[發明專利]一種紅外溢油監測裝置及其監測方法

有效

• 申請號: 201510588769.4
• 申請日: 2015-09-16
• 公開（公告）號: CN105181638B
• 公開（公告）日: 2017-12-08
• 發明（設計）人: 余徽;王晨晟;張智杰;岳松;郭良賢;雷波
• 申請（專利權）人: 湖北久之洋紅外系統股份有限公司
• 主分類號: G01N21/359
• 分類號: G01N21/359;G01N21/3577
• 代理公司: 武漢凌達知識產權事務所(特殊普通合伙)42221
• 代理人: 劉念濤,宋國榮

1.一種紅外溢油監測裝置，其特征在于：包括近紅外光學系統（1）、光柵分光系統（2）、近紅外線陣探測器（3）、長波紅外光學系統（4）、濾光片系統（5）、長波紅外面陣探測器（6）、可見光攝像機（7）、全波段探照光源（8）以及系統電氣組件（9），所述的濾光片系統（5）包括一個全透鏡片（5.4）以及對應不同波段的第一濾光片（5.1）、第二濾光片（5.2）和第三濾光片（5.3）；所述的近紅外光學系統（1）、長波紅外光學系統（4）以及可見光攝像機（7）并排安裝在最前端，所述的光柵分光系統（2）沿光軸安裝在近紅外光學系統（1）的后方，所述的近紅外線陣探測器（3）沿光軸安裝在光柵分光系統（2）的后方，所述的濾光片系統（5）安裝在長波紅外光學系統（4）的后方，所述的長波紅外面陣探測器（6）沿長波紅外光學系統（4）的光軸安裝在濾光片系統（5）的后方，所述的全波段探照光源（8）平行安裝在近紅外光學系統（1）一側；所述的光柵分光系統（2）將透過近紅外光學系統（1）的近紅外光分成離散波段的光信號并聚焦在近紅外線陣探測器（3）上，所述的近紅外線陣探測器（3）將接收的近紅外光信號轉換為模擬電信號并傳輸給系統電氣組件（9），所述的濾光片系統（5）對透過長波紅外光學系統（4）的長波紅外光進行濾波并獲得四個不同波段的紅外光，所述的長波紅外面陣探測器（6）將四個不同波段的紅外信號轉化為模擬電信號并傳輸給系統電氣組件（9），所述的可見光攝像機（7）采集目標場景的可見光圖像并傳輸給系統電氣組件（9），所述的全波段探照光源（8）在夜間開啟，用于代替太陽給目標場景提供入射光源，從而使得近紅外光學系統（1）在夜間仍然能夠接收到目標場景的近紅外反射光，所述的系統電氣組件（9）用于將來自于近紅外線陣探測器（3）和長波紅外面陣探測器（6）的模擬電信號轉換為數字信號，并進行數字圖像處理和圖像融合分析，所述的系統電氣組件（9）為系統各組件的正常工作提供所需的偏壓和控制信號；所述的濾光片系統（5）經由電機驅動繞軸心O點轉動，每轉過90度角就更換一個鏡片與長波紅外光學系統（4）共光軸，第一濾光片（5.1）允許透過9.4微米的波長，第二濾光片（5.2）允許透過10.4微米的波長，第三濾光片（5.3）允許透過11.4微米的波長，所述的光柵分光系統（2）可以將入射的近紅外光分成480個波段。

2.一種如權利要求1所述的紅外溢油監測裝置的監測方法，其特征在于，包括如下步驟：

I系統數據庫訓練階段

a）、白天時，在一片已知的溢油區域對系統進行訓練，將長波紅外光學系統（4）對準溢油區域進行成像；

b）、電機驅動濾光片系統（5）繞軸心O點轉動，使得第一濾光片（5.1）與長波紅外光學系統（4）共光軸；長波紅外面陣探測器（6）接收紅外輻射光，并將接收到的輻射信號轉換為模擬電信號傳輸給系統電氣組件（9），系統電氣組件（9）則將接收到的模擬電信號轉換為數字圖像I1；

