RU2292540C2 - Способ (варианты), оборудование и система контроля для автоматизированного определения местоположения точечного источника визуализированной утечки газа - Google Patents
Способ (варианты), оборудование и система контроля для автоматизированного определения местоположения точечного источника визуализированной утечки газа Download PDFInfo
- Publication number
- RU2292540C2 RU2292540C2 RU2004124096/28A RU2004124096A RU2292540C2 RU 2292540 C2 RU2292540 C2 RU 2292540C2 RU 2004124096/28 A RU2004124096/28 A RU 2004124096/28A RU 2004124096 A RU2004124096 A RU 2004124096A RU 2292540 C2 RU2292540 C2 RU 2292540C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- gas
- point
- crf
- location
- point source
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 27
- 238000005316 response function Methods 0.000 claims abstract description 28
- 230000004044 response Effects 0.000 claims abstract description 12
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims description 6
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims description 5
- 230000002123 temporal effect Effects 0.000 claims description 4
- 238000007794 visualization technique Methods 0.000 claims description 4
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 claims description 2
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 claims description 2
- 238000005315 distribution function Methods 0.000 claims description 2
- 238000005303 weighing Methods 0.000 claims 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 241000196324 Embryophyta Species 0.000 description 9
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 7
- 238000012935 Averaging Methods 0.000 description 6
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 5
- 230000008859 change Effects 0.000 description 4
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 4
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 4
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 3
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 3
- 235000002566 Capsicum Nutrition 0.000 description 2
- 239000006002 Pepper Substances 0.000 description 2
- 241000722363 Piper Species 0.000 description 2
- 235000016761 Piper aduncum Nutrition 0.000 description 2
- 235000017804 Piper guineense Nutrition 0.000 description 2
- 235000008184 Piper nigrum Nutrition 0.000 description 2
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 description 2
- 230000000877 morphologic effect Effects 0.000 description 2
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 2
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 2
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 210000004556 brain Anatomy 0.000 description 1
- 238000004590 computer program Methods 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 230000003628 erosive effect Effects 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 1
- 238000007670 refining Methods 0.000 description 1
- 230000008439 repair process Effects 0.000 description 1
- 230000009291 secondary effect Effects 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- 230000001629 suppression Effects 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01M3/00—Investigating fluid-tightness of structures
- G01M3/38—Investigating fluid-tightness of structures by using light
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
- G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
- G01N21/31—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
- G01N21/35—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light
- G01N21/3504—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light for analysing gases, e.g. multi-gas analysis
- G01N21/3518—Devices using gas filter correlation techniques; Devices using gas pressure modulation techniques
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Pathology (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Immunology (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Examining Or Testing Airtightness (AREA)
- Auxiliary Devices For And Details Of Packaging Control (AREA)
- Feeding And Controlling Fuel (AREA)
- Feeding, Discharge, Calcimining, Fusing, And Gas-Generation Devices (AREA)
- Medicines Containing Material From Animals Or Micro-Organisms (AREA)
- Electrical Discharge Machining, Electrochemical Machining, And Combined Machining (AREA)
- Sampling And Sample Adjustment (AREA)
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
Abstract
Изобретение относится к определению местоположения точечного источника визуализированной утечки газа. Автоматизированное определение местоположения точечного источника визуализированной утечки газа осуществляется посредством поиска у функции отклика угла crf(х*, y*, τ), вычисляемой на основе ряда кадров изображения утечки газа, максимальных значений от переменных (х*, y*), устойчивых по отношению к переменной времени τ. Точка (х*, y*) рассматривается как точечный источник, если функция отклика угла crf(х*, y*, τ) имеет в указанной точке (х*, y*) максимальное значение и эта точка (х*, y*) является устойчивой во времени. Технический результат: улучшение определения местоположения точечного источника визуализированной утечки газа. 4 н. и 9 з.п. ф-лы, 8 ил.
Description
Область техники
Настоящее изобретение относится к определению местоположения точечного источника визуализированной утечки газа. В частности, изобретение касается автоматического определения местоположения точечного источника утечки, визуализированной, например, с использованием газового корреляционного фильтра.
Обзор известных технических решений
При использовании систем визуализации для контроля утечек на газоперерабатывающем предприятии существует потребность в быстром и автоматическом определении местоположения источника утечки на территории предприятия, чтобы принять соответствующие меры. Если утечка представляет угрозу безопасности, то предпочтительно выполнить аварийную остановку производства автоматически, без человеческого вмешательства. Если местоположение точечного источника утечки неизвестно, то для борьбы с утечкой должно быть остановлено все предприятие. Очевидно, что экономически целесообразно использовать аварийную остановку только поврежденных подсистем предприятия.
Если решение об аварийной остановке должно приниматься оператором, то полезно преобразовать оптическую информацию, содержащуюся в изображении газа, в схематическую информацию на электронном обзорном плане предприятия.
