ES2910112T3 - Sistemas y métodos para cuantificar una fuga de gas - Google Patents

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Gil Abramovich
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Abstract

Sistema (100) para cuantificar una fuga de gas en un campo visual especificado, comprendiendo el sistema: una unidad de obtención de imágenes (110) que comprende un detector (116) refrigerado criogénicamente dispuesto para detectar radiación electromagnética dentro de una banda espectral especificada y una óptica (114) dispuesta para enfocar la radiación electromagnética en el detector refrigerado criogénicamente; una unidad (120) de filtros que comprende: un primer filtro de paso de banda 122 no refrigerado dispuesto para transmitir radiación electromagnética dentro de una primera banda espectral; un segundo filtro de paso de banda 124 no refrigerado dispuesto para transmitir radiación electromagnética dentro de una segunda banda espectral; y un mecanismo de conmutación (126) de filtros dispuesto para intercambiar entre el primer filtro de paso de banda no refrigerado y el segundo filtro de paso de banda no refrigerado para colocar de este modo el primer filtro de paso de banda no refrigerado o el segundo filtro de paso de banda no refrigerado entre la óptica y el detector refrigerado criogénicamente; donde ni el primer filtro de paso de banda no refrigerado ni el segundo filtro de paso de banda no refrigerado se someten a medios de estabilización de temperatura; donde la primera banda espectral coincide con una banda espectral de gas de fuga no transparente en la que el gas de fuga emite y absorbe radiación electromagnética, donde la segunda banda espectral coincide con una banda espectral de gas de fuga transparente en la que el gas de fuga no emite ni absorbe radiación electromagnética, y donde la banda espectral especificada incluye la primera banda espectral y la segunda banda espectral; donde el detector refrigerado criogénicamente está dispuesto para generar, usando el primer filtro de paso de banda no refrigerado, al menos una imagen de primera banda espectral del campo visual en la primera banda espectral y para generar, usando el segundo filtro de paso de banda no refrigerado, al menos una imagen de segunda banda espectral del campo visual en la segunda banda espectral; y una unidad de cuantificación (140) dispuesta para: recibir la al menos una imagen de primera banda espectral y recibir la al menos una imagen de segunda banda espectral; determinar, en función de la al menos una imagen de segunda banda espectral y un primer modelo de referencia predeterminado, al menos una imagen de banda espectral reconstruida del campo visual especificado en la primera banda espectral, suponiendo que no hay fuga de gas; caracterizado por que la unidad de cuantificación está además dispuesta para determinar, dividiendo la al menos una imagen de primera banda espectral por la al menos una imagen de banda espectral reconstruida, al menos una imagen cociente (200); y cuantificar la fuga de gas en el campo visual especificado en función de al menos una imagen cociente y otros datos, donde cuantificar la fuga de gas comprende determinar al menos uno de: una masa del gas de fuga en cada píxel de la al menos una imagen cociente, donde dichos otros datos comprenden los parámetros de la unidad de obtención de imágenes especificados y los parámetros de gas de fuga especificados; y una velocidad de flujo del gas de fuga en el campo visual especificado, donde dichos otros datos comprenden los parámetros de la unidad de obtención de imágenes especificados, condiciones ambientales especificadas y un segundo modelo de referencia predeterminado, donde las condiciones ambientales especificadas comprenden una temperatura del gas de fuga, una temperatura ambiente y una velocidad del viento.

Description

DESCRIPCIÓN
Sistemas y métodos para cuantificar una fuga de gas
Sector técnico de la invención
La presente invención se refiere al campo de la detección de fugas de gas, y más particularmente, a sistemas y métodos para cuantificar la fuga de gas.
Antecedentes de la invención
Las industrias del petróleo, gas, productos químicos y centrales eléctricas buscan constantemente una detección in situ eficiente de fugas de gases que salen accidentalmente. La mayoría de los gases utilizados (por ejemplo, metano, propano, benceno, etc.) en estas industrias son muy explosivos cuando se mezclan con aire. Además, la mayoría de los gases de fuga pertenecen a la categoría de gases de efecto invernadero y, por lo tanto, contribuyen a la inestabilidad climática y al aumento de la temperatura. Además, el problema de las fugas de gas está causando pérdidas de beneficios a sus industrias.
Por lo general, la normativa en la mayoría de los países desarrollados requiere una vigilancia constante de los equipos con el fin de controlar y reducir al mínimo las fugas de gas. Hoy en día hay muchos productos diferentes que facilitan la detección de componentes orgánicos volátiles (COV) y otros gases. La mayoría de estos productos pertenecen a una categoría llamada «olfateadores». Los olfateadores proporcionan lecturas precisas de la concentración de gas, pero necesitan mucha mano de obra relacionada con el proceso de inspección que debe realizarse localmente muy cerca de las válvulas de las tuberías o cualquier otro componente de transporte de gas.
Los sistemas ópticos de detección de gas también son conocidos. Los distintos gases se caracterizan por diferentes líneas de absorción en diferentes bandas espectrales, lo que puede permitir detectar diferentes gases usando diferentes filtros. Normalmente, los sistemas ópticos de detección de gas incluyen un detector refrigerado y uno o varios filtros de paso de banda refrigerados, por ejemplo, ambos ubicados en el vaso dewar de una cámara. La sensibilidad de dichos sistemas se limita a un gas de un solo tipo (o tipos limitados de gases), debido, por ejemplo, a la incapacidad de reemplazar el o los filtros de paso de banda refrigerados con diferentes filtros adaptados para diferentes tipos de gases. La publicación de patente de los Estados Unidos núm. US 2010/0284570 describe un sistema de obtención de imágenes y un método para detectar la presencia de una sustancia que tiene una firma detectable en una banda espectral conocida. El sistema comprende un sensor de imágenes térmicas y ópticas, y dos filtros de paso de banda intercambiables no refrigerados ubicados entre la óptica y el detector. Un primer filtro transmite radiación electromagnética en una primera banda espectral que incluye la banda espectral conocida y bloquea la radiación electromagnética para otras bandas espectrales. Un segundo filtro transmite solo radiación electromagnética en una segunda banda espectral en la que la sustancia no tiene firma detectable. El sistema también incluye un procesador para procesar las imágenes para obtener una imagen fusionada reconstruida que implica el uso de una o más transformadas destinadas a obtener una similitud entre una o más imágenes adquiridas con el primer filtro y una o más imágenes adquiridas con el segundo filtro antes de reconstruir la imagen fusionada.
Explicación resumida de la invención
Un aspecto de la presente invención proporciona un sistema según la reivindicación 1.
Otro aspecto de la presente invención proporciona un método implementado por ordenador para cuantificar una fuga de gas en un campo visual especificado usando el sistema anterior.
Otro aspecto, que no forma parte de la invención reivindicada, proporciona un sistema para detectar automáticamente una fuga de gas en un campo visual específico, comprendiendo el sistema: una unidad de obtención de imágenes que comprende un detector refrigerado criogénicamente dispuesto para detectar radiación electromagnética dentro de una banda espectral específica; una unidad de filtros que comprende: un primer filtro de paso de banda no refrigerado dispuesto para transmitir radiación electromagnética dentro de una primera banda espectral; y un segundo filtro de paso de banda no refrigerado dispuesto para transmitir radiación electromagnética dentro de una segunda banda espectral; donde la primera banda espectral coincide con una banda espectral de gas de fuga no transparente en la que el gas de fuga emite y absorbe radiación electromagnética, donde la segunda banda espectral coincide con una banda espectral de gas de fuga transparente en la que el gas de fuga no emite ni absorbe radiación electromagnética, y donde la banda espectral especificada incluye la primera banda espectral y la segunda banda espectral; donde el detector refrigerado criogénicamente está dispuesto para generar alternativamente, en cada ciclo de detección de fugas de gas de un número predeterminado de ciclos de detección de fugas de gas, una pluralidad de imágenes de primera banda espectral del campo visual especificado en la primera banda espectral usando el primer filtro de paso de banda no refrigerado y una pluralidad de imágenes de segunda banda espectral del campo visual especificado en la segunda banda espectral usando el segundo filtro de paso de banda no refrigerado; y una unidad de detección dispuesta para: recibir, en cada ciclo de detección de fugas de gas del número predeterminado de ciclos de detección de fugas de gas, la pluralidad de imágenes de primera banda espectral y la pluralidad de imágenes de segunda banda espectral generadas alternativamente; determinar, en cada ciclo de detección de fugas de gas, en función de al menos una parte de la pluralidad de imágenes de primera banda espectral, un primer cambio que se sospecha como una fuga de gas en el campo visual especificado, y determinar al menos una imagen de primera banda espectral de la pluralidad de imágenes de primera banda espectral que comprende este primer cambio; determinar, en cada ciclo de detección de fugas de gas, en función de al menos una parte de la pluralidad de imágenes de segunda banda espectral, un segundo cambio que se sospecha como una fuga de gas en el campo visual especificado, y determinar al menos una imagen de segunda banda espectral de la pluralidad de imágenes de primera banda espectral que comprende este segundo cambio; determinar, en cada ciclo de detección de fugas de gas, en función de al menos uno del primer cambio determinado, el segundo cambio determinado, la al menos una imagen de primera banda espectral que comprende el primer cambio y la al menos una imagen de segunda banda espectral que comprende el segundo cambio, si el primer cambio y/o el segundo cambio es una fuga de gas; y determinar un número total de detecciones de fugas de gas en el número predeterminado de ciclos de detección de gas y además determinar, en función del número total de detecciones de gas y un umbral predeterminado de detecciones de fugas de gas, si se requiere la activación de una alarma de fugas de gas.
