构，用于与所述红外光学镜头连接，所述运动执行机构包括执行机构源及多个子波段窄带光学滤光片，所述执行机构源用于驱使多个所述子波段窄带光学滤光片切入或切出；
红外焦平面探测器，一面用于与所述红外光学镜头或子波段窄带光学滤光片连接；
红外图像机芯成像处理电路模块，用于与所述红外焦平面探测器连接；
对外视频接口，与所述红外图像机芯成像处理电路模块连接，且用于向外传输数据。
2.根据权利要求1所述的检测石油泄漏的红外配准差分成像监测装置，其特征在于，还包括结构组件，所述结构组件用于连接所述红外光学镜头、所述运动执行机构、所述红外焦平面探测器、所述红外图像机芯成像处理电路模块以及所述对外视频接口。
3.根据权利要求1所述的检测石油泄漏的红外配准差分成像监测装置，其特征在于，所述子波段窄带光学滤光片的波长范围包括3.3、3.5、4.3、4.7、10.6以及10.9μm多个子波段。
4.根据权利要求1所述的检测石油泄漏的红外配准差分成像监测装置，其特征在于，所述红外焦平面探测器为制冷型或非制冷型红外焦平面探测器。
5.根据权利要求1所述的检测石油泄漏的红外配准差分成像监测装置，其特征在于，所述子波段窄带光学滤光片大于或等于所述红外焦平面探测器的镜头尺寸；和/或，所述子波段窄带光学滤光片大于或等于红外光学镜头的镜头尺寸。
6.根据权利要求1所述的检测石油泄漏的红外配准差分成像监测装置，其特征在于，所述红外图像机芯成像处理电路模块包括光电转换的图像采集模块、图像处理模块、数字与模拟图像的成像输出模块。
7.根据权利要求5所述的检测石油泄漏的红外配准差分成像监测装置，其特征在于，所述图像处理模块包括非均匀校正模块、盲闪元处理模块以及图像配准差分处理模块。
8.一种检测石油泄漏的红外配准差分成像监测的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：
执行机构源对多个子波段窄带光学滤光片进行切入，得到多幅切入图像；
运执行机构源对多个子波段窄带光学滤光片进行切出，得到一幅切出图像；
红外图像机芯成像处理电路模块对多幅切入图像和一幅切出图像进行非均匀校正、盲闪元填充、增强、对比度等处理，得到多幅子波段窄带光学滤光片切入光路红外图像和一幅子波段窄带光学滤光片切出光路红外图像；
红外图像机芯成像处理电路模块对多幅子波段窄带光学滤光片切入光路红外图像与一幅子波段窄带光学滤光片切出光路红外图像进行图像的配准，进行差分处理得到配准后的图像，
对配准后的图像中仅含有石油物质，进而标注出石油是否泄漏及其泄漏的准确位置；
红外图像机芯成像处理电路模块传输到对外视频接口进行显示。
9.根据权利要求8所述的检测石油泄漏的红外配准差分成像监测的使用方法，其特征在于，多幅所述切入图像包括3.3μm子波段窄带光学滤光片的图像、3.5μm子波段窄带光学滤光片的图像、4.3μm子波段窄带光学滤光片的图像、4.7μm子波段窄带光学滤光片的图像、10.6μm子波段窄带光学滤光片的图像以及10.9μm子波段窄带光学滤光片的图像。
10.根据权利要求9所述的检测石油泄漏的红外配准差分成像监测的使用方法，其特征在于，所述切出图像为3μm～12μm波段的图像。
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| CN202210957759.3A CN115406602A (zh) | 2022-08-10 | 2022-08-10 | 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 |
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