本發(fā)明涉及紅外線探測(cè)，具體涉及一種烴類氣體泄漏紅外成像檢測(cè)系統(tǒng)和檢測(cè)方法。

背景技術(shù)：

1、近年來，隨著紅外成像探測(cè)技術(shù)的發(fā)展，當(dāng)前的基于非制冷irfpa的氣體泄漏紅外成像檢測(cè)裝置在長(zhǎng)波紅外波段實(shí)現(xiàn)了如乙烯、六氟化硫、氨氣等一些氣體的泄漏成像檢測(cè)，這些氣體的典型特性是吸收系數(shù)高或吸收帶寬大，且位于常規(guī)長(zhǎng)波紅外波段(8～12μm)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，當(dāng)前的基于非制冷irfpa的氣體泄漏紅外成像檢測(cè)裝置主要存在下述缺點(diǎn)：

2、一方面，對(duì)甲烷、丁烷等烷烴類氣體的探測(cè)能力不足，甚至難以探測(cè)，比如，對(duì)比flir?tau2探測(cè)器對(duì)甲烷、丁烷、乙烯和六氟化硫氣體的成像效果(氣體溫度20.5℃，背景溫度25.5℃，氣體流量1l/min)，參見圖1，flir?tau2可探測(cè)到乙烯和六氟化硫氣體，且均勻性和靈敏度較好，但其無法有效探測(cè)到甲烷和丁烷氣體。

3、另一方面，對(duì)烴泄漏的探測(cè)需要自然日光或合適色溫的燈照提供光源，否則無法工作。比如，中國(guó)專利(cn109154538a)公開的烴泄漏成像和定量傳感器適用于天然氣和其它烴氣、液體、乳化液、固體和微粒，以及例如甲烷和二氧化碳的溫室氣體的排放監(jiān)控。通過1.0到2.6微米范圍內(nèi)的差分吸收成像光譜檢測(cè)氣體泄漏，利用自然日光或合適色溫的燈提供的短波紅外(swir)區(qū)域中的烴光譜特征范圍內(nèi)敏感的短波紅外(swir)檢測(cè)器陣列，檢測(cè)器并不需要低溫冷卻，結(jié)合經(jīng)選擇的兩個(gè)或超過兩個(gè)光譜濾波器以產(chǎn)生相對(duì)于2.3微米附近的烴特征復(fù)合物的核心和翼光譜波段。

4、第三方面，在同時(shí)適用于多種烷烴氣體探測(cè)上仍有優(yōu)化的空間。

5、第四方面，在適用于多種烷烴氣體探測(cè)的同時(shí)可能會(huì)使得吸收系數(shù)高或吸收帶寬大的如乙烯、六氟化硫的探測(cè)能力降低。

6、綜上，當(dāng)前的基于非制冷irfpa的氣體泄漏紅外成像檢測(cè)裝置至少存在如下技術(shù)問題：一是無法有效探測(cè)到甲烷和丁烷氣體等烷烴類氣體；二是在夜晚無法提供光源的情況下不能得到高成像對(duì)比度的甲烷、丁烷等烷烴類氣體的泄漏圖像；三是不能同時(shí)適用于多種烷烴氣體探測(cè)；四是在適用于多種烷烴氣體探測(cè)的同時(shí)會(huì)使得吸收系數(shù)高或吸收帶寬大的探測(cè)能力降低。

7、為了豐富產(chǎn)品及方法以適用于更多應(yīng)用場(chǎng)景，本發(fā)明提出了一種烴類氣體泄漏紅外成像檢測(cè)系統(tǒng)和檢測(cè)方法，能夠同時(shí)適用于多種烷烴氣體的檢測(cè)。

8、第一方面，本發(fā)明實(shí)施例提供一種烴類氣體泄漏紅外成像檢測(cè)系統(tǒng)，包括前端和監(jiān)控終端；

9、所述前端包括紅外光學(xué)鏡頭、非制冷irfpa組件和視頻處理及系統(tǒng)控制設(shè)備；所述紅外光學(xué)鏡頭包括中波紅外物鏡光學(xué)鏡頭和長(zhǎng)波紅外物鏡光學(xué)鏡頭；所述非制冷irfpa組件在紅外波段6.5～8.5μm上透過率大于90％；