Otro aspecto, que no forma parte de la invención reivindicada, proporciona un método de detección automática de una fuga de gas en un campo visual especificado, el método comprendiendo: generar alternativamente, en cada ciclo de detección de fugas de gas de un número predeterminado de ciclos de detección de fugas de gas, mediante un detector refrigerado y usando un primer filtro de paso de banda no refrigerado, una pluralidad de imágenes de primera banda espectral en una primera banda espectral, y mediante el detector y usando un segundo filtro de paso de banda no refrigerado, una pluralidad de imágenes de segunda banda espectral en una segunda banda espectral, donde la primera banda espectral coincide con una banda espectral de gas de fuga no transparente en la que el gas de fuga emite y absorbe radiación electromagnética, y donde la segunda banda espectral coincide con una banda espectral de gas de fuga transparente en la que el gas de fuga no emite ni absorbe radiación electromagnética; determinar, en cada ciclo de detección de fugas de gas, en función de al menos una parte de la pluralidad de imágenes de primera banda espectral, un primer cambio que se sospecha como una fuga de gas en el campo visual especificado, y determinar al menos una imagen de primera banda espectral de la pluralidad de imágenes de primera banda espectral que comprende este primer cambio; determinar, en cada ciclo de detección de fugas de gas, en función de al menos una parte de la pluralidad de imágenes de segunda banda espectral, un segundo cambio que se sospecha como una fuga de gas en el campo visual especificado, y determinar al menos una imagen de segunda banda espectral de la pluralidad de imágenes de primera banda espectral que comprende este segundo cambio; determinar, en cada ciclo de detección de fugas de gas, en función de al menos uno del primer cambio determinado, el segundo cambio determinado, la al menos una imagen de primera banda espectral que comprende el primer cambio y la al menos una imagen de segunda banda espectral que comprende el segundo cambio, si el primer cambio y/o el segundo cambio es una fuga de gas; y determinar un número total de detecciones de fugas de gas en el número predeterminado de ciclos de detección de gas y además determinar, en función del número total de detecciones de gas y un umbral predeterminado de detecciones de fugas de gas, si se requiere la activación de una alarma de fugas de gas, donde el umbral predeterminado de detecciones de fugas de gas se ajusta para reducir el índice de falsa alarma y/o aumentar la probabilidad de la alarma de fuga de gas.
Estos aspectos y/o ventajas adicionales y/u otros de la presente invención se exponen en la descripción detallada que sigue, posiblemente deducibles de la descripción detallada, y/o que se pueden aprender mediante la puesta en práctica de la presente invención.
Breve descripción de los dibujos
Para una mejor comprensión de las formas de realización de la invención y para mostrar cómo se puede llevar a cabo la misma, a continuación se hará referencia, solo a modo de ejemplo, a los dibujos adjuntos en los que los números similares designan elementos o secciones correspondientes en todas partes.
En los dibujos adjuntos:
la Figura 1 es una ilustración esquemática de un sistema para cuantificar una fuga de gas y para una detección automática de la fuga de gas en un campo visual específico, según algunas formas de realización de la invención;
la Figura 2A es un diagrama de flujo de un método realizado por una unidad de cuantificación de un sistema para cuantificar una fuga de gas y para una detección automática de la fuga de gas, según algunas formas de realización de la invención;
la Figura 2B es un diagrama de flujo de un método realizado por una unidad de detección de un sistema para cuantificar una fuga de gas y para una detección automática de la fuga de gas, según algunas formas de realización de la invención;
las Figuras 3A-3B son imágenes cocientes del campo visual específico determinadas por una unidad de cuantificación de un sistema para cuantificar una fuga de gas y/o para una detección automática de la fuga de gas en un campo visual específico para varias velocidades de fugas de gas, según algunas formas de realización de la invención;
las Figuras 4A-4D son gráficos que muestran parámetros específicos de gas determinados por una unidad de cuantificación de un sistema para cuantificar una fuga de gas y/o para una detección automática de la fuga de gas en un campo visual específico, según algunas formas de realización de la invención;
la Figura 5 es un diagrama de flujo de un método para cuantificar una fuga de gas en un campo visual específico, según algunas formas de realización de la invención; y
la Figura 6 es un diagrama de flujo de un método de detección automática de fugas de gas en un campo visual específico que no forma parte de la invención reivindicada.
Descripción detallada de la invención
En la siguiente descripción, se describen varios aspectos de la presente invención. Para su explicación, se indican configuraciones y detalles específicos con el fin de proporcionar una comprensión exhaustiva de la presente invención. Sin embargo, un experto en la técnica deducirá que la presente invención puede ponerse en práctica sin los detalles específicos indicados en la presente memoria. Además, se pueden haber omitido o simplificado características muy conocidas para no dificultar la comprensión de la presente invención. Con referencia específica ahora a los dibujos, se destaca que los detalles mostrados son solo a modo de ejemplo y para una explicación ilustrativa de la presente invención, y se presentan para proporcionar lo que se cree que es la descripción más útil y fácilmente comprensible de los principios y aspectos conceptuales de la invención. A este respecto, tampoco se muestran los detalles estructurales de la invención con mayor detalle del necesario para una comprensión fundamental de la invención, cuya descripción, junto con los dibujos, permitirá que los expertos en la técnica comprendan cómo se pueden poner en práctica las diversas formas de realización de la invención.
Antes de explicar en detalle al menos una forma de realización de la invención, debe entenderse que la invención no se limita en su aplicación a los detalles de construcción y la disposición de los componentes indicados en la siguiente descripción o ilustrados en los dibujos. La invención es aplicable a otras formas de realización que se pueden poner en práctica o llevar a cabo de diversas maneras, así como a combinaciones de las formas de realización divulgadas. Además, debe entenderse que la fraseología y la terminología empleadas en la presente memoria tienen fines descriptivos y no deberán considerarse limitativas.
A menos que se indique específicamente lo contrario, como se desprende de las siguientes explicaciones, se aprecia que a lo largo de la memoria, las explicaciones que usen términos tales como "procesamiento", "cómputo", "cálculo", "determinación", "mejora" o similares, se refieren a la acción y/o procesos de un ordenador o sistema informático, o dispositivo informático electrónico similar, que manipule y/o transforme datos representados como físicos, tales como cantidades electrónicas dentro de los registros y/o memorias del sistema informático en otros datos representados de manera similar como cantidades físicas dentro de las memorias, registros u otros dispositivos de almacenamiento, transmisión o visualización de información similares del sistema informático. Cualquiera de los módulos o unidades divulgados puede ser implementado, al menos parcialmente, por un procesador informático.
En general, se divulgan un sistema y método para cuantificar una fuga de gas en un campo visual especificado. El sistema comprende un detector refrigerado y una óptica, y dos filtros de paso de banda intercambiables no refrigerados ubicados entre la óptica y el detector. Un primer filtro de paso de banda no refrigerado transmite radiación electromagnética en una primera banda espectral que coincide con una banda espectral de gas de fuga no transparente. Un segundo filtro de paso de banda no refrigerado transmite solo radiación electromagnética en una segunda banda espectral que coincide con una banda espectral de gas de fuga transparente. El sistema comprende una unidad de cuantificación dispuesta para procesar las imágenes generadas por el detector refrigerado para determinar de este modo, en función de estas imágenes, una velocidad de flujo del gas de fuga en el campo visual especificado. Además, el sistema puede comprender una unidad de detección dispuesta para determinar, en función de una pluralidad de imágenes de primera banda espectral y una pluralidad de imágenes de segunda banda espectral generadas de forma alternativa, una fuga de gas en el campo visual especificado.
A continuación se hará referencia a la Figura 1, que es una ilustración esquemática de un sistema para cuantificar una fuga de gas y para una detección automática de la fuga de gas en un campo visual especificado, según algunas formas de realización de la invención.
El sistema 100 comprende una unidad de obtención de imágenes 110 (por ejemplo, cámara de infrarrojo (IR) de vídeo o de imágenes fijas) que comprende la óptica 114 asociada a un detector 116. La óptica 114 está dispuesta para enfocar la radiación electromagnética en el detector 116 y para asegurar una trayectoria óptica deseada de esta radiación electromagnética. El detector 116 es un detector térmico refrigerado criogénicamente (por ejemplo, refrigerado criogénicamente por una unidad de refrigeración 111). El detector 116 está dispuesto para funcionar (por ejemplo, para detectar radiación electromagnética) dentro de un rango espectral especificado. En varias formas de realización, el detector 116 está dispuesto para funcionar dentro de un rango de infrarrojos (IR) de onda media (por ejemplo, para detectar radiación electromagnética en el intervalo de 3-5 pm) y/o para funcionar dentro de un rango de IR de onda larga (por ejemplo, para detectar una radiación electromagnética en el intervalo de 7-14 pm). El detector 116 está dispuesto para generar, en función de la radiación electromagnética detectada, al menos una imagen del campo visual especificado. En algunas formas de realización, el campo visual especificado comprende un gas de fuga.
