[發明專利]阿基米德螺旋線推掃濾光差分氣體泄漏紅外成像方法

有效

• 申請號: 201310309389.3
• 申請日: 2013-07-22
• 公開（公告）號: CN103353380A
• 公開（公告）日: 2013-10-16
• 發明（設計）人: 王嶺雪;薛唯;蔡毅;羅秀麗;唐璟;張世玉;高岳;張小水;王書潛
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: G01M3/04
• 分類號: G01M3/04;G01N21/35;G02B5/20
• 代理公司: 北京理工大學專利中心 11120
• 代理人: 高燕燕;仇蕾安

技術領域

本發明涉及一種阿基米德螺旋線推掃濾光差分氣體泄漏紅外成像方法，是一種被動式紅外成像技術，屬于氣體泄漏檢測領域。

背景技術

紅外成像技術能夠將物理學和化學中與熱能傳輸相關的所有現象可視化。大部分的異核雙原子和多原子分子都吸收3～14μm的紅外輻射，所以3～14μm波段被稱為氣體分子的指紋區。

中波紅外探測器和長波紅外探測器對應的光譜范圍分別是3～5μm和8～14μm。紅外輻射在這兩個光譜范圍的大氣透過率比較高，可以較大程度地避免大氣對成像的影響，是大氣紅外透射窗口。

氣體泄漏紅外成像是利用中波或長波紅外焦平面探測器可視化氣體分子在3～14μm波段的紅外吸收，根據氣體泄漏時動態擴散的特點以及人眼的視覺暫留特性，通過觀看視頻序列圖像可以容易地判斷氣體泄漏點和氣體擴散區域。

氣體泄漏紅外成像技術因具有視場大、監測距離遠、響應速度快和可定位泄漏源等諸多優勢，成為氣體泄漏檢測領域備受關注的技術手段。

國外主要采用兩種成像方法開發了基于中波和長波紅外焦平面探測器的氣體泄漏紅外成像儀。

美國FLIR公司GasFinder氣體成像儀和以色列Opgal?Optronic公司EYE-C-GAS氣體成像儀均采用制冷型光子探測器配合窄帶濾光片的成像方法，帶寬為幾百納米的窄帶濾光片大大降低了光通量，所以該方法要求探測器具有很高的靈敏度；

法國Bertin公司Second?Sight氣體成像儀采用非制冷焦平面探測器配合安裝于濾光片輪上的多片寬帶長通濾光片進行差分成像，寬帶濾光片通過的光通量較高，可以獲得較高的信噪比，多片寬帶長通濾光片圖像的兩兩之差起到了窄帶濾波的作用。但寬帶濾光片置于濾光片輪上，濾光片輪的結構如圖1所示，每片濾光片輪流保持不動，探測器完成積分后再轉向下一個濾光片，每一個濾光片獲取的圖像在時間上是不同步的，成像效率較低，降低了時間分辨率。

專利公開號為CN102393375A的專利公開了一種被動式氣體紅外成像系統，該成像系統包括紅外成像單元和可見光成像單元，紅外成像單元采用非制冷焦平面探測器加裝窄帶濾光片的方法對泄漏氣體進行成像；專利申請號為201210273683.3的專利公開了一種基于寬波段非制冷焦平面探測器的氣體泄漏成像檢測系統，使用寬波段非制冷焦平面探測器和窄帶濾光片輪相配合可對多種氣體成像檢測，實現寬波段的檢測效果。上述兩種方法均使用窄帶濾光片，雖然提高了氣體吸收的輻射量占探測器接收的總輻射量的百分比，但窄帶濾光片降低了探測器接收的總輻射量，導致系統信噪比降低。

發明內容

有鑒于此，本發明提供了一種阿基米德螺旋線推掃濾光差分氣體泄漏紅外成像方法，能夠避免使用窄帶濾光片帶來的高噪聲，信噪比較高等缺點，而且具有較高的探測靈敏度，從而獲得較好的紅外圖像質量。該方法適用于讀出方式為逐行讀出的紅外焦平面探測器。

為達到上述目的，本發明通過如下步驟來實現：

步驟一、設計一個具有兩個濾光片和兩個擋光片的濾光盤；

濾光盤上濾光片和擋光片的形狀均由阿基米德螺旋線確定，且兩濾光片和兩擋光片沿濾光盤圓周方向交替布設；

其中所述濾光片為背景濾光片和泄漏氣體濾光片；

背景濾光片透過的光譜范圍不包含最強吸收峰λp，泄漏氣體濾光片透過的光譜范圍包含最強吸收峰λp，λp為待測泄漏氣體在紅外焦平面探測器工作波段內的最強吸收峰；兩片擋光片的其中一片為高發射率擋光片，另一片為低發射率擋光片；

步驟二、在利用紅外焦平面探測器對待測泄漏氣體進行紅外成像時，利用具有4個濾光片的濾光盤對紅外焦平面探測器進行推掃，則泄漏氣體濾光片完全掃過紅外焦平面探測器時獲得泄漏氣體圖像，背景濾光片完全掃過紅外焦平面探測器時獲得背景圖像，兩片擋光片分別完全掃過紅外焦平面探測器時獲得擋光圖像A和擋光圖像B；

步驟三、將泄漏氣體圖像分別與擋光圖像A和擋光圖像B進行差分運算，將兩次差分運算的結果取平均獲得去除盲元的泄漏氣體圖像；

將背景圖像分別與擋光圖像A和擋光圖像B進行差分運算，將兩次差分運算的結果取平均獲得去除盲元的背景圖像；

步驟四、對擋光圖像A和擋光圖像B進行灰度差異分析，獲得非均勻校正模型，利用該非均勻校正模型對去除盲元的泄漏氣體圖像和去除盲元的背景圖像分別進行非均勻性校正；

步驟五、將校正后的泄漏氣體圖像和背景圖像進行差分運算，獲得最終圖像。

進一步地，步驟一采用如下具體步驟設計濾光盤：