10、所述視頻處理及系統(tǒng)控制設(shè)備包括紅外采集模塊和紅外圖像處理模塊，所述紅外圖像處理模塊被配置為：獲取所述紅外采集模塊通過所述紅外光學(xué)鏡頭和非制冷irfpa組件采集的圖像，至少經(jīng)過非均勻校正算法處理后形成氣體信號(hào)，供所述監(jiān)控終端調(diào)用。

11、在一些實(shí)施例中，所述非均勻校正算法，包括增益系數(shù)與偏移系數(shù)計(jì)算、非均勻校正與盲元補(bǔ)償和單點(diǎn)修正。

12、在一些實(shí)施例中，增益系數(shù)計(jì)算包括以高溫圖像和低溫圖像為處理對(duì)象的高低溫兩點(diǎn)校正系數(shù)計(jì)算，所述高溫圖像為預(yù)先采集的高于標(biāo)準(zhǔn)溫度的第一溫度環(huán)境中的均勻背景圖像，所述低溫圖像為預(yù)先采集的低于標(biāo)準(zhǔn)溫度的第二溫度環(huán)境中的均勻背景圖像；

13、所述增益系數(shù)計(jì)算還包括，以長(zhǎng)積分圖像和短積分圖像為處理對(duì)象的兩點(diǎn)積分時(shí)間校正系數(shù)計(jì)算，所述長(zhǎng)積分圖像為預(yù)先采集的比標(biāo)準(zhǔn)積分時(shí)間長(zhǎng)的第一積分時(shí)間下的圖像，所述短積分圖像為預(yù)先采集的比標(biāo)準(zhǔn)積分時(shí)間短的第二積分時(shí)間下的圖像。

14、在一些實(shí)施例中，所述高溫圖像通過下述方式采集：

15、按設(shè)定間隔采集所述第一溫度環(huán)境中的圖像存入ram1，從ram1中讀出當(dāng)前存入圖像和其前一存入圖像，得到二者的平均圖像并存入所述ram1中，直至采集結(jié)束，根據(jù)存入到所述ram1中的m幀圖像通過下式得出高溫圖像：

16、

17、其中，psd為加權(quán)平均后的圖像的像素值；pi為第i幀圖像的像素值，i＝1,2，……，m；p1第1幀圖像的像素值；

18、相應(yīng)的，所述低溫圖像通過下述方式采集：

19、按設(shè)定間隔采集所述第二溫度環(huán)境中的圖像存入ram2，從ram2中讀出當(dāng)前存入圖像和其前一存入圖像，得到二者的平均圖像并存入所述ram2中，直至采集結(jié)束，根據(jù)存入到所述ram2中的m幀圖像通過上式得出低溫圖像。

20、在一些實(shí)施例中，所述增益系數(shù)與偏移系數(shù)計(jì)算后，還包括：

21、若計(jì)算得到的增益系數(shù)和/或偏移系數(shù)為浮點(diǎn)數(shù)，將相應(yīng)的浮點(diǎn)數(shù)轉(zhuǎn)換成邏輯整型。

22、在一些實(shí)施例中，增益系數(shù)計(jì)算，包括：

23、在進(jìn)行增益系數(shù)計(jì)算前對(duì)輸入被除的定點(diǎn)數(shù)乘以2n，n為大于9且小于15的整數(shù)。

24、在一些實(shí)施例中，增益系數(shù)與偏移系數(shù)并行計(jì)算，計(jì)算完成后刷新覆蓋到對(duì)應(yīng)的圖像中的像素值。

25、在一些實(shí)施例中，所述非均勻校正與盲元補(bǔ)償，包括：

26、將增益系數(shù)放大218倍，像素與放大后的增益系數(shù)相乘后右移8位再除以2046，得到的數(shù)據(jù)與偏移系數(shù)求和后減去偏移系數(shù)本身，再加上1000。