En algunas formas de realización, la banda espectral especificada del detector 116 se determina en función de un tipo de gas de fuga. Por ejemplo, la banda espectral especificada se puede ajustar en un intervalo de 3-5 pm para gases de fugas tales como acetileno, etano, heptano, cloruro de hidrógeno, isobutano, isooctano, isopentano, octano y/o metano. Cabe señalar que la banda espectral especificada del detector 116 se puede establecer en diferentes valores en función, por ejemplo, del tipo de gas de fuga.
El sistema 100 comprende una unidad 120 de filtros. La unidad 120 de filtros comprende un primer filtro de paso de banda 122. El primer filtro de paso de banda 122 es un filtro no refrigerado (filtro que no se somete a ningún medio de estabilización térmica). El primer filtro de paso de banda 122 está dispuesto para transmitir radiación electromagnética dentro de una primera banda espectral. La primera banda espectral se puede determinar en función del tipo de gas de fuga. La primera banda espectral está configurada para coincidir con una banda espectral de gas de fuga no transparente en la que el gas de fuga emite y absorbe radiación electromagnética.
Por ejemplo, si el gas de fuga es metano, la primera banda espectral se puede ajustar en un intervalo de 3,15-3,45 pm donde el metano emite y absorbe radiación electromagnética. En varias formas de realización, el gas de fuga tiene varias bandas espectrales en las que emite o absorbe radiación electromagnética, y/o la primera banda espectral se ajusta para que coincida con la banda espectral óptima de gas de fuga.
La unidad 120 de filtros comprende un segundo filtro de paso de banda 124. El segundo filtro de paso de banda 122 es un filtro no refrigerado (filtro que no se somete a ningún medio de estabilización de temperatura). El segundo filtro de paso de banda 124 está dispuesto para transmitir radiación electromagnética dentro de una segunda banda espectral. La segunda banda espectral se puede determinar en función de al menos una de la primera banda espectral del primer filtro de paso de banda 122 y/o la banda espectral especificada del detector 116. La segunda banda espectral se ajusta para que coincida con una banda espectral de gas de fuga transparente en la que el gas de fuga no emite ni absorbe radiación electromagnética. Por ejemplo, con referencia al metano como ejemplo de gas de fuga, la segunda banda espectral se puede ajustar en un intervalo de 3,45-5 pm, donde el metano es transparente (por ejemplo, no emite ni absorbe radiación electromagnética). La banda espectral especificada del detector 116 incluye la primera banda espectral del primer filtro de paso de banda 122 y la segunda banda espectral del segundo filtro de paso de banda 124. Por ejemplo, con referencia al metano como ejemplo de gas de fuga, la banda espectral especificada del detector 116 se puede ajustar en un intervalo de 3-5 |jm, incluyendo así la primera banda espectral en un intervalo de 3,15-3,45 jm y la segunda banda espectral en un intervalo de 3,45-5 jm.
En varias formas de realización, la primera banda espectral y/o la segunda banda espectral se ajustan para situarlas en una banda espectral de atmósfera transparente en la que la atmósfera no emite ni absorbe radiación. En varias formas de realización, la primera banda espectral y/o la segunda banda espectral se ajustan además de modo que el detector 116 sea capaz de traducir los fotones detectados en fotoelectrones de tal manera que se pueda usar para generar una imagen en tiempo real.
La unidad 120 de filtros comprende un mecanismo 126 de conmutación de filtros. El mecanismo 126 de conmutación de filtros está dispuesto para intercambiar entre el primer filtro de paso de banda 122 y el segundo filtro de paso de banda 124 para colocar así el primer filtro de paso de banda 122 o el segundo filtro de paso de banda 124 entre el detector 116 y la óptica 114. En varias formas de realización, el mecanismo 126 de conmutación de filtros comprende, por ejemplo, un mecanismo deslizante (no mostrado) o pivotante (por ejemplo, como se muestra en la Figura 1).
En varias formas de realización, el primer filtro de paso de banda 122 y/o el segundo filtro de paso de banda 124 son cambiables, por ejemplo, pueden sustituirse por otros filtros, en función, por ejemplo, del tipo de gas de fuga que se detecte y/o cuantifique.
La radiación electromagnética transmitida por un filtro no refrigerado (por ejemplo, primer filtro de paso de banda 122 y segundo filtro de paso de banda 124) a un detector (por ejemplo, detector 116) puede no enfocarse. La contribución espacial de los filtros de paso de banda no refrigerados a las imágenes generadas por el detector puede tener una forma similar a la gaussiana y puede comprender frecuencias espaciales bajas. Dicha contribución espacial de los filtros no refrigerados puede conducir, por ejemplo, a no uniformidades en las imágenes generadas. El sistema 100 puede comprender una unidad de filtrado 130 dispuesta para aplicar un filtro de paso alto bidimensional digital a las imágenes generadas por el detector 116 para filtrar así la contribución espacial de los filtros no refrigerados (por ejemplo, primer filtro de paso de banda 122 y segundo filtro de paso de banda 124) en estas imágenes.
El detector 116 está dispuesto para generar, usando el primer filtro de paso de banda 122, al menos una imagen de primera banda espectral del campo visual especificado en la primera banda espectral. El detector 116 está dispuesto para generar, usando el segundo filtro de paso de banda espectral 124 (por ejemplo, al intercambiar entre el primer filtro de paso de banda espectral 122 y el segundo filtro de paso de banda espectral 124, por ejemplo, mediante el mecanismo 126 de conmutación de filtros), al menos una imagen de segunda banda espectral del campo visual especificado en la segunda banda espectral.
En varias formas de realización, cada una de la al menos una imagen de primera banda espectral y/o de la al menos una imagen de segunda banda espectral son una de una o varias imágenes fijas o imágenes de vídeo. En algunas formas de realización, el sistema 100 es un sistema de obtención de imágenes pasivo en el que la al menos una imagen de primera banda espectral y la al menos una imagen de segunda banda espectral se adquieren sin una iluminación externa. En algunas formas de realización, el sistema 100 puede ser un sistema de obtención de imágenes activo en el que la al menos una imagen de primera banda espectral y la al menos una imagen de segunda banda espectral se adquieran con una iluminación externa.
El sistema 100 puede comprender una unidad 135 de corrección de no uniformidad (NUC, por sus siglas en inglés) y reemplazo de píxeles defectuosos (BPR, por sus siglas en inglés). En varias formas de realización, la unidad 135 de NUC-BPR se dispone para realizar la NUC y el BPR de la al menos una imagen de primera banda espectral y/o de la al menos una imagen de segunda banda espectral. La NUC y el BPR pueden disponerse, por ejemplo, para reducir el ruido en la al menos una imagen de primera banda espectral y/o en la al menos una imagen de segunda banda espectral generada por el detector 116.
El sistema 100 comprende una unidad de cuantificación 140. La unidad de cuantificación 140 está dispuesta para recibir la al menos una imagen de primera banda espectral del campo visual especificado y para recibir la al menos una imagen de segunda banda espectral del campo visual especificado. La unidad de cuantificación 140 está dispuesta para determinar, en función de la al menos una imagen de primera banda espectral y la al menos una imagen de segunda banda espectral, una masa del gas de fuga en el campo visual especificado (por ejemplo, tal como se describe más abajo con respecto a la Figura 2A). La unidad de cuantificación 140 está dispuesta para determinar, en función de la al menos una imagen de primera banda espectral y la al menos una imagen de segunda banda espectral, una velocidad de flujo del gas de fuga en el campo visual especificado (por ejemplo, tal como se describe más abajo con respecto a la Figura 2A).
Según algunas formas de realización, el sistema 100 comprende una unidad de detección 150. La unidad de detección 150 puede disponerse para detectar automáticamente la fuga de gas en el campo visual especificado (por ejemplo, tal como se describe más abajo con respecto a la Figura 2B). El sistema 100 puede disponerse para realizar un número predeterminado de ciclos de detección de fugas de gas para detectar así la fuga de gas. Cada ciclo de detección de fugas de gas puede comprender generar, alternativamente, una pluralidad de imágenes de primera banda espectral en la primera banda espectral (por ejemplo, mediante el detector 116 y el uso del primer filtro de paso de banda 122), y una pluralidad de imágenes de segunda banda espectral en la segunda banda espectral (por ejemplo, mediante el detector 116 y el uso del segundo filtro de paso de banda 124) y determinar además, en función de la pluralidad de imágenes de primera banda espectral y la pluralidad de imágenes de segunda banda espectral, la fuga de gas (por ejemplo, tal como se describe más abajo con respecto a la Figura 2B). En varias formas de realización, cada una de la pluralidad de imágenes de primera banda espectral y/o de la pluralidad de imágenes de segunda banda espectral son una de una o varias imágenes fijas o imágenes de vídeo.
Según algunas formas de realización, el sistema 100 comprende solo una unidad de cuantificación 140. En algunas formas de realización, el sistema 100 comprende la unidad de cuantificación 140 y la unidad de detección 150.
A continuación se hará referencia a la Figura 2A, que es un diagrama de flujo de un método implementado por una unidad de cuantificación, tal como la unidad de cuantificación 140, de un sistema para cuantificar una fuga de gas y para una detección automática de la fuga de gas, tal como el sistema 100.
