一种被动红外滤光成像稀疏光谱气体识别装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种被动红外滤光成像稀疏光谱气体识别装置和方法，该方法包括如下步骤：设计宽带长通滤光片组；获取目标气体的稀疏光谱；基于SVM的稀疏光谱识别算法。本发明专利技术能够通过成像迅速判断泄漏源位置，同时可以对泄漏气体的种类进行识别，成本相对其他方法较为低廉、系统构成较简单，适用于未知气体目标的可视化识别和多种气体泄漏的监测，适用于石油化工领域、工业生产领域的有毒有害气体检测，以及军事领域的毒气检测。

【技术实现步骤摘要】
一种被动红外滤光成像稀疏光谱气体识别装置和方法
本专利技术涉及一种气体识别装置，尤其是一种被动红外滤光成像稀疏光谱气体识别装置，还涉及基于该装置的红外滤光成像稀疏光谱气体识别方法，属于分析检测领域。
技术介绍
工业气体中包含种类丰富的易燃气体(如氨气、天然气等)和有毒气体(如二氧化硫、硫化氢等)，这些气体在石油工业(开采、运输、应用)、化工产业、电力工业等众多工业中有广泛的应用，气体泄漏成为时刻威胁生产和生活安全的重大隐患，远距离快速分类泄漏气体具有重要的意义。现有的成像气体种类识别技术中，按照实现的方法不同，可以分为分光式和高光谱式。分光式气体种类识别方法采用滤光片搭载探测器，进行多波段成像，并从中分析得到多个波段的气体目标吸收光谱信息，从而实现气体种类的识别。分光式典型应用为法国Bertin的SecondSight泄漏气体成像系统，它采用滤光轮搭载6个不同透过率波段的滤光片，在工作时滤光轮不断转动获取不同波段的红外图像，并将获取的红外图像传输到计算机端，结合Bertin提供的实时处理分析软件获取气体吸收峰所在波段信息，并分析得出可能本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种被动红外滤光成像稀疏光谱气体识别装置，其特征在于：包括宽带长通滤光片组，滤光片组包括若干宽带长通滤光片，针对响应波段为λ

【技术特征摘要】
1.一种被动红外滤光成像稀疏光谱气体识别装置，其特征在于：包括宽带长通滤光片组，滤光片组包括若干宽带长通滤光片，针对响应波段为λcut-on～λcut-off的红外探测器，各滤光片起始波长分别为λ1、λ2…λi…λn；1≤i≤n，λcut-on≤λi≤λcut-off；对于在探测器范围内有吸收峰的m种待测气体，滤光片组的选择利用最大化f因子计算最佳起始波长，按下式进行：



其中，m为可能的气体种类总数，F为气体的宽带长通滤光片起始波长选择系数，第k种气体的宽带长通滤光片起始波长选择系数记为Fk；其中：




为等效窄带内气体目标与背景的归一化对比度，为等效窄带内气体目标与背景的归一化信噪比。


2.基于权利要求1的装置的被动红外滤光成像稀疏光谱气体识别方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤(1)、设计滤光片组
设计权利要求1所述的宽带长通滤光片组，利用所述滤光片组搭载在红外成像系统上对待识别目标气体进行成像，每次成像时，将滤光片置于红外成像系统窗口，积分得到气体红外宽带长通图像，并在无滤光片的情况下获取探测器响应波段上全波段成像，以上成像称为一组图像；
步骤(2)、获取目标气体的稀疏光谱
对气体红外宽带长通图像做差分，将得到一组气体红外等效窄带图像，针对第i片和第j片滤光片，相应的气体红外宽带长通图像分别包含波段λi～λcut-off和λj～λcut-off上的光谱信息，差分后的等效窄带图像包含波段λi～λj的光谱信息；
利用第j片滤光片得到波段λj～λcut-off上的辐射成像，i＜j≤n；假设探测器均匀响应，则将利用i、j两片滤光片得到的红外图像进行差分，得到的差分图像在目标气体区域上所对应的辐射能量；
分别提取等效窄带上目标气体区域和背景区域的灰度均值；得到气体的稀疏吸收光谱矩阵；进行归一化；
步骤(3)、基于SVM的稀疏光谱识别算法
根据由滤光片组确定的等效窄带，基于SVM搭建稀疏光谱识别算法，对目标气体的种类进行识别；针对不同气体，构建不同的气体SVM分类器，每个分类器针对一种特殊气体进行分类；利用稀疏光谱模拟算法，建立待测气体的稀疏光谱数据库扩充样本数据，训练待测气体分类器；
将实验得到的目标气体稀疏光谱值输入到训练好的分类器中，若分类器输出为1，则说明目标气体中含有该种气体成分，若输出为-1，则说明不含有该气体成分，从而得到气体的种类识别结果。


3.根据权利要求2所述的被动红外滤光成像稀疏光谱气体识别方法，其特征在于：步骤(1)中，根据待测气体目标的吸收峰...

【专利技术属性】
技术研发人员：王岭雪，马俊卉，蔡毅，薛唯，罗秀丽，黄善杰，陈东启，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：北京;11