Большое значение для безопасности и охраны окружающей среды имеет обнаружение утечки газа и ее количественная оценка, с определением ее массового потока. Большинство способов определения массового потока используют предварительную информацию о том, где расположен точечный источник утечки. Иногда, например в случае использования лидара (лазерного локатора инфракрасного диапазона), достаточно знать, что эта точка находится слева или справа от заданного места, но иногда необходимо знать ее точное местоположение. Положение места утечки на изображении газа требуется для автоматического определения массового потока.
Способ, используемый в настоящее время для определения местоположения источника утечки, визуализированного методами визуализации газа, опирается на решение оператора. Человеческий мозг не встречает значительных проблем при определении источника утечки, если располагает информацией о газе, объединенной с визуальной картиной.
Согласно способу, применяемому в настоящее время для поиска утечки без визуализации газа, используют точечные детекторы присутствия газа. Чтобы определить местоположение источника утечки, требуется обходить предприятие с точечными детекторами присутствия газа или наблюдать вторичные эффекты утечки, такие как охлаждение трубы при падении давление газа.
Техника лазерной локации может использоваться для обнаружения утечек и определения их полного массового потока. Определение источников этих утечек обычно занимает недели или месяцы после измерений. Измерения лидаром, требующие использования больших и тяжелых приборов, обычно выполняют только раз в два года, если их вообще используют.
Сущность изобретения
Таким образом, задачей настоящего изобретения является улучшение определения местоположения точечного источника визуализированной утечки газа. Конечная цель этого улучшения состоит в том, чтобы обеспечить автоматическое определение местоположения точечного источника визуализированной утечки газа, используя, например, технику корреляционных газовых фильтров, при минимальном человеческом участии.
Другой задачей настоящего изобретения является предоставление оператору газоперерабатывающего или нефтеперерабатывающего предприятия информации, которая облегчает принятие решений. Такой информацией может быть, например, информация о местоположении точечного источника визуализированной утечки газа относительно физической структуры предприятия, благодаря чему оператору будет легче решить, останавливать ли отдельную подсистему предприятия или все предприятие, чтобы устранить утечку газа.
Для достижения вышеупомянутых целей настоящее изобретение предлагает способ, оборудование, систему контроля и компьютерную программу согласно независимым пунктам формулы изобретения. Предпочтительные формы осуществления изобретения охарактеризованы в зависимых пунктах формулы изобретения.
На чертежах и в подробном описании изобретения показаны и описаны главным образом только предпочтительные формы осуществления изобретения. Как будет понятно специалистам в данной области техники, изобретение может иметь другие формы осуществления, и некоторые детали могут подвергаться изменениям в различных отношениях без отступления от концепции изобретения. Соответственно, чертежи и подробное описание должны рассматриваться только как имеющие иллюстративный характер и не предназначенные для ограничения объема настоящего изобретения.
Перечень чертежей
Настоящее изобретение будет описано со ссылкой на приложенные чертежи, на которых:
на фиг.1 показано изображение, полученное усреднением ряда кадров по времени;
на фиг.2 показано изображение фиг.1 с обнаруженным местоположением всех локальных максимумов функции отклика угла;
на фиг.3 показано изображение фиг.2, на котором удалены все точки, имеющие отклик угла, в заданное число раз меньший, чем наибольший отклик угла;
на фиг.4 показано изображение фиг.3, на котором удалены все точки, неустойчивые во времени;
на фиг.5 показана форма выполнения оборудования для определения местоположения точечного источника с использованием корреляционного газового фильтра и двойной телескопической оптической системы;
на фиг.6 показана форма выполнения оборудования для определения местоположения точечного источника с использованием корреляционного газового фильтра и двух инфракрасных камер, в одной из которых газовая ячейка и объектив установлены вместе;
на фиг.7 показана форма выполнения оборудования для определения местоположения точечного источника с использованием корреляционного газового фильтра с расщепителем луча в инфракрасной камере. Газовая ячейка расположена перед приемником В;
на фиг.8 показана форма выполнения оборудования для определения местоположения точечного источника с использованием корреляционного газового фильтра, где газовая ячейка установлена на обтюраторе в инфракрасной камере. Изображения последовательно фиксируются одним детектором.
Подробное описание изобретения
Таким образом, изобретение относится к определению местоположения одного или нескольких точечных источников визуализированной утечки газа. В частности, изобретение относится к автоматическому определению местоположения одного или нескольких точечных источников визуализированной утечки газа с использованием, например, корреляционного газового фильтра.
Изобретение опирается на ряд физических свойств утечек газа. Из них самыми важными являются турбулентная структура газа на различных расстояниях от источника газа и неподвижное положение источника утечки газа в пространстве. Используется также возникновение сильного градиента концентрации, который на изображениях газа около источника утечки характеризуется структурой, похожей на угол.
Распределение концентрации газа является четырехмерной функцией времени и пространства. Методы визуализации газа проецируют эту функцию на трехмерную функцию интегрированием по одной из пространственных координат или, более точно, интегрированием вдоль линий, соответствующих одной и той же точке в проективном преобразовании. В этом описании трехмерная функция распределения газа обозначена как g(x, y, t). Точечные источники представляют собой структуры, которые имеют стабильность по всем трем координатам. Здесь координаты х и y относятся к системе координат, независимой от вращения и сдвига камеры.
