基于波长带的无源红外气体成像制造技术

根据一个或多个实施例，本文公开的系统和方法用于对场景中的气体成像，所述场景具有背景并且可能存在气体。在一个实施例中，方法和适于执行方法的系统包括：基于气体的预定吸收光谱、估计的气体温度和估计的背景温度，控制热成像系统来捕获表示气体的温度的气体IR图像和表示背景的温度的背景IR图像；以及基于气体图像和背景IR图像，产生气体吸收路径长度图像，所述气体吸收路径长度图像表示来自背景的辐射通过气体的路径的长度。该系统和方法可以包括基于气体吸收路径长度图像产生气体可视化图像，以显示使场景中的气体存在可视化的输出图像。

Passive infrared imaging based on wavelength band

According to one or more embodiments, the system and method disclosed in this paper are used for gas imaging in the scene, and the scene has background and possible gas. In one embodiment, the method includes the method and the system is adapted to perform a predetermined gas absorption spectrum, gas temperature estimation and estimation of the background temperature control based on thermal imaging system to capture IR background image background image and the temperature of the gas IR said the temperature of the gas; and the gas based on image and background IR image, gas absorption path length image, the gas absorption path length representation of the image from the background radiation by gas path length. The system and method can include gas visualization image based on gas absorption path length image to display the visualization output image of the gas in the scene.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】基于波长带的无源红外气体成像
本公开总体上涉及对气体成像和可视化，特别涉及使用红外成像系统和方法对气体进行成像和可视化。
技术介绍
场景的热或红外(IR)图像对于监测、检查和/或维护目的来说通常是有用的，例如，对监测工厂的气体泄漏来说是有用的。通常，提供诸如热像(thermography)装置或红外IR相机形式的热成像装置以捕获表示从观察的场景发射的红外辐射的红外(IR)图像数据值。在捕获到红外图像之后，可以例如在热成像装置或连接到热成像装置的计算装置(例如，平板计算机、智能电话、膝上型计算机或台式计算机)中对捕获的红外图像进行处理、显示和/或保存。热成像装置(例如，红外相机)可用于例如从逸散性气体排放或气体泄漏检测例如气体云或气柱形式的气体存在，并用于产生该气体存在的视觉表示作为气体红外图像。该气体红外图像可用于对气体存在或气体泄漏进行可视化，例如，作为在相机的取景器上、在集成或分开的显示器上或在外部计算装置上呈现的图像上的烟雾或云，从而使用户看到通过红外相机观测并成像的场景中的气体存在。这种技术的变型称为无源红外气体成像，并且基于使用来自场景的辐射而无需任何附加照明来检测气体。然而，常规系统的问题在于，热成像装置的灵敏度可能太低以致无法检测低于某一气体颗粒浓度的气体，或者换句话说，产生的气体红外图像中的气体信息与噪声/干扰之间的对比度太低以致无法识别气体。