27、在一些實(shí)施例中，所述單點(diǎn)修正實(shí)現(xiàn)步驟包括：

28、采集兩幀經(jīng)兩點(diǎn)校正后的圖像，計(jì)算第一幀圖像的平均像素值，將第二幀圖像加上設(shè)定像素值后再與所述平均像素值求差，將得到的差值與同時(shí)從指定緩存空間中讀取的偏移系數(shù)求和，將求得的和減去所述設(shè)定像素值后存入所述緩存空間中。

29、在一些實(shí)施例中，所述非均勻校正算法處理前，還包括對(duì)采集的圖像執(zhí)行下述增強(qiáng)處理：

30、采用濾波器對(duì)圖像進(jìn)行濾波處理，得到圖像的背景層，

31、對(duì)所述背景層進(jìn)行直方圖均衡處理，確定圖像與處理后背景層的差值圖像，作為細(xì)節(jié)層；

32、對(duì)所述細(xì)節(jié)層進(jìn)行自增益增強(qiáng)處理；

33、將自增益增強(qiáng)處理后的圖像按權(quán)值重建，得到最終的增強(qiáng)后圖像。

34、在一些實(shí)施例中，所述紅外采集模塊包括紅外成像電路fpga；所述紅外成像電路用于控制紅外成像的性能與氣體成像圖像的信噪比，所述紅外成像電路包括射隨電路、高輸入阻抗單端轉(zhuǎn)差分、精密基準(zhǔn)源、供電、模數(shù)轉(zhuǎn)換和layout設(shè)計(jì)模塊。

35、第二方面，本發(fā)明實(shí)施例提供一種烴類氣體泄漏紅外成像檢測(cè)方法，包括利用上述任一烴類氣體泄漏紅外成像檢測(cè)系統(tǒng)，進(jìn)行烴類氣體泄漏檢測(cè)。

36、本發(fā)明實(shí)施例提供的上述技術(shù)方案的有益效果至少包括：

37、(1)本發(fā)明實(shí)施例提供的烴類氣體泄漏紅外成像檢測(cè)系統(tǒng)，包括前端和監(jiān)控終端；前端包括紅外光學(xué)鏡頭、非制冷irfpa組件和視頻處理及系統(tǒng)控制設(shè)備；紅外光學(xué)鏡頭包括中波紅外物鏡光學(xué)鏡頭和長(zhǎng)波紅外物鏡光學(xué)鏡頭。相對(duì)于傳統(tǒng)的基于非制冷irfpa組件的探測(cè)系統(tǒng)可以獲得更好的甲烷氣體的成像對(duì)比度和成像效果。

38、(2)本發(fā)明實(shí)施例提供的烴類氣體泄漏紅外成像檢測(cè)系統(tǒng)，非制冷irfpa組件在紅外波段6.5～8.5μm上透過率大于90％，采用和甲烷長(zhǎng)波吸收譜段匹配的波段能夠獲得更好的成像對(duì)比度和成像效果，這與常規(guī)甲烷氣體檢測(cè)采用制冷中波irfpa的認(rèn)識(shí)完全不同；故該檢測(cè)系統(tǒng)解決了現(xiàn)有技術(shù)無法有效探測(cè)到甲烷和丁烷氣體，即常規(guī)非制冷irfpa(如flirtau2探測(cè)器)對(duì)甲烷、丁烷等烷烴類氣體的探測(cè)能力不足，甚至難以探測(cè)的技術(shù)問題。

39、本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)將在隨后的說明書中闡述，并且，部分地從說明書中變得顯而易見，或者通過實(shí)施本發(fā)明而了解。本發(fā)明的目的和其他優(yōu)點(diǎn)可通過在所寫的說明書、權(quán)利要求書、以及附圖中所特別指出的結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)和獲得。

40、下面通過附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。