В целом, настоящее изобретение можно рассматривать как поиск для функции отклика угла crf(х*, y*, τ), вычисляемой на основе ряда кадров изображения утечки газа, максимальных значений функции для переменных (х*, y*), которые не перемещаются при изменении переменной времени τ, то есть устойчивы в течение какого-то времени, при этом точка (х*, y*) считается точечным источником, если функция отклика угла crf(x*, y*, τ) имеет в точке (х*, y*) максимальное значение и эта точка (х*, y*) устойчива во времени.
Более конкретно, определение местоположения источника утечки согласно одной из форм осуществления изобретения достигается с помощью четырех основных этапов, а именно: 1) усреднения во времени посредством определения частного интеграла по координате времени, то есть вычислением временного среднего для ряда кадров из зарегистрированного ряда изображений газа, 2) определения местоположений точек возможных источников путем вычисления функции отклика угла (crf) для усредненного по времени изображения, 3) определения одной или нескольких точек локальных максимумов функции отклика угла (crf), эти точки локальных максимумов рассматриваются в качестве возможных точек утечки, и 4) определения устойчивости этих возможных точек утечки во времени. Ниже эти четыре этапа будут описаны более подробно.
Первым этапом способа определения местоположения точечного источника визуализированной утечки газа является вычисление усредненного по времени изображения для ряда кадров из множества изображений концентрации газа, которые зарегистрированы последовательно во времени посредством устройства для формирования изображения распределения газа, использующего оптические методы. А именно, усредненное по времени изображение получают из ряда кадров, окружающих тот кадр, в котором должен быть найден источник утечки. Если источник должен быть найден в реальном времени, усредненное изображение должно быть получено из предыдущих кадров. Это усреднение по времени выполняется для того, чтобы уменьшить эффекты турбулентности, которые появляются далеко от источника и значительно изменяются во времени. Более устойчивые структуры вблизи источника газа усиливаются вследствие этой операции. Этот этап является необязательным, но улучшает рабочие характеристики.
Таким образом, первым этапом является усреднение по времени и оно выполняется вычислением частного интеграла по временной координате. Временное среднее обозначается как f(x, y, τ) и определяется как 
Усреднение по времени будет сглаживать удаленные от источника пространственные области с большой турбулентностью. Фиг.1 иллюстрирует пример усредненного по времени изображения для ряда кадров; на этом чертеже области струи газа вдали от источника сглажены, а область вблизи источника сохраняет свою форму.
В результирующем усредненном по времени изображении с уменьшенной турбулентностью источник газа имеет структуру, похожую на острый угол. Вторым этапом является вычисление функции отклика угла (crf). Все локальные максимумы функции отклика угла (crf) рассматриваются как возможные источники утечки газа и сохраняются в списке кандидатов, хранящемся в запоминающем устройстве.
Таким образом, на втором этапе функция отклика угла вычисляется в пространственных направлениях, чтобы определить местоположение возможных точечных источников. Это осуществляется путем оценки вырожденных ковариационных матриц пространственного градиента f(x, y, τ). Эта матрица определяется как 
, где 
. Пространственное среднее от m(х, y, τ) вычисляется как 
, где N(x*, y*) - малая область вокруг точки (х*, y*). Это пространственное среднее может взвешиваться с коэффициентом, зависящим от расстояния до точки (х*, y*). Затем вычисляются собственные значения (λ1(x*, y*, τ), λ2(x*, y*, τ)) для m*(х*, y*, τ) и определяется функция отклика угла 
, где с - константа. Константа с может быть вычислена как (cf+1/cf), где cf - положительное число. Таким образом, константа с больше или равна 2. В идеальном случае при отсутствии структуры, похожей на угол, одно собственное значение равно 0, а другое собственное значение имеет большую величину, что дает в результате отрицательную функцию отклика угла. Угол, в идеальном случае, характеризуется двумя одинаково большими собственными значениями, и тогда функция отклика угла будет тем большей, чем больше константа с. В действительности, даже умеренные углы будут усилены при большом значении константы с.
Если градиент значительно не изменяется, то матрица m*(х*, y*, τ) будет близка к вырожденной с одним собственным значением, близким к нулю, и функция отклика угла crf(x*, y*, τ) будет отрицательной. Однако если градиент изменяется значительно, то матрица будет иметь два собственных значения, отличных от нуля, и при правильно выбранной величине с функция отклика угла crf(x*, y*, τ) будет большой. Чем больше градиент, тем больше будет функция отклика угла crf(x*, y*, τ), так что функция отклика угла crf(x*, y*, τ) будет большой в областях, где среднее по времени f(x, y, τ) имеет большой градиент, который значительно изменяется.