La unidad de cuantificación 140 está dispuesta para recibir la al menos una imagen de primera banda espectral del campo visual especificado y para recibir la al menos una imagen de segunda banda espectral del campo visual especificado. En varias formas de realización, la unidad de cuantificación 140 recibe la al menos una imagen de primera banda espectral y/o la al menos una imagen de segunda banda espectral después de la NUC y el BPR, por ejemplo, realizados por la unidad 135 de NUC-BPD (por ejemplo, como se describió anteriormente con respecto a la Figura 1).
En algunas formas de realización, la al menos una imagen de primera banda espectral comprende una pluralidad de imágenes de primera banda espectral temporalmente secuenciales del campo visual especificado y/o la al menos una imagen de segunda banda espectral comprende una pluralidad de imágenes de segunda banda espectral temporalmente secuenciales del campo visual especificado. La unidad de cuantificación 140 se puede disponer además para determinar para cada píxel de la al menos una imagen de primera banda espectral, el valor medio de un píxel respectivo, en función de los valores de píxeles respectivos de la pluralidad de imágenes de primera banda espectral temporalmente secuenciales y/o para determinar, para cada píxel de la al menos una imagen de segunda banda espectral, el valor medio de un píxel respectivo, en función de los valores de píxeles respectivos de la pluralidad de imágenes de segunda banda espectral temporalmente secuenciales. Este promedio puede disponerse, por ejemplo, para reducir un ruido en la al menos una imagen de primera banda espectral y la al menos una imagen de segunda banda espectral para mejorar así la relación de señal/ruido (SNR, por sus siglas en inglés) de estas imágenes.
En algunas formas de realización, la unidad de cuantificación 140 se dispone para realizar el registro de la al menos una imagen de primera banda espectral con respecto a la al menos una imagen de segunda banda espectral. En algunas formas de realización, el registro se realiza correlacionando la al menos una imagen de primera banda espectral con respecto a la al menos una imagen de segunda banda espectral. Este registro puede disponerse para corregir desviaciones de la al menos una imagen de primera banda espectral con respecto a la al menos una imagen de segunda banda espectral. Las desviaciones pueden deberse, por ejemplo, a desplazamientos del sistema 100 y/o diferencias entre el primer filtro de paso de banda 122 y el segundo filtro de paso de banda 124 (por ejemplo, debido a las no uniformidades de los filtros y/o desalineación entre los propios filtros).
La unidad de cuantificación 140 está dispuesta para determinar, en función de la al menos una imagen de segunda banda espectral del campo visual especificado y un primer modelo de referencia predeterminado, al menos una imagen de banda espectral reconstruida del campo visual especificado en la primera banda espectral, suponiendo que no hay fuga de gas. En algunas formas de realización, el primer modelo de referencia predeterminado comprende una transformación que transforma cada píxel en la al menos una imagen de segunda banda espectral en un píxel respectivo en la imagen de primera banda espectral reconstruida.
Por ejemplo, la imagen de banda espectral reconstruida P_rec, j (donde i,j representan índices de píxeles) puede basarse en la al menos una imagen de segunda banda espectral P_secondi¿ el tiempo de exposición de un detector 116 durante la generación de la al menos una imagen de primera banda espectral At_firstex, y el tiempo de exposición de un detector 116 durante la generación de la al menos una imagen de segunda banda espectral At_secondex. La Ecuación 1 muestra la imagen reconstruida P_reaj de la siguiente manera:
Figure imgf000008_0001
(Ecuación 1)
Se observa que k en la Ecuación 1 representa el grado polinómico. También se observa que se pueden usar modelos matemáticos más complejos para el modelo de referencia predeterminado.
En varias formas de realización, el primer modelo de referencia se determina en función de una pluralidad de imágenes de primera banda espectral y una pluralidad de imágenes de segunda banda espectral generadas para una pluralidad de condiciones predeterminadas y/o para una pluralidad de diversos gases. La pluralidad de condiciones predeterminadas puede comprender, por ejemplo, una pluralidad de valores de temperatura de gas de fuga predeterminados, una pluralidad de valores de temperatura ambiente predeterminados, una pluralidad de valores de temperatura de fondo y/o una pluralidad de valores de concentración de gas de fuga.
La unidad de cuantificación 140 está dispuesta para determinar, en función de la al menos una imagen de primera banda espectral y la al menos una imagen de banda espectral reconstruida, al menos una imagen cociente del campo visual especificado. En algunas formas de realización, la al menos una imagen cociente se determina dividiendo cada píxel en la al menos una imagen de primera banda espectral por los píxeles correspondientes en la imagen de primera banda espectral reconstruida. En algunas formas de realización, la imagen cociente puede comprender información relativa a la emisividad (o absorción) causada por el gas de fuga.
Por ejemplo, cada píxel en la al menos una imagen cociente P_firstijP_rec i j (por ejemplo, la relación de la al menos una imagen de primera banda espectral P_first, j con respecto a la al menos una imagen de primera banda espectral reconstruida P_reci j ) puede basarse en el valor de píxel respectivo de una densidad de valor de gas de fuga pNgas (por ejemplo, en unidades de [n° moléculas/cm3]), un coeficiente de absorción de gas de fuga ggas (por ejemplo, en unidades de [cm2/n° moléculas]) y una trayectoria óptica entre el detector 116 y una fuente de fuga de gas Lopt (por ejemplo, en unidades de [cm]). Por ejemplo, la Ecuación 2 muestra la al menos una imagen cociente de la siguiente manera:
Figure imgf000008_0002
La unidad de cuantificación 140 está dispuesta para determinar, en función de la al menos una imagen cociente, los parámetros de la unidad de obtención de imágenes 110 especificados y los parámetros de gas de fuga especificados, una masa del gas de fuga en cada píxel de la al menos una imagen cociente.
La siguiente descripción muestra, por ejemplo, la cuantificación de la masa de gas de fuga en la al menos una imagen cociente.
La masa del gas de fuga en cada píxel en la al menos una imagen cociente (Gasmass)ij puede basarse en la densidad del valor de gas de fuga del píxel respectivo (pNgas)ij, el volumen (Vifov)u del campo visual instantáneo (IFOV) del píxel respectivo (por ejemplo, en unidades de [cm3]), el peso molecular del gas de fuga MWgas (por ejemplo, en unidades de [g/mol]) y la constante de Avogadro (por ejemplo, en unidades de [n° moléculas/mol]). Por ejemplo, la Ecuación 3 muestra la masa del gas de fuga en cada píxel en la al menos una imagen cociente Gasmass)u de la siguiente manera:
MW g
( as
V, Gas mass / ) 1 , j . =
6.022 • 10- ' ' ( P Ngas l -<y IFO V )¡,y (Ecuación 3)
La densidad de valor del gas de fuga en cada píxel en la al menos una imagen cociente ( p N g a s)i j puede basarse en el píxel respectivo en la al menos una imagen cociente, el coeficiente de absorción de gas de fuga j gas y la trayectoria óptica Lopt. Por ejemplo, la Ecuación 4 muestra la densidad de valor del gas de fuga en cada píxel en la al menos una imagen cociente ( p N g a s)i j de la siguiente manera:
Figure imgf000009_0001
(Ecuación 4)
El volumen de IFOV de cada píxel en la al menos una imagen cociente (Vif o v ), (por ejemplo, en unidades de [cm3]) puede basarse en un área del píxel respectivo de IFOV (Aif o v )u , (por ejemplo, en unidades de [cm2]), un área de óptica 114 (por ejemplo, área de lente) Aiens (por ejemplo, en unidades de [cm2]) y la trayectoria óptica Lopt. Por ejemplo, la Ecuación 5 muestra el volumen de IFOV de cada píxel en la al menos una imagen cociente (Vif o v )u de la siguiente manera:
Figure imgf000009_0002
(Ecuación 5)
El área del IFOV del píxel respectivo (Aif o v )u puede basarse en un paso del detector 116 Dp t (por ejemplo, en unidades de [cm]), una longitud focal FL de la óptica 114 (por ejemplo, en unidades de [cm]) y la longitud de la óptica Lopt. Por ejemplo, la Ecuación 6 muestra el área del IFOV del píxel respectivo (Aif o v )u de la siguiente manera:
Figure imgf000009_0003
(Ecuación 6)
El área de la óptica 110 (por ejemplo, área de lente) Aens puede basarse en la longitud focal FL de la óptica 114 y el número f de la óptica 114 F#. Por ejemplo, la Ecuación 7 muestra el área de la óptica 110 (por ejemplo, el área de la lente) Aens de la siguiente manera:
Figure imgf000009_0004
(Ecuación 7)
En varias formas de realización, el paso del detector 116 es Dpt=3010-4 cm, la longitud focal de la óptica 114 es FL=3 cm y el número f de la óptica 114 es F#»1. Por consiguiente, en varias formas de realización, el área del IFOV del píxel respectivo es (Aif o v )u = 910-2 cm2 y el área de la óptica 114 es Alens = 7 cm2. Dado que el área del IFOV del píxel respectivo (Aif o v )u es insignificante en comparación con el área de la óptica 114 Alens, el volumen del IFOV del píxel respectivo (Vif o v )u puede basarse, por ejemplo, en el área de la óptica 114 Alens y la longitud de la óptica Lopt. Por ejemplo, la Ecuación 8 muestra el volumen IFOV del píxel respectivo (Vif o v )u de la siguiente manera:
Figure imgf000009_0005
(Ecuación 8)
Como resultado, la masa del gas de fuga en cada píxel en la al menos una imagen cociente (Gasmass)i j (por ejemplo, en unidades de [g]) puede basarse en el píxel respectivo en la al menos una imagen cociente P_firstiJP_redj , el coeficiente de absorción de gas de fuga j gas, la longitud focal FL del detector 116, la masa molecular de gas de fuga MWgas y la constante de Avogadro. Por ejemplo, la Ecuación 9 muestra la masa del gas de fuga en cada píxel en la al menos una imagen cociente Gasmass)i,j de la siguiente manera:
Figure imgf000010_0001
(Ecuación 9)
La masa total del gas de fuga en la al menos una imagen cociente del campo visual especificado se puede determinar resumiendo la masa del gas de fuga en todos los píxeles en la al menos una imagen cociente. Por ejemplo, la Ecuación 10 muestra la masa total del gas de fuga en la al menos una imagen cociente Gas mass ) (por ejemplo, en unidades de [g]) de la siguiente manera:
Figure imgf000010_0002
(Ecuación 10)
La unidad de cuantificación 140 está dispuesta para determinar, en función de la al menos una imagen cociente, los parámetros de la unidad de obtención de imágenes 110 especificados, las condiciones ambientales especificadas y un segundo modelo de referencia predeterminado, una velocidad de flujo del gas de fuga en el campo visual especificado.
