一种全景红外光谱成像系统技术方案

本实用新型专利技术提出了一种全景红外光谱成像系统，包括：光学系统、红外焦平面探测器、数控转台、信号及图像处理模块、显示模块、控制器模块；所述光学系统包括：前置望远物镜、狭缝、准直透镜、反射光栅、成像透镜。通过采用反射光栅，利用反射光栅的光谱成像，使得实时性很高，能够对多种气体种类快速准确识别，且使用了数控转台，以旋转方式，扩展了水平方向视场角，可以实现水平方向全景探测。

A panoramic infrared imaging system

【技术实现步骤摘要】
一种全景红外光谱成像系统
本技术涉及气体检测领域，特别涉及一种全景红外光谱成像系统。
技术介绍
随着石油、化工、冶金以及电力等领域快速发展，生产过程中必须使用或产生的有毒有害、易燃易爆气体越来越多，气体泄漏检测已经是上述领域相关企业的一项日常维护工作，对于气体泄漏探测设备的研发对于企业安全、人身安全以及环境保护具有重要的应用意义。目前国际上已经出现了一些特定的远程光学检测设备，可用于实时监测如化工厂、精炼厂、气体存储设施等工业场所是否存在气体泄漏。但是目前此类设备通常只能检测特定的几种气体，且监测角度太小且设备昂贵，因而性价比低。2009年中国住建部为保障石油化工企业的人身安全和生产安全，检测泄漏的可燃气体或有毒气体的浓度并及时报警，预防人身伤害以及火灾与爆炸事故的发生，制定了《石油化工可燃气体和有毒气体检测报警设计规范》，其中附录中列举了多达一百种左右常见的可燃或有毒气体。而目前市面上还没有出现一款远程光学检测系统，能够实现这么多种类气体泄漏的检测。气体泄漏红外成像检测技术，根据有无激光光源主要分为主动式和被动式。在远距离检测气体泄漏的应用场景，考虑到激光光源在空气中的衰减故需要大功率激光辐射源，由此带来的激光光源体积重量较大，以及较差的安全性，故目前主要使用被动式红外成像技术。被动式红外成像技术主要有热成像技术和光谱成像技术。其中，热成像技术主要依靠采集目标场景某一红外波段的辐射强度实现热成像，因为被测量气体的红外特征吸收峰不同，故在镜头与红外焦平面探测器之间通过切换不同截止频率的窄带滤光片或长通滤波片的方式，即可实现部分与滤波片窄带范围匹配的气体泄漏探测。典型产品如法国Bertin技术公司的SecondSlight系列气体成像仪。其使用了两种宽带长通红外滤波片，参考滤波片和活动滤波片。其中参考滤波片所透过的光谱区不受被检测气体的影响，而活动滤波片所透过的光谱区却包含被检测气体的红外吸收波段，这样通过使用这两种滤波片采集得到的红外图像进行差分运算即可用于被检测气体云团的识别。至于，光谱成像技术，根据分光原理的不同，则主要分为色散型和干涉型。典型如加拿大Telops公司的FIRST系列成像光谱仪，其基于迈克尔逊干涉原理来对气体泄漏成像。其首先获取被观测目标的干涉条纹信息，然后对所获得的信息进行傅里叶反变换，重构出目标气体和场景的光谱和空间域信息。该产品采用制冷型HgCdTe探测器，，可以对多种气体进行成像探测。现有技术方案中，如法国Bertin技术公司的SecondSlight系列气体成像仪的响应速度很快，实时性非常好，但是其能够探测的气体种类强烈依赖于其转轮上拥有的滤波片个数。从光谱原理上来看，其滤波片个数越多，代表着其光谱分辨率越高，但是实际的产品中，其滤波片个数往往有限，通常在6个左右，因而能够识别的气体种类非常有限。此外，SecondSlight系列气体成像仪成像视场角为30°×24°，加拿大Telops公司的FIRST系列成像光谱仪的成像视场角为6.4°×5.1°，可知其视场角均不大，无法实现水平面上全景自动测量。由此，目前需要一种可以识别更多气体种类且可以实现水平面上全景自动测量的方案。
技术实现思路
针对现有技术中的缺陷，本技术提出了一种全景红外光谱成像系统，通过采用反射光栅，利用反射光栅的光谱成像，使得实时性很高，能够对多种气体种类快速准确识别；且使用了数控转台，以旋转方式，扩展了水平方向视场角，可以实现水平方向全景探测。具体的，本技术提出了以下具体的实施例：本技术实施例提出了一种全景红外光谱成像系统，包括：光学系统、红外焦平面探测器、数控转台、信号及图像处理模块、显示模块、控制器模块；所述光学统包括：前置望远物镜、狭缝、准直透镜、反射光栅、成像透镜；沿入射光方向依次设置有所述前置望远物镜、所述狭缝、所述准直透镜、所述反射光栅、所述成像透镜、所述红外焦平面探测器；所述光学系统与所述信号及图像处理模块均设置在所述数控转台上；所述红外焦平面探测器、所述红外焦平面探测器与所述信号及图像处理模块连接；所述控制器模块与所述信号及图像处理模块实现无线网络连接，且分别与所述显示模块以及所述数控转台连接。在一个具体的实施例中，所述反射光栅包括：平面光栅或曲面光栅。在一个具体的实施例中，当所述光学系统竖直放置在所述数控转台上时，所述光学系统还包括：反射镜；其中，所述反射镜子设置在入射光方向上的所述前置望远物镜之前。在一个具体的实施例中，所述前置望远物镜的光学镜头采用硫化锌、硒化锌、锗材料制成。在一个具体的实施例中，所述前置望远物镜的光学镜头的口径大于预设值，且焦距大于预设阈值。在一个具体的实施例中，所述红外焦平面探测器为宽波段非制冷型焦平面红外探测器，所述红外焦平面探测器的响应波长包含3～14μm波段。在一个具体的实施例中，所述反射光栅对应分光波长覆盖3～14μm波段。在一个具体的实施例中，所述数控转台为单轴数控转台。在一个具体的实施例中，所述数控转台转动范围为水平方向的360°。以此，本技术实施例提出了一种全景红外光谱成像系统，包括：光学系统、红外焦平面探测器、数控转台、信号及图像处理模块、显示模块、控制器模块；所述光学系统包括：前置望远物镜、狭缝、准直透镜、反射光栅、成像透镜；沿入射光方向依次设置有所述前置望远物镜、所述狭缝、所述准直透镜、所述反射光栅、所述成像透镜、所述红外焦平面探测器；所述光学系统与所述信号及图像处理模块均设置在所述数控转台上；所述红外焦平面探测器与所述信号及图像处理模块连接，以通过所述信号及图像处理模块对所述红外焦平面探测器所获取的红外光谱图像数据进行处理，得到处理后的图像数据；所述控制器模块与所述信号及图像处理模块实现无线网络连接，且分别与所述显示模块以及所述数控转台连接，以控制所述数控转台的转动，且将所述处理后的图像数据进行处理，得到预设目标场景的红外光谱图像数据并在显示模块进行显示，以此来判断所述目标场景内是否存在气体泄漏，并识别不同种类的气体。通过采用反射光栅，利用反射光栅的光谱成像，使得实时性很高，能够对多种气体种类快速准确识别；且使用了数控转台，以旋转方式，极大了扩展了水平方向视场角，可以实现水平方向全景探测。附图说明为了更清楚地说明本技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。图1为本技术实施例提出的一种全景红外光谱成像系统的结构示意图；图2为本技术实施例提出的一种全景红外光谱成像系统的结构示意图；图3为本技术实施例提出的一种全景红外光谱成像系统的成像系统原理示意图；图4为本技术实施例提出的一种全景红外光谱成本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种全景红外光谱成像系统，其特征在于，包括：光学系统、红外焦平面探测器、数控转台、信号及图像处理模块、显示模块、控制器模块；所述光学系统包括：前置望远物镜、狭缝、准直透镜、反射光栅、成像透镜；/n沿入射光方向依次设置有所述前置望远物镜、所述狭缝、所述准直透镜、所述反射光栅、所述成像透镜、所述红外焦平面探测器；/n所述光学系统、所述红外焦平面探测器与所述信号及图像处理模块均设置在所述数控转台上；/n所述红外焦平面探测器与所述信号及图像处理模块连接；/n所述控制器模块与所述信号及图像处理模块实现无线网络连接，且分别与所述显示模块以及所述数控转台连接。/n