Чтобы можно было обнаружить возможные источники утечки газа без предварительного знания величины утечки, на третьем этапе определяется местоположение самой сильной угловой особенности. Это достигается тем, что список кандидатов сортируется по величине отклика угла и находится самый сильный кандидат. Величина обнаруженного отклика угла является динамической мерой того, насколько большие типичные значения отклика угла имеются в конкретном случае. Порог, основанный на величине отклика угла самого сильного кандидата, используется для того, чтобы удалить возможные источники утечки, имеющие слишком низкую величину отклика угла, то есть всех кандидатов, имеющих в заданное число раз меньшую величину, чем самый сильный отклик угла, удаляют из списка.
Таким образом, на третьем этапе все значения пространственных локальных максимумов функции отклика угла crf(х*, y*, τ) вычисляют для каждого значения времени τ. В полученном наборе точек для каждого τ находят точку 
с наибольшим значением функции отклика угла crf(x*, y*, τ). На фиг.2 показано изображение, соответствующее изображению фиг.1. Однако на фиг.2 определены местоположения всех локальных максимумов функции отклика угла, которые показаны как несколько маленьких черных квадратов. Порог, основанный на наибольшем значении отклика угла, используется для удаления некоторых точек из набора. То есть для каждого τ все точки с величиной отклика угла, меньшей, чем 
, удаляют. Здесь k - константа от 0 до 1. Полученное в результате изображение показано на фиг.3.
Константа k может быть установлена в зависимости от числа возможных источников утечки, которые хотят получить. Например, если желательно оставить только один возможный источник, должно быть выбрано высокое значение k. Напротив, низкое значение k должно быть выбрано, если необходимо найти все возможные источники, даже если какие-то из них окажутся ложными.
Четвертый этап способа согласно изобретению основан на том, что источник утечки не движется в течение какого-то времени. Исследуется временная стабильность всех возможных источников. Это выполняется путем поиска в списке кандидатов таких возможных источников, которые имели то же самое местоположение в пространстве в ряде предыдущих кадров. Если среди существующих возможных источников некоторая точка достаточно устойчива, то есть за какое-то время ее местоположение не изменяется или изменяется минимально, то она рассматривается как источник утечки. Таким образом, точка, которая является устойчивой при изменении переменной времени τ, представляет собой возможный источник утечки. Для точки 
, которая будет сочтена устойчивой по τ, в момент τ1 должна существовать по меньшей мере одна точка в каждом ряду точек между [τ1-Δτ, τ1], которая принадлежит открытому шару 
, где r - постоянное расстояние, измеренное с помощью некоторой нормы, например нормы L2, L1 или L∞. Ситуация, когда оставлены только точки, стабильные во времени, показана на фиг.4. Как видно из фиг.4, найдена только одна точка, то есть крайняя справа точка, обозначенная (х*, y*), и поэтому эту точку рассматривают как точечный источник утечки газа.
Если требование режима реального времени не является жестким, то стабильность точек в течение какого-то времени может быть исследована как для предшествующих, так и для последующих кадров, то есть для кадров, зарегистрированных в моменты времени после кадра, в котором должен быть найден источник, или до него.
Если известна другая априорная информация, эта информация может использоваться для того, чтобы другим способом ранжировать точки в списке кандидатов, включающем найденные точки локальных максимумов. Такой априорной информацией является, например, геометрическая конфигурация предприятия.
Формы осуществления изобретения могут включать также подавление шумов. Изображения концентрации газа при его утечке могут содержать шумы многих различных видов. Некоторая часть шумов может исходить от детектора, то есть от оптического оборудования, формирующего изображения утечки газа, а некоторая - из самой процедуры измерений. Предпочтительно, прежде чем выполнять вычисления для изображений, следует в максимально возможной степени удалить из них шумы. Удаление шумов может быть выполнено на различных этапах. Шум может быть удален, например, путем использования фильтрации с переменным порогом, медианной фильтрации с морфологическими операциями, с помощью фильтра Гаусса и/или фильтра Винера.
Например, изображения могут содержать периодический шум, который проявляется как горизонтальные линии, которые перемещаются вверх и вниз по изображению. Такой шум наиболее вероятно, создается детектором. Так как этот шум не имеет никакого отношения к действительному распределению газа, то, если это возможно, он должен быть удален.
Периодический шум может быть удален путем анализа изображения в Фурье-плоскости и вычисления средней величины абсолютных значений коэффициентов Фурье для последовательности изображений. Явно выраженные пятна высших частот могут присутствовать и на изображениях, содержащих газ, и на изображениях, содержащих только шумы, являясь результатом нежелательных шумов. На некоторых изображениях может быть особо отмечена большая концентрация частот на вертикальной линии, проходящей через начало координат. Эти частоты соответствуют горизонтальным строкам и представляют собой шум, который должен быть устранен.
