一种基于红外图像的天然气泄漏检测装置及方法制造方法及图纸

一种基于红外图像的天然气泄漏检测装置及方法，涉及用于检测天然气泄漏的技术领域。本发明专利技术包括：用于发射固定波长红外线并照射天然气输送管道及阀门的红外线灯；用于过滤光线波长的滤色片；设置在不同位置用于接收滤色片过滤后光线的红外相机；用于接收红外相机生成的红外图片并进行泄漏判断的上位机。本发明专利技术实现了结构简单，不依赖于外部光源，实现24小时监控，安全可靠，检测效率更高的目的。

A Natural Gas Leakage Detection Device and Method Based on Infrared Image

A gas leakage detection device and method based on infrared image relates to the technical field for detecting gas leakage. The invention includes: an infrared lamp for transmitting fixed wavelength infrared rays and illuminating natural gas transmission pipelines and valves; a color filter for filtering light wavelength; an infrared camera for receiving filtered light from filters at different locations; and an upper computer for receiving infrared images generated by infrared cameras and judging leakage. The invention realizes the purposes of simple structure, independent of external light source, 24-hour monitoring, safety and reliability, and higher detection efficiency.

【技术实现步骤摘要】
一种基于红外图像的天然气泄漏检测装置及方法
本专利技术涉及用于检测天然气泄漏的

技术介绍
天然气作为清洁能源，在发电、城市燃气及工业燃气等领域得到了广泛应用。天然气的应用减少了大气污染，有利于经济与环境的协调发展，是国民经济发展及人民生活的重要保障能源之一，随着国家出台扩大内需政策而加大对城乡基础建设的投入力度，我国天然气行业的发展得到越来越高的重视。但是，天然气站场和天然气管道的泄漏问题严重影响天然气输送和存储的安全，在日常运行中多次发生因密封、振动等引起的天然气泄漏。传统的泄漏检测方式是人工手持专用的甲烷浓度检测仪靠近可疑设备进行测量。这种方法的缺点是无法做到现场持续的检测，劳动强度大，检测效率低，可靠性不足，且对检测人员的安全也存在一定威胁，布置在站场的点式甲烷传感器也不能有效全方位的检测站场的天然气泄漏。
技术实现思路
本专利技术目的是提供一种结构简单，不依赖于外部光源，实现24小时监控，安全可靠，检测效率更高的基于红外图像的天然气泄漏检测装置及方法。为实现上述目的，一种基于红外图像的天然气泄漏检测装置，包括：用于发射固定波长红外线并照射天然气输送管道及阀门的红外线灯；用于过滤光线波长的滤色片；设置在不同位置用于接收滤色片过滤后光线的红外相机；用于接收红外相机生成的红外图片并进行泄漏判断的上位机。比较好的是，本专利技术的红外线灯至少为3组，每组红外线灯的发射的固定波长为1331.2nm或1665.4nm或3310nm。比较好的是，本专利技术的滤色片至少为3组，固定波长为1331.2nm或1665.4nm或3310nm的光线能够透过。比较好的是，本专利技术的红外相机为三个，分别为第一红外相机、第二红外相机以及第三红外相机，所述第一红外相机设置在管道处，所述第二红外相机设置在阀门处，所述第三红外相机设置在法兰连接处，且所述第一红外相机、第二红外相机以及第三红外相机均与上位连接。比较好的是，本专利技术还包括与上位机连接的报警装置。基于红外图像的天然气泄漏的检测方法，包括如下步骤：（1）利用红外线灯，发射指定波段的红外线，照射用于输送天然气的管道、阀门；（2）利用红外相机加相应波段滤色片的方式拍摄上述输送天然气的管道、阀门，经过模电转换，得到相应的光谱灰度图片，并发送给上位机；（3）上位机对光谱灰度图片进行检测，判断出是否存在泄漏，并初步判断出泄漏点的位置。上位机接收到各红外相机传来的红外图像后，首先进行图像融合得到灰度图像；然后，计算融合后灰度图像的直方统计图；上位机会不断接受到来自红外相机的红外图像，在对红外图像进行灰度直方图统计之后，将之与上一次接收的灰度直方统计图进行对比，两个直方图之间的差异用距离的概率来表示；根据相邻两张直方图的相似程度，判断图像亮度的变化，当亮度发生下降时，初步判定存在泄漏；此时，针对灰度直方统计图中每个像素的亮度特征，将像素点邻域内的点的亮度直方图统计出来，再将该邻域分为两个对称的区域，计算两个区域之间的梯度；根据梯度求出亮度最低的区域，该区域即为泄漏点。天然气的主要成份为甲烷，甲烷对1331.2nm、1665.4nm、3310nm等波长的红外线有强烈的吸收作用，气体浓度越大，被吸收的光波就越多。本方案利用这一特点，在天然气场站中，利用红外线灯，发射上述波段的红外线，照射天然气经过的管道、阀门等设备。由于单靠单一类型的红外图像很难对目标有一个全面的呈现，为了提高判断的准确性，可以采用多台相机加不同的波段滤色片的方案实现多重判决。采用以上技术与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：天然气是无色无味气体，易发生爆炸，依靠操作人员的手动操作的检测方法危险系数比较高，而本方法主要依靠红外线灯和红外相机的配合，不依赖于外部光源，既可以实现24小时监控，也更加安全可靠，检测效率更高。附图说明图1为本专利技术的基本装置图。具体实施方式以下结合附图与具体实施方式对本专利技术作进一步描述，但是本专利技术不仅限于以下具体实施方式。一种基于红外图像的天然气泄漏检测方法，它包括3个红外相机，3个滤色片，红外线灯和上位机，所述滤色片置于红外相机前，所述3个红外相机均与上位机相连，其特征在于以下步骤：所述固定波段的红外线为甲烷可以吸收的红外线，分别是1331.2nm、1665.4nm、3310nm三个波段的红外线，甲烷浓度越高，吸收越多。所述红外线灯发射以上三个固定波段的红外线，照射天然气战场中易发生泄漏的区域；所述三个红外相机前的滤色片作用在于滤除不需要的光，三个滤色片的波段为以上三个固定波段，后经过红外相机得到光谱灰度图片。在本专利技术中，总共设有三台红外相机，在这三台相机分别放置1331.2nm、1665.4nm、3310nm三个波段的滤色片。上位机接收到三台红外相机传来的红外图像后，首先将三张图片进行图像融合。然后，计算融合后灰度图像的直方统计图。图像的灰度直方图是图像的重要统计特征，根据图像的灰度分级，我们可以统计出图像所有像素点中不同级别灰度值出现的概率。当天然气发生泄漏，以上三个固定波段的红外线被甲烷吸收，图像就会变暗，较暗的图像由于较多的像素灰度值低，因此它的直方图的主体出现在低值灰度区间上，其在高值灰度区间上的幅度较小或为零，而天然气正常运行的红外图像的灰度直方统计图的情况正好相反。由于红外相机对监控区域进行实时监控，上位机会不断接受到来自红外相机的红外图片，在对图像进行灰度直方图统计之后，将之与上一次接收的灰度直方图进行对比，两个直方图之间的差异用距离的概率来表示。根据以上两张直方图的相似程度，判断图像亮度的变化，当亮度发生下降时，可以初步判定存在泄漏。但是，灰度直方图只能反映图像的亮度变化，确定是否存在故障，却不能确定故障的位置。因此，为进一步确定泄漏点的位置，需要求出该灰度图像的不同区域特征直方图的差异。针对每个像素的亮度特征而言，我们首先将像素点邻域内的点的亮度直方图统计出来，再将该邻域分为两个对称的区域，计算两个区域之间的梯度。根据梯度求出亮度最低的区域，该区域即为泄漏点。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于红外图像的天然气泄漏检测装置，其特征在于，包括：用于发射固定波长红外线并照射天然气输送管道及阀门的红外线灯；用于过滤光线波长的滤色片；设置在不同位置用于接收滤色片过滤后光线的红外相机；用于接收红外相机生成的红外图片并进行泄漏判断的上位机。