c）、電機驅動濾光片系統（5）繞軸心O點轉動，使得第二濾光片（5.2）與長波紅外光學系統（4）共光軸，系統將獲得波長為10.4微米的數字圖像I2；電機驅動濾光片系統（5）繞軸心O點轉動，使得第三濾光片（5.3）與長波紅外光學系統（4）共光軸，系統將獲得波長為11.4微米的數字圖像I3；電機驅動濾光片系統（5）繞軸心O點轉動，使得全透鏡片（5.4）與長波紅外光學系統（4）共光軸，系統將獲得未被濾波的長波紅外數字圖像I4；

d）、系統電氣組件（9）將獲得的數字圖像I1、I2以及I3進行融合，獲得偽彩色圖像，對已知的溢油區域進行標記，并在數據庫中記錄當前溢油區域的色彩范圍；

e）、將近紅外光學系統（1）的光軸對準溢油區域，透過近紅外光學系統（1）的光被光柵分光系統（2）分成一系列離散波段的光并由近紅外線陣探測器（3）接收轉換為模擬電信號傳輸給系統電氣組件（9），系統電氣組件（9）將接收到的模擬電信號轉換為光譜數字信號并在數據庫中記錄下來；

f）、對不同的溢油品種和油膜厚度進行長波紅外成像和近紅外光譜記錄，每一種溢油品種和油膜厚度都重復多次試驗，使得數據庫中記錄大量的溢油圖像數據和溢油光譜數據；

g）、在夜間時，打開全波段探照光源（8），使其對溢油區域進行照射，然后重復步驟a)至步驟f)；

II溢油監測階段

h)、白天時，將長波紅外光學系統（4）對準監測區域進行成像；

i) 、電機驅動濾光片系統（5）繞軸心O點轉動，使得第一濾光片（5.1）與長波紅外光學系統（4）共光軸；長波紅外面陣探測器（6）接收紅外輻射光，并將接收到的輻射信號轉換為模擬電信號傳輸給系統電氣組件（9），電氣組件（9）則將接收到的模擬電信號轉換為數字圖像I1’；

j)、電機驅動濾光片系統（5）繞軸心O點轉動，使得第二濾光片（5.2）與長波紅外光學系統（4）共光軸，系統獲得波長為10.4微米的數字圖像I2’；電機驅動濾光片系統（5）繞軸心O點轉動，使得第三濾光片（5.3）與長波紅外光學系統（4）共光軸，系統獲得波長為11.4微米的數字圖像I3’；電機驅動濾光片系統（5）繞軸心O點轉動，使得全透鏡片（5.4）與長波紅外光學系統（4）共光軸，系統將獲得未被濾波的長波紅外數字圖像I4’；

k)、系統電氣組件（9）將獲得三個長波紅外波段的數字圖像I1’、 I2’以及 I3’進行融合，獲得偽彩色圖像，將偽彩色圖像的像素和數據庫中記錄的溢油區域的像素進行相似度計算，當相似度值大于設定的閾值T1，且為一系列相似度值中的最大值時，則認為該像素所對應的區域屬于溢油區域，并認為相似像素所對應的油膜厚度為該溢油區域的大概油膜厚度；

l)、將近紅外光學系統（1）的光軸對準溢油區域，透過近紅外光學系統（1）的光將被光柵分光系統（2）分成一系列離散波段的光并由近紅外線陣探測器（3）接收轉換為模擬電信號傳輸給系統電氣組件（9），系統電氣組件（9）將接收到的模擬電信號轉換為光譜數字信號并在數據庫中記錄下來；

m)、將獲得的光譜數據和數據庫中對應的光譜數據庫進行對比，計算相似度，當相似度大于設定的閾值T2，且為一系列相似度值中的最大值時，則認為該數據庫中相似像素所對應的溢油品種為探測區域的溢油品種；

n)、在夜間時，打開全波段探照光源（8），使其對溢油區域進行照射，然后重復步驟h)至步驟m)。