Чтобы устранить этот шум, частоты, где он существует, могут быть определены путем усреднения многих изображений. Среднее от абсолютного значения в несколько большей области вокруг этих частот было рассчитано для каждого кадра. Частоты шумов могут масштабироваться по этому значению, если они являются большими, чем среднее значение. Этим способом частоты шумов удаляют только тогда, когда они присутствуют и доминируют, и был выбран подходящий уровень восстановления. Это должно причинять как можно меньший ущерб данным полезного сигнала.
Когда на изображениях существует шум, то, если возможно, лучше всего определить физическую причину шума и устранить ее как можно ближе к источнику шума. Это может потребовать замены детектора.
Процедуры измерения могут опираться на тот факт, что имеется разница температур между газом и фоном. Если газ и фон имеют почти одинаковую температуру, тогда полученное значение будет очень зашумленным. Так как инфракрасное изображение, отфильтрованное с помощью газа, может быть видно как тепловое изображение фона, и температура воздуха известна, можно вычислить количество шума в каждом пикселе изображения. Исходя из этого, может быть сформирован переменный порог, который выше в областях, имеющих малую разность температур, и ниже там, где разность является большой.
Даже после того, как был применен переменный порог, на изображении все еще может оставаться шум. Этот шум может быть моделирован как шум типа "соль и перец" (белые и черные точки на изображении), который может быть удален медианным фильтром. Шум типа "соль и перец" является шумом, который дает экстремальные значения пикселов, равные нулю или максимальному значению. Так как медианный фильтр может также искажать форму газовой струи, он предпочтительно используется только для создания маски. Эта маска используется для удаления всего шума вне газовой струи.
Так как интерес представляет большая газовая струя, некоторые морфологические операции выполняются на этой маске, чтобы удалить малые структуры, а также увеличить и "связать" структуру основной струи. Это могут быть некоторые эрозии и дилатации маски. После этого маска прикладывается к изображению, чтобы получить только струю. Так как точно не известно, насколько распространилась газовая струя, эта маска должна быть растянута с небольшим избытком.
Неизвестно, сколько малых структур на изображении являются шумом, а сколько - турбулентностями. Но так как наименьшие турбулентные структуры имеют самое короткое время существования, маловероятно, что они сохранятся между двумя кадрами видеопоследовательности. Это делает эти структуры менее интересными по двум причинам. Прежде чем выполнять любые дальнейшие вычисления, их удаляют. Это выполняется фильтром Гаусса, который сглаживает изображения. Фильтр Гаусса имеет свойство оставлять постоянным общее количество газа на изображении.
Если известны статистические свойства сигнала, то для фильтрации изображений может использоваться также фильтр Винера.
Далее, некоторые формы осуществления изобретения могут также включать пост-фильтрацию, то есть фильтрацию изображения после того, как было определено местоположение точечного источника. Пост-фильтрация может быть желательной. Например, если имеются сотни правильно классифицированных утечек и меньше десяти ошибочных, тогда ошибочные утечки могут быть удалены. Аналогично, если утечка не найдена в нескольких кадрах, но найдена во многих кадрах перед ними и после них, то можно предположить, что утечка существует также и в этих кадрах. После обработки с использованием таких фильтров может быть получена последовательность кадров с источником утечки, правильно классифицированным во всех кадрах, за исключением самых первых, как описано выше. Однако эти виды фильтров не могут использоваться в режиме реального времени.
Должно быть понятно, что описанный способ применим для многих различных масштабов утечки газа. Некоторые ограничения, однако, могут изменяться для случаев различных величин утечки. Например, при сравнении двух структур число пикселов, достаточное для того, чтобы рассматривать эти структуры как близкие, может изменяться. Кроме того, одним из путей использовать способ в том виде, как он есть, для различных масштабов утечек, является поиск с использованием гауссовой пирамиды.
Так как все или многие из описанных выше этапов и вычислений могут быть выполнены на компьютере с использованием последовательности цифровых видеокадров, все вычисления должны выполняться в дискретной области. Это может быть осуществлено заменой всех интегралов суммами и всех непрерывных функций - их дискретными аналогами.
Кроме того, настоящее изобретение касается оборудования для автоматизированного определения местоположения точечного источника визуализированной утечки газа. Упомянутое оборудование включает или может подключаться к средствам, которые используют методику визуализации газа и выполняют описанные выше этапы определения местоположения точечного источника визуализированной утечки газа, см. фиг.5-8. Также можно дать ссылку на заявки заявителя WO 01/48459 и ЕР 1257807.
На фиг.5 показана форма выполнения оборудования для определения местоположения точечного источника с использованием корреляционного газового фильтра и двойной телескопической оптической системы. Вытекание газа из установок предприятия контролируется двойной телескопической оптической системой, в которой в один из оптических каналов включена газовая корреляционная ячейка и в которой два изображения помещаются рядом друг с другом в плоскости изображения чувствительной инфракрасной камеры.