另一个问题是，各种物理性质(例如，观察到的场景背景中的变化的温度和发射率、噪声、其他气体、气溶胶颗粒和移动的气体云)进一步降低了灵敏度。在常规技术中，特别是使用致冷的热成像装置的常规技术中，气体成像可以基于不同波长带中的红外辐射的吸收或透射的差异。问题是，特别是对于非致冷的热成像装置来说，当基于选择的波长带中的红外辐射的吸收或透射的差异进行气体成像时，由于成像装置部件(例如，滤光器、光学系统、波导和检测器本身)的高噪声影响而不能使波长带变窄。这意味着，系统的物理特性(例如，噪声或热干扰)可能会随波长而显著变化，并将更难以补偿。需要解决常规系统的问题，以借助用于成像例如宽范围的气体的减小的复杂度、尺寸、重量、制造成本和/或整体功耗来提高气体成像中的气体检测灵敏度，但不需要导致高的成本和重量增加的硬件重构。
技术实现思路
公开的方法、系统和计算机程序产品的各种技术和实施例用于在对场景中的气体成像，所述场景具有背景并且可能存在气体。在各种实施例中，通过基于气体的预定吸收光谱、估计的气体温度和估计的背景温度控制热成像系统来捕获表示气体的温度的气体IR图像和表示背景的温度的背景IR图像从而进行气体成像。然后，基于气体图像和背景IR图像产生气体吸收路径长度图像，所述气体吸收路径长度图像表示来自背景的辐射通过气体的路径的长度。在进一步的变型中，根据一个或多个实施例，该方法、系统和计算机程序产品还包括以下的选择：-基于气体吸收路径长度图像，产生气体可视化图像。-对于气体IR图像的捕获，控制热成像系统来捕获高吸收波长带A中的辐射，所述高吸收波长带A被确定为包括在预定吸收光谱中对于气体具有高辐射吸收的波长；和/或-对于背景IR图像的捕获，控制热成像系统来捕获低吸收波长带B中的辐射，所述低吸收波长带B被确定为包括在预定吸收光谱中对于气体具有低辐射吸收的波长。-将高吸收波长带A确定为包括来自气体的吸收光谱的吸收波长带G；和/或-将低吸收波长带B确定为至少部分重叠所述高吸收波长带A。-基于从环境空气温度传感器获取的测量的环境空气温度，估计气体温度TG；和/或-基于先前捕获的气体IR图像估计气体温度TG。-基于先前捕获的背景IR图像估计背景温度TB。-还基于气体与背景差值关系产生气体吸收路径长度图像。-确定所述高吸收波长带A还包括：-基于气体的吸收光谱确定吸收波长带G，其中所述吸收波长带G被确定为包括吸收光谱的至少局部最小值；以及-将所述高吸收波长带A确定成包括吸收波长带G并可能包括预定波长裕量。预定波长裕量是以下波长裕量中的选择：-应用到所述吸收波长带G的较低端点的第一波长裕量G_裕量1；和/或-应用到所述吸收波长带G的较高端点的第二波长裕量G_裕量2。-确定低吸收波长带B还包括：-将所述低吸收波长带B确定成具有比高吸收波长带A大的宽度，可能在预定波长裕量内。-预定波长裕量是以下裕量的选择：-低于高吸收波长带A的较低端点的第一波长裕量A_裕量1；和/或-高于高吸收波长带A的较高端点的第二波长裕量A_裕量2。-确定低吸收波长带B还包括：-获得指示对比度并依赖于吸收路径长度图像的像素值的目标函数；-通过在带约束内移动的波长带B上评估目标函数并通过将具有表示局部最小值的评估的目标函数值的移动的波长带选择为优化的波长带B来产生优化的波长带B。-确定低吸收波长带B包括从低吸收波长带B排除吸收波长带G。-基于气体吸收路径长度图像和调色板产生视觉表示图像，其中所述调色板包括与像素值的相互排斥的范围关联的灰度和/或颜色。-基于预定水吸收光谱确定水波长带C以提高产生的气体吸收路径长度图像中的对比度，其中所述水波长带C包括水吸收光谱的至少局部最小值，并且优选地不包括高吸收波长带A和/或低吸收波长带B；-对于捕获水图像，控制热成像系统来捕获水波长带C中的辐射；-还基于水图像产生气体吸收路径长度图像。-一种用于对气体成像的热成像装置，所述热成像装置包括热成像系统和处理器，所述处理器适于执行本文所述的实施例的任何步骤和功能。-一种用于对气体成像的计算机可读介质，所述计算机可读介质包括存储在其上的下述信息：用于执行本文中所述的任何实施例的非暂态信息；和/或被配置为控制处理器/处理单元执行本文中所述的任何步骤或功能的非暂态信息。-一种用于对气体成像的计算机程序产品，所述计算机程序产品包括适于控制处理器执行本文中所述的任何步骤或功能的代码部分。