En varias formas de realización, la unidad de cuantificación 140 está dispuesta para determinar, en la al menos una imagen cociente, una primera región que comprende píxeles que tienen un valor de relación señal a ruido (SNR) que está por encima o por debajo de un valor umbral de SNR predeterminado. Por ejemplo, si el fondo tiene una temperatura más alta en comparación con la temperatura del gas de fuga, los píxeles que comprenden la emisividad de gas de fuga tendrán un valor de señal más bajo (por ejemplo, señal de vídeo) en comparación con los píxeles que comprenden la emisividad de fondo. En otro ejemplo, si el fondo tiene una temperatura más baja en comparación con la temperatura del gas de fuga, los píxeles que comprenden la emisividad de gas de fuga tendrán un valor de señal más grande (por ejemplo, señal de vídeo) en comparación con los píxeles que comprenden la emisividad de fondo. El valor umbral de SNR se determina en función, por ejemplo, de una sensibilidad del detector 116 (por ejemplo, la capacidad del detector 116 de detectar la radiación electromagnética que es emitida o absorbida por el gas de fuga).
En algunas formas de realización, la unidad de cuantificación 140 está dispuesta para determinar un número de píxeles en un contorno de primera región de la primera región. En algunas formas de realización, la unidad de cuantificación 140 está dispuesta además para determinar, en función del número de píxeles en el contorno de primera región y los parámetros de la unidad de obtención de imágenes 110 especificados, una longitud de contorno de primera región del contorno de primera región.
La longitud de contorno de primera región Lcont (por ejemplo, en unidades de [cm]) puede basarse en el número de píxeles en el contorno de primera región Ncont_pix, el paso del detector 116 Dp t, la longitud focal FL de la óptica 114 y la longitud de la óptica Lopt. Por ejemplo, la Ecuación 11 muestra la longitud del contorno Lcont de la siguiente manera:
Figure imgf000010_0003
(Ecuación 11)
En algunas formas de realización, la unidad de cuantificación 140 está dispuesta para determinar un número de píxeles en la primera región. En algunas formas de realización, la unidad de cuantificación 140 está dispuesta además para determinar, en función del número de píxeles en la primera región y los parámetros de la unidad de obtención de imágenes 110 especificados, un área de primera región de la primera región. El área de la primera región Areg (por ejemplo, en unidades de [cm2]) puede basarse en el número de píxeles en la primera región Nreg_p, el paso del detector 116 Dp t, la longitud focal FL de la óptica 114 y la longitud de la óptica Lopt. Por ejemplo, la Ecuación 12 muestra el área de la primera región de la siguiente manera:
Figure imgf000011_0001
(Ecuación 12)
En algunas formas de realización, la unidad de cuantificación 140 está dispuesta para determinar, en función de la longitud del contorno de la primera región, el área de la primera región, las condiciones ambientales especificadas (por ejemplo, una temperatura del gas de fuga, una temperatura ambiente y/o una velocidad del viento) y un segundo modelo de referencia, la velocidad de flujo del gas de fuga en el campo visual especificado.
En varias formas de realización, el segundo modelo de referencia se determina en función de una pluralidad de imágenes cociente generadas para una pluralidad de valores de temperatura predeterminados y una pluralidad de condiciones ambientales predeterminadas (por ejemplo, varios valores de temperatura del gas, varios valores de temperatura ambiente y/o varias velocidades del viento) y/o para una pluralidad de diversos gases.
En algunas formas de realización, la velocidad de flujo del gas de fuga Qgas (por ejemplo, en unidades de [g/hora]) se basa en la longitud de contorno Lcont de la primera región, el área de la primera región Areg, una temperatura del gas de fuga Tgas (por ejemplo, en unidades de [°C]), una temperatura ambiente Tamb (por ejemplo, en unidades de [°C]) y una velocidad del viento Vwind (por ejemplo, en unidades de [cm/s]). Por ejemplo, la Ecuación 13 muestra la velocidad de flujo del gas de fuga Qgas de la siguiente manera:
Figure imgf000011_0002
(Ecuación 13)
Se observa que k, l en la Ecuación 13 son grados polinómicos y Ek, Ri son constantes polinómicas.
En algunas formas de realización, la temperatura ambiente se determina en función, por ejemplo, de una medición directa mediante un termómetro. En varias formas de realización, la temperatura del gas de fuga se determina en función, por ejemplo, de una medición directa del gas de fuga en la fuente de fuga mediante un termómetro y/o en función de una temperatura radiométrica del gas de fuga en la fuente de fuga. La temperatura radiométrica del gas de fuga en la fuente de fuga se puede determinar en función de, por ejemplo, la al menos una imagen de segunda banda espectral.
En algunas formas de realización, la unidad de cuantificación 140 está dispuesta para determinar la velocidad de flujo del gas de fuga en el campo visual especificado, en función de la al menos una imagen cociente, los parámetros de la unidad de obtención de imágenes 110 especificados, las condiciones ambientales especificadas, el segundo modelo de referencia predeterminado, y además en función de la masa del gas de fuga en la al menos una imagen cociente.
A continuación se hará referencia a la Figura 2A, que es un diagrama de flujo de un método implementado por una unidad de detección, tal como la unidad de detección 150, de un sistema para cuantificar una fuga de gas y para una detección automática de la fuga de gas, tal como el sistema 100, según algunas formas de realización de la invención.
Según algunas formas de realización, el sistema 100 puede disponerse para realizar un número predeterminado de ciclos de detección de fugas de gas para detectar así la fuga de gas. Cada ciclo de detección de fugas de gas puede comprender generar, alternativamente, una pluralidad de imágenes de primera banda espectral en la primera banda espectral (por ejemplo, mediante el detector 116 y el uso del primer filtro de paso de banda 122), y una pluralidad de imágenes de segunda banda espectral en la segunda banda espectral (por ejemplo, mediante el detector 116 y el uso del segundo filtro de paso de banda 124) y determinar además, en función de la pluralidad de imágenes de primera banda espectral y la pluralidad de imágenes de segunda banda espectral, la fuga de gas.
La unidad de detección 150 puede disponerse para recibir, en cada ciclo de detección de fugas de gas del número predeterminado de ciclos de detección de fugas de gas, la pluralidad de imágenes de primera banda espectral y la pluralidad de imágenes de segunda banda espectral generadas alternativamente.
La unidad de detección 150 puede disponerse para determinar, en cada ciclo de detección de fugas de gas, en función de al menos una parte de la pluralidad de imágenes de primera banda espectral, un primer cambio que se sospecha como una fuga de gas en el campo visual especificado, y determinar al menos una imagen de primera banda espectral de la pluralidad de imágenes de primera banda espectral que comprende este primer cambio. En algunas formas de realización, la unidad de detección 150 está dispuesta para comparar la al menos parte de la pluralidad de imágenes de primera banda espectral (por ejemplo, mediante el uso de correlación o correlación cruzada) para determinar de este modo el primer cambio.
La unidad de detección 150 puede disponerse para determinar, en cada ciclo de detección de fugas de gas, en función de al menos una parte de la pluralidad de imágenes de segunda banda espectral, un segundo cambio que se sospecha como una fuga de gas en el campo visual especificado, y determinar al menos una imagen de segunda banda espectral de la pluralidad de imágenes de primera banda espectral que comprende este segundo cambio. En algunas formas de realización, la unidad de detección 150 está dispuesta para comparar la al menos parte de la pluralidad de imágenes de segunda banda espectral (por ejemplo, mediante el uso de correlación o correlación cruzada) para determinar de este modo el segundo cambio.
En varias formas de realización, el primer cambio y/o el segundo cambio que se sospechan que son una fuga de gas pueden deberse, por ejemplo, a turbulencia del aire, liberación de vapores de agua, liberación de vapor, flujo de polvo y/o la fuga de gas en el campo visual especificado.