Альтернативно, два изображения А и В могут создаваться двумя инфракрасными камерами, установленными вместе, как показано на фиг.6, или же единственной камерой с лучерасщепляющим блоком и газовой корреляционной ячейкой перед одним из двух детекторов в камере, как показано на фиг.7. Другое решение заключается в том, чтобы использовать единственную камеру датчика с газовой корреляционной ячейкой, установленной на обтюраторе перед датчиком, для последовательного ввода изображений А и В, как показано на фиг.8.
Настоящее изобретение относится также к системе контроля (не показана), включающей оборудование для определения местоположения точечного источника визуализированной утечки газа или соединяемой с таким оборудованием. Такой системой может быть, например, система контроля нефтеперерабатывающего или газоперерабатывающего предприятия. Система контроля содержит также средства, которые предоставляют информацию, например, оператору относительно того, какой компонент или подсистема предприятия имеет утечку газа, тем самым улучшая и упрощая принятие решения оператором. Так как оператор получает информацию о местоположении источника утечки газа, привязанную к физической структуре завода, ему будет легко принять соответствующие меры при утечке газа, например решить, остановить ли подсистему завода для замены или ремонта ее компонента или же остановить весь завод.
Однако система контроля может включать средства, обеспечивающие информацию об утечке газа, которая должна быть проанализирована, предпочтительно автоматически, посредством компьютеризированного устройства, связанного с системой контроля или включенного в ее состав. Кроме того, компьютеризированное устройство может конфигурироваться для управления работой нефтеперерабатывающего или газоперерабатывающего предприятия в зависимости от результатов анализа. То есть компьютеризированное устройство может быть конфигурировано так, чтобы автоматически останавливать завод или его часть, если обнаруживается утечка газа.
Хотя изобретение было описано со ссылкой на изображения поглощения в газе, должно быть понятно, что изобретение может быть применено также к изображениям концентрации газа, так как эти два вида изображений сильно связаны.
Claims (13)
1. Способ автоматизированного определения местоположения точечного источника визуализированной утечки газа, включающий поиск у функции отклика угла crf(х*, y*, τ), которую вычисляют на основе ряда кадров изображения указанной утечки газа, максимальных значений от переменных (х*, y*), устойчивых при изменении переменной времени τ, при этом точку (х*, y*) рассматривают в качестве указанного точечного источника, если указанная функция отклика угла crf(x*, y*, τ) имеет максимальное значение в указанной точке (х*, y*) и эта точка (х*, y*) устойчива во времени.
2. Способ автоматизированного определения местоположения точечного источника визуализированной утечки газа, включающий
получение ряда кадров изображения указанной утечки газа, разнесенных во времени;
вычисление функции отклика угла (crf) на основе указанного ряда кадров;
определение одной или нескольких точек локальных максимумов функции отклика угла (crf), которые рассматривают в качестве возможных источников утечки, и
определение временной устойчивости указанных возможных источников утечки,
при этом один или несколько из указанных возможных источников, которые являются устойчивыми во времени, рассматривают в качестве указанного точечного источника визуализированной утечки газа.
3. Способ по п.1 или 2, дополнительно включающий вычисление временного среднего f(x, y, τ) для ряда кадров изображения утечки газа перед вычислением функции отклика угла и вычисление функции отклика угла для этого временного среднего.
4. Способ по п.3, в котором временное среднее f(x, y, r) вычисляют как
где g(x, y, t) - трехмерная проекция четырехмерной функции распределения газа во времени и пространстве, чтобы сгладить пространственные области с большой турбулентностью, удаленные от источника утечки.
5. Способ по п.3, в котором функцию отклика угла (crf) вычисляют в пространственных направлениях путем
оценки вырожденных ковариационных матриц пространственного градиента функции f(x, y, τ), при этом матрицу определяют как m=аа*,
вычисления пространственного среднего от m(х, y, τ) как 
где N(x*, y*) является малой областью вокруг точки (х*, y*);
вычисления собственных значений (λ1(x*, y*, τ), λ2(х*, y*, τ)) матрицы m*(х*, y*, τ);
определения функции отклика угла (crf) как crf(x, y*, τ)=с|λ1λ2|λ1 2+λ2 2|, где с - константа, так что функция отклика угла crf(x*, y*, τ) будет иметь большие значения в тех областях, где временное среднее f(x, y, τ) имеет большой градиент, который значительно изменяется.
6. Способ по п.5, дополнительно включающий взвешивание пространственного среднего с коэффициентом, зависящим от расстояния до точки (х*, y*).
7. Способ по п.5, дополнительно включающий
вычисление всех точек пространственных локальных максимумов функции crf(x*, y*, τ) для каждого значения τ;
поиск точки 
с наибольшим значением функции crf(х*, y*, τ) для каждого момента времени τ;
использование порогового значения, основанного на найденном наибольшем значении функции crf(x*, y*, τ), для удаления точек, имеющих значение отклика угла, меньшее, чем 
где k - константа в диапазоне от 0 до 1.
8. Способ по п.7, дополнительно включающий
определение того, как точка 
изменяется в зависимости от переменной τ;
определение точки 
в качестве устойчивой по отношению к переменной τ в момент времени τ1, если существует по меньшей мере одна точка в каждом ряду между [τ1-Δτ, τ1], которая принадлежит открытому шару 
, где r - постоянное расстояние, измеренное с помощью некоторой нормы.
