[發明專利]一種污染氣體FTIR被動遙測掃描成像高分辨重建方法

有效

• 申請號: 202110475314.7
• 申請日: 2021-04-29
• 公開（公告）號: CN113129215B
• 公開（公告）日: 2022-11-22
• 發明（設計）人: 徐亮;胡運優;沈先春;金嶺;徐寒楊;鄧亞頌
• 申請（專利權）人: 中國科學院合肥物質科學研究院
• 主分類號: G06T3/40
• 分類號: G06T3/40
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 張乾楨

本發明涉及一種污染氣體FTIR被動遙測掃描成像高分辨重建方法，包括：一種污染氣體FTIR被動遙測掃描成像高分辨重建方法，其特征在于包括如下步驟：步驟A：對污染氣體云團柱濃度低分辨率圖像進行上采樣處理；步驟B：采用全變分盲反卷積交替最小化算法對步驟A的采樣處理結果進行盲反卷積處理；步驟C：將步驟B的結果，通過不同有毒有害氣體對應的監測上下限參數進行分段線性增強；步驟D：將步驟C的結果通過HSI顏色空間映射并疊加到背景可見光圖像的對應區域，為分析污染氣體擴散態勢和泄漏源定位提供了高分辨率的可視化圖像。

技術領域

本發明涉及大氣環境監測領域，尤其涉及一種污染氣體FTIR被動遙測掃描成像高分辨重建方法。

背景技術

隨著社會的快速發展，突發性氣體泄漏事故頻繁發生，對生態環境和人類安全具有重大危害，為預防此類事故的發生，常態化監測及預警是有效手段之一。而傅里葉變換紅外(FTIR)光譜技術具有非接觸式、高響應速度、高分辨率等特征，FTIR被動遙測技術與掃描系統相結合并對可能發生泄漏的區域進行陣列掃描，測量的紅外光譜經光譜數據處理算法定量得到氣體柱濃度值，再對陣列組合形成氣體柱濃度低分辨率圖像，而直接測得并計算得到的柱濃度圖像鋸齒特性明顯，圖像分辨率低，對氣體擴散趨勢和泄漏源的分析造成困難。該問題的存在，使得適用于氣體柱濃度圖像高分辨率重建算法應運而生。

2001年，來自漢堡-哈爾堡工業大學的Roland Harig等人研發了一套有毒氣體FTIR被動遙測與成像系統，可以對有毒氣體進行在線定性分析、定量成像和氣體泄漏定位，開創了FTIR被動遙測掃描成像的先河。2005年，Roland Harig等人對該系統進行改進并成功研制了第二代，與第一代相比，其測量光譜范圍擴大，光譜分辨率提高，每秒掃描譜線數量增加，視場范圍增大等，但仍是以低分辨率氣體柱濃度圖像顯示的可視化技術。2010年，Roland Harig等人使用256×256像元的紅外焦平面陣列探測器替換了原始的二維掃描系統和紅外點探測器，然而為兼顧探測靈敏度和掃描速度，光譜分辨率低，光譜范圍窄，且焦平面陣列探測器價格昂貴，實際應用中成本極高等問題的存在，限制了其在化工園區常態化監測及其預警方向的應用與發展。

基于點掃描的FTIR被動遙測成像技術是當前的主流技術之一，由于其光學系統收集輻射的能力及紅外單元探測器的優良特性，使得探測光譜具有良好的信噪比，探測速度和可靠性方面均比面陣探測器更有優勢。該類系統的光譜分辨率高，但空間分辨率低，對分析氣體擴散態勢和泄漏位置極其不便。現有應用在該領域的高分辨率重建方法是基于插值的上采樣且該類方法具有低通濾波特性，重構后易失去高頻細節且邊緣模糊。

發明內容

為解決上述技術問題，本發明提供了一種污染氣體FTIR被動遙測掃描成像高分辨重建方法，是一種針對污染氣體云團高分辨成像的重建方法，以緩解現有技術中FTIR被動遙測掃描成像柱濃度圖像的低分辨率問題，重建過程中高頻細節復原和圖像增強等技術問題。

本發明提供了一種污染氣體FTIR被動遙測掃描成像高分辨重建方法，包括如下步驟：

步驟A：對污染氣體云團柱濃度低分辨率圖像進行上采樣處理；

步驟B：采用全變分盲反卷積交替最小化算法對步驟A的采樣處理結果進行盲反卷積處理；

步驟C：將步驟B的結果，通過不同有毒有害氣體對應的監測上下限參數進行分段線性增強；

步驟D：將步驟C的結果通過HSI顏色空間映射并疊加到背景可見光圖像的對應區域。

進一步的，所述步驟A對污染氣體云團柱濃度低分辨率圖像進行上采樣處理，具體包括：

步驟A1：測量光譜經定量分析得到的柱濃度圖像按掃描陣列的順序排列為矩陣形式；

步驟A2：采用以bicubic為核函數的雙立方卷積插值算法對污染氣體云團柱濃度低分辨率圖像進行上采樣，采樣倍數由背景可見光圖像與紅外視場大小的對應關系確定。