【技术特征摘要】
1.一种基于红外图像的天然气泄漏检测装置，其特征在于，包括：用于发射固定波长红外线并照射天然气输送管道及阀门的红外线灯；用于过滤光线波长的滤色片；设置在不同位置用于接收滤色片过滤后光线的红外相机；用于接收红外相机生成的红外图片并进行泄漏判断的上位机。2.根据权利要求1所述的基于红外图像的天然气泄漏检测装置，其特征在于上述红外线灯至少为3组，每组红外线灯的发射的固定波长为1331.2nm或1665.4nm或3310nm。3.根据权利要求1所述的基于红外图像的天然气泄漏检测装置，其特征在于上述滤色片至少为3组，固定波长为1331.2nm或1665.4nm或3310nm的光线能够透过。4.根据权利要求1所述的基于红外图像的天然气泄漏检测装置，其特征在于：所述红外相机为三个，分别为第一红外相机、第二红外相机以及第三红外相机，所述第一红外相机设置在管道处，所述第二红外相机设置在阀门处，所述第三红外相机设置在法兰连接处，且所述第一红外相机、第二红外相机以及第三红外相机均与上位连接。5.根据权利要求1所述的基于红外图像的天然气泄漏检测装置，其特征在于还包括与上位机连接的报警装置。6.基于权...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹雪虹，王菲菲，焦良葆，陈磊，
申请(专利权)人：南京工程学院，
类型：发明
国别省市：江苏,32