La unidad de detección 150 puede disponerse para determinar, en cada ciclo de detección de fugas de gas, en función de al menos uno del primer cambio determinado, el segundo cambio determinado, la al menos una imagen de primera banda espectral que comprende el primer cambio y la al menos una imagen de segunda banda espectral que comprende el segundo cambio, si el primer cambio y/o el segundo cambio es una fuga de gas.
Por ejemplo, si el primer cambio se determina en al menos una imagen de primera banda espectral de la pluralidad de imágenes de primera banda espectral, y si no se detecta un segundo cambio en la pluralidad de imágenes de segunda banda espectral, el primer cambio puede indicarse como una fuga de gas en el campo visual especificado.
En otro ejemplo, si no se detectan primeros cambios en la pluralidad de imágenes de primera banda espectral, y si el segundo cambio se detecta en al menos una imagen de segunda banda espectral de la pluralidad de imágenes de segunda banda espectral, el segundo cambio puede indicarse como, por ejemplo, turbulencia del aire, liberación de vapores de agua, liberación de vapor o flujo de polvo, pero no como una fuga de gas.
En otro ejemplo, si el primer cambio se detecta en al menos una imagen de primera banda espectral de la pluralidad de imágenes de primera banda espectral, y si el segundo cambio se detecta en al menos una imagen de segunda banda espectral de la pluralidad de imágenes de segunda banda espectral, la unidad de detección 150 puede disponerse para comparar la al menos una imagen de primera banda espectral que comprende el primer cambio y la al menos una imagen de segunda banda espectral que comprende el segundo cambio para determinar de este modo si el primer cambio y/o el segundo cambio es una fuga de gas.
En varias formas de realización, la unidad de detección 150 puede disponerse para determinar, en función de la al menos una imagen de primera banda espectral que comprende el primer cambio, un primer valor de absorción, para determinar, en función de la al menos una imagen de segunda banda espectral que comprende el segundo cambio, un segundo valor de absorción, y/o además para determinar, en función del primer valor de absorción y el segundo valor de absorción, si el primer cambio y/o el segundo cambio es una fuga de gas. Por ejemplo, si el primer valor de absorción es mayor en comparación con el segundo valor de absorción, el primer cambio puede indicarse como una fuga de gas. En otro ejemplo, si el segundo valor de absorción es mayor en comparación con el primer valor de absorción, el segundo cambio no se indica como una fuga de gas.
La unidad de detección 150 puede disponerse además para determinar un número total de detecciones de fugas de gas en el número predeterminado de ciclos de detección de gas y además determinar, en función del número total de detecciones de gas y un umbral predeterminado de detecciones de fugas de gas, si se requiere la activación de una alarma de fugas de gas. Por ejemplo, el número predeterminado de ciclos de detección de fugas de gas puede establecerse en 20 y el umbral de detección de fugas de gas predeterminado puede establecerse en 17. En algunas formas de realización, el umbral de detección de fugas de gas predeterminado se establece para reducir el índice de falsa alarma y para aumentar la probabilidad de la alarma de fugas de gas.
A continuación se hará referencia a las Figuras 3A-3B, que son imágenes cociente 200 de un campo visual especificado, determinadas por una unidad de cuantificación, tal como la unidad de cuantificación 140 de un sistema para cuantificar una fuga de gas y para una detección automática de la fuga de gas en el campo visual especificado, tal como el sistema 100, para varias velocidades de flujo del gas de fuga, según algunas formas de realización de la invención.
La Figura 3A y la Figura 3B muestran la imagen cociente simulada 200a y la imagen cociente simulada 200b del campo visual especificado generadas para una velocidad de flujo constante del gas de fuga de 1 g/hora y 60 g/hora, respectivamente. Los contornos 210a, 210b de primera región en la Figura 3A y la Figura 3B indican primeras regiones 220a, 220b, respectivamente, que comprenden píxeles que tienen un valor de relación señal/ruido (SNR) que está por debajo o por encima del valor umbral de SNR predeterminado (por ejemplo, como se describió anteriormente con respecto a la Figura 2A). Los niveles de la escala de grises en las Figuras 3A-3B indican la emisividad (o absorción) de gas de fuga, que puede ser proporcional a la concentración local de gas de fuga.
A continuación se hará referencia a las Figuras 4A-4D, que son gráficos que muestran parámetros de gas específicos determinados por una unidad de cuantificación, tal como la unidad de cuantificación 140 de un sistema para cuantificar una fuga de gas y para una detección automática de la fuga de gas en un campo visual especificado, tal como el sistema 100, según algunas formas de realización de la invención. La Figura 4A muestra un valor de fuga de un gas de fuga (por ejemplo, en unidades de [g/cm3]) después de 4 segundos de expansión de la fuga de gas en función de la velocidad de flujo de gas de fuga para varias velocidades de gas de fuga. La Figura 4B muestra una atenuación de gas de fuga (por ejemplo, transmitancia de trayectoria) en función de la velocidad de flujo de gas de fuga para varias velocidades de gas de fuga. La Figura 4C muestra una relación señal a ruido (SNR) de gas de fuga en función de la velocidad de flujo de gas de fuga para varias velocidades de gas de fuga. La Figura 4D muestra un contraste de gas de fuga en función de la velocidad de flujo de gas de fuga para varias velocidades de gas de fuga.
En algunas formas de realización, la unidad de cuantificación 140 está dispuesta para determinar, en función de la al menos una imagen cociente, la velocidad de flujo del gas de fuga (por ejemplo, Qaas) y una velocidad del gas de fuga, parámetros de gas específicos con respecto al gas de fuga. Los parámetros de gas específicos pueden comprender, por ejemplo, una concentración de gas de fuga (por ejemplo, como se muestra en la Figura 4A), una transmitancia de la trayectoria de gas de fuga (por ejemplo, como se muestra en la Figura 4B), una SNR del gas de fuga (por ejemplo, como se muestra en la Figura 4C) y/o un contraste de gas de fuga (por ejemplo, como se muestra en la Figura 4D).
A continuación se hará referencia a la Figura 5, que es un diagrama de flujo de un método 300 para cuantificar una fuga de gas en un campo visual especificado, según algunas formas de realización de la invención. El método 300 puede implementarse mediante el sistema 100, que puede configurarse para implementar el método 300.
El método 300 comprende generar 310 mediante un detector refrigerado y usando un primer filtro de paso de banda no refrigerado, al menos una imagen de primera banda espectral del campo visual especificado en una primera banda espectral y generar, mediante el detector y usando un segundo filtro de paso de banda no refrigerado, al menos una imagen de segunda banda espectral del campo visual especificado en una segunda banda espectral.
El detector es un detector refrigerado criogénicamente, y ni el primer filtro de paso de banda no refrigerado ni el segundo filtro de paso de banda no refrigerado están sujetos a medios para la estabilización de la temperatura (por ejemplo, como se describió anteriormente con respecto a la Figura 1).
El método 300 comprende además configurar 312 la primera banda espectral para que coincida con una banda espectral de gas de fuga no transparente en la que el gas de fuga emite y absorbe radiación electromagnética (por ejemplo, como se describió anteriormente con respecto a la Figura 1). El método 300 comprende además configurar 314 la segunda banda espectral para que coincida con una banda espectral de gas de fuga transparente en la que el gas de fuga no emite ni absorbe radiación electromagnética (por ejemplo, como se describió anteriormente con respecto a la Figura 1).
En varias formas de realización, cada una de la al menos una imagen de primera banda espectral y/o de la al menos una imagen de segunda banda espectral son una de una o varias imágenes fijas o imágenes de vídeo.
El método 300 comprende determinar 320, mediante una unidad de cuantificación, en función de la al menos una imagen de segunda banda espectral y un primer modelo de referencia predeterminado, al menos una imagen de banda espectral reconstruida del campo visual especificado en la primera banda espectral, suponiendo que no hay fuga de gas (por ejemplo, como se describió anteriormente con respecto a la Figura 2A).
En algunas formas de realización, el método 300 comprende además configurar 322 el primer modelo de referencia predeterminado para transformar cada píxel en la al menos una imagen de segunda banda espectral en un píxel respectivo en la al menos una imagen de banda espectral reconstruida (por ejemplo, como se describió anteriormente con respecto a la Figura 2A).
El método 300 comprende determinar 330, mediante la unidad de cuantificación, dividiendo la al menos una imagen de primera banda espectral por la al menos una imagen de primera banda espectral reconstruida, al menos una imagen cociente (por ejemplo, como se describió anteriormente con respecto a la Figura 2A).
En algunas formas de realización, el método 300 comprende además determinar 332 cada píxel en la al menos una imagen cociente dividiendo el píxel respectivo en la al menos una imagen de primera banda espectral por el píxel respectivo en la al menos una imagen de banda espectral reconstruida (por ejemplo, como se describió anteriormente con respecto a la Figura 2A).
El método 300 comprende determinar 340, mediante la unidad de cuantificación, en función de la al menos una imagen cociente, los parámetros de la unidad de obtención de imágenes especificados y los parámetros de gas de fuga especificados, una masa del gas de fuga en cada píxel de la al menos una imagen cociente (por ejemplo, como se describió anteriormente con respecto a la Figura 2A).