【技术特征摘要】
1.一种全景红外光谱成像系统，其特征在于，包括：光学系统、红外焦平面探测器、数控转台、信号及图像处理模块、显示模块、控制器模块；所述光学系统包括：前置望远物镜、狭缝、准直透镜、反射光栅、成像透镜；
沿入射光方向依次设置有所述前置望远物镜、所述狭缝、所述准直透镜、所述反射光栅、所述成像透镜、所述红外焦平面探测器；
所述光学系统、所述红外焦平面探测器与所述信号及图像处理模块均设置在所述数控转台上；
所述红外焦平面探测器与所述信号及图像处理模块连接；
所述控制器模块与所述信号及图像处理模块实现无线网络连接，且分别与所述显示模块以及所述数控转台连接。


2.如权利要求1所述的一种全景红外光谱成像系统，其特征在于，所述反射光栅包括：平面光栅。


3.如权利要求1所述的一种全景红外光谱成像系统，其特征在于，所述反射光栅包括：曲面光栅。


4.如权利要求1所述的一种全景红外光谱成像系统，其特征在于，当所述光学系统竖直放置在所述数控转台上时，所述光学系统还包括：反...

【专利技术属性】
技术研发人员：焦国华，罗栋，陈巍，周志盛，刘鹏，章逸舟，陈良培，谈宇光，方浩华，
申请(专利权)人：中国科学院深圳先进技术研究院，
类型：新型
国别省市：广东;44