9. Способ по п.1 или 2, в котором указанный ряд кадров изображения утечки газа представляет собой ряд изображений концентрации газа или изображений поглощения в газе.
10. Способ по п.1 или 2, дополнительно включающий понижение шумов в ряде кадров утечки газа, которое выполняют до и/или после определения местоположения точечного источника.
11. Оборудование для автоматизированного определения местоположения точечного источника визуализированной утечки газа, которое использует технику визуализации газа и содержит средства выполнения этапов способа по любому из пп.1-10.
12. Система контроля для автоматизированного определения местоположения точечного источника визуализированной утечки газа, содержащая оборудование, использующее технику визуализации газа и средства выполнения этапов способа по любому из пп.1-10, и выполненная с возможностью предоставлять информацию, относящуюся к компоненту или подсистеме предприятия, которые имеют утечку газа.
13. Система по 12, отличающаяся тем, что с ней связано или в ее состав включено компьютеризированное устройство, выполненное с возможностью анализа указанной информации и управления работой указанной подсистемы или предприятия в зависимости от результата анализа этой информации.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SE0302336-3 | 2003-09-02 | ||
| SE0302336A SE526421C2 (sv) | 2003-09-02 | 2003-09-02 | Lokalisering av en visualiserad gasläckas punktkälla |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2004124096A RU2004124096A (ru) | 2006-01-27 |
| RU2292540C2 true RU2292540C2 (ru) | 2007-01-27 |
| RU2292540C9 RU2292540C9 (ru) | 2007-05-20 |
Family
ID=28673229
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2004124096/28A RU2292540C9 (ru) | 2003-09-02 | 2004-07-29 | Способ (варианты), оборудование и система контроля для автоматизированного определения местоположения точечного источника визуализированной утечки газа |
Country Status (9)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US7082370B2 (ru) |
| EP (1) | EP1512955B1 (ru) |
| AT (1) | ATE322003T1 (ru) |
| DE (1) | DE602004000549T2 (ru) |
| DK (1) | DK1512955T3 (ru) |
| ES (1) | ES2259430T3 (ru) |
| NO (1) | NO329633B1 (ru) |
| RU (1) | RU2292540C9 (ru) |
| SE (1) | SE526421C2 (ru) |
Families Citing this family (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7418354B1 (en) * | 2004-03-23 | 2008-08-26 | Invensys Systems Inc. | System and method for leak detection based upon analysis of flow vectors |
| US8803093B2 (en) | 2009-06-02 | 2014-08-12 | Flir Systems Ab | Infrared camera for gas detection |
| US9618417B2 (en) * | 2011-10-20 | 2017-04-11 | Picarro, Inc. | Methods for gas leak detection and localization in populated areas using isotope ratio measurements |
| US20180052072A1 (en) * | 2015-03-09 | 2018-02-22 | Konica Minolta, Inc. | Gas leak location estimating device, gas leak location estimating system, gas leak location estimating method and gas leak location estimating program |
| US10739226B2 (en) | 2016-03-03 | 2020-08-11 | Konica Minolta Opto, Inc. | Gas leak position estimation device, gas leak position estimation method and gas leak position estimation program |
| US10908079B2 (en) * | 2016-06-07 | 2021-02-02 | Konica Minolta, Inc. | Image-processing device for gas detection, image-processing method for gas detection, and image-processing program for gas detection |
| CN111033231B (zh) | 2017-06-12 | 2023-11-24 | 前视红外系统股份公司 | 用于量化气体泄漏的系统和方法 |
| CN110400324B (zh) * | 2018-04-19 | 2021-09-10 | 中国石油化工股份有限公司 | 一种气体浓度分析系统 |
| CN113358817B (zh) * | 2021-04-22 | 2023-06-06 | 上海工程技术大学 | 一种基于气体浓度梯度驱动的气体源定位装置 |
| CN115469064B (zh) * | 2022-09-07 | 2024-04-26 | 西北工业大学 | 一种多网格空间气体扩散源定位方法及系统 |
Family Cites Families (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5001346A (en) * | 1990-02-26 | 1991-03-19 | Rockwell International Corporation | Leak detection system with background compensation |
| US5205173A (en) * | 1991-06-21 | 1993-04-27 | Palmer Environmental Services | Method and apparatus for detecting leaks in pipelines using cross-correlation techniques |
| US5656813A (en) * | 1995-04-04 | 1997-08-12 | Gmd Systems, Inc. | Apparatus for imaging gas |
| DE19744164A1 (de) * | 1997-10-07 | 1999-04-08 | Zae Bayern | Bildgebendes Verfahren zur Detektion von Gasverteilungen in Echtheit |