El método 300 comprende determinar 350, mediante la unidad de cuantificación, en función de la al menos una imagen cociente, los parámetros de la unidad de obtención de imágenes especificados, las condiciones ambientales especificadas y un segundo modelo de referencia predeterminado, una velocidad de flujo del gas de fuga en el campo visual especificado (por ejemplo, como se describió anteriormente con respecto a la Figura 2A y las Figuras 3A-3B).
En varias formas de realización, el método 300 comprende además determinar 352, en la al menos una imagen cociente, una primera región que tiene un contorno de primera región y que comprende píxeles que tienen un valor de relación señal/ruido (SNR) que está por encima o por debajo de un valor umbral de SNR predeterminado (por ejemplo, como se describió anteriormente con respecto a la Figura 2A y las Figuras 3A-3B). En algunas formas de realización, el método 300 comprende además determinar 354, en función de un número de píxeles en el contorno de primera región y los parámetros de la unidad de obtención de imágenes especificados, una longitud de contorno de primera región de la primera región (por ejemplo, tal como se describió anteriormente con respecto a la Figura 2A y las Figuras 3A-3B). En algunas formas de realización, el método 300 comprende además determinar 356, en función de un número de píxeles en la primera región y los parámetros de la unidad de obtención de imágenes especificados, un área de primera región de la primera región (por ejemplo, tal como se describió anteriormente con respecto a la Figura 2A y las Figuras 3A-3B). En algunas formas de realización, el método 300 comprende además determinar 358, en función del contorno de primera región, el área de primera región y las condiciones ambientales especificadas, la velocidad de flujo del gas de fuga en el campo visual especificado (por ejemplo, tal como se describió anteriormente con respecto a la Figura 2A). En algunas formas de realización, las condiciones ambientales especificadas comprenden una temperatura del gas de fuga, una temperatura ambiente y una velocidad del viento (por ejemplo, tal como se describió anteriormente con respecto a la Figura 2A).
En algunas formas de realización, el método 300 comprende además corregir 360 una no uniformidad y reemplazar los píxeles defectuosos mediante una unidad de corrección de no uniformidad y reemplazo de píxeles defectuosos, la al menos una imagen de primera banda espectral y la al menos una imagen de segunda banda espectral, antes de determinar la al menos una imagen de banda espectral reconstruida y antes de determinar la al menos una imagen cociente (por ejemplo, como se describió anteriormente con respecto a la Figura 1 y la Figura 2A).
En algunas formas de realización, el método 300 comprende además promediar 362, mediante la unidad de cuantificación, la al menos una imagen de primera banda espectral y promediar, mediante la unidad de cuantificación, la al menos una imagen de segunda banda espectral, antes de determinar la al menos una imagen de banda espectral reconstruida y antes de determinar la al menos una imagen cociente (por ejemplo, como se describió anteriormente con respecto a la Figura 2A).
A continuación se hará referencia a la Figura 6, que es un diagrama de flujo de un método 400 de una detección automática de una fuga de gas en un campo visual especificado, que no forma parte de la invención reivindicada. El método 400 puede implementarse mediante el sistema 100, que puede configurarse para implementar el método 400.
El método 400 puede comprender generar alternativamente 410, en cada ciclo de detección de fugas de gas de un número predeterminado de ciclos de detección de fugas de gas, mediante un detector refrigerado y usando un primer filtro de paso de banda no refrigerado, una pluralidad de imágenes de primera banda espectral en una primera banda espectral, y mediante el detector y usando un segundo filtro de paso de banda no refrigerado, una pluralidad de imágenes de segunda banda espectral en una segunda banda espectral.
En varias formas de realización, cada una de la pluralidad de imágenes de primera banda espectral y/o de la pluralidad de imágenes de segunda banda espectral son una de una o varias imágenes fijas o imágenes de vídeo.
En algunas formas de realización, el método 400 comprende configurar 412 la primera banda espectral para que coincida con una banda espectral de gas de fuga no transparente en la que el gas de fuga emite y absorbe radiación electromagnética. En algunas formas de realización, el método 400 comprende configurar 414 la segunda banda espectral para que coincida con una banda espectral de gas de fuga transparente en la que el gas de fuga no emite ni absorbe radiación electromagnética.
En algunas formas de realización, el detector es un detector refrigerado criogénicamente (por ejemplo, como se describió anteriormente con respecto a la Figura 1). En algunas formas de realización, ninguno del primer filtro de paso de banda no refrigerado y el segundo filtro de paso de banda no refrigerado están sujetos a medios para la estabilización de la temperatura (por ejemplo, como se describió anteriormente con respecto a la Figura 1).
El método 400 puede comprender determinar 420, en cada ciclo de detección de fugas de gas, en función de al menos una parte de la pluralidad de imágenes de primera banda espectral, un primer cambio que se sospecha como una fuga de gas en el campo visual especificado, y determinar al menos una imagen de primera banda espectral de la pluralidad de imágenes de primera banda espectral que comprende este primer cambio.
El método 400 puede comprender determinar 422, en cada ciclo de detección de fugas de gas, en función de al menos una parte de la pluralidad de imágenes de segunda banda espectral, un segundo cambio que se sospecha como una fuga de gas en el campo visual especificado, y determinar al menos una imagen de segunda banda espectral de la pluralidad de imágenes de primera banda espectral que comprende este segundo cambio.
En varias formas de realización, cada uno del primer cambio y/o el segundo cambio que se sospechan que son una fuga de gas pueden deberse, por ejemplo, a turbulencia del aire, liberación de vapores de agua, liberación de vapor, flujo de polvo y/o la fuga de gas en el campo visual especificado.
El método 400 puede comprender determinar 424, en cada ciclo de detección de fugas de gas, en función de al menos uno del primer cambio determinado, el segundo cambio determinado, la al menos una imagen de primera banda espectral que comprende el primer cambio y la al menos una imagen de segunda banda espectral que comprende el segundo cambio, si el primer cambio y/o el segundo cambio es una fuga de gas.
El método 400 puede comprender determinar 430, un número total de detecciones de fugas de gas en el número predeterminado de ciclos de detección de gas y además determinar, en función del número total de detecciones de gas y un umbral predeterminado de detecciones de fugas de gas, si se requiere la activación de una alarma de fugas de gas.
En varias formas de realización, el método 400 comprende establecer 432 el umbral de detecciones de fugas de gas predeterminado para reducir el índice de falsa alarma y/o para aumentar la probabilidad de la alarma de fugas de gas.
Los aspectos de la presente invención se han descrito anteriormente con referencia a ilustraciones de diagramas de flujo y/o diagramas de bloques de métodos, aparatos (sistemas) y programas informáticos según las formas de realización de la invención. Se entenderá que cada bloque de las ilustraciones de los diagramas de flujo y/o diagramas de bloque, y combinaciones de bloques en las ilustraciones de diagramas de flujo y/o diagramas de bloque, pueden implementarse mediante instrucciones de programa informático. Estas instrucciones de programa informático pueden proporcionarse a un procesador de un ordenador para usos generales, ordenador para uso especial u otro aparato de procesamiento de datos programable para producir una máquina, de tal manera que las instrucciones, que se ejecutan a través del procesador del ordenador u otro aparato de procesamiento de datos programare, creen medios para implementar las funciones/actos especificados en el diagrama de flujo y/o diagrama de bloque o en los propios bloques.
Estas instrucciones de programa informático también pueden almacenarse en un soporte legible por ordenador que puede dirigir a un ordenador, otro aparato de procesamiento de datos programables u otros dispositivos, para que funcione de una manera particular, de modo que las instrucciones almacenadas en el soporte legible por ordenador produzcan un artículo de fabricación que incluya instrucciones que implementen la función/el acto especificado en el diagrama de flujo y/o diagrama de bloque o en los propios bloques. Las instrucciones de programa informático también pueden cargarse en un ordenador, otro aparato de procesamiento de datos programable u otros dispositivos, para hacer que se realicen una serie de pasos operativos en el ordenador, otro aparato programable u otros dispositivos para producir un proceso implementado por ordenador de manera tal que las instrucciones que se ejecuten en el ordenador u otro aparato programable proporcionen procesos para implementar las funciones/los actos especificados en el diagrama de flujo y/o diagrama de bloque o en los propios bloques.
El diagrama de flujo y los diagramas mencionados anteriormente ilustran la arquitectura, la funcionalidad y el funcionamiento de posibles implementaciones de sistemas, métodos y programas informáticos según varias formas de realización de la presente invención. En este sentido, cada bloque en el diagrama de flujo o diagramas de bloques puede representar un módulo, segmento o porción de código, que comprenda una o más instrucciones ejecutables para implementar la o las funciones lógicas especificadas. También debe observarse que, en algunas implementaciones alternativas, las funciones indicadas en el bloque pueden producirse fuera del orden indicado en las figuras. Por ejemplo, dos bloques mostrados en sucesión pueden, de hecho, ejecutarse de manera sustancialmente simultánea, o los bloques a veces se pueden ejecutar en el orden inverso, dependiendo de la funcionalidad involucrada. También se observará que cada bloque de los diagramas de bloque y/o la ilustración de diagramas de flujo, y las combinaciones de bloques en los diagramas de bloque y/o ilustración de diagramas de flujo, pueden implementarse mediante sistemas basados en hardware para uso especial que realice las funciones o actos especificados, o combinaciones de hardware para uso especial e instrucciones informáticas.
