【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及红外光谱气体检测，具体涉及一种用于危险气体光谱多要素探测的热红外高光谱视频相机。
技术介绍
1、随着科学技术的不断发展，大规模的工业生产活动越来越常见。而在许多工业生产活动中存在氨气、甲烷等危险气体作为原料或者生产的副产品的情况，使得危险气体泄漏成为危害工人生命身体安全，影响稳定工业生产的重大问题。因此危险气体探测问题成为当今国内外研究的重点。但同时工业生产的特殊环境也对危险气体探测有额外的要求，包括远距离大范围、能获取气体的几何形态、浓度、光谱和种类(多要素成像)、高灵敏度、高速实时等。本专利提出的热红外高光谱视频相机可实现上述功能。
2、气体在空气中是扩散流动的，没有固定的形状和体积，尤其是会随着风的传播迅速扩散开来。同时很多危险气体只需达到很微量的浓度就能对人体造成伤害，且大部分气体在空气中是无色的或者是很难用肉眼辨识的，这就给危险气体排放的发现和实时监测带来了极大的困难。由于气体的高危害性，需要整个气体探测机制具有较远的探测距离、较高的探测精度和多要素的探测功能，包括几何形态、气体浓度和气体种类等。目前对于上述的工业气体探测仍然以傅里叶红外光谱分析、商业气体检测仪和差分红外成像系统等手段为主，其中傅里叶红外光谱分析可以实现远距离探测，但只能对目标的一个点进行分析，无法获取排放气体的几何形态信息。商业气体检测仪只能进行近距离接触式探测，并且无法形成几何排放信息。中国专利cn109632685a，公开了基于双波段差分红外成像系统的工业气体排放探测方法，基于气体分子振动而形成特有红外吸收光谱的特性，对
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于：针对现有技术中的问题，提供一种用于危险气体光谱多要素探测的热红外高光谱视频相机。
2、为此，本专利技术的上述目的通过以下技术方案实现：
3、一种用于危险气体光谱多要素探测的热红外高光谱视频相机，其特征在于：包括热红外成像镜头、孔径编码板、无狭缝色散型光谱仪组件、探测器、数据处理系统，来自目标物体的光线通过热红外成像镜头到达焦面处的孔径编码板，孔径编码板对目标光谱辐射进行单次空间编码，经过单次空间编码的光谱辐射通过无狭缝色散型光谱仪组件发生色散实现单次空间-光谱编码，最终成像在探测器上，目标物体单次空间光谱编码的数据，通过机械移动孔径编码板的快速移动可以实现对同一图像以不同的编码方式进行编码，多个目标物体单次空间光谱编码的数据通过数据处理系统的快速重建后可以得到光谱数据立方体，实现热红外高光谱视频成像，并获取到目标气体的几何形态，在对热红外高光谱视频相机进行待探测气体浓度标定和集成特定气体光谱库的基础上，通过图像信息反演得到目标场景内气体的浓度分布。
4、在采用上述技术方案的同时，本专利技术还可以采用或者组合采用如下技术方案：
5、作为本专利技术的优选技术方案：所述孔径编码板通过步进电机控制向某个方向，每移动一个像素的距离以不同的空间光谱编码方式对目标物体的光谱辐射进行编码，获取多个目标物体单次空间光谱编码的数据。
6、作为本专利技术的优选技术方案：孔径编码板为一块不规则分布若干正方形小孔的平板。
7、作为本专利技术的优选技术方案：数据处理系统对目标的光谱辐射进行重建，重建过程为求解线性方程：y＝ax，其中y是采集到的空间光谱编码数据，x是需要重建的目标光谱辐射立方体，a是数据与光谱辐射之间存在的线性对应关系，由孔径编码板的编码方式决定。式中y和a是已知量，需要求解出x。
8、本专利技术的一种用于危险气体分子光谱多要素探测的热红外高光谱视频相机，利用计算光学技术体制实现热红外高光谱视频成像，可检测气体种类覆盖了大多数工业气体，实现对危险气体进行远距离大范围、高灵敏度实时探测，同时可以获取目标气体的多要素信息，包括排放气体的几何形态、浓度、光谱和种类等。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种用于危险气体光谱多要素探测的热红外高光谱视频相机，其特征在于：包括热红外成像镜头(1)、孔径编码板(2)、无狭缝色散型光谱仪组件(3)、探测器(4)、数据处理系统(5)，来自目标物体的光线通过热红外成像镜头(1)到达焦面处的孔径编码板(2)，孔径编码板对目标光谱辐射进行单次空间编码，经过单次空间编码的光谱辐射通过无狭缝色散型光谱仪组件(3)发生色散实现单次空间-光谱编码，最终成像在探测器(4)上，目标物体单次空间光谱编码的数据，通过机械移动孔径编码板(2)的快速移动可以实现对同一图像以不同的编码方式进行编码，多个目标物体单次空间光谱编码的数据通过数据处理系统(5)的快速重建后可以得到光谱数据立方体，实现热红外高光谱视频成像，并获取到目标气体的几何形态，在对热红外高光谱视频相机进行待探测气体浓度标定和集成特定气体光谱库的基础上，通过图像信息反演得到目标场景内气体的浓度分布。
2.如权利要求1所述的用于危险气体光谱多要素探测的热红外高光谱视频相机，其特征在于：所述孔径编码板通过步进电机控制向某个方向，每移动一个像素的距离以不同的空间光谱编码方式对目标物体的光谱辐射
3.如权利要求1所述的用于危险气体光谱多要素探测的热红外高光谱视频相机，其特征在于：孔径编码板为一块不规则分布若干正方形小孔的平板。
4.如权利要求1所述的用于危险气体光谱多要素探测的热红外高光谱视频相机，其特征在于：数据处理系统对目标的光谱辐射进行重建，重建过程为求解线性方程：y＝Ax，其中y是采集到的空间光谱编码数据，x是需要重建的目标光谱辐射立方体，A是数据与光谱辐射之间存在的线性对应关系，由孔径编码板的编码方式决定。式中y和A是已知量，需要求解出x。
...【技术特征摘要】
1.一种用于危险气体光谱多要素探测的热红外高光谱视频相机，其特征在于：包括热红外成像镜头(1)、孔径编码板(2)、无狭缝色散型光谱仪组件(3)、探测器(4)、数据处理系统(5)，来自目标物体的光线通过热红外成像镜头(1)到达焦面处的孔径编码板(2)，孔径编码板对目标光谱辐射进行单次空间编码，经过单次空间编码的光谱辐射通过无狭缝色散型光谱仪组件(3)发生色散实现单次空间-光谱编码，最终成像在探测器(4)上，目标物体单次空间光谱编码的数据，通过机械移动孔径编码板(2)的快速移动可以实现对同一图像以不同的编码方式进行编码，多个目标物体单次空间光谱编码的数据通过数据处理系统(5)的快速重建后可以得到光谱数据立方体，实现热红外高光谱视频成像，并获取到目标气体的几何形态，在对热红外高光谱视频相机进行待探测气体浓度标定和集成特定气体光谱库的基础上，通过图像信息反演得到目...
【专利技术属性】
技术研发人员：金海军，刘世界，
申请(专利权)人：国科大杭州高等研究院，
类型：发明
国别省市：
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