本专利技术的范围由权利要求限定，通过引用将其并入本部分。通过考虑以下对一个或多个实施例的详细描述，本领域技术人员将更加完整地理解本专利技术的实施例以及其附加优点的实现。将参考将首先简要描述的附图。附图说明图1示出了根据本公开的一个或多个实施例的基于背景温度差ΔT对气体无源成像的示意图。图2a示出了根据本公开的一个或多个实施例的用于对气体成像的方法。图2b示出了根据本公开的一个或多个实施例的用于对气体成像的另一方法。图3示出了根据本公开的一个或多个实施例的在背景温度TB低于气体温度TG的情况下用于对气体成像的方法。图4以曲线图示出了气体温度TG、背景温度TB和气体与背景温度差ΔT如何随着来自具有气体存在的场景的红外辐射的波长变化的例子。图5以曲线图示出了根据本公开的一个或多个实施例的为提高生成的气体吸收路径长度图像的对比度而确定的波长带A510和波长带B520的例子。图6示出了根据本公开的一个或多个实施例的热成像装置的示意图。图7a示出了根据本公开的一个或多个实施例的热成像装置中的空间传感器配置的示意图。图7b示出了根据本公开的一个或多个实施例的热成像装置中的时间传感器配置的示意图。图8a示出了根据本公开的一个或多个实施例的热成像装置中的缠绕式(intertwined)传感器配置的示意图。图8b示出了根据本公开的一个或多个实施例的热成像装置中的交错式(interl本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种对场景中的气体成像的方法，所述场景具有背景并且可能存在气体，所述方法包括：‑基于气体的预定的吸收光谱、估计的气体温度和估计的背景温度，控制热成像系统来捕获表示气体的温度的气体IR图像和表示背景的温度的背景IR图像；‑基于气体图像和背景IR图像，产生气体吸收路径长度图像，所述气体吸收路径长度图像表示来自背景的辐射通过气体的路径的长度。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.03.02 US 62/127,2471.一种对场景中的气体成像的方法，所述场景具有背景并且可能存在气体，所述方法包括：-基于气体的预定的吸收光谱、估计的气体温度和估计的背景温度，控制热成像系统来捕获表示气体的温度的气体IR图像和表示背景的温度的背景IR图像；-基于气体图像和背景IR图像，产生气体吸收路径长度图像，所述气体吸收路径长度图像表示来自背景的辐射通过气体的路径的长度。2.根据权利要求1所述的方法，还包括：-基于所述气体吸收路径长度图像，产生气体可视化图像。3.根据权利要求1所述的方法，还包括：-对于气体IR图像的捕获，控制热成像系统来捕获高吸收波长带A中的辐射，所述高吸收波长带A被确定为包括在预定吸收光谱中对于气体具有高辐射吸收的波长；和/或-对于背景IR图像的捕获，控制热成像系统来捕获低吸收波长带B中的辐射，所述低吸收波长带B被确定为包括在预定吸收光谱中对于气体具有低辐射吸收的波长。4.根据权利要求3所述的方法，其中：-所述高吸收波长带A被确定为包括来自气体的吸收光谱的吸收波长带G；和/或-所述低吸收波长带B被确定为至少部分重叠所述高吸收波长带A。5.根据权利要求1所述的方法，其中：-基于从环境空气温度传感器获取的测量的环境空气温度估计气体温度TG；和/或-基于先前捕获的气体IR图像估计气体温度TG。6.根据权利要求1所述的方法，其中：-基于先前捕获的背景IR图像估计背景温度TB。7.根据权利要求1所述的方法，其中：-还基于气体与背景差值关系产生气体吸收路径长度图像。8.根据权利要求3所述的方法，其中，确定所述高吸收波长带A还包括：-基于气体的吸收光谱确定吸收波长带G，其中所述吸收波长带G被确定为包括吸收光谱的至少局部最小值；以及-将所述高吸收波长带A确定成包括吸收波长带G并可能包括预定波长裕量。9.根据在前一项权利要求所述的方法，其中，所述预定波长裕量是以下波长裕量中的选择：-应用到所述吸收波长带G的较低端点的第一波长裕量G_裕量1；和/或-应用到所...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·桑德斯坦，E·埃切罗特，
申请(专利权)人：前视红外系统股份公司，
类型：发明
国别省市：瑞典,SE