En la descripción anterior, una forma de realización es un ejemplo o implementación de la invención. No todas las diversas apariciones de "una forma de realización", "determinadas formas de realización" o "algunas formas de realización" se refieren necesariamente a las mismas formas de realización. Aunque se pueden describir diversas características de la invención en el contexto de una sola forma de realización, las características también se pueden proporcionar por separado o en cualquier combinación adecuada. Por el contrario, aunque la invención se puede describir en la presente memoria en el contexto de formas de realización separadas para mayor claridad, la invención también se puede implementar en una sola forma de realización. Determinadas formas de realización de la invención pueden incluir características de diferentes formas de realización descritas anteriormente, y determinadas formas de realización pueden incorporar elementos de otras formas de realización descritas anteriormente. La descripción de elementos de la invención en el contexto de una forma de realización específica no se debe considerar limitadora de su uso en la forma de realización específica sola. Además, debe entenderse que la invención se puede llevar a cabo o poner en práctica de diversas maneras y que la invención se puede implementar en determinadas formas de realización distintas a las indicadas en la descripción anterior.
La invención no se limita a esos diagramas o a las descripciones correspondientes. Por ejemplo, no es necesario que el flujo se mueva a través de cada cuadro o estado ilustrado, o exactamente en el mismo orden ilustrado y descrito. Los significados de los términos técnicos y científicos que se usan en la presente memoria serán comprendidos normalmente por un experto en el sector al que pertenece la invención, a menos que se defina otra cosa. Si bien la invención se ha descrito con respecto a un número limitado de formas de realización, estas no deben interpretarse como limitaciones del alcance de la invención, sino más bien como ejemplos de algunas de las formas de realización preferidas.

Claims (8)

REIVINDICACIONES
1. Sistema (100) para cuantificar una fuga de gas en un campo visual especificado, comprendiendo el sistema:
una unidad de obtención de imágenes (110) que comprende un detector (116) refrigerado criogénicamente dispuesto para detectar radiación electromagnética dentro de una banda espectral especificada y una óptica (114) dispuesta para enfocar la radiación electromagnética en el detector refrigerado criogénicamente;
una unidad (120) de filtros que comprende:
un primer filtro de paso de banda 122 no refrigerado dispuesto para transmitir radiación electromagnética dentro de una primera banda espectral;
un segundo filtro de paso de banda 124 no refrigerado dispuesto para transmitir radiación electromagnética dentro de una segunda banda espectral; y
un mecanismo de conmutación (126) de filtros dispuesto para intercambiar entre el primer filtro de paso de banda no refrigerado y el segundo filtro de paso de banda no refrigerado para colocar de este modo el primer filtro de paso de banda no refrigerado o el segundo filtro de paso de banda no refrigerado entre la óptica y el detector refrigerado criogénicamente;
donde ni el primer filtro de paso de banda no refrigerado ni el segundo filtro de paso de banda no refrigerado se someten a medios de estabilización de temperatura;
donde la primera banda espectral coincide con una banda espectral de gas de fuga no transparente en la que el gas de fuga emite y absorbe radiación electromagnética, donde la segunda banda espectral coincide con una banda espectral de gas de fuga transparente en la que el gas de fuga no emite ni absorbe radiación electromagnética, y donde la banda espectral especificada incluye la primera banda espectral y la segunda banda espectral; donde el detector refrigerado criogénicamente está dispuesto para generar, usando el primer filtro de paso de banda no refrigerado, al menos una imagen de primera banda espectral del campo visual en la primera banda espectral y para generar, usando el segundo filtro de paso de banda no refrigerado, al menos una imagen de segunda banda espectral del campo visual en la segunda banda espectral; y
una unidad de cuantificación (140) dispuesta para:
recibir la al menos una imagen de primera banda espectral y recibir la al menos una imagen de segunda banda espectral;
determinar, en función de la al menos una imagen de segunda banda espectral y un primer modelo de referencia predeterminado, al menos una imagen de banda espectral reconstruida del campo visual especificado en la primera banda espectral, suponiendo que no hay fuga de gas; caracterizado por que la unidad de cuantificación está además dispuesta para
determinar, dividiendo la al menos una imagen de primera banda espectral por la al menos una imagen de banda espectral reconstruida, al menos una imagen cociente (200); y
cuantificar la fuga de gas en el campo visual especificado en función de al menos una imagen cociente y otros datos, donde cuantificar la fuga de gas comprende determinar al menos uno de:
una masa del gas de fuga en cada píxel de la al menos una imagen cociente, donde dichos otros datos comprenden los parámetros de la unidad de obtención de imágenes especificados y los parámetros de gas de fuga especificados; y
una velocidad de flujo del gas de fuga en el campo visual especificado, donde dichos otros datos comprenden los parámetros de la unidad de obtención de imágenes especificados, condiciones ambientales especificadas y un segundo modelo de referencia predeterminado, donde las condiciones ambientales especificadas comprenden una temperatura del gas de fuga, una temperatura ambiente y una velocidad del viento.
2. Sistema según la reivindicación 1, donde el primer modelo de referencia predeterminado está dispuesto para transformar cada píxel en la al menos una imagen de segunda banda espectral en un píxel respectivo en la al menos una imagen de banda espectral reconstruida.
3. Sistema según cualquiera de las reivindicaciones 1 o 2, donde cada píxel en la al menos una imagen cociente (200) se determina dividiendo un píxel respectivo en la al menos una imagen de primera banda espectral por un píxel respectivo en la al menos una imagen de banda espectral reconstruida.
4. Sistema según la reivindicación 1, donde la unidad de cuantificación (140) está dispuesta además para:
determinar, en la al menos una imagen cociente (200), una primera región que tiene un contorno de primera región y que comprende píxeles que tienen un valor de relación señal/ruido "SNR" que está por encima o por debajo de un valor umbral de SNR predeterminado;
determinar, en función de un número de píxeles en el contorno de primera región y los parámetros de la unidad de obtención de imágenes especificados, una longitud de contorno de primera región del contorno de primera región; determinar, en función de un número de píxeles en la primera región y los parámetros de la unidad de obtención de imágenes especificados, un área de primera región de la primera región; y
determinar, en función de la longitud de contorno de la primera región, el área de la primera región y las condiciones ambientales especificadas, la velocidad de flujo del gas de fuga en el campo visual especificado.
5. Sistema según cualquiera de las reivindicaciones 1-4, que comprende además una unidad (135) de corrección de no uniformidad "NUC" y de reemplazo de píxeles defectuosos "BPR" dispuesta para realizar la NUC y el BPR en la al menos una imagen de primera banda espectral y la al menos una imagen de segunda banda espectral, antes de la recepción de estas imágenes por la unidad de cuantificación (140), y donde la unidad de cuantificación está dispuesta además para promediar la al menos una imagen de primera banda espectral y promediar la al menos una imagen de segunda banda espectral, antes de determinar la al menos una imagen de banda espectral reconstruida y antes de determinar la al menos una imagen cociente (200).
6. Sistema según cualquiera de las reivindicaciones 1-5, donde el detector (116) refrigerado criogénicamente se dispone para generar alternativamente, en cada ciclo de detección de fugas de gas de un número predeterminado de ciclos de detección de fugas de gas, una pluralidad de imágenes de primera banda espectral del campo visual especificado y una pluralidad de imágenes de segunda banda espectral del campo visual especificado.
7. Sistema según la reivindicación 6, que comprende además una unidad de detección (150) dispuesta para:
recibir, en cada ciclo de detección de fugas de gas del número predeterminado de ciclos de detección de fugas de gas, la pluralidad de imágenes de primera banda espectral y la pluralidad de imágenes de segunda banda espectral generadas alternativamente;
determinar, en cada ciclo de detección de fugas de gas, en función de al menos una parte de la pluralidad de imágenes de primera banda espectral, un primer cambio que se sospecha como una fuga de gas en el campo visual especificado, y determinar al menos una imagen de primera banda espectral de la pluralidad de imágenes de primera banda espectral que comprende este primer cambio;
determinar, en cada ciclo de detección de fugas de gas, en función de al menos una parte de la pluralidad de imágenes de segunda banda espectral, un segundo cambio que se sospecha como una fuga de gas en el campo visual especificado, y determinar al menos una imagen de segunda banda espectral de la pluralidad de imágenes de segunda banda espectral que comprende este segundo cambio;
determinar, en cada ciclo de detección de fugas de gas, en función de al menos uno del primer cambio determinado, el segundo cambio determinado, la al menos una imagen de primera banda espectral que comprende el primer cambio y la al menos una imagen de segunda banda espectral que comprende el segundo cambio, si el primer cambio y/o el segundo cambio es una fuga de gas; y
determinar un número total de detecciones de fugas de gas en el número predeterminado de ciclos de detección de gas y además determinar, en función del número total de detecciones de gas y un umbral predeterminado de detecciones de fugas de gas, si se requiere la activación de una alarma de fugas de gas.
8. Método (300) implementado por ordenador para cuantificar una fuga de gas en un campo visual especificado usando el sistema (100) según cualquiera de las reivindicaciones 1-7.
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