| US6389881B1 (en) * | 1999-05-27 | 2002-05-21 | Acoustic Systems, Inc. | Method and apparatus for pattern match filtering for real time acoustic pipeline leak detection and location |
| US6259803B1 (en) * | 1999-06-07 | 2001-07-10 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Simplified image correlation method using off-the-shelf signal processors to extract edge information using only spatial data |
| SE9904836L (sv) * | 1999-12-28 | 2001-06-29 | Jonas Sandsten | Kvantitativ avbildning av gasemissioner utnyttjande optisk teknik |
| US6446491B1 (en) * | 2000-12-22 | 2002-09-10 | Juan Rogelio Pompa | Method and apparatus for locating leaks in pipelines |
-
2003
- 2003-09-02 SE SE0302336A patent/SE526421C2/sv not_active IP Right Cessation
-
2004
- 2004-06-30 DE DE602004000549T patent/DE602004000549T2/de not_active Expired - Lifetime
- 2004-06-30 AT AT04103086T patent/ATE322003T1/de not_active IP Right Cessation
- 2004-06-30 ES ES04103086T patent/ES2259430T3/es not_active Expired - Lifetime
- 2004-06-30 EP EP04103086A patent/EP1512955B1/en not_active Expired - Lifetime
- 2004-06-30 DK DK04103086T patent/DK1512955T3/da active
- 2004-07-08 US US10/887,136 patent/US7082370B2/en not_active Expired - Lifetime
- 2004-07-28 NO NO20043207A patent/NO329633B1/no not_active IP Right Cessation
- 2004-07-29 RU RU2004124096/28A patent/RU2292540C9/ru not_active IP Right Cessation
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| NO329633B1 (no) | 2010-11-22 |
| SE0302336L (sv) | 2005-03-03 |
| EP1512955A1 (en) | 2005-03-09 |
| DE602004000549T2 (de) | 2007-02-01 |
| DE602004000549D1 (de) | 2006-05-18 |
| DK1512955T3 (da) | 2006-08-07 |
| US20050049804A1 (en) | 2005-03-03 |
| RU2292540C9 (ru) | 2007-05-20 |
| ES2259430T3 (es) | 2006-10-01 |
| NO20043207L (no) | 2005-03-03 |
| SE0302336D0 (sv) | 2003-09-02 |
| US7082370B2 (en) | 2006-07-25 |
| EP1512955B1 (en) | 2006-03-29 |
| ATE322003T1 (de) | 2006-04-15 |
| SE526421C2 (sv) | 2005-09-13 |
| RU2004124096A (ru) | 2006-01-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN111047568B (zh) | 一种漏汽缺陷检测识别方法及系统 | |
| CN102927448B (zh) | 管道无损检测方法 | |
| EP2871610B1 (en) | Infrared image based early detection of oil spills in water | |
| JP6220061B2 (ja) | 自由形態の保護領域を使用するウエハ検査 | |
| CN110910341B (zh) | 一种输电线路锈蚀区缺陷检测方法及装置 | |
| CN109190473A (zh) | 一种“机器视觉理解”在电力远程监控中的应用 | |
| EP1980843A1 (en) | Method and apparatus for detecting defects in optical components. | |
| RU2292540C2 (ru) | Способ (варианты), оборудование и система контроля для автоматизированного определения местоположения точечного источника визуализированной утечки газа | |
| IL262170A (en) | A system, method and product A computer program for correcting a change figure is produced from a comparison between a target matrix and a reference matrix | |
| CN115494193B (zh) | 基于机器视觉单体燃烧试验火焰横向传播检测方法及系统 | |
| CN105759605A (zh) | 基于自适应参数模型粒子滤波的非线性系统缺陷检测与定位算法 | |
| CN112686162B (zh) | 仓库环境整洁状态的检测方法、装置、设备和存储介质 | |
| Harshini et al. | Sewage Pipeline Fault Detection using Image Processing | |
| Dong et al. | A window detection algorithm for remote laser gas leakage detection system | |
| Miljanovic et al. | Detection of windows in facades using image processing algorithms | |
| Liu et al. | Research on noise processing and particle recognition algorithm of PTV image | |
| Hachicha et al. | Subpixel edge detection for precise measurements by a vision system | |
| KR20200143597A (ko) | 라인 검출 방법 | |
| KR20200029778A (ko) | 영상 처리 기법을 이용한 콘크리트 구조물 균열 폭 평가 방법 | |
| Shah et al. | Structural surface assessment of ship structures intended for robotic inspection applications | |
| Diwate et al. | Determining Cracks (Irregularities) in Civil Structure Based on Detection Algorithm | |
| Roy et al. | Object Tracking Based on Background Subtraction and Kalman Filtering | |
| Mascio et al. | utomated Defect Detection for Large Laser Optics | |
| TW202147251A (zh) | 液面狀態估測方法、電腦程式產品及電腦可讀取紀錄媒體 | |
| Vyas et al. | Efficient stereo and 2D object tracking |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| TH4A | Reissue of patent specification | ||
| PC41 | Official registration of the transfer of exclusive right |
Effective date: 20